Solar Power Meter

Leistungsanzeige für solarbetriebene Heizung

Ziel war es für den Gartennachbar eine Leistungsanzeige für seine solarbetriebene Heizung zu bauen. Das ganze mit möglichst wenig Aufwand und auch nur zur Grobabschätzung der Solar-/Heizleistung. 3 LED sollten da reichen eine geht an bei 500W die nächste bei 1000W und die dritte bei 1600W. Betreiben wird die Widerstands-Heizung (hat 1800W bei 240V entspricht das einem Ri= 31,3Ohm) durch 8 Solarpanele in Reihe mit je Ipm= 7,67A / Vpm=30V / Vleer = 36,8V. Da hat man also mit maximal 8A und 300V am Heizelement zu rechnen. Das ist alles mit Vorsicht zu genießen, da es sich um Gleichspannung handelt und diese deutlich gefährlicher als Wechselspannung im handling ist. Den Abrissfunke z.B. kann man bei 300V locker auf ein paar cm ziehen… da versagt jeder normale Schalter.

Um jetzt eine Schaltung zu entwerfen muss man nur daran denken dass der Widerstand der Heizung als nahezu konstant angesehen werden kann und damit durch Auswertung der an der Heizung anligenden Spannung die Leistung ableitbar ist P= U*U / R. Also 125V -> 500W; 177V -> 1000W; 224V -> 1600W.

Es wurde eine Schaltung basieren auf dem TL 431 aufgebaut welcher eine Art einstellbare Z-Diode darstellt. Damit kann man sehr schön die einzelnen Spannungen einstellen welche den jeweiligen Wattzahlen entsprechen. Den 431 bekommt man fast aus jedem Schaltnetzteil ausgeschlachtet. Es gibt sehr viele verschiedene Bezeichnungen (je nach Hersteller) aber 431 kommt im Namen immer vor.

wie man sieht wurde das Ganze 3-mal aufgebaut da es 3 Heizungen mit je 8 Solarpanelen gibt

Ein Problem ergab sich noch bei der Spannungsversorgung des Powermeter selber. Natürlich sollte es kein eigenes Netzteil haben sondern mit aus den Solarzellen gespeist werden. Das ganze braucht so etwa 8V und 100mA die bekommt man aber nicht so leicht aus 300V Gleichspannung. Also musste ein normales 230V Schaltnetzteil herhalten welches letztlich auch nichts anderes macht als die 230V Wechselspannung erst mal gleichzurichten und dann aus den über 300V Gleichspannung eine 100-300KHz Wechselspannung zu generieren welche dann runter transformiert wird und wieder gleichgerichtet wird so das man letztlich seine gewünschte Niederspannung erhält. Also mal geschaut was an Handynetzteilen etc. so da war und wie weit runter man mit der Eingangsspannung gehen kann. Es war sehr erstaunlich dass fast alle getesteten Exemplare ab 40V anfingen zuverlässig zu arbeiten. Somit waren die Auswahl leicht den mir reichte ja eines dass ab 120V Gleichspannung werkelte. Die ganze Elektronik zur Filterung/Gleichrichtung etc. am Eingang des Netzteils kann man lassen. Also man braucht nichts zu verändern sonder gibt anstatt der 230V Wechselspannung die Gleichspannung direkt von den Solarpanels auf den Eingang (Polarität ist natürlich egal wird ja eh noch mal gleichgerichtet :-)).  Dabei habe ich alle 3 Solarstränge über je eine Diode auf das Netzteil gelegt so dass der Strang mit der höchsten Spannung die Versorgung übernimmt.

Handelsübliches Schaltnetzteil als Stromversorgung aus den Solarzellen

Aufgebaut wurde das Ganze auf einer Lochrasterleiterplatte und entsprechend mit Ösen versehen so dass es in einen großen Schaltkasten fest und berührungssicher eingebaut werden kann. Es ist unbedingt auf entsprechende Isolation und Berührungsschutz zu achten! Gleichspannung über 40V ist kein Spaß mehr!