Erstellt von Marcus Rönz | 23.04.2021
Springe zum gewünschten Bereich innerhalb dieser Seite: Startähnliche ThemenKommentare Im Grunde benötigt man nicht viel für eine selbstlaufende Solaranlage, die einem immer den benötigten Strom zur Verfügung stellt. Meine kleinste Solaranlage - die Mini-Solaranlage, erfüllt bei mir drei Aufgaben. Zum einen habe ich jederzeit dank ein paar LEDs Licht, zum Anderen ist diese auf 5V und USB ausgelegt. Zum Smartphone laden und auch betreibt diese kleine Anlage meinen Raspberry Pi (mein Debian Not-PC).
meine Mini Solaranlage mit USB Ladebuchse
Akkuspannung per Taster abrufbar. Steht am Fenster und läd jeden Tag, sodass mein Handy damit geladen werden kann. Solarpanel ist klappbar und so höhenverstellbar, um ideal auch an hohen Fensterrahmen platziert werden zu können. Eine solide und mobile kleine Solaranlage.
Mini-Solaranlage: Aufbau schematische Darstellung
Dies ist unsere schematische Darstellung für die Mini-Solaranlage. Ich zeige dir, was bei den vielen optinalen Komponenten und Bauweisen wichtig ist.
Möchtest du lieber eine kleine 12V Insel-Solaranlage bauen, habe ich hier eine Anleitung dazu.
Um alle meine Themen zu Solar-Strom zu sehen, gibt es hier die Übersicht. Und für offene Fragen rund um Solar, lese die Solar FAQ.
Und noch kleiner geht es mit einer mobilen Solar-Powerbank - hier die Bauanleitung.
Diese Komponenten benötigst du mindestens:
- Solarzellen
- 6V Akku (idealerweise ein günstigen AGM-Blei Akku)
- Spannungsregler für 5V (2 Ampere)
- USB-Buchse
- Sperrdiode
- Zwei Krokodilklemmen
- Lüsterklemmen und passende Klemmen für den Akku
- Multimeter zum überwachen der Batterie oder besser ein kleiner Laderegler
Optional sinnvoll erweiterst du die Anlage mit folgenden Komponenten:
- LEDs
- Schalter zum abschalten der Solarzellen, USB Buchse und LEDs
- Spannungsanzeige-Display - ideal mit einem Taster verbinden, um nicht Dauerhaft das Display mit Strom zu versorgen.
Solarzellen:
Die kleinen Solarzellen erzeugen etwa 0,5V. Es gibt aber auch günstig fertig vergossene mit 2V 3V, 5V usw. Damit unser 6V Akku geladen wird, benötigen wir also mindestens 6V. Besser wären um die 7V bis 10V. Versuche passende Solarzellen zu finden, um aufwendige Kombination von Reihen- und Parallelschaltung der Module zu vermeiden. Auch musst du Verluste einkalkulieren - eine Diode muss noch verbaut werden, das wird weiter unten erläutert, diese hat z.b. 0,7V Spannungsabfall.
Neben der Spannung sollten wir auch auf genügend Ladestrom kommen. Je nachdem wie häufig du deine kleine Solaranlage nutzt und welche Verbraucher angeschlossen werden, sollte die Stromstärke (Ampere) entsprechend ausreichend zum laden des Akkus sein. Dazu weiter unten mehr.
In dieser Anleitung verwende ich 2 kleine Solarmodule, welche je 5V erzeugen, in Reihe geschaltet. Dies wären dann etwa 10V Leerlaufspannung. Dem Akku macht die Spannung nichts aus und so wird auch bei bewölkten Himmel geladen.
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6V Akku:
Ein AGM Bleiakku ist günstig und unter 10 Euro zu bekommen.
Bedenke, dass auch nach einer Woche bedecktem Himmel notfalls noch genügend Strom zur Verfügung stehen sollte. 4Ah Kapazität sind schon empfehlenswert, gerade wenn du auch dein Handy mehrmals laden möchtest.
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Alternative zum 6V Akku:
Du könntest auch AA-Akkus verwenden. Batteriegehäuse dafür sind güstig und deine Anlage wird dann noch kleiner. Ein AA-Akku hat jedoch 1,2V (AA-Batterien 1,5V). Um auf über 6V zu kommen, müssen mindestens 5, besser 6 AA-Akkus in Reihe geschaltet werden.
Um Li-Ion Akkus zu nutzen, benötigst du unbedingt einen Laderegler. Ni-MH Akkus (herkömmliche AA Akkus) erachte ich als probemloser.
Spannungsregler:
Dazu muss ich wohl nicht viel sagen. Die kleinen Bauteile mit drei Beinen kosten nur ein paar Cent und es gibt diese für viele Anwendungen fertig abgestimmt. Der Vorteil gegenüber eines Widerstands und Z-Dioden ist, dass die Ausgangsspannung konstant gleich bleibt. Wir verwenden einfach aus Sicherheitsgründen einen 5V (2 Ampere) Festspannungsregler für unsere USB-Buchsen und einen weiteren Festspannungsregler mit 3,3V für (superhelle, weisse) LEDs.
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USB-Buchse:
Gibt es für Platinen zum selbst auflöten oder als PC Zubehör zum Einbau in den PC. In unserer Anleitung verwende ich eine USB-Buchse ohne Gehäuse. Weiter unten erläutere ich welche der vielen Kabel du unter Strom setzen musst.
Sperrdiode:
Eine einfache Sperrdiode verhindert, dass bei Nacht oder wenig Licht der Akku nicht durch die Solarzellen entladen wird. Größere Module haben bereits Dioden verbaut - hier hilft ein Blick ins Datenblatt, Herstelleranfrage oder einfach testen. Beachte das es einen leichten Spannungsabfall bei Verwendung von Sperrdioden gibt (bis 0,7V bei Siliziumdioden). Verwende ausreichend dimensionierte Bauteile. Empfehlen kann ich die 1N4007, da diese in vielen Kleinspannungsprojekten bei mir Anwendung finden und bisher nie eine kaputt gegangen ist. Diese ist überdimensioniert für unser Vorhaben - du hast aber so die Möglichkeit, problemlos mit weiteren Solarzellen zu erweitern.
Krokodilklemmen:
Optinal kannst du Krokodilklemmen (auch Krokoklemmen genannt) für die Solarmodule nutzen. So kannst du abklemmen, wenn der Akku voll ist. Verwendest du einen Laderegler (Infos dazu weiter unten), werden kleine benötigt.
Alternativ zur Krokoklemme verwendest du einen Schalter zur Unterbrechung.
Sonstiges:
In meinem Fall habe ich mir die kleine Mini-Solaranlage aus Holz so gebaut, dass diese immer am Fenster stehen kann. Die höhe der Module ist bei mir variablel nach Fensterhöhe und Sonnenstand ausrichtbar. Ebenfalls arbeite ich gern mit Lüsterklemmen, da man so noch mehr anschließen, fehlerhafte Verbindungen überarbeiten oder anderweitig umbauen kann.
Wer Kinder und Tiere hat, sollte hier natürlich noch etwas mehr Schutz einbauen. Im Grunde fließt aber wenig Strom und die Spannung ist lediglich 6V.
Auch empfehle ich immer ein Multimeter zur Überwachung der Akkus. Ebenfalls kannst du, in Reihe geschaltet, den Ladestrom von den Solarmodulen schön sehen und ggf. auch abklemmen.
Da mit das auf Dauer etwas zu nervig war, hat die Anlage einen eigenen Spannungsmesser (Display) bekommen. Diese fertigen Bauteile gibt es für 2-5 Euro schon. Mit einem Taster (Schließer), kann ab und zu nach der derzeitigen Akkuspannung geschaut werden.
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Einfach oder unkompliziert? Sicher oder günstig?
Durch die Kommentare und eMails von Lesern bin ich dazu angehalten wurden, auf mehr Sicherheitsaspekte hinzuweisen. Da ich selbst immer gern alles überwache und es am liebsten einfach habe, gibt es in diesem Beitrag am Ende noch die Sicherheitshinweise und den Laderegler als Schutzvorrichtung vorgestellt. Überladung der Akkus sollte zwar bei diesem kleinen 6V System ohne Laderegler nicht vorkommen - aber man weiß ja nie. Wer ein System möchte, welches nicht kontrolliert werden muss, kann einen Laderegler dafür nutzen. Es ist hingegen wieder ein Bauteil was Strom benötigt und auch mal kaputt gehen kann - zudem auch Platz benötigt. Bei Kindern und Haustieren: Verwende oder baue dir ein Gehäuse! Ebenfalls ist eine eingebaute Kfz-Flachsicherung empfehlenswert.
Nun aber zur Anleitung!
Mini-Solaranlage selber bauen - Anleitung
6V Mini Solaranlage mit USB - selber bauen
Detailaufnahmen der verstellbaren Vorrichtung. Höhe und Neigungswinkel der Solarmodule kann frei eingestellt werden, um am Fenster platziert zu werden. USB Ladebuchse und Solarstrom an- und ausschaltbar.
Konstruktion: Gestell aus Holz
Als Unterkonstruktion dient ein Reststück einer 7mm Sperrholzplatte. Diese muss so groß sein, um die gewünschte Menge Akkus und auch die restlichen Anbauten und Elektronik unter zu bringen. Als Leisten habe ich hartes Buchenholz genommen. Die Elektronik und die verstellbaren Solarplatten sind mit zwei Leisten nach oben fest am Unterteil verbunden. Sichere die Akkus gegen herausfallen oder wegrutschen! An den kleinen Leisten wird nicht nur der Henkel zum einfach Transport befestigt, sondern auch die LEDs und die kleinen Solarmodule. Die Solarmodule sind bei mir an einem Kreuz befestigt, welches drehbar und vom Winkel einstellbar ist.Beachte bei der Konstruktion, wo du deine kleine Mini-Solaranlage später am häufigsten stehen hast. Ebenfalls solltest du die Akkus durch direkte Sonnenstrahlen schützen. Siehe dazu meine Bilder als mögliche Lösung.
Solarzellen richtig verkabeln:
In Reihe geschaltet (Minus einer Solarzelle an Plus der nächsten) addiert sich die Spannung, die Stromstärke (Ampere) bleibt gleich.Mehr über Reihenschaltung und Parallelschaltung hier.
Meine Solarzellen sind mit 5V angegeben. Zwar könnte man die so verwenden, jedoch wird die Batterie damit nie richtig voll geladen. Zudem ist die Spannung bei bedeckten Himmel nicht mehr ausreichend zum laden. Also sind 2 solcher Solarzellen in Reihe ideal. Da nur wenige Milliampere fließen, muss ein überladen der Akkus bei starker Sonne nicht gleich befürchtet werden (möglich wäre es aber, siehe weiter unten zum Laderegler).
Günstig zu haben sind auch die 0,5V und 1V Solarzellen. Diese sind auch bereits fertig vergossen, nehmen aber unnötig Platz ein und jeder dieser Zellen musst du noch verkabeln und auch an deiner Vorrichtung befestigen. Aber man kann damit zusätzlich seine Spannung (Reihenschaltung) oder auch Stromstärke (Parallelschaltung) damit wie gewünscht erhöhen. Wichtig ist die Module gleichen Typs zu verwenden!
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Größere Solarmodule, wie 12V Solarmodule, solltest du hier in diesem Fall, wenn dann aussschließlich nur mit geeignetem Solar-Laderegler verwenden. Bei mehreren und vor allem großen Solarmodulen, könnte die Teilverschattung problematisch werden. Gerade am Fenster.
Akkus im Verbund - welche Akkus verwenden?
Akkus vom gleichen Typ, mit gleichen Angaben und Alter (und Zustand / Ladezustand), kannst du problemlos in Reihe oder parallel miteinander verbinden. Ich verwende bei einer meiner Anlagen zwei 6V 4Ah AGB-Blei-Vlies Batterien. Zum einen kann man diese wunderbar in der Wohnung laden, ohne Angst vor dem Gasen zu haben, zudem können diese auch liegend gelagert und verbaut werden. Beide Akkus sind parallel geschaltet. Somit ist der Verbund nun 6V und 8Ah, was für unseren Zweck eine ausreichende Kapazität hat.
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Verbraucher nutzen
Da die Spannung der Batterie sich je nach Ladezustand ändert, wird eine Festspannung für die Verbraucher benötigt. In unserem Fall ein 5V Festspannungsregler für die USB-Buchsen, sowie ein 3,3V Festspannungsregler für LEDs.Verwendest du einen Laderegler für Solaranlagen, kannst du dessen Verbraucher-Ausgang nutzen. Dieser liefert dir auch eine feste Spannung und schützt den Akku vor Tiefentladung. Moderne Smartphones mit 20V Schnellladefunktion funktionieren aber nicht - hier müsste man auf 24V Akkuspannung setzen. Aber das ist ein komplexeres Thema, welches in einem späteren Artikel erklärt wird.
Ich selbst habe auf den Laderegler verzichtet und arbeite mit Krokodilklemmen oder Flachstecker. Alternativ zu den Kroko-Klemmen kannst du auch einen Schalter einbauen - siehe wie auf meinen Fotos.
Je weniger Bauteile du nutzt, desto geringer sind auch die Kosten und Verlustleistungen der Anlage. Ebenfalls kann weniger kaputt gehen und der Platzbedarf wird geringer. Du musst das ganze hingegen mit einem Multimeter ab und an überwachen. Ideal sind also solche fertigen Voltmeter zum festen Einbau - ein Taster zur Unterbrechung bietet sich hier an.
USB-Buchsen: Laden des Smarphones / Handys
Im PC Bereich gibt es verschiedene USB-Buchsen zum Einbau in den PC. Im Grunde genommen ist das nur eine Buchse mit verschiedenen Kabeln. Wir benötigen nur zwei Kabel zum laden von USB Geräten. Die beiden Kabel werden an den 5V Festspannungsregler angeschlossen. Die Schnelladefunktion von modernen USB-Geräten kann damit nicht benutzt werden - dafür solltest du ohne 5V Festspannungsregler arbeiten. Andere USB Geräte ohne Überspannungsschutz sollten dann nicht verwendet werden. Teste vor anstecken des Handys, welche Spannung an deiner Buchse anliegt und schaue im Internet nach den USB Spannungsstandarts zum laden.Licht: LEDs für die Notbeleuchtung
Um nicht mit Widerständen arbeiten zu müssen, gibt es Festspannungsregler für LEDs. Beachte, welche Spannung deine LEDs haben müssen! Idealerweise 3,3V LEDs, welche du direkt an den 3,3V Festspannungsregler anschließen kannst.Aus Erfahrung: Ein Schalter für die LEDs sollte zwischen Akku und Festspannungsregler liegen. Erhält der Festspannungsregler immer Strom, zieht es auch bei ausgeschalteten LEDs immer Strom.
Auf den Bildern ist meine LED Leiste noch nicht verbaut gewesen.
Fazit:
Wie du siehst, kannst du dir nach deinen Wünschen günstig und schnell eine kleine Mini-Solaranlage bauen. Das schöne an der kleinen Anlage ist ihre Mobilität. In Kombination mit USB-Buchse und LED Beleuchtung ist diese Solaranlage einfach Gold wert.Und wie sieht deine Anlage aus? Schreibe hier ein Kommentar oder eine eMail. Gern veröffentliche ich auch Bilder deiner Solaranlage!