Weiterverwendung alter Solarzellen        

von Ulli Kainka               
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Es fallen immer mal wieder alte Solarzellen an, die z. B. von Garten-Solarleuchten stammen. Die Garten- Solarleuchten sind nämlich oft billig gemacht. Irgendwann kommt Regenwasser ins Innere und die Geräte streiken. Oder sie werden ausgemustert weil sie unansehnlich geworden sind. Mit der Zeit hat sich auf diese Weise bei mir eine Anzahl alter Solarzellen angesammelt. Hier sind drei einfache Beispiele gezeigt, was man damit noch machen kann.


Beispiel Beleuchtung

Für mein Gartenhaus, das keinen Netzstrom hat, habe ich mir eine einfache Beleuchtung gebaut. Dazu musste ich nur das Leuchtelement mit einem Kabel verlängern und dabei die Polung beibehalten. Der Ausgangsplunkt war ein Modul von einem Solar Lampignon, das noch gut funktionierte



Ausgangsmaterial, Modul eines ausgedienten Solar Lampignons





Außeninstallation des Moduls, ohne Leuchtelement

Innen baumelt das Leuchtelement, bestehend aus drei LEDs, am Kabel von der Decke. Wenn ich abends etwas im Gartenhaus nachsehen möchte, schalte ich die Innenbeleuchtung an dem Schalter an, der unter dem Modul angeordnet ist.
 


So sieht es bei Tag und nachts aus


Beispiel Akkus laden

Aus einer anderen Gartenleuchte wurde ein Ladegerät für zwei AA Akkuzellen. Einiges konnte von der alten Gartenleuchte wiederverwendet werden:
Die Solarzelle mit Edelstahleinfassung und die Batteriehalterung für zwei AA- Zellen.










Die Schaltung ist sehr einfach. Die Diode verhindert, dass sich die Akkus im Dunkeln wieder „rückwärts“ über die Solarzelle entladen. Die Solarzelle ist zwar auch eine Art Diode, aber mit zu geringem Sperrwiderstand. Der Taster stellt zusammen mit dem Lautsprecher ein kleines Extra dar: Bei Sonnenbestrahlung der Solarzelle kann man damit prüfen ob die Akkus gut eingelegt sind. Drückt man bei sonnenbeschienener Solarzelle den Taster, dann ist ein Knacken im Lautsprecher die Bestätigung, dass die Akkus guten Kontakt in der Halterung haben. Die Solarzelle gibt bei voller Sonne 5 V Leerlaufspannung ab und 80 mA Kurzschlussstrom, daraus ergeben sich 62 Ohm Innenwiderstand. Damit erhält man den Ladestrom des Akku- Laders:
I = (5 V – 0,7 V – 2 * 1,2V) / 62 Ohm = 30 mA

Mit 0,7 V: Spannungsabfall an der Diode und 1,2 V Spannung einer Akkuzelle

Man muss sich also auch im Sommer einige Tage gedulden, bis die Akkus wieder aufgeladen sind. Natürlich ist es wichtig, dass das Ladegerät im Freien ist und möglichst viel „senkrechte Sonne“ sieht. Im Haus gibt es den Nachteil, dass Fensterscheiben einiges von der Sonnenenergie abschwächen.


Beispiel: UKW Radio

Zwei von den im Beispiel „Akku- Lader“ verwendeten Solarzellen habe ich an ein altes Kofferradio angeschlossen, da wo sonst die Batterispannung anliegt.





Dieses Beispiel habe ich einfach ausprobiert. Das Radio braucht normal 9 V. Die beiden Solarzellen in Reihe geschaltet liefern 10 V Leerlaufspannung. Ich vermute, unter der Belastung durch das Radio fällt die Spannung ab, vielleicht auf 7 V. Das Radio funktioniert damit, wenn die Sonne schön auf die Solarzellen scheint. Für den Kassettenrecorder reicht die Leistung aber nicht aus. Also nur Radio hören. In meinem Fall geht das ganz gut und man kann sogar ausreichend laut stellen. Noch besser klappt es mit Kopfhörer, damit macht es besonders viel Spaß. Wenn mal eine Wolke kommt, ist kurz Pause. In diesem schönen Sommer (2018) habe ich das Radio mehrmals benutzt, wenn ich am Sonntag im Garten ausruhen wollte. Noch komfortabler wäre es wenn man noch eine Diode und einen Akku spendiert (wie beim Beispiel „Akku- Lader“). Aber so weit bin ich noch nicht. Ich hör lieber direkt „auf Sonne pur“.


Februar 2021: Solarradio mit Akku



Das Radio kam bisher mit der Leistung der Solarzellen so gerade hin und spielte nur bei Sonne. Jetzt ist das System um noch eine Solarzelle und um einen 8,4 V Blockakku mit 250 mAh erweitert worden. Eine Diode ist auch vorhanden um eine Entladung des Akkus bei zu wenig Licht zu verhindern. Die Solarzellen sind wohl auch Dioden, aber welche mit geringem Sperr-Widerstand, darum braucht man eine richtige Diode. Hier eine einfache 1N4148.

Das Radio ist jetzt dank Akku auch ohne Sonne zu benutzen. Es benötigt 50 mA bei schon ganz vernünftiger Lautstärke. Eigentlich kann ja nicht viel Power dabei rum kommen, aber meine bessere Hälfte sagt immer "mach nicht so laut, die ganze Nachbarschaft fühlt sich gestört". Der Akku hat ja eine Kapazität von 250 mAh. Bei anfangs vollem Akku würde das Radio also 250 mAh/50 mA = 5h (5 Stunden) spielen, ohne Sonne.



Die Solarzellen habe ich mir mal allein vorgenommen und zwei Werte gemessen. Die Leerlaufspannung ist 15 V und der Kurzschlussstrom beträgt 100 mA - immer bei starker Sonneneinstrahlung. Man kann sich diese Solarzellen vorstellen als eine 15 V Spannungsquelle mit einem Widerstand in Reihe. Der Reihen- Widerstand beträgt 15 V/100mA = 150 Ohm. Wenn die Sonne den Akku lädt, beträgt der Strom (15 V - 8,4 V (Akku) - 0,7 V (Diode))/150 Ohm = 39 mA. Wenn man also bei Sonne auch noch Radio hört, entlädt sich der Akku immer ein wenig, nämlich um 11 mA. Ich muss also das Radio ausgestellt auch immer wieder nur zum Akku- Laden in die Sonne stellen. Sonst ist irgendwann der Akku leer.

Eine interessante Frage ist: warum hat der erste Versuch, nur mit zwei Solarzellen und ohne Akku geklappt? Ich vermute es ist so, dass das Radio auch bei geringerer Spannung schon spielt, vielleicht bei 6 V. Dann pendelt sich ein Betriebspunkt ein, der irgendwie noch mit Strom und Spannung so gerade klappt.

So, das Akku- unterstützte Radio funktioniert prima. Aber, ist das auch wirtschaflich? Ich habe ein Buch über industrielle Energiespeichersysteme gelesen und darin ist die Wirtschaftlichkeit ein zentrales Thema. Demnach soll man einen Speicher nur anschaffen, wenn er sich wirtschaftlich lohnt. Das ist bei meinem Radio mit Akku vermutlich nicht der Fall! Der Akku hat ca. 3 Euro gekostet, ich fand das günstig und habe zugeschlagen. Aber für 3 Euro liefert einem der Energieversorger ca. 9 kWh, wenn man möchte auch Ökostrom. Wenn man annimmt, das Radio benötigt am Netz doppelt so viel Leistung wie am Akku, weil das eingebaute Netzteil einen schlechten Wirkungsgrad hat, dann reichen 9 kWh für sehr viele Stunden Radio hören. 9000 Wh/(2* 8,4 V * 50 mA) = 10700 Stunden. Ein Jahr hat 8760 Stunden. Für das gleiche Geld kann ich also bei Netzbetrieb etwas mehr als ein Jahr lang durchgehend Radio hören! Wenn der Akku oder das Radio überhaupt so lange funktionieren.

Wirtschaftlich lohnt sich der Akku also eher nicht. Aber es macht Spaß. Die olarzellen rechne ich übrigens nicht mit ein, denn sie sind aus dem Schrott gerettet, also kostenlos. Ich möchte es vielleicht nochmal etwas bescheidener versuchen, mit einem Elko als Speicher. Vielleicht hilft der Elko über eine Wolke hinweg, das wäre dann schon ganz gut. Der Elko muss ein alter aus dem Schrott sein, dann kostet er nichts und die Wirtschaftlichkeits- Rechnung bringt endlich einen Vorteil. Aber es könnte ein Problem mit den Spannungsänderungen geben. Falls ich die Elko- Version probiere kommt bestimmt mal ein neuer Beitrag darüber.

Anmerkung: Du rechnest den Innenwiderstand der Zellen aus und kommst dann auf 39 mA. Aber die Zellen verhalten sich eher wie eine Konstantstromquelle. Deshalb müsste der Strom beim Laden mehr in Richtung 100 mA gehen. Du kannst es mit meinem Amperemeter parallel zur Diode messen. Das Messgerät hat einen Spannungsabfall unter ca. 100 mV, da ist die Diode schon völlig hochohmig.  Jedenfalls ist die Bilanz damit vielleicht viel besser. Bei voller Sonne lädt das Radio vermutlich auch im Betrieb. Aber meist hat man ja nur halbe Sonne.

Getestet: Gerade ist gute Sonne für eine Strommessung. Mit Akku und parallel zur Diode: 77 mA. Ohne Akku im Kurzschluss: 85 mA. Es ist in der Tat viel günstiger als ich angenommen habe!


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