Ist es möglich, die Spannungsregelung einer Minisolaranlage mit Potentiometern zu automatisieren und einen Quadrocopter damit zu betreiben?
Guten Tag liebe Freunde der Elektrotechnik.
Ich habe 10 Minisolarpanele (5 × 5 cm/1,5 V/200 mA) gekauft. Damit möchte ich eine möglichst große elektrische Ladung und eine Spannung von 3,8 V erreichen. Ziel ist es am Ende, einen Quadrocopter ohne Akku zum Abheben zu bringen. Natürlich gehören da noch viele weitere Überlegungen dazu, aber ich möchte mich zuerst um die Schaltung der Stromversorgung kümmern. Der Quadrocopter besitzt momentan einen Akku mit 3,8 V und 1800 Ah. Das Gewicht der Solarpanele ist in etwa das Doppelte des Akkus und kann von dem Quadrocopter getragen werden (zumindest mit Akku).
Meine Idee ist, jeweils 2–3 Panele in Reihe zu schalten und diese Reihenschaltungen dann parallel zu schalten. Damit eine konstante Spannung erreicht wird, soll ein automatisches Potentiometer (gibt es das?) in die Schaltung integriert werden.
Wenn also zwei Panele mit jeweils 1,5 V in Reihe geschaltet werden, kommen nur 3 V dabei heraus. Sobald ich 3 Panele in Reihe schalte, lande ich bei 4,5 V… Wie komme ich also auf 3,8 V?
Da ich nur absolutes Basiswissen besitze, bitte ich um einfache Erklärungen und etwas Rücksicht. Vielleicht kann mir ja jemand helfen. Ideal wären Links zu Bauteilen und Skizzen.
Vielen Dank schonmal.
3 Antworten
Es gibt Spannungsregler, die können z. B. aus einer niedrigeren Eingangsspannung eine konstante höhere einstellbare Ausgangsspannung erzeugen. Natürlich haben solche Regler ein Eigengewicht.
Wenn Du da z. B. je zwei Panels in Reihe schaltest, und diese 5 Reihenschaltungen dann parallel schaltest, hast Du ca. 3V, die dann der Regler auf 3,8V "heben" kann.
Diese Schaltregler haben einen Wirkungsgrad von um die 90%, also kommen natürlich "nur" 90% der Solarpanelleistung an die Motoren. Aber andere Wege würden schlechter sein.
Ein Schaltregler wird auch Spannungsschwankungen der Solarpanels bei flugbedingter Verschattung ausgleichen, bis zu einem gewissen Grad zumindest.
Solarpanels direkt anschließen, unter Belastung sinkt ja die Panelspannung, Linearregler statt Schaltregler. Widerstand wäre die schlechteste Lösung. ;-)
Ein "Automatisches Potentiometer" nennt sich "Spannungsregler", genauer "Linear Spannungsregler".
Ein Spannungsregler wie die LM78xx/79xx Reihe oder der einstellbare LM317/337 verhalten sich wie ein selbst einstellender Widerstand der auf eine bestimmte Spannung am Ausgang regelt.
Sinnvoller sind aber DC/DC Wandler. Die "verbrennen" nicht die überschüssige Spannung sondern transformieren die Leistung. So bleiben dann 90% der Energie erhalten und damit nutzbar. Wenn ein Linearregler z.B. aus 8V am Ausgang 4V macht, sind 50% der Energie verheizt. Je höher die Spannungsdifferenz, desto mehr Energie wird sinnlos verheizt.
Ich erreiche mit den Solarpanelen leider keine so hohe Spannung, daher muss ich die Spannung ja heben und nicht reduzieren. Damit wird ja auch keine Leistung mehr "verbrannt" oder? (außer die 90% Wirkungsgrad)
Bei Linearreglern kann man Spannung nur reduzieren. anheben geht nur mit Schaltreglern.
DC/DC Wandler können absenken (Buck) und anheben (boost). Es gibt auch welche, die können beides (Buck-Boost).
Aber Energie herbeizaubern, das können die nicht.
Doofe Frage: Sind die DC/DC Wandler die oben genannten Spannungsregler?
Spannungsregler sind allgemein Schaltungen, die eine Spannung auf einen konstanten Wert bringen, egal wie.
DC-DC-Wandler sind Schaltungen, die eine Gleichspannung in eine andere Gleichspannung umwandeln.
Somit sind DC-DC-Wandler eine Art von Spannungsregler.
Dein Problem ist, dass deine 10 Panele nur 3 watt liefern insgesamt.
wir rechnen 0,2 Ampre mal 1,5 Volt das sind 0,3 Watt pro Panel. mal 10 Panele sind das 3 Watt. Das wird nicht wirklich reichen.
Übrigens, ich gehe stark davon aus, der akku hat 1800 mAh also 1,8 Ah und nicht 1800 Ah
WENN würde ich es so angehen, dass ich mit einem stepdown regler arbeiten würde. entweder 2 Strings á 5 Panele um so auf 0,4 Ampere bei 7,5 Volt zu kommen eingangsseitig oder eben einen String mit 10 Panelen um so auf 15 Volt bei 0,2 Ampere.
lg, Anna
Korrekt.
DC/DC Wandler (Step-Down, man kann auch Up/Down was sich "Buck-Boost" nennt verwenden) sind der einzig Sinnvolle Weg. Sonst verheizt man einen großen Teil der mageren Solarausbeute.
Aber so oder so, mit den schwachen Zellen hat man dann viele Stunden ("Tage") Laden im Licht für wenige Minuten fliegen.
Da ich komplett auf einen Akku verzichten möchte.... gibt es eine andere gewichtsparende und leistungsfähigere Möglichkeit?
Leider eher nein. Das Problem ist einfach, dass die Zellen zu wenig Leistung liefern. ein zumindest kleinerer Akku sollte also schon sein,
Einfache Rechnung:
Ich habe 10 Minisolarpanele (5 × 5 cm/1,5 V/200 mA) gekauft.
Das sind 10×1,5V×0,2A = 3W
Das ist die Leistung die die Panels unter optimalen Bedingungen, also Mitte Sommer, Wolkenlos gegen 12⁰⁰ Uhr liefern.
Eine Drohne braucht etwa 400W pro Kilogramm um gut abheben zu können.
Da Du nur 3 Watt maximal hast, darf Deine Drohne insgesamt also mit Solarzellen nur 7,5 Gramm wiegen. Um sich nur in der Luft zu halten braucht die wohl nur ungefähr die Hälfte, also kann die dann auch 15 Granmm wiegen.
Sonnenlicht liefert eine Energie von etwa 1kW/m² unter optimalen Bedingungen. Ein perfektes Solarpaneel kann davon 50% umwandeln, gute Panels die man kaufen kann haben um 20% Wirkungsgrad, liefern also etwa 200W/m².
Jetzt ist die Frage wie schwer Deine Drohne ist, wiegt die ein halbes Kilo, brauchst Du also 200W aus den Solarzellen. Das kannst Du dann erreichen in dem Du die mit einem 100kW Scheinwerfer bestrahlst.
Wenn es überhaupt möglich wäre eine Drohne rein auf Solar fliegen zu lassen, dann könnte man so was in jedem Spielzuggeschäft und sicherlich auch 4× im Jahr im Discountern wie Aldi kaufen.
Mit 100kW an geleuchtet wird das Ding auf jeden Fall in die Luft gehen - Rauch steigt ja bekanntlich nach oben :D
Das ist ein super Ratschlag. Hab gerade recherchiert und direkt einen bestellt. Das Gewicht passt auch. Aber wenn ich das richtig verstanden habe, wird dadurch die Leistung reduziert ist das richtig?