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LEDs mit Solarzelle und Li-Akku

23.09.2019

Neulich habe ich einen recht simplen Aufbau gefunden, der eine LED (oder sogar eine kleiner LED-Lichterkette) mit einem alten Handy-Akku und einer kleiner Solarzelle für etliche Zeit betreibt. Dabei wird der Akku tagsüber von der Solarzelle aufgeladen und nachts scheint die LED.
Wichtig für diese Schaltung ist ein Li-Akku, der vor Über- und Entladung geschützt ist!

Verwendete Bauteile

Aufbau der Schaltung

Aufbau der Schaltung

Im Tageslicht führt die Ladespannung der Solarzelle dazu, dass der Transistor sperrt und gleichzeitig den Li-Akku aufläd. (Daher muss hier ein Akku mit einem Überladungs-Schutz verwendet werden!) Sobald es dunkel wird, lässt die Spannung der Solarzelle nach und der Akku kann den Transistor durchschalten und somit die LED zum Leuchten bringen. Die LED erlischt wieder, wenn entweder der Akku entleert ist (daher einen Akku mit einem Tiefentlade-Schutz verwenden!) oder es wieder hell genug ist, dass die Solarzelle das Laden des Akku erneut vornimmt.
Der Widerstand R2 kann zur Fein-Einstellung angepasst werden (je nachdem, bei welcher Helligkeit die LED leuchten/erlöschen soll).
Um eine möglichst hohe Effizienz zu erreichen, können auch andere LED-Farben verwendet werden (siehe Leuchtdiode). Evtl. muss hier der Vorwiderstand R1 angepasst werden!

Alternativer Aufbau der Schaltung
Abb.: Alternativer Aufbau der Schaltung

Im ersten Aufbau kann es sein, dass die LEDs nicht genug Spannung bekommen und daher sehr dunkel oder gar nicht leuchten. Mir ist dies mit einigen LED-Lichterketten so gegangen. Daher habe ich einen alternativen Aufbau erstellt. R2 habe ich allerdings höher setzen müssen, damit die LEDs erst wirklich im Dunkeln leuchten.

Aufbau am Breadboard

So sieht die Schaltung mit einer kleinen Draht-LED-Lichterkette auf dem Breadboard aus:

Aufbau der Schaltung auf dem Breadboard
Aufbau der Schaltung auf dem Breadboard
Aufbau der Schaltung auf dem Breadboard

Zusammenbau einer Lichterketten-Box

Als kleine Auftragsarbeit habe ich eine längere Draht-LED-Lichterkette (5m) mit der obigen Schaltung fest in einer kleinen Holztruhe verdrahtet.

Fertige Solar-Lichterketten-Box
Abb. #1: Fertige Solar-Lichterketten-Box in geschlossenem Zustand; 1W/5V-Solarzelle ist mit doppelseitigen Klebepads auf der Oberseite des Deckels befestigt, so dass die darunterliegenen Anschlüsse noch leicht in das Innere der Box gelangen können.
Fertige Solar-Lichterketten-Box
Abb. #2: Solar-Lichterketten-Box in Betriebszustand: Der Deckel ist leicht gewinkelt, so dass das Licht in gutem Winkel auf die Solarzelle fallen kann. Die LEDs sind noch aufgewickelt und werden dann an ihrem späteren Platz richtig angebracht (Fenster)
Fertige Solar-Lichterketten-Box
Abb. #3: Geöffnete Solar-Lichterketten-Box mit herausgenommenem LED-Draht. Die Anschlüsse oben kommen durch den Deckel von der Solarzelle. Recht ist mit Klebepads der Li-Ionen-Akku eines alten Handys angebracht. Direkt darunter die kleine elektrische Schaltung auf einer Platine. Der Schalter rechts soll in der Zeit des Nicht-Gebrauchens sicherstellen, dass die Batterie nicht unnötig belastet wird und die LEDs vollständig erlöschen.
Fertige Solar-Lichterketten-Box
Abb. #4: Geöffnete Solar-Lichterketten-Box in "leuchtendem Zustand"
Fertige Solar-Lichterketten-Box
Abb. #5: Detailsansicht der gesamten Verdrahtung der Solar-Lichterketten-Box
Fertige Solar-Lichterketten-Box
Abb. #6: Detailsansicht der Platine mit der Schaltsteuerung

Platinen-Anfertigung

In EasyEDA habe ich eine kleine Platine für die Schaltung erstellt und bei JLCPCB fertigen lassen.

Platine für die Solar-Lichterketten-Box
Abb.: Platine für die Solar-Lichterketten-Box
EasyEDA-Schaltplan für Solar-Lichterketten-Box [17kB]
EasyEDA-Platinenlayout für Solar-Lichterketten-Box [33kB]
Gerber-Dateien für Solar-Lichterketten-Box [8kB]