Vor anderthalb Jahren habe ich davon berichtet, wie ich einen Pooltemperatursensor gebaut habe. Der Akku hielt zu Beginn noch ca. 2–3 Monate. Da ich aber oft vergessen habe, ihn rechtzeitig aufzuladen, war er oft sehr tief entladen, was dazu führte, dass die Akkulaufzeit sich nach dem 3. bis 4. Mal aufladen schon auf 1–2 Wochen verkürzte. Deswegen sollte ein Solar-Panel helfen, die Akkulaufzeit auf den ganzen Sommer zu verlängern, wenn nicht sogar den Sensor komplett autonom mit Strom zu versorgen.
Welche Leistung muss die Solarzelle haben?
Diese Frage stand natürlich bei der Planung als Erstes im Raum. Von der PV-Anlage auf dem Dach hatte ich einige Daten, die ich versucht habe, ins Kleine zu übertragen.
Im Sommer (von April bis Oktober) produzierte diese durchschnittlich ungefähr 40 kWh pro Tag. Bei einer Maximalleistung von 10kW sind das 4 kWh/kW/Tag bzw. 4 Wh/W/Tag.
Den Leistungsbedarf des Sensors berechnete ich aus Akkulaufzeit und Akkukapazität. Der Akku hat 2500mAh bei 3,7V. Das sind 9,25Wh. Das reichte für ca. 6,5 Tage (hier mache ich den größten Fehler, da die Akkukapazität aufgrund der vielen Ladevorgänge schon sehr gering war. Dieser Fehler bewegt mein Endergebnis nach oben, d. h. ich berechne zu viel Leistung. Das ist besser als zu wenig.). Damit komme ich auf 1,42Wh/Tag. Pro W produziere ich 4Wh. Insgesamt benötige ich also 1,42Wh/Tag : 4Wh/W/Tag = 0,35W.
Als nächstes berechnete ich den Verlust meines Ladereglers. Hier habe ich auf der 5V Seite bei 3,7V 0,16A gemessen (die Spannung bricht auf 3,7V zusammen, wenn entsprechend wenig Leistung vorhanden ist). Das sind 0,592 W. Auf der Seite des Akkus habe ich bei 3,47V 0,121A gemessen. Das sind 0,42W. Es kommen also nur ca. 0,42W/0,592W = 71 % der Energie durch. Hier mache ich wieder einen größeren Fehler, da ich eigentlich schon einen Verlust bei der Berechnung im 2. Absatz einen Verlust mit eingerichtet habe, nämlich den Verlust des Wechselrichters. Da ich diesen aber nicht kenne, rechne ich den Verlust meines Ladereglers nochmal obendrauf. Auch hier wird das Endergebnis nach oben bewegt, was aber, wie schon erwähnt, nicht so schlimm ist, als andersherum. Meine 0,35W multipliziere ich jetzt also noch mit 1/0,71, um dann auf ein Endergebnis von 0,35W*(1/0,71) = 0,49W zu kommen.
Eine Solarzelle mit mindestens 0,5W wird also laut dieser Rechnung locker ausreichen, da ich an zwei Faktoren zu viel gerechnet habe.
Auswahl der Komponenten
Auf der Suche nach einer passenden Solarzelle bin ich auf dieses Modell mit 0,75W gestoßen. Diese müsste eigentlich locker reichen. Da ich aber noch nicht so viel Vertrauen in meine Rechnung gehabt habe, habe ich zusätzlich noch ein größeres Panel mit 2,9W bestellt.
Das Solar-Panel schließe ich dann direkt per Micro-USB-Kabel an die Ladeplatine von meinem Sensor an.
Zusammenbau
Die Solarzelle habe ich auf eine Abzweigdose geklebt, worin ich sie dann an das Kabel, das von der einen Dose in die andere geht, angeschlossen habe. Als Verbindungsstück zwischen den 2 Dosen dient eine 3D-gedruckte Halterung, mit der ich die Solarzelle auch ausrichten kann.
Im Gehäuse ist das Solar-Panel einfach per USB-Kabel an die Ladeplatine direkt angeschlossen.
Geht meine Rechnung auf?
Ich hatte ja schon Bedenken, ob ich in meiner Rechnung nicht irgendwo einen Denkfehler drin haben könnte.
In folgendem Diagramm sieht man die Spannung des Akkus in den letzten 7 Tagen. Man sieht, dass sie zwar nachts etwas gesunken ist, tagsüber konnte der Akku aber wieder komplett aufgeladen werden und das, obwohl die letzten Tage eher bewölkt und regnerisch waren.
