Solarauto

[=[webghost]=]

Hallo,

es geht zwar nicht um Casemodding, aber um eine Schaltung. Ich denke das ihr mir aber trotzdem helfen könnt.

Nun zum Problem:

Wie bauen in der Schule im Moment ein Solarauto, anschließend gibt es ein Rennen der Flitzer. Wir haben 3 Solarzellen, die je ca 6x12 cm groß sind, und einen einen Solarmotor.

Wie können wir aus dem Motor und den Solarzellen das meiste "rausholen"?
Mir ist klar das man den Strom nicht einfach herzaubern kann.

Ich dachte da an Kondensatoren die sich vor dem Rennen schon aufladen.

Ich hoffe ihr habt ein paar gute Ideen, Schaltpläne sind auch OK

Gruß =[webghost]=

 

[tbird]

kondensator ist ne gute idee, der muss aber wirklich RIESIG sein, sonst isser schnell wieder leer.

andere idee wäre, wenn das erlaubt ist, batterien als energiespeicher zu verbauen.

 

[=[webghost]=]

Danke für deine schnelle Antwort, Batterien/Akkus sind nicht erlaubt.

Was verstehst du unter "riesig"?

 

[Morpheus2200]

mit riesig mein er das er eine hohe kapazität (µF/F) haben sollte..



greeeetz Philipp

 

[wolfram]

und solche Kondensatoren sind in der Regel aus recht groß.

 

[=[webghost]=]

mit riesig mein er das er eine hohe kapazität (/F) haben sollte..

ich hab mich wohl ein bisschen ungeschickt ausgedrückt, ich wollte wissen wie viel Farad/ µF er haben sollte. Gibt es auch die Möglichkeit mehrere Kondensatoren zu nutzen?

Das Auto ist ca. 20x30cm groß

 

[Morpheus2200]

Ja man kann Kondensatoren parallel schalten. Wieviel µF/F der bräuchte kann ich dir nicht sagen sorry.. hatte mir damals für meine Autoendstufe die an nem kleinen Trafo hing so ca. 40 4700µF Kondensatoren parallel geschalten. Das sind dann 188000µF und das is schon ganz ordentlich.. weisst du zufällig überhaupt mit was für spannungen zellen und motor arbeiten?

greeeeetz Philipp

 

[=[webghost]=]

Dei genauen Angaben hab ich nicht. unsere Schule bezieht ihr Zeug aber von Conrad, da hab ich mal schnell nachgesehen:
Die Solarmodule haben demnach je 0,45 V und 700mA, der Solarmotor läuft bei 0,4 - 3 Volt. Das sin aber keine genauen Angaben, habe bei Conrad nach der ungefähren größe und Design geschaut!

Solarzellen:
U= je 0,45V * 3 = 1,35V
I = 700mA

Motor:
U= 0,4 - 3V
I= 110mA


Gruß

 

[FlameZz]

Ja ich würd sagen dicke Kondensatoren geschickt einbauen..
Kleine Schaltung dazu.. Motor per Schalter von Solar und Kondensatoren
trennten. Beim Einschalten entladen sich die Kondensatoren dann.
Eventuell gibts da sogar eine sehr einfache Schaltung, damit
sich nicht alle gleichzeitig entladen sondern
zumindest in Gruppen oder einzeln.. und den Rest machen die Solarzellen..

Wie lang ist die Strecke fürs Rennen? 50meter oder mehr?
Nur geradeaus?

Musst aber bedenken, das viele Kondensatoren einiges wiegen..
damit hat man eventuell einen Nachteil weil
die Konkurrenz auf Leichtbau setzt, ohne Kondensatoren und mit guter
Übersetzung Motor->Radachse.
Und das Beste: Kugel oder Gleitlager aus alten Lüftern. dürfen aber nicht haken oder stark schleifen.

 

[Frankenheimer]

also meiner ansicht nach ist das der falsche weg. höchste priorität sollte absoluter leichtbau und eine fast reibungslose bewegung sein, sehr leichtgängige reifen, schmieren bis zum geht-nicht-mehr usw oder gibt es eine mindestgewichtvorgabe?

 

[=[webghost]=]

Soweit wie unsere Möglichkeiten reichen habe wir schon auf Leichtbau gesetzt.

Jetzt geht es eben dadrum wie wir das meiste auf den Solarzellen un Motor rausholen.

Die Streckenlänge wurde uns noch nicht gesagt, ich vermute ca 10 -50m und es geht nur geradeaus.

mfg

 

[Ali Baba]

Vielleicht hilft dir das hier weiter. Meine Idee war es die höhere Stromstärkefähigkeit der Solarzellen gegenüber der Aufnahme des Motors auszunutzen. Mit Hilfe eines solchen Hochsetzstellers müsste man die Spannung von 1,35V auf z.B. 2,7V erhöhen können, wobei natürlich die verfügbare Stromstärke von 700mA auf 350mA absinken würde (abzüglich Verlustleistung). Da der Motor aber maximal 110mA nimmt, würde das - wenn mich nicht alles Täuscht - keine Nachteile haben. Er sollte allerdings damit doppelt so viel Drehmoment entwickeln.

Eventuell solltest du aber dort noch dem Link zur Ladungspumpe folgen. Die könnte sich kostengünstiger gestalten, allerdings scheint sie Einschränkungen bezüglich der Stromstärke zu haben.
Hinzugefügter Post:
Praktischerweise könntest du gleich diese Schaltung des Spannungsverdopplers nutzen. Du findest dort einen Link zum Multivibrator. Davon bräuchte man noch eine Integrierte Schaltung (kurz IC, so einen kleinen Vier oder Achtfüßler; ich nehme an du kennst dich damit schon ein bischen aus ).
Hinzugefügter Post:
OK, wahrscheinlich brauchst du aber doch den Hochsetzsteller mit Spule als Energiespeicher. Die Wikipedia unterscheidet jedenfalls dort zwischen "Leistungselektronik" und übriger Elektronik.
Hinzugefügter Post:
Achso, wenn natürlich keine pralle Sonne ist, sondern es so halb bewölkt ist, dann liefern die Solarzellen wahrscheinlich nicht mehr ganz so viel Strom.

Probieren geht über Studieren, ich kann dir leider auch keine Garantie geben.
Hinzugefügter Post:
Okay, letzter Nachtrag, mit dem sich diese Idee wahrscheinlich erledigt hat. Die Dioden setzen die Spannung um 0,7V herab (aufgrund des Eigenwiderstands). Somit ist der Spannungsgewinn damit auch gleich wieder getilgt.

Die Idee mit dem Kondensator für den Blitzstart ist aber vielleicht gar nicht schlecht. Auch wenn man nicht die ganze Strecke noch aus dieser Energiereserve schöpfen kann, könnte es trotzdem gerade am Anfang der Beschleunigung, die ja besonders viel Energie verschlingt (bzw. in Bewegungsenergie umsetzt) nützlich sein.

Der dickste Kondensator bei Conrad im einstelligen Eurobereich: http://www.conrad.de/goto.php?artikel=446176
68000µF bei 10V... wenn es ein besonders großer sein soll.

 

[=[webghost]=]

Hi Ali Baba,
erstmal vielen deine für deine Mühe!
Du hast Recht, ich muss erstmal die Reellen Daten bei Sonneneinstrahlung raus finden.
Ich wusste gar nicht das es auch noch andere Schaltungen um die Spannung zu erhöhen gibt als ein Trafo.
Dank der "Fachbegriffe" für die Schaltungen komm ich beim googeln auch zu brauchbaren Ergebnissen

Schade das die Dioden Zu viel Spannung abgreifen, jetzt bleibt es wohl bei ein paar einfachen Kodesatoren.

Mal sehen was sich noch so ergibt...

Gruß Michael

 

[Ali Baba]

Mir ist gerade eingefallen, dass man die Diode mit einer Multivibratorkonstruktion umgehen könnte, zumindest auf dem Plan.

Bei der Gleichstellerbeschreibung der Wikipedia fand sich ein Hinweis darauf, dass die Diode nur als Schalter (passiv) herhalten muss. Man bräuchte hier also für einen Verzicht auf die Diode anstelle eines Auf-/Zuschalters einen Hin-/Herschalter.

Wegen der Wirksamkeit des Kondensators alleine habe ich hingegen noch meine Zweifel, da der Motor ja erst durch Spannung Kraft entwickelt, bzw. die Stromstärke nur durch Spannungsänderung beeinflusst werden kann (mal angenommen der Widerstand des Motors nicht). Er könnte zwar bewirken, dass der Wagen auch gegen einen Widerstand (Bergauf oder wegen Reibung) eine kurze Strecke Schatten überwindet; aber ohne eine zumindest zeitweise erhöhte Spannung würde sich daraus kein sonstiger Vorteil ergeben. Okay, natürlich ist es möglich, dass der Motor beim Anfahren mehr Strom zieht als im Betrieb, weil sich das Magnetfeld erst aufbauen muss, dann hätte es doch Sinn, obwohl bei den Solarzellen ja mit 700mA für den 110mA Motor noch Spielraum ist.

Zurück zum Hochsetzsteller (siehe Anhang). Bei genügender Schaltfrequenz (als Blitz angedeutet) bräuchte man wahrscheinlich nur eine recht kleine Spule - Stichwort Multivibrator. Der Kondensator glättet die entstehenden Spannungsschwankungen und bedient mit genügender Kapazität auch beim Anfahren eventuell erhöhten Strombedarf. Angeschlossen würden links die Solarzellen und rechts der Motor. Der Widerstand an der Spule müsste so gewählt werden, dass bei 1,35V noch 700mA fließen können, also nach I=U/R <=> R=U/I knapp 2 Ohm. Größer sollte der Widerstand für maximale Ausbeute nicht werden.

Ich bin gerade am Überlegen... Mit noch einem Kondensator auf Versorgerseite hätte man dann die Möglichkeit noch größere Ladungungen abzugreifen. Also dementsprechen die Spule für mehr Ampere dimensionieren. Während der Phase, in der der Endverbraucher (Motor) überbrückt wird, entladen sich die beiden Kondensatoren (der Motor speist sich aus dem verbraucherseitigen und die Hochsetzstellerspule aus dem versorgerseitigen) um anschließend bei Beschaltung des trägeren Motors zu puffern. Einfach links auf der Skizze noch so einen Kondensator wie rechts denken.

Ach natürlich bleibt die Einstellung des Multivibrators und eine Überprüfung ob der Motor den gewachsenen Ansprüchen noch standhält. Nicht dass euch der noch durchbrennt wegen Übervoltung.

 

[=[webghost]=]

Wir haben heute morgen die Daten der Solarzellen nachgemessen, mehr als insgesammt 0,5V und 500mA waren nicht drin.

Kannst du mir noch bitte ein Beispiel für die Spule geben (also was für eine)? Ich habe keine große Ahnung von den Dingern.

Gruß

 

[Ali Baba]

Heute morgen... wie war denn das Wetter?

P.S.: Anhang ist jetzt dabei...

 

[=[webghost]=]

Leicht Bewölkt, ein Tageslichtprojektor hat auch nicht mehr Gebracht.

Kannst du mir noch bitte ein Beispiel für die Spule geben (also was für eine)? Ich habe keine große Ahnung von den Dingern.

 

[Ali Baba]

Tja, da fragst du mich was... Wenn ich jetzt wüsste wie elektrischer Widerstand und die Speicherung der Energie durch das Magnetfeld zusammenwirkten. Zum Beispiel bin ich mir auch nicht sicher wegen der höheren Anfahrstromstärke. Das würde voraussetzen, dass der Widerstand im Motor erst mit dem sich aufbauenden Magnetfeld auftritt (abgesehen vom Eigenwiderstand der Drahtwicklungen).

Herausfinden (für die Hochsetzstellerspule) müsste man die Beziehung zwischen Wicklungszahl, Energiespeicherkapazität und Widerstand über das Magnetfeld. Den Eigenwiderstand des Leiters halte ich für vernachlässigbar. Ich vermute, dass sich solange Energie in der Spule sammelt, bis sich die Magnetfeldstärke nicht mehr steigern lässt. - Entschuldige meine Korrektur, stauen tut die Energie sich in der zweiten Phase im Kondensator beim anschließenden Zwischenschalten des Verbrauchermotors. Jetzt erst sollte das Magnetfeld wieder kollabieren und dabei elektische Energie freisetzen.

Vergleichbar wäre es mit einem Schwungrad, dass erst mit einem Gummiriemen beschleunigt wird. Dann wird der Gummiriemen gegen den trägeren Abnehmer gedrückt, wodurch er sich zwischen ihm und dem Schwungrad spannt. Die Energie wird dann auf Abnehmer übertragen, bis der Riemen sich wieder entspannt hat. Dann wird der Abnehmer vom Triebriemen getrennt, so dass das Schwungrad wieder beschleunigt wird.

Ja, nur heißt hier "mehr Wicklungen" gleich "größeres Schwungrad" oder braucht man noch einen Eisenkern?
Hinzugefügter Post:
Nochmal Entschuldigung, ich bin mir nicht sicher wie der Kondensator überhaupt "Energie" speichern soll. Nun er kann Ladung aufnehmen bei einer gewissen Spannung und diese dann bei Spannungsabfall wieder freigeben. Ohne Spannung auch keine Energie...
Hinzugefügter Post:
Ungeachtet des Multivibrators und der Dimensionierung der Spule (wahrscheinlich reicht eine ganz kleine) könnte man vor dem Rennen mehrere Kondensatoren aufladen, indem man sie parallel schaltet. Beim Start müssen diese dann durch eine Schaltung in Reihe gebracht werden. So hätte man zumindest einen kurzen Moment eine erhöhte Spannung. Also bei 0,5V könntest du dann 6 Kondensatoren nehmen für einen Faktor 6. Wenn die Sonne prall scheint reichen wohl auch 2-3, wenn man den Spezifikationen Glauben schenken darf. Du brauchst natürlich dann einen Mehrfachschalter, wo du die einzelnen Schalter zusammengefasst bedienen kannst.
Hinzugefügter Post:
Ich muss nur gerade an den Start des Rennens denken. Was wenn ihr die Flitzer nicht anschalten dürft, sondern sie unter einen Sonnenschirm kommen der zum gleichzeitigen Start entfert wird? Dann würde deine Karre nicht in die Gänge kommen, weil sich am Anfang erst mal die Kondensatoren aufladen müssten, bevor der Motor Kraft schöpft.

Der Timerbaustein NE 555 braucht jedenfalls schon mal selbst eine Spannung von 4,5V. Also hält der nicht mehr als Multivibrator unter 1,35V her.
Die Arbeit eine Spule zu suchen oder gar zu Wickeln kann man sich also wohl auch sparen. :-(
Hinzugefügter Post:
Vielleicht kannst du ja ein Relais missbrauchen... Da ist auch eine Spule drin (Elektromagnet) und es ist auch gleich ein Schalter. Es würde sich praktisch selbst immer selbst hin und herschalten.

 

[=[webghost]=]

Hinzugefügter Post:
Ungeachtet des Multivibrators und der Dimensionierung der Spule (wahrscheinlich reicht eine ganz kleine) könnte man vor dem Rennen mehrere Kondensatoren aufladen, indem man sie parallel schaltet. Beim Start müssen diese dann durch eine Schaltung in Reihe gebracht werden. So hätte man zumindest einen kurzen Moment eine erhöhte Spannung. Also bei 0,5V könntest du dann 6 Kondensatoren nehmen für einen Faktor 6. Wenn die Sonne prall scheint reichen wohl auch 2-3, wenn man den Spezifikationen Glauben schenken darf. Du brauchst natürlich dann einen Mehrfachschalter, wo du die einzelnen Schalter zusammengefasst bedienen kannst.

Das war auch die Grundidee, dafür sind schon die nötigen Schalter am Modell angebaut und ein 2200 uF Kondensator ist schon gebunkert

Ich muss nur gerade an den Start des Rennens denken. Was wenn ihr die Flitzer nicht anschalten dürft, sondern sie unter einen Sonnenschirm kommen der zum gleichzeitigen Start entfert wird? Dann würde deine Karre nicht in die Gänge kommen, weil sich am Anfang erst mal die Kondensatoren aufladen müssten, bevor der Motor Kraft schöpft.

Dafür hab ich den 2. Schalter eingeplant, mit dem kann man dann den Kondensator "auskuppeln" von Stromkreis.

Vielleicht kannst du ja ein Relais missbrauchen... Da ist auch eine Spule drin (Elektromagnet) und es ist auch gleich ein Schalter. Es würde sich praktisch selbst immer selbst hin und herschalten.

Gute Idee, das muss ich mir mal durch den Kopf gehen lassen

mfg
Hinzugefügter Post:
Kannst du mir die Idee mit dem Relais noch genauer erklären? Ich kapier nicht wie das Relais die Schaltfrequenz "erstellen" soll. Es schaltet doch nur wenn Strom an der Spule anliegt?!

 

[Ali Baba]

Die Funktionsweise eines Relais kennst du. Es schaltet einen Schalter mit einem Elektromagneten. Wenn du nun diesen Elektromagneten durch den Schalter im Relais bedienen lässt, bekommst du eine Klingelschaltung. Du legst Strom an. Der Magnet schaltet den Strom aus. Nun ist auch der Elektromagnet nicht mehr in der Lage den Schalter geöffnet zu halten. Da der Schalter damit aber wieder den Stromkreis schließt, wiederholt sich dieser Zyklus, bis du die Stromversorgung trennst oder sie abbricht.

Hast du ein Relais, bei dem man außerdem noch im magnetischen Zustand Strom abgreifen kann, so kannst du jetzt an dieser Stelle den Motor und einen Kondensator (parallel) anschließen. In meiner Skizze würde das Relais dann den Schalter sowie die Spule ersetzen. Einen zweiten Kondensator solltest du, wie ich mir nach dem Zeichnen überlegt hatte, ebenfalls auf Versorgerseite bei dem Anschluss der Solarzellen einbauen.
Hinzugefügter Post:
Ah nagut, jetzt beißt sich die Katze in den Schwanz. Wenn die Relaisspule außer zum Schalten noch als Energiespeicher verwendet werden soll, darf die Schaltung erst bei Überschreitung von 110A erfolgen, weil ja der Verbraucher (Motor) diese Stromstärke bekommen können muss, ohne dass eine Drosselung erfolgt. Falls ich mir hier missverständlich ausgedrückt habe, das Relais darf nicht deshalb schon schalten, weil es im Arbeitskreislauf mit drin ist. Solange der Motor noch nicht mit drin ist, könnte sonst immerhin noch der Kondensator mit eventuell höherer Spannung geladen werden als die Solarzellen liefern.

Mir fällt gerade noch ganz anderer Unsinn ein. Mit dem Parallel-Reihenschaltungs-Alternieren wäre es möglich, ohne die Energiespeicherung der Spule auszukommen. Oder man nimmt eben noch eine Extraspule, anstelle nur der im Relais. Trotzdem sollte es Relais mit Schaltschwellen geben. Für die Kondensatorkaskadenschaldung bräuchte man wie gesagt Mehrfachschaltungsrelais.

Mal schauen ob ich eine Schaltung für eine Kaskade entsinnen kann.

 

[=[webghost]=]

Wir haben das Projekt nun aufgegeben. Wir werden nun einem Kondensator einsetzen wie weiter oben beschrieben.
Dank einer guten Getriebeuntersetzung ist unser Auto eines der wenigen das läuft.
Der Hochsetzsteller mit Multivibratorschaltung hat nicht viel gebracht, es wurde lediglich die Spannung des Multivibrators ausgeglichen. Auf die Frage ob eine größere Spule die Spannung noch weiter erhöhen könnte meinte der Technik Referendar das er sich dabei nicht auskennt.
Bei der Möglichkeit die Multivibratorschaltung mit einem Relais zu umgehen sind wir ganz gescheitert, keiner wusste wie man das Relais einbaut das es richtig funktioniert.

Nochmal Herzlichen Dank an Ali Baba für deine Tipps und Schaltungsorschläge! Schade das es nicht funktioniert.

Gruß Michael

PS:
WTF macht der Threat im "Fussball, Sport, Autos" Forum? Es geht doch um einer Schaltung für ein Modelauto Naja, egal

 

[FrauKrauter]

1F = 1As/V

Solarzellen:
U= je 0,45V * 3 = 1,35V
I = 700mA
Motor:
U= 0,4 - 3V
I= 110mA

unter der vorgabe
1 sekunde lang 110mA zu liefern
bei einem spannungsverlust von 0,5V
wären das:

C = I x t / U

C = 0,11A x 1s / 0,5V = 0,22F = 220.000µF

sprich
kondensatoren als energiespeicher kannste vergessen
ein puffern des impulsstroms des motors ist möglich
mehr nicht

gruß fk

 

[Ali Baba]

Komisch, bei den Gehäusen war gar kein Vermerk auf dieses Thema ("Verschoben")... Naja, das mit dem Relais ist wohl auch so eine Sache. Letztendlich bin ich zu dem Schluss gekommen, dass man es tatsächlich am Besten mit Kondensatoren macht, die man abwechselnd parallel und in Reihe schaltet. Wenn man genügend hat, kann man die eine Hälfte parallel aufladen während die anderen in Reihe den Motor versorgen. Oder eine Kombination mit einer Spule, wo der Stromkreis an den Solarzellen immer dann nur die Spule versorgt (die im Magnetfeld die Energie speichert), wenn sich die Kondensatoren am Motor entladen. So könnten diese schon mit einer höheren Spannung geladen werden. Schaltrelais oder Transistoren bräuchte man allerdings auch wieder. Relais würden das wohl nicht lange mitmachen, bei einer Lebensdauer von 100.000 Schaltvorgängen... bei 1000 Schaltungen pro Minute (ca. 17/s) wären das gerade mal 100 Minuten... Ich weiß nur nicht ob es Transistoren gibt, die genügend geringen Widerstand haben.

 

[=[webghost]=]

So heute war nun das Rennen und wir wurden *trommelwirbel* ERSTER

Die Strecke war ca. 8-14m lang, unsere Qualifikationszeit lag bei 16,1s. Das nächstbeste Team hatte 28s gebraucht. Daher hatten wir nun wirklich keine große Konkurrenz.

Hier noch das Auto: (sorry für die Quali, war ne Handycam)

Gruß Michael

 

[silentbooster]

nach Leichtbau sieht das aber auch nicht aus ....
Ich würde aus den Rädern große teile wegscheiden und aus der Karosserie einiges ausschneiden. Zur not würde ich alles als Carbon basteln. So teuer ist das auch nicht mehr.
Naja wenn Ihr eh erster geworden seit, scheints ga dennoch gereicht zu haben.

 

[=[webghost]=]

Ja Löcher machen war auch auf dem Optimierungsplan, die anderen Teams waren in Testfahrten so noobig das wir darauf verzichtet haben.

Die meisten hatten Probleme mit der Übersetzung/Untersetzung.

 

[Ali Baba]

Warum sind die Solarzellen so schräg? Kommt die Sonne von vorne? Ich hätte jetzt gedacht im Mittel wäre es am günstigsten sie genau waagerecht zu montieren.

 

[Ali Baba]

Ich hab das Richtige für den Hochsetzsteller gefunden: Den LTC3526L. Das Datenblatt gibt Aufschluss über die Schaltung und die zu verwendende Spule. Ein paar Kondensatoren bräuchtest du auch noch. Bei nur 0,5V von den Solarzellen wird das damit zwar auch nicht laufen, aber immerhin schon ab 0,7V. Also wenn ihr bei Bewölkung noch eine vierte Solarzelle bekommen könntet, gäb es vielleicht noch eine Chance. Jetzt wo es so viel Sonnenschein gibt, sollte es aber eigentlich auch so kein Problem darstellen, 1V zu erreichen, oder?

 

[=[webghost]=]

Warum sind die Solarzellen so schräg? Kommt die Sonne von vorne? Ich hätte jetzt gedacht im Mittel wäre es am günstigsten sie genau waagerecht zu montieren.

Ne 36° zur Sonne sind theoretisch optimal, praktisch hat es nicht viel ausgemacht ob 20° oder 45°. Aber den Unterschied merkt man schon.

Ich hab das Richtige für den Hochsetzsteller gefunden: Den LTC3526L. Das Datenblatt gibt Aufschluss über die Schaltung und die zu verwendende Spule. Ein paar Kondensatoren bräuchtest du auch noch. Bei nur 0,5V von den Solarzellen wird das damit zwar auch nicht laufen, aber immerhin schon ab 0,7V. Also wenn ihr bei Bewölkung noch eine vierte Solarzelle bekommen könntet, gäb es vielleicht noch eine Chance. Jetzt wo es so viel Sonnenschein gibt, sollte es aber eigentlich auch so kein Problem darstellen, 1V zu erreichen, oder?

Danke noch für die Möglichkeit, aber wir haben das Rennen schon gewonnen

Gruß Michael