Vliegen op zonne-energie

Beste mensen,


Voor ons profielwerkstuk zijn wij bezig met een modelvliegtuig op zonne-energie. Om er zeker van te zijn dat we genoeg stroom hebben voor het vliegtuig, zit er een batterij in. De zonnepanelen (Op de vleugels) leveren de stroom voor het vliegtuig. Als er genoeg stroom is, wordt de batterij opgeladen. Als er te weinig stroom is, springt de batterij bij.

Zonnepanelen: 9 in serie, 2 series in parallel, totaal:
5,4 V
3500 mA
Batterij: 4 NiMh, totaal:
4,8 V
2500 mA

Wij hadden gedacht aan een schakeling waarbij de stroom uit de zonnepanelen door een diode naar de controller van het vliegtuig gaat en daarnaast naar de batterij. Zo kan de stroom nooit terug naar de zonnepanelen, indien deze bijna geen stroom leveren. De vraag is: Worden de batterijen nu opgeladen als er genoeg stroom van de zonnepanelen komt en hoe kunnen we er voor zorgen dat de batterij niet overladen wordt?

Wij bouwen het frame van balsa hout met Mylar folie. De zonnecellen wegen 3,2 gram per stuk. Dat is in totaal 65 gram. De zonnecellen worden in de vleugel verwerkt.

 

Ik snap de '3500mA' aanduiding bij de zonnepanelen niet. Betekend dat dat je uit 65 gram zonnecellen 3.5A kunt trekken?

Wat betreft je vraag, wacht even op antwoord van technisch meer onderbouwde mensen dan ik alvorens je het zo aanpakt, maar ik denk dat je met je diode het probleem al opgelost hebt. Over die diode zal hoogstwaarschijnlijk iets van 0.7 volt vervallen, waarmee je dus op 4.8 uitkomt. Dus zodra je accu op 4.8 volt komt (=vol) zal er geen stroom meer lopen.

 

De aanduiding 2500 mA van de accu begrijp ik ook niet. Is dit soms 2500 mAh? Een accu met een capaciteit van 2500 mAh is behoorlijk zwaar voor een dergelijk model.

 

Een heel leuk project maar helaas weinig kans van slagen.
Om een modelvliegtuigje in de lucht te kunnen houden is toch echt veel meer vermogen nodig. Je zult dus (veel) meer zonnecellen nodig hebben en een accu met meer cellen.
Om met de accu te beginnen, 4,8V is absoluut te weinig, je zal toch naar minimaal het 7,2V (=6 cellen) toe moeten om een beetje motor te kunnen voeden. De capaciteit van 2500mAh gaat nog wel maar je kan er niet erg lang mee vliegen.
Dan de zonnecellen. Met 9 cellen kom ik maximaal aan 4,5V en niet aan 5,4V, een klein type foutje? Om dus aan de minimale spanning van 7,2V nominaal te komen heb je dus 7,2/0,5=14,4 of the wel 15 zonnecellen nodig.
Nu is een 6 cellen NiMH accu nominaal 7,2V maar als de accu vol is zal de spanning ongeveer 8,4V zijn. Als je de accu dus wilt laden met de zonnencellen zal de spanning van die zonnecellen minimaal even hoog moeten zijn. Je zal in dat geval dus 8,4/0,5=16,8 of te wel 17 zonnecellen nodig hebben.
De diode die tussen de zonnecellen en de accu moet komen zal ook een beetje spannings verlies opleveren. Wanneer je er een Schottky diode voor gebruikt zal dat beperkt blijven tot ongeveer 0,5V. Dat is net zo veel als één zonnecel levert dus moet je er nog één zonnecel bij plaatsen om dat verlies ook te compenseren. Alles bij elkaar kom ik dan aan 18 zonnecellen en dat is het dubbele van wat je nu hebt.
Met deze opzet zou je kunnen vliegen.
De zonnecellen kunnen maximaal 3,5A leveren maar alleen bij een flinke hoeveelheid direct zonlicht op de cellen. De motor zal echt meer dan 3,5A gebruiken dus zal de accu altijd bij moeten springen. De zonnecellen zullen dus wel voor een iets langere vliegtijd zorgen maar dat zal niet zo gek veel zijn. Wanneer de accu (bijna) leeg is zal je moeten landen en het vliegtuig in de palle zon moeten leggen om de accu weer op te laden. Reken er maar op dat het laden minimaal een uur of twee zal kosten. Wanneer er weinig zon is zal het nog veel langer duren.
Zoals ik in het begin al schreef is het een leuk project maar er komt veel meer bij kijken dan je denkt.

 

5,4 Volt is geen typfout. Elke zonnecel levert 0,6 Volt en 1780 milli Ampère. Bij 9 in serie geschakelde zonnecellen is dat 5,4 Volt. In elke vleugel verwerken we een serie van 9 zonnecellen. Deze twee series komen parallel te staan. Het totaal is dus twee series van 9 cellen, wat overeen komt met 5,4 Volt en 3560 milli Ampère.

De zonnecellen zijn overigens pure zonnecellen. Ze zijn niet in glas gegoten of iets dergelijks. Daarom zijn de cellen zo licht (65 gram voor 18 cellen). Bovendien zijn het hoog rendement cellen (30%), waardoor ze veel stroom leveren.

De NiMh batterijen worden normaal gebruikt voor fototoestellen en zijn dus in staat langere tijd een behoorlijk hoge stroomsterkte te leveren. Lipo's vonden we te gevaarlijk, vanwege de niet geheel betrouwbare stroomsterkte en spanning van de zonnecellen.

Hieronder de schakeling (Indien sommige dingen wegvallen, kijk op http://home.casema.nl/ruudeningehaverkamp/schakeling.bmp)

 

had graupner ooit eens niet zo'n vliegtuig?? ergens in de jaren 90

 

Germanium diode gebruiken, lagere doorlaatspanning.
Bij welke lichtsterkte leveren zonne-cellen maximum stroom? Denk eraan dat zonlicht niet verticaal invalt.

 

yep: de solar-uhu

 

Werkte die alleen op zonne-energie?
Hoe zwaar was die?

 

Sorry maar dat klopt helaas niet! De spanning van 0,6V is de open spanning van de cellen, dus onbelast. Als je er de nominale stroom uit trekt zal de spanning inzakken tot 0,5V of iets daaronder. De stroom van 1780mA is de kortsluitstroom en dus niet de stroom die de cellen bij de opgegeven spaning leveren. In vermoed dat de nominale stroom ongeveer 1500mA zal zijn, misschien 1600mA.
Dus als jij de cellen nominaal belast, met 1,5A dus zal de celspanning 0,5V zijn. Dat betekend dus dat je geen 3A maar "slechts" 1,5A van je zonnecellen kan verwachten. En denk er ook aan dat het alleen bij volle zon is dus als er maar iets "tussen" komt zal de stroom duidelijk omlaag gaan. Een meer reeële stroom zal om en nabij de 0,8A tot maximaal 1A per cel zijn.
Dit zijn helaas de problemen die veel vaker tevoorschijn komen als iemand met zonnecellen wil gaan werken. Er wordt van veel te rooskleurige gegevens uitgegaan, de werkelijkheid is altijd duidelijk minder. Dit is mede de reden dat vele zonne projecten uiteindelijk veel minder opleveren dan voorspeld wordt.
Dezelfde fout wordt ook gemaakt met de windenergie. Vele windmolen parken worden opgezet met enorme getallen in het achterhoofd. Wanneer die molen er dan staat valt het uiteindelijk bitter tegen en is de hoeveelheid geleverde energie duidelijk minder dan waar van uit werd gegaan.
Helaas ik kan er ook niets anders van maken.

 

Ik heb net nog even bij de leverancier van de zonnecellen gekeken: http://www.lemo-solar.de/default_1.htm
Hier staat dat de zonnecellen 780 mW leveren. 780 maal 18 lijkt mij ongeveer 14 W. Het motortje verbruikt 8 W. Zelfs als de zonnecellen bijna de helft aan stroom leveren, moet de motor er nog op kunnen draaien. De batterij is wel nodig voor dat laatste beetje energie.

 

Over het motorvermogen gesproken, het vliegtuig is niet super zwaar en zal dus met een lichte motor al genoeg trekkracht hebben. Ik had gedacht aan een X-FLY-280 motor, niet al te duur (na al die zonnepanelen moeten we toch een beetje om de centen denken) Deze werkt op 4,8 V - 7,2 V. Het vermogen is 8,22 W. 8,22 W delen door 4,8 Volt, lijkt mij dat er minder dan 2 A nodig is. (Correct me if I'm wrong)

 

Als het je lukt een vliegtuigje met 18 (?) zonnecellen, een accu, ontvanger, motor en servo's te laten vliegen op 8W krijg je van mij applaus.
Welk vlieggewicht denk je maximaal met 8W in de lucht te kunnen houden....?

 

Het hangt van het gewicht af. Als ze het totaal onder de 100 gram houden, moet het nog wel kunnen vliegen. Het zal alleen een behoorlijke uitdaging zijn om die 100 gram te halen..

Met vliegen bedoel ik dan: met hangen en wurgen in de lucht blijven

 

Precies. Alleen de cellen (zonder bedrading of wat dan ook) wegen al 65 gram. Dan blijft er 35 gram over voor de rest.

 

Zonnecellen zijn 65 gram,

Penlite 2500mAh 25 gram

4 penlites 2500mAh 100 gram.

Motor, 5 gram

Ontvanger 5 gram

Regelaar 5 gram.

2 servo's 10 gram

Nu zit ik al op 190 gram, en dat is zonder vliegtuig, alleen de hardware :shock:

 

Wat voor elektromotor adviseren jullie dan bij dit vliegtuig:

Batterijen: 100 gram (Vier NiMh cellen)
Zonnecellen: 65 gram
Overige elektrische dingen (servo's, ontvanger):50 gram
Motor: 50 gram (X-FLy 280)
Frame: de rest

Staat bij de motor: Tot modellen met 1,60 spanwijdte

 

Oja, de servo's, de regelaar en de ontvanger gebruiken ook al 2 Watt gok ik...

Dus dat wordt op 6 Watt 250 gram in de lucht houden... Onmogelijk.

 

...alleen weegt een speed 280 rond de 40 gram.

 

Een motor van 50 gram

Die gebruikt 150 Watt!