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!

Na megpróbálom egy összefüggő írásba foglalni, amit a hagyományos savas akkumulátorokról tudni érdemes, és eddig összeszedtünk. Előljáróban: a forrás meg nem jele a feltöltöttségnek, a töltés során keletkezik gáz, ami kiforr, de ettől meg lehet, hogy akar órákig tart mire kész a töltés.
Tehát:
Az akkumulátorokban az elektrolit üzemkész állapotban 1,28 kg/cdm-es (33%-os töménységű) kénsav. A kisülés folyamán a savat alkotó ionok kiülnek a lemezekre, és a sav töménysége felhígul, töltés során töményedik. Ebből következik, hogy a lemerült akkumulátor hajlamos a megfagyásra (hígabb elektrolit. Párolgásra a desztillált víz hajlamos nyári melegben illetve elbomlik töltés során, tehát az elektrolit víz része fogy, ez igaz, de attól meg a savas utántöltés - a kellő biztonsági szabályok betartásával - lehetséges, mivel a sűrűség a töltöttség függvényében is változik. Valaki írta, hogy létezik bekevert akkusav, azt minden további nélkül lehet beleönteni. Töményebbet nem javallott, mivel ha túltöményítjük az elektrolitot, a lemezeken jelentkező erőteljes savkőképződés akár cellazárlathoz is vezethet, ami az akksi halálát jelenti. Az általános, és üdvözítő megoldás desztillált (ioncserélt) vízzel való utántöltés (a max jelölésig, mivel a töltés során valamennyi valószínűleg "leforr" róla), és utána mindenkeppen töltés, vagy min. 150 km országúti autózás kevés fogyasztóval, és jó állapotú töltőrendszerrel. A töltést ideálisan a kapacitás (Ah) tizedrésznyi áramával (A) kell végezni, de sajnos a házi akkumulátortöltők kizárólag (én meg nem láttam kivételt) feszültséggenerátoros jellegűek, tehát fix kb. 13,5 V feszültség mellett adnak le annyi áramot, amennyit az akku felvesz. Legfeljebb áramkorlátozó van bennük (általában van is), amivel garantáljuk, hogy nem száll el a töltőáram az égbe. Egy erősen lemerült akkumulátort, ha ilyen töltőre kapcsolunk, akkor ~16 óra alatt tölt fel. Igaz, ebből az utolsó 8-10 órában mar csak kb. 1A-t vesz fel az akksi, azaz csepptöltésen üzemel, de nagyon fontos az akkunak ez az utolsó 8-10 óra! Pillanatnyi töltöttséget mar eléri akar 4 óra alatt is, de ez a töltöttség elég tiszavirágéletű lesz. A töltés alatt a kupakokat legalább meglazítani, de inkább kivenni célszerű, hogy a keletkező gáz kiszellőzhessen. A folyamat roppant tűzveszélyes, a töltés mellékhatásaként vízbontás történik amikor is hidrogén szabadul fel, és meg általános iskolában tanultuk, hogy a hidrogén a levegővel keveredve durranógázt alkot (0,2 mWs szikraérzékenység). Akku ellenőrzése: A terheletlen - kapocsfeszültség csak akkor árul el bármit, ha alacsony. Ha leadja a 12V-ot, attól meg lehet, hogy nem jó az akku. Terhelten, általában  50A terhelés mellett mérjük a feszültséget, ekkor ~10V feletti mérés eseten jo az akkumulátorunk. Ha savsűrűségmérőnk is van, azzal megmerve cellánként (!) a sűrűséget 1,25 kg/cdm felett tekinthetjük jónak. Ha egy cella gyenge ( < 1,21 kg/cdm ), a többi jó, akkor cellazárlatra kell gyanakodnunk, és sürgősen az új akksi beszerzésén gondolkoznunk.

 http://www.zsiguli.hu/index.php?action=cikk&id=200

Kiss Arnold
Lada Baráti Kör
elnök