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Flexible Solarzellen - Ultraleichte, Flexible Dünnschicht-Solarmodule

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Flexible Solarzellen: OEM Komponenten

 
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MP3-25 Flexible Solarbatterie 3V bei 25mA
 
OEM Komponenten

Bestens geeignet zum Musterbau oder zur Erweiterung einer bereits bestehenden elektronischen Einheit, sowie für verschiedene Hobbyprojekte (z.B. RC Aircraft, BEAM robots, Schulprojekte).


 
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Technische Informationen: Wählen Sie Ihr Modul



Im Folgenden finden Sie Überlegungen und Vorschläge bezüglich der Größenauswahl für das Ihren Anforderungen entsprechende Solarmodul. Die Erörterung ist in zwei Haupttthemen getrennt:



1)

Direkter Energiegebrauch durch das Modul

2)

Anwendungen mit Akku

Schlüsselkonzepte

  • Die Stromstärke des Moduls steigt beinahe linear mit der Lichtintensität.
  • Die Ansprechspannung des Moduls ist relativ lichtunempfindlich und sinkt nur um 5% von 10% der vollen Sonne.

Nützliche Definitionen

  • Leistung - Die Ansprechspannung und der Ansprechstrom, die die Maximalleistung des Moduls erzeugen. (Das Erzwingen des Moduls, eine höhere oder niedrigere Spannung zu erzeugen, führt zu einem weniger effizienten Einsatz.).
  • Arbeitszyklus - Prozentsatz der Zeit, in der die Anwendung laufen sollte.
  • AM1, AM1.5 - Sozusagen - die Intensität der vollen Sonneneinstrahlung an einem klaren Nachmittag.


Berechnungen für Systeme ohne Batterien



Betrachtung der Spannung


Die Spannung des Moduls sollte so gewählt werden, dass die Netzspannung nahe der für die Anwendung benötigten Ansprechspannung liegt. Grob überschlagen können Sie mit einer Netzspannung von ca. 75% der Leerlaufspannung rechnen.



Stromstärkenberechnungen



1. Finden Sie die für Ihre Anwendung benötigte minimale Stromstärke: Imin



2. Ermitteln Sie die minimale Lichtintensität (Grenzintensität), mit der Ihre Anwendung funkioniert: Lmin (Die folgende Tabelle zeigt grob die Lichtintensität unter verschiedenen Bedingungen auf. Die Intensität wird als Prozentsatz der vollen Sonnenintensität angesetzt (auch AM1.5 genannt).



Verfügbare Energie bei verschiedenen Lichtbedingungen bezüglich der vollen Sonne

Bedingung

Intensität
(% der vollen Sonne)

Volle Sonne - Panel square to sun

100%

Volle Sonne - Batterie bei 45° Winkel zur Sonne

71%

Leicht bewölkt

60-80%

Stark bewölkt

20-30%

Fensterscheibe, einzelne Scheibe, doppelt gestärktes Glas, Fenster & Module square to sun

91%

Fensterscheibe, doppelte Scheibe, doppelt gestärktes Glas, Fenster & Modul square to sun

84%

Fensterscheibe, einzelne Scheibe, doppelt gestärktes Glas, Fenster & Modul 45° Winkel zur Sonne

64%

Beleuchtung im Büro- Am Desktop

0.4%

Innenbeleutung - Ladenbeleuchtung

1.3%

Innenbeleuchtung - im Haus

0.2%


3. Berechnen Sie die benötigte Sonneneinstrahlung für die Anforderung Ihres Moduls: Imod



Imod = Imin x 100% / Lmin



4. Wählen Sie ein Modul, das der benötigten Spannung und der berechneten Stromstärke Imod entspricht.



Note: Die Leistung des Moduls ist gewöhnlich in den Bedingungen über die Stromstärke bei einer spezifischen Spannung (z.B. 50mA@3V) näher beschrieben, das die Leistung bei einem bestimmten Betriebspunkt anzeigt. Dieser Betriebspunkt liegt gewöhnlich nahe am Energiepunkt. Manche Module sind für eine volle Sonneneinstrahlung bestimmt, andere für eine niedrigere Intensität, wie z.B. nur ¼ der Sonneneinstrahlung. Dadurch wird die Auswahl vereinfacht. 1/4 Sonne wird typischerweise eher für tragbare Elektrogeräte verwendet und wird oft als Grenzwertintensität gewählt.



Beispielberechnungen für Anwendungen mit direkter Energiezufuhr



Beispiel 1: Ein Radio, das vom Modul mit Energie versorgt warden muss, benötigt 9 mA bei 3 Volts um zu laufen. Sie möchten, dass Ihr Radio mit einer Lichteinstrahlung von mehr als 20% der vollen Sonne läuft.



Imod = Imin x 100% / Lmin


Imod = 9mA x 100% / 20%


Imod = 45mA



Sie benötigen ein Modul, das 45mA bei 3V bei voller Sonneneinstrahlung erzeugt.



Beispiel 2: Wie Beispiel 1, aber das Antriebslicht ist Bürolicht. Lmin = 0.4%.



Imod = Imin x 100% / Lmin


Imod = 9mA x 100% / 0.4%


Imod = 2250mA



Sie benötigen ein Modul, das 2250mA bei 3V bei voller Sonneneinstrahlung erzeugt. Das ist ein sehr großes Modul für ein Radio. Eine bessere Möglichkeit wäre es, ein kleineres Modul zu nutzen, das mit einer Batterie verkoppelt ist, die sich am Modul aufläd, when left in a window.



Example 3: Sie möchten eine blinkende LED Werbeanzeige die unter Ladenbeleuchtung funktioniert. Der Blinkkreislauf benötigt durchschnittlich 0.1mA bei 2.4 Volts um fünf LEDs mit Energie zu versorgen. >Auf der obigen Aufstellung sehen wir, dass eine Ladenbeleuchtung ca. Lmin = 1.3% erzeugt.



Imod = Imin x 100% / Lmin


Imod = 0.1mA x 100% / 1.3%


Imod = 7.7mA



Sie benötigen ein Modul, das 7.7mA bei 2.4V bei voller Sonneneinstrahlung erzeugt. Alternativ könnten Sie Schwachlichtspezifikationen in Erwägung ziehen. Hier ist eine Leistung von 0,4% der vollen Sonneneinstrahlung (ungefähr 400 Lux) gewährleistet. Dies kann bis zu 1,3% genormt werden.





Berechnungen für System emit Batterien



Betrachtung der Spannung


Bei Anwendungen mit Batterieladung sollte die Ansprechspannung des Moduls mindestens genauso hoch sein, wie die Ladespannung der Batterie. Diese ist höher als die Ausgangsspannung der Batterie. Eine einzelne NiCd Batterie hat üblicherweise eine Ausgangsspannung von 1,2 Volt, benötigt jedoch 1,4 Volt zum Zwecke der Aufladung. Eine 12 Volt Bleibatterie benötigt eine Aufladespannung von 14-15 Volt. Für den Fall, dass eine Sperrdiode erforderlich ist, um das Auslaufen der Batterie in das Solarmodul wenn es sich im Dunkel befindet zu vermeiden, sind zusätzliche 0,6 V notwendig. Zum Beispiel benötigt ein Pack Batterien mit drei NiCd Batterien, die 3,6 Volt erzeugen, Module mit 4,2 oder 4,8 V (hängt davon ab, ob eine Sperrdiode benutzt wird oder nicht).



Wird eine Sperrdiode benötigt?


Befindet sich das Solarmodul im Dunkeln und ist immernoch mit der Batterie verbunden, ist es lediglich eine in Durchlassrichtung gespannte Diode und kann Strom von der Batterie aufnehmen. Dies ist weniger ein Problem für Module aus amorphem Silikon, als für kristalline Module. Problematisch könnte es jedoch sein, wenn sich das Modul die meiste Zeit im Dunkeln befindet. Die Auslaufwahrscheinlichkeit sinkt auch dramatisch, wenn die Leerlaufspannung des Moduls bedeutend größer ist, als die Ausgangsspannung der Batterie. Für Anwendungen, die täglich der Sonne ausgesetzt sind, können Dioden außen vor bleiben, sofern das Modul die korrekte Größe hat. Wird sich die Anwendung über längere Zeiträume in einem Behälter oder einer Schublade befinden, wäre eine Sperrdiode jedoch ratsam. Jede Anwendung sollte individuell daraufhin bewertet werden.



Stromstärkenberechnungen



1.   

Berechnen Sie die durchschnittliche Stromaufnahme: Iavg. Dies ist gleich der Stomaufnahme der Anwendung mal dem Arbeitszyklus.

2.   

Schätzen Sie die durchschnittliche Einleuchtung auf das Modul ab, Lavg (z.B. ergeben 4 Stunden voller Sonneneinstrahlung jeden Tag einen Durchschnittswert von Lavg = 4/24 = 16,6% der vollen Sonneneinstrahlung pro Tag). Hilfe dafür finden Sie in der obigen Tabelle.

3.   

Berechnen Sie die für Ihr Modul benötigte Stromstärke. Imod = Iavg x 100% / Lavg.

4.   

Wählen Sie das Modul, das der berechneten benötigten Spannung und Stromstärke entspricht Imod.



Beispielberechnungen für Anwendungen mit Batterien



Beispiel 1: Ein Hoflicht bezieht 20mA und Sie möchten, dass es jede Nacht 8 Stunden brennt. Sie schätzen, dass sie täglich eine durchschnittliche Sonneneinstrahlung von 4 Stunden haben.



Iavg = Iapp x Arbeitszyklus


Iavg = 20mA x 8hr / 24hr


Iavg = 6.67mA



Lavg = 100% x 4hr/24hr


Lavg = 16.67%



Imod = Iavg x 100% / Lavg


Imod = 6.67mA x 100% / 16.67%


Imod = 40mA



Beispiel 2: Ein Mobiltelefon bezieht 3mA im Standby-Modus und 300mA im Sprechmodus. Es kann davon ausgegangen werden, dass das Telefon pro Tag durchschnittlich im Sprechmodus genutzt wird und nur 23 Stunden und 50 Minuten im Standby-Modus. Das Telefon kann durchschnittlich pro Tag 2 Stunden direkte Sonneneinstrahlung erhalten. Finden Sie die benötigte Modulgröße, um Ihr Telefon ständig geladen zu haben.



Iavg = Iapp x Arbeitszyklus


Iavg = {3mA x [(23hr 50 min)/24hr]} + [300mA x (10min/24hr)]


Iavg = {3mA x [(23hr x 60min) + 50 min]/(24hr x 60min)] + {300mA x [10min / (24hr x 60min)]}


Iavg = [3mA x .993] + [300mA x .0069]


Iavg = 5.05mA



Lavg = 100% x 2hr/24hr


Lavg = 8.33%



Imod = Iavg x 100% / Lavg


Imod = 5.05mA x 100% / 8.33%


Imod = 60mA



Ist die Ladespannung Ihres Telefons bei 6V, benötigen Sie mindestens ein 6V, 60mA Modul, um die benötigte Energie zuführen zu können.



Example 3: Ein Fischerboot hat ein 12 volt Batteriesystem, das einen Trollingmotor und eine Tiefenfinderausrüstung antreibt. Das Boot ist 4 Tage jeden Monat in Gebrauch und benötigt im Durchschnitt 2A für 6 Stunden jeden Tag. Das Boot ist durchschnittlich 4,5 Stunden täglich der direkten Sonne ausgesetzt. Berechnen Sie die benötigte Modulgröße unter Berücksichtigung des Monatszyklus.



Iavg = Iapp x Arbeitszyklus


Iavg = 2A x [(4 x 6hr)/30 days]


Iavg = (2A x 1000mA/1A) x (24hr / 720hr)


Iavg = 2,000mA x 0.0315


Iavg = 63mA



Lavg = 100% x 4.5hr/24hr


Lavg = 18.75%



Imod = Iavg x 100% / Lavg


Imod = 63mA x 100% / 18.75%


Imod = 336mA



Wird das Boot 4 Tage im Monat genutzt und liegen zwischen diesen 4 Tagen jeweils die gleichen Zeitintervalle, so sollte ein 14V 400mA Modul ausreichend sein, genügend Energie zu speichern, um das Boot in Betrieb nehmen zu können. Soll das Boot jedoch an zwei aufeinanderfolgenden Tagen genutzt warden, wäre dazwischen nicht genug Zeit, um die Batterie für den nächsten Tag aufzuladen. Ist die Kapazität der Batterie ausreichend, wird dies kein Problem sein. Ist aber die Batteriekapazität so beschaffen, dass nur die Energie von einem Tag gespeichert werden kann, so wird eine zusätzliche Ladekapazität benötigt und die Berechnungen müssen an den täglichen Zyklus angepasst werden.






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