Solarlaterne mit diskreten Bauteilen
von Richard Kotte
Ich habe eine Solarlaterne mit diskreten Bauteilen in
Brettchentechnik aufgebaut. Sie verhält sich wie eine
Garten-Solarleuchte, wie man im Baumarkt bekommen kann: Wenn es dunkel
wird, geht das Licht an.
Die Schaltung basiert zunächst auf dem
"Joule Thief", einer effizienten Spannungswandlerschaltung, im obigen
Schaltbildteil dargestellt. Die Funktion des Joule Thiefs ist im
Internet vielfach beschrieben.
Bei
Tag lädt die Solarzelle lädt den Akku auf, dabei ist der PNP-Transistor
gesperrt. Gegen Abend sinkt die Solarzellenspannung unter die
Akkuspannung und der PNP-Transistor beginnt zu leiten. Ein weiterer
NPN-Transistor ist zur Verstärkung nötig, dieser schaltet den Joule
Thief frei, das Licht geht an.
Je
nach verwendetem Ferritkern (je nachdem was der Elektroschrott so her
gibt...) kann es sich lohnen die Windungsanzahl auf dem Kern zu
variieren (2x 20 Windungen ... 2x 10 Windungen). Eine verringerte
Windungszahl bedeutet eine geringere Helligkeit der LED, was jedoch den
Vorteil hat, dass die LED dann auch länger in die Nacht hinein leuchtet
aufgrund der geringeren Stromaufnahme der Schaltung. Auf der
Brettchenschaltung habe ich noch den 1k-Widerstand des Joule Thief über
ein Poti variabel gemacht (100 Ohm Festwiderstand in Reihe mit einem
4k7-Poti), so lässt sich die Helligkeit noch weiter einstellen. Die
Schaltung ist sehr anspruchslos hinsichtlich der verwendeten Bauteile.
Anmerkungen von Dieter Drewanz
Folgender
Satz erscheint mir nicht ganz richtig zu sein: Eine verringerte
Windungszahl bedeutet eine geringere Helligkeit der LED, was jedoch den
Vorteil hat, dass die LED dann auch länger in die Nacht hinein leuchtet
aufgrund der geringeren Stromaufnahme der Schaltung.
Die
Helligkeit der LED sinkt eigentlich mit höherer Induktivität, d.h.
höherer Windungszahl, da bei höherer Induktivität die "Ladephase"
länger benötigt und somit weniger "Leistung" umgesetzt wird (bei
Änderung beide Wicklungen, oder nur die Wicklung im
Kollektorpfad).
Eine verringerte Windungszahl bedeutet
eine geringere Helligkeit der LED, wenn dies nur im Basispfad
durchgeführt wird, allerdings nicht zu sehr, da sonst die Schaltung
nicht mehr schwingt. Wenn die Stromversorgung 1,5V habe, die LED 3,5V
zum Leuchten benötige, dann wäre es gut, wenn die Induzierte Spannung
in Basis-Kreis die Spannung an der Basis auf mindestens unter 0,3 V
senken würde. D.h. mindesten 1,2V gegenüber 2V (Hinweis: 1,5V+2V =
3,5V) --> Windungsverhältnis 0.6:1 sollte nicht unterschritten
werden.
Bei 1,5V Stromversorgung mit 2,3V LED, stünden 1,2V
gegenüber 0,8V --> Windungsverhältnis 1,5:1 sollte nicht
unterschritten werden.
Bei 1,2V Stromversorgung mit 2,3V LED,
stünden 0,9V gegenüber 1,1V --> Windungsverhältnis 0,8:1 sollte
nicht unterschritten werden.
Eine verringerte Helligkeit hatte
ich der Vergangenheit aber ebenfalls beobachten können, die allerdings
verursacht wurde durch eine zu hoch werdende Frequenz, resultierende
verringerte Verstärkung und somit Kippen der Schaltung in den
jeweiligen anderen Zustand bei niedrigeren Strömen durch den
Spulenkreis. Es lag größtenteils an parasitären Kapazitäten eines
ungünstigen Aufbaus mit billigen Transistoren (BC xxx).
Hinweise zum Ferritkern von B. Kainka
Es
kann durchaus sein, dass man mit derselben Schaltung ganz
unterschiedliche Erfahrungen macht. Es kommt nämlich sehr auf den
verwendeten Ferritkern an. Bei gleichen Maßen können unterschiedliche
Ferritsorten ganz andere Induktivitäten und Sättigungsgrenzen bringen.
Weil die Schaltung frei schwingt, ist die Arbeitsfrequenz kaum
vorhersagbar und stellt sich nicht unbedingt optimal ein. Eine Messung
mit dem Oszilloskop könnte zeigen, ob der Transistor gut durchsteuert,
um dann die Wicklungen zu optimieren. So kann man auch mit unbekannten,
ausgebauten Kernen gute Ergebnisse bekommen. Oder einfach rumprobieren,
bis es gut funktioniert.
Geglätteter LED-Strom von Günther Zivny
In
dieser Schaltung wird die LED mit kurzen, aber kräftigen Stromimpulsen
betrieben. Da LEDs schon bei kleinen Strömen fast ihre maximale
Helligkeit erreichen, kann man die Helligkeit merklich steigern, wenn
man den Stromfluss verstetigt. Auswirkungen auf die Stromaufnahme hat
das nicht. Man schaltet hierzu eine Gleichrichterdiode (z.B. 1N4148) in
Reihe mit der LED und einen kleinen Kondensator (z.B. 1µF) parallel zur
LED.
