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platine_solarregler

Solar-Laderegler V2

Solarladeregler V3

Die Platine des Solarreglers wurde mit Eagle erstellt. Obwohl einige SMD-Bauteile verwendet wurden (manche gibt es nicht anders) kann die Platine von Hand gelötet werden. Die Breite und Führung der Leiterbahnen erlaubt das Herstellen mittels Toner-Transfer und ätzen. Da es sich um eine zweiseitige Platine handelt müssen beide Seiten bedruckt und geätzt werden. Ich habe dies gleichzeitig gemacht. Ein Versuch die Seiten nacheinander zu ätzen schlug fehl, da der zum Schutz der bereits geätzten Seite verwendete Abdecklack die Kanten der Leiterbahnen nicht richtig benetzte und diese von den Seiten her angefressen wurden.

Die Programmierung erfolgte über die Arduino-IDE.

Der Solarladeregler besteht aus folgenden Bestandteilen:

  • einem Spannungsregler 3V
  • Schaltteil für Verbraucher, Solarmodul und Akku
  • Sicherungen für Solarmodul und Verbraucher
  • einem Eeprom zur Speicherung von Daten
  • Messung der Solarspannung
  • einem Motortreiber zur Ansteuerung des Motors zur Nachführung des Solarpanels
  • einer Steckverbindung zum Aufstecken einer Erweiterungsplatine
  • RJ45 Buchse zum Anschluss von Sensoren (z.B. in meinem Anwendungsfall die Bienenwaage, Temperatursensoren)
  • einer Programmierschnittstelle zur Verbindung mit der Arduino-IDE
  • Anschluss für Batteriemonitor

Dieses Basisboard ist durch seinen Aufbau für viele Anwendungen geeignet, welche eine vom Stromnetz unabhängige Datenerfassung benötigen. Die nicht zwingend für die Funktion des Ladungsregelns benötigten Pins des Arduino/ATmega werden für mögliche Erweiterungen über Steckverbinder nach außen geführt.

Anschlüsse auf dem Solarreglerboard

  1. Anschluss Last 1 (Batteriespannung, 3V+)
  2. Anschluss Last 2 (Batteriespannung)
  3. Anschluss Batterie
  4. Anschluss Solarmodul
  5. Sicherung Last (Batteriespannung)
  6. Sicherung Last (3V)
  7. Sicherung Eingang Solarzelle
  8. Jumper Ein/Aus
  9. Anschluss Batteriemonitor
  10. Anschluss Programmierung
  11. Anschluss Motor zum Ausrichten des Solarpanels
  12. RJ45 zur Kommunikation mit Sensoren
  13. Steckverbinder für Erweiterungsboard (SV3)
  14. Steckverbinder für Erweiterungsboard (SV1)
  15. Steckverbinder für Erweiterungsboard (SV2)

Pinbelegung RJ45

Pin Bez. ArduinoVerwendungBenötigt für
1PB0Pin8Waage PowerWaage
2PD6Pin6OneWireTemperatursensoren
3PB4Pin12Waage 1 DataWaage
4PB3Pin11Waage 1 CLKWaage
5PB2Pin10Waage 2 DataWaage
6PB1Pin9Waage 2 CLKWaage
7PC5A5I²C SCLKommunikation mit Yun
8PC6A4I²C SDAKommunikation mit Yun

Pinbelegung der Buchsenleisten

Auf diese 3 Buchsenleisten des Solarreglers kann ein Erweiterungsboard aufgesteckt werden. Bei der Verwendung als Stockwaage enthält dies Anschlüsse für einen Taster, Kontroll-LEDs und einen Bewegungssensor.

Die Pinnummer stimmt nicht mit der Bezeichnung im Schaltplan. Gezählt von links nach rechts.

Conrad 409070

zum durchkontaktieren können die einzelnen Buchsen aus der Leiste gezogen, in die Leiterplatte eingesteckt und von beiden Seiten verlötet werden. Nicht bis zum Anschlag einstecken.

Stromversorgung SV3

PinBelegung
1geschaltene Batteriespannung Last 1
2+3V Dauer
3geschaltene Batteriespannung Last 2
4GND

Digital SV1

PinPin ATmegaBez. ArduinoBelegung
11261-Wire
2137+3V Sensor ein
353
442
531TX
620RX

Analog SV2

PinPin ATmegaBez. ArduinoBelegung
11913
224A1
325A2
426A3
527A4I²C SDA
628A5I²C SCL

Schaltplan des Solar-Ladereglers

Bauteile für den Aufbau des Solarladereglers

Spannungsregler

  • 1 x Spule 100 µH (L2, Conrad 1056571, x)
  • 1 x 1 µF Kondensator (C4, Conrad 1279049, x)
  • 1 x 2,2 µF Kondensator (C5, Conrad 1278998, 2)
  • 1 x 4,7 µF Kondensator (C6, Conrad 1280217, x)
  • 1 x 47 µF Kondensator (C7, Conrad 1280049, x)
  • 1 x 100 kΩ (R14, optional)

Motorsteuerung für Sonnennachführung des Solarmoduls

Bei der ersten Variante der Solaranlage wurde für die Nachführung des Solarpanels noch zwei Helligkeitssensoren verwendet. Diese Variante funktionierte grundsätzlich, war aber bauartbedingt sehr anfällig für Fehlfunktionen aufgrund Verschmutzung und im Sommer am Standort anfallende, teilweise Verschattung. Derzeit wird das Solarmodul anhand der erzeugten Spannung ausgerichtet. Es wird alle x Minuten ein Stück weitergedreht, die Solarspannung gemessen, die Werte verglichen usw. Diese Lösung funktioniert mindestens genauso gut. Welche Variante effizienter ist habe ich bisher nicht untersucht.

  • 1 x 100 µF Kondensator (C10, Farnell, 2491298, 2)
  • 2 x 0,1 µF Kondensator (C2, C3)
  • 1 x 0,2 Ω (R10, Conrad 1055563, x)

I²C

  • 4 x 10 kΩ (R2, R11, R12, R13, optional als Pullup)
  • I²C-BUSBUFFER (ist nötig, da Teilnehmer des I²C-Buses (wie der Arduino Yun) teilweise ausgeschalten werden)
  • 2 SMD-Brücken (diese 0 Ω Dinger)
  • 0,01 µF Kondensator (C1)
  • Sockel für EEPROM

Schnittstelle zur Programmierung

  • 100 kΩ (R3)
  • 5-polige Buchse (Spenderteil aus Maus)

Schaltung von Last und Batterie/Solar

  • 3 x Mosfet IRF7416 (Conrad 162476)
  • 3 x 10 kΩ (R4, R6, R8)
  • 3 x 1 kΩ (R5, R7, R9)
  • 3 x Transistor NPN MMBT3904 (Conrad 1112841)
  • 1 x TVS BIDIR 600W 36V P6KE36CA DO-15 FSC (Conrad 1265277)

Spannungsmessung Solarmodul

  • 200 kΩ (R15)
  • R16 + R17 = 30 kΩ
  • Kondensator 0,1 µF (C9)

Für den Anschluß der genutzten Sensoren an den Solarregler wurde eine Erweiterungsplatine erstellt.

3 x IRF7416

Diode 18 SK54 161027 - 62

Solar und Load schalten: CMOS F7416 IRF7416

TVS Diode

Spannungsteiler solarmessung 303 204

Spannungsversorgung Erweiterunsplatine:

  • +3V Dauer
  • +12V Load1
  • +12V Load2
  • GND
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