Napelemes akkumlátor csepptölt?

(Szerző: Nándi (Orosz Nándor), utoljára módosítva: 2006.12.15.)



Az ötlet nem az enyém, de sajnálom, mert annyia zseniális. Miért is ne használnánk ki a napsütés erejét arra, hogy autóink akksiját fitten tartsuk? Figyelem, ne értékeljük túl a lehetőséget, az itt leírt megoldás ma még csak csak csepptöltésre tartásra elég, egy lemerült akksit nem fog tudni talpraállítani.

Mi indokolja, hogy mégis elgondolkodjunk a lehetőségeken:
1. A nyugalmi állapotban lévő autó akkumulátora önkisüléssel veszít töltésből.
2. Az önkisülés felett az álló autónál 60mA körüli áramot vehet fel a riasztó, 10 mA körüli a szivárgóáram.
3. A hetente csak egyszer-kétszer és akkor is rövid útra beindított autónál folyamatos a töltésdeficit.
4. Az akkumulátor élettartama akkor a leghosszabb, ha álló helyzetében is töltöttségének csúcsán van.

Ha az autó nem garázsban áll, hanem a házunk előtt süti a nap, ne hagyjuk kárba veszni az ingyen energiát!
A technológiát elsősorban annak érdemes bevetnie, aki most ruházott be egy új akksiba, mert annak újszerû állapotának fenntartása lehetővé válik. Egy élettartamának végén járó, nagy önkisüléssel rendelkező akksi esetén a csepptöltés nem elégséges, nem tudja a veszteségeket kompenzálni.

Mûködési elv
A napelemcella belső mûködésének ismertetésére nem fordítanék időt, a lényeg az, hogy direkt napfény esetén generátorként mûködnek. Három cellát sikerült beszereznem, ezek mérési eredményei szerint kimenő üresjárati feszültségük 14,7-30V közötti és kimenő rövidzárási áramuk 65-150mA közötti. Mivel kimeneti ellenállásuk nagy (150-330 ohm), ezért nem okoz gondot, hogy ha a 30V üresjárati feszültségû egység a 12-13V körüli akkumulátorra direktben rákötésre kerül. Az autó tápfeszültsége beindítás után zavaró környezet, ezért a cellát védeni kell. A kimeneti visszahatásoktól ezért diódás leválasztással védjük.

Beszerzés
Az ötletet tett követte, méghozzá egy magyar gyártótól http://www.napelem.hu sikerült napelemeket vennem. A kisebb 14x17 cm körüli cella 2e forint, a nagyobb 31x31-es cella szépséghibásan 3e forint volt (2004). A cella maga igen egyszerû, van egy piros színû + és egy fekete - vezetéke.
A cella + kimenetére még fel kell szerelnünk egy diódát, típusa 1N5819. Ez egy 1A/40V paraméterû Schottky-dióda, aminek most nem azt az előnyét használjuk ki, hogy gyors, hanem azt, hogy nyitóirányú feszültségesése a 100mA tartományban mindössze 0,3V.
Kell még egy kábelcsatorna-maradvány és egy kis szivacs is, valamint 4 db rövid csavar.
A megépített egység összköltsége 2200 Ft (9 EUR).


Beszerelés
A 31x31-es egységet nem sikerült a kalaptartóra sem felszerelnem, mert túl nagy volt. Talán egy 27-28 centis egység felszerelhető. Ha nem Lada a kiszemelt autó, hanem pl. Merci 123, akkor természetesen nem gond ez a méret. A kisméretûek közül a mérések szerint legsikeresebb egység azonban elfért a mûszerfal tetején is, így oda került beépítésre. A legjobban elérhető tápkör az autórádióé, itt ugyanis nekem sorkapoccsal van a táp bekötve, a csatlakoztatás igen egyszerû. A középső szellőzőrácson a kábelt levezetve minimális kábelezés látszik csak.
A cellák hátulját védeni kell. Ugyanis elől üveglap van, ami védelmet biztosít, addig hátul, ahol a rágőzölt felület található (ami a lelke a cellának), csak egy vékony mûanyag bevonat található. Ezért a felszerelésnek rugalmasnak kell lennie. Az általam kitalált megoldásnál egy távtartó szivacsréteg van a cella és a mûszerfal között, a cella rögzítését pedig a kábelcsatornából kialakított mûanyag elem végzi nagy felületen.


A mûszerfal tetején lévő cella:


A szivacsos távtartó és a kábelcsatornás rugalmas rögzítés:


Ellenőrzés: 100 mA áram mérhető beszerelés után:




Ellenőrzés
A cellát már vásárláskor mérjük meg, vagy már eleve bemért cellát vegyünk. Beszerelés után a következőket ellenőrizzük:
1. Ugye nem felejtettük ki a diódát???
2. És nem fordítva kötöttük be???
3. Ha napsütés van, akkor a + akkusarut leemelve és egy ampermérőt bekötve a leemelt saru és a föld közé, azon a cella kimenő rövidzárási áramának meg kell jelennie. A saru és az akksi + között pedig a töltőáram mérhető.

Elméleti és gyakorlati megfontolások
Ha egy napelemcella mért üresjárási feszültsége 14,7 volt és rövidzárási árama 110mA, akkor egy 14,4 volt feszültségû akkumulátorra kötve mekkora áramot képes hajtani? Válasz: az egység kimeneti ellenállását meghatározva az 14,7/0,11=134 ohm értékre adódik. Akkumulátorra kötve a különbségi feszültség 0,3 volt, ekkor a cella 2 mA áramot képes áthajtani.
Megmérve ezt a konfigurációt, az átfolyó áram (ellentétben az elméleti 2 mA-rel) 50mA.
Ez azt mutatja, hogy valami másképpen mûködik, mint amint azt a hétkönapi lineáris gondolkodásunkkal megközelítjük. A napelemcellák félvezetők lévén nemlineáris generátorok, vagyis ha kisebb feszültségeséssel kell az áramot kihajtani magukból, akkor valószínûleg kisebbek a belső veszteségeik, ezért képesek a számítottnál nagyobb áramot leadni.
Egy másik lehetséges magyarázat az un. bootstrapping hatás, bár ezt én eddig csak váltóáramnál tapasztaltam. Erősítők kimeneti fokozataiban használták régebben a kivezérelhetőség növelésére. Sajnos méréssel nem lehet ellenőrizni, mert a belső elemi generátoros feszültséget kellene mérni. Ha a cella belső kimenő feszültsége megnőne az üresjáratihoz képest, amikor az akkumulátort rákötjük (tudom, hogy ez a hagyományos eletrotechnika szerint képtelenség), akkor egyfajta statikus bootstrap hatást tapasztalhatnánk.

Hogyan tovább?
Két út van előttünk, melyiken induljunk? A cellák kimenő árama a mérettel vagy a hatásfok emelésével nő. Ez azt jelenti, hogy ha sikerül egy, a rendelkezésre álló helyet optimálisan kitöltő méretû cellát találni, akkor annak pl. 2,5-4W kimenete már alkalmas nem csak csepptöltésre, hanem hagyományos töltésre is. 4W felett azonban már töltésvezérlésről is gondoskodnunk kell. Ugyanakkor a technológia fejlődésével lehetővé válik, hogy a cellák mérete tovább csökkenjen, így a megfelelő teljesítménûy cella egyre kisebb helyet fog igényelni. Az új fejlesztésû cellák már szórt fényből is képesek energiát termelni, 2009 körül már elérhető áron és kis méretben. És ekkor remélhetőleg már nem csak néhány hobbista agyszüleménye lesz, hanem akár a sorozatgyártású gépjármûvekbe is beépítésre kerül.

Szép, napsütéses időt kívánok!
2004.06.25.

Hozzászólások ehhez a cikkhez:
2010.05.13. - bagyuszika
Sziasztok!
Van egy jó hírem.
2004 óta, már ez a jó ötlet odáig fejlődött, hogy már kereskedelmi forgalomban is kapható, normál töltésre alkalmas változat.
A Metroban szokták néha hirdetni, kb. 20000 ft os áron, kicsit drágább mint ez a megoldás, de ha belegondolsz az elektromos hűtőtáska, a rádió, stb is elmegy róla, ha kirándulsz, horászol... :D