Überwindung der Lücke zwischen Solarstrom und Batterien

Im Jahr 2016 schrieb die Solar Impulse 2 Geschichte, als sie als erstes solargetriebenes Flugzeug die Erde umrundete. Dabei flog sie zwischen 30 und 60 Meilen/Stunde und benötigte für die Gesamtstrecke 16 Monate, wobei sie sich allerdings nur ein Bruchteil der Zeit tatsächlich in der Luft befand. Am Tag stieg das Ein-Mann-Flugzeug auf 29.000 Fuß Höhe, um die Batterien zu laden, und sank dann in der Nacht langsam auf 5000 Fuß, um Akkuleistung zu sparen. Die Solar Impulse 2 war mit 17.000 Solarzellen bestückt und hatte eine größere Flügelspannweite als eine Boeing 747. Die Batterien machten rund ein Viertel des Gesamtgewichts der Maschine aus. ¹

Kommerzielle solarbetriebene Flugzeuge sind noch eine Zukunftsvision, aber die Solarenergie gewinnt als Energiequelle für industrielle, kommerzielle und private Anwendungen an Bedeutung. Dadurch wächst der Bedarf an integrierten Schaltkreisen für die Energieverwaltung (Power Management Integrated Circuits: PMICs), die für den Anschluss von Solarmodulen an Batterien ausgelegt sind. Die einfachste Möglichkeit besteht darin, „eine Batterie über eine Diode an das Solarmodul anzuschließen“. ² Dieses Verfahren bringt einige Einschränkungen mit sich, die vor allem mit dem sehr engen Spannungsbereich zusammenhängen. Bei Solarstrom variiert die Leistung zwischen sonnigen und bewölkten Tagen sowie zwischen Beginn und Ende des Tages stark. Auf diese Schwankungen ist eine Diode nicht ausgelegt. Steigt die Ausgangsleistung oder die Last über den zulässigen Bereich der Diode, besteht die Gefahr eines Komplettausfalls des Systems.

Inzwischen gibt es jedoch bessere Lösungen. Power by Linear™ / Analog Devices bietet ein breites Spektrum an Produkten für Solaranlagen, vor allem im Hinblick auf das Laden und Erhaltungsladen von Batterien. „Der LTC4015 ist ein vielseitiger synchroner Abwärtswandler, der eine Vielzahl von Batteriechemien unterstützt, darunter Blei-Säure, Lithium-Ionen und LiFePO₄.“ ³

Der LTC4015 ist ein Regler, der Eingangsspannung, Eingangsstrom, Batterieladespannung und Batterieladestrom regeln kann. Dadurch eignet er sich ideal für Batteriespeicherlösungen, wie sie in Solarstromanwendungen eingesetzt werden. Die Steuerung erfolgt dabei über den MPPT-Algorithmus (Maximum Power Point Tracking). Beim MPPT-Algorithmus kann das System zwischen mehreren Spitzenleistungspegeln unterscheiden, was optimal für die unterschiedlichen Leistungspegel ist, wie sie bei Solarstrom entstehen. Der LTC4015 ist für Spannungseingänge bis zu 35 V ausgelegt. Die meisten Solarmodule haben eine Spitzenausgangsspannung von 17 V. Der Eingangsspannungsbereich für das Laden bewegt sich zwischen 4,5 und 35 V.

Der LTC4015 ist ein Abwärtsregler und Lader für Batterien mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung, der sich ideal für Batteriestromlösungen eignet, die breite Eingangsbereiche, das Laden von Batterien und die Unterstützung von Lasten von Stromquellen wie Solarstrom erfordert.

Die Solar Impulse 2 war ein Meilenstein der Luftfahrtgeschichte. Ob es jemals eine Solar Impulse 3 geben wird?

Literatur:

1 – Solarflugzeug schreibt mit Erdumrundung Geschichte. https://www.theguardian.com/environment/2016/jul/26/solar-impulse-plane-makes-history-completing-round-the-world-trip

2 – Techniken zur Maximierung der Ausgangsleistung von Solarmodulen. http://www.analog.com/en/technical-articles/techniques-to-maximize-solar-panel-power-output.html

3 – Ladegerät für Batterien unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung unterstützt MPPT (Maximum Power Point Tracking) für Solarmodule http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/lt-journal-article/LTJournal-V27N1-04-di-LTC4015-TrevorBarcelo.pdf