Wie passe ich die Akkuspannung an meine Solarmodule an?

Wir bauen ein autonomes Boot, das mit Solarzellen betrieben werden soll. Wir wollen zwei 100-W-Solarmodule darauf setzen. Die meisten Panels, die ich sehe, sind 18 V und für Redundanz möchten wir sie parallel verbinden. Auf diese Weise haben wir immer noch das andere, um die Mission zu beenden, wenn ein Solarpanel auf See kaputt geht.

Wir prüfen jetzt, welche Art von Batterie wir dafür bauen werden. Ich habe irgendwo gelesen, dass das Solarpanel eine 40% bis 80% höhere Spannung haben sollte als die Batterie. Das bedeutet, dass ein 12-V-Akkupack logisch sein sollte. Und zwischen den Solarmodulen und dem Akkupack setzen wir einen MPPT-Laderegler ein.

Meine Frage ist; ist das alles sinnvoll? Stimmt es, dass die Spannung des Solarmoduls immer 40 % bis 80 % höher sein sollte als die des Akkupacks? Oder kann ich auch ein 18-V-Solarpanel verwenden, um beispielsweise einen 5S-Li-Ion (Nennspannung von 18,5 V und maximal 20,5 V) mit Strom zu versorgen?

Alle Tipps sind willkommen!

Die Anpassung übernimmt der passende Solarladeregler. Es gibt Booster (für Batterie V > Solar V), aber selten und teuer, als ich das letzte Mal nachgesehen habe, es sei denn, Sie bauen Ihre eigenen.
Nur zu Ihrer Information, wenn Ihr Solarpanel eine Nennleistung von 100 W hat, können Sie normalerweise die tatsächliche Ausgangsspannung und den tatsächlichen Ausgangsstrom bei dieser Nennleistung für Ihr Panel nachschlagen. Dies gibt Ihnen eine Vorstellung davon, wo die maximale Leistungspunktspannung liegt, was viel nützlicher ist als die Leerlaufspannung. Ein besseres Produkt ist in der Regel besser dokumentiert. Das Zauberwort heißt Datenblatt.

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Wenn die Nennspannung von 18 V an den Zellen die Nullstromspannung (Leerlaufspannung) ist, ist sie möglicherweise nicht hoch genug. Da die Zellen einen gewissen Innenwiderstand haben, haben sie bei Belastung eine niedrigere Spannung. Möglicherweise möchten Sie mehr als die Batterien für die Last in Betracht ziehen, da Sie möglicherweise das Boot betreiben und gleichzeitig die Batterien aufladen möchten. Wenn Sie ein Boot benötigen, das unabhängig vom Solarprofil funktionieren kann, müssen Sie sicherstellen, dass Sie Ihre Batterien aufladen können, wenn die Bedingungen dies zulassen, sodass Sie so viel Strom wie möglich aus den Solarzellen ziehen müssen, selbst wenn Ihre Batterien sind fast voll. Einige Laderegler verfügen über Abwärts-/Aufwärtswandler, sodass Sie sich keine Gedanken über die Spannungsanpassung machen müssen. Auf diese Weise können Sie so viel Strom wie möglich ziehen, selbst wenn dies bedeutet, dass die Spannung an den Panels auf 3 oder 4 Volt gesenkt werden muss. Wenn Sie Ihre eigenen bauen, haben Sie diese Option möglicherweise nicht. In diesem Fall müssen Sie das Potenzial des offenen Schaltkreises so hoch wie möglich halten, um hohe Ströme bei Ihrer Batteriespannung zu erhalten.

Wollen Sie damit sagen, dass es, solange ich einen MPPT-Laderegler (der die Spannungsumwandlung durchführt) zwischen den Modulen und dem Akkupaket habe, keine Rolle spielt, ob das Akkupaket eine höhere Spannung als die Solarmodule hat?
Nicht unbedingt. Bei einigen MPPT-Ladereglern muss die PV höher sein als die Batterie. Normalerweise geht das so. Sie können eine 12-V-Batterie mit 50 V PV laden, während die PV-Spannung am maximalen Leistungspunkt gehalten wird. Es gibt einige Boost-MPPTs, die Batterien mit höheren Spannungen als die PV laden können, aber sie scheinen nicht die Norm zu sein, und Sie müssen überprüfen, ob diese Funktion auf dem von Ihnen gewählten Laderegler vorhanden ist, wenn Sie diesen Weg gehen möchten. Ich würde sagen, Sie sollten mit einem PV mit höherer Spannung als der Batterie arbeiten und dann einen Aufwärtswandler verwenden, um Lasten anzutreiben, die mehr Spannung benötigen.

Ein Solarpanel ist eine Konstantstromquelle, keine Konstantspannungsquelle. Die in den Spezifikationen angegebenen Spannungen sind daher nur (mehr oder weniger) das Maximum und eher irrelevant. Was Sie brauchen, ist ein Laderegler, der zu Ihrer Batteriespannung passt (in diesem Fall 12 V), der Rest wird von diesem Regler geregelt. Für kleine Setups (wie Ihres) sind sofort einsatzbereite Kombinationen aus Solarladegerät und Panels erhältlich. Einige Sets enthalten sogar die Batterie.

Aber: Welche Leistung hat der Motor Ihres Bootes? 2 x 100 W sind nicht viel, wenn Sie es für etwas anderes als einen Spielzeugmotor verwenden. Mein 120-W-Solarpanel hält die Batterie an einem sauberen Tag mehr oder weniger geladen - aber es versorgt nur die Elektronik und den Autopiloten, nicht aber den Motor.

"Ein Solarpanel ist eine Konstantstromquelle, keine Konstantspannungsquelle." Es ist schlimmer als das - es ist ein konstanter Strom bis zu einem gewissen Punkt, und dann beginnt der Strom mit zunehmender Spannung zu fallen. Im Allgemeinen benötigen Sie einen Batteriecontroller mit Maximum Power Point Tracking (MPPT). Auf der positiven Seite ist dies seit Ewigkeiten bekannt, also sollte es viele Controller geben, die das können.
@TimWescott - Sie sagen also, dass ich, solange ich einen MPPT-Laderegler zwischen den Panels und dem Akkupack habe, sogar einen Akku mit einer höheren Spannung als die Solarpanels haben kann?
@PMF - Der Motor des Bootes kann mit etwa 20 W betrieben werden. Es ist ein sehr kleines und leichtes Boot. Es ist im Grunde ein schwimmendes Batteriepaket mit Solarmodulen und etwas Elektronik sowie einem Fach für eine Flasche Whisky. Das Ziel des Bootes ist es, uns eine Flasche Whisky aus Schottland über die Nordsee zurück zu unserem Zuhause in Amsterdam zu bringen.
Oh, Whiskyschmuggel über den Ärmelkanal... Ich fürchte, Sie werden größere Probleme haben als das Solarpanel, und das ist auch nicht die Polizei. Sind Sie diese Route jemals gesegelt (auf einer Yacht oder einem anderen kleinen Schiff)? Es ist einer der anspruchsvollsten Seewege der Welt, mit viel Verkehr und starken Strömungen und manchmal auch hohen Wellen. Ihr Schiff muss in der Lage sein, etwa 6 Knoten zu halten, sonst wird es nirgendwo hinkommen. Ich bin kein Spezialist für Miniaturen (bei denen einige Spezialeffekte eingreifen können), aber aufgrund der Rumpfgeschwindigkeitsbegrenzung bedeutet dies, dass das Boot in der Größenordnung von 7 Metern lang sein muss.
Ja, die Spannung des Solarmoduls spielt keine Rolle. Es wird auch dann noch etwas Strom erzeugen, wenn die Spannung unter die Batteriespannung fällt (z. B. aufgrund von Wolken).
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