Napelemes csepptöltő autóba
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
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 újszerű állapotának fenntartása lehetővé válik. Egy
élettartamának végén járó, nagy önkisüléssel rendelkező akksi esetén a
csepptöltés nem elégséges, nem tudja a veszteségeket kompenzálni.
Működési elv
A napelemcella belső működésének ismertetésére nem fordítanék időt, a lényeg
az, hogy direkt napfény esetén generátorként működnek. 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 feszültségű 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 egyszerű, van egy piros színű + és egy fekete
- vezetéke.
A cella + kimenetére még fel kell szerelnünk egy diódát, típusa 1N5819. Ez
egy 1A/40V paraméterű 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 kisméretűek közül a mérések szerint legsikeresebb egység azonban
elfért a műszerfal tetején is, így oda került beépítésre. A legjobban
elérhető tápkör az autórádióé, itt ugyanis nekem sorkapoccsal van a táp
bekötve, a csatlakoztatás igen egyszerű. 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 műanyag bevonat található. Ezért a felszerelésnek
rugalmasnak kell lennie. Az általam kitalált megoldásnál egy távtartó
szivacsréteg van a cella és a műszerfal között, a cella rögzítését pedig a
kábelcsatornából kialakított műanyag elem végzi nagy felületen.
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 feszültségű 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 működik, mint amint azt a hétköznapi
lineáris gondolkodásunkkal megközelítjük. A napelemcellák félvezetők lévén
nemlineáris generátorok, vagyis ha kisebb feszültségeséssel kell az áramot
kihajtani magukból, akkor valószínűleg 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 méretű 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 teljesítménűy cella
egyre kisebb helyet fog igényelni. Az új fejlesztésű 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 gépjárművekbe is beépítésre kerül.
Szép, napsütéses időt kívánok!
http://www.zsiguli.hu/index.
Kiss Arnold
Lada Baráti Kör
elnök