Projektbeschreibung
Wohnungstür mit 3 Verriegelungen und dementsprechend 3 KeyMatic mit einer Solarstromversorgung und Akkus ausstatten. Die Solarmodule werden im Glasausschnitt der Tür positioniert.
Da die Tür nur wenige Stunden am Tag in der Sonne steht, müssen die Solarmodule vergleichsweise üppig dimensioniert werden, um auch bei 4 Wochen schlechterem Wetter ausreichend Energie ausbeute zu erhalten.
Material
3 x KeyMatic Weiß
2 x Litzensatz AWG26 L=120mm 04pol Molex-PicoBlade (wird in der Mitte geteilt, ergibt 4 Steckverbinder zum Anschluß)
3 x Schließzylinder innen 1cm Überstehend
4 x Solarmodul 110*140 mm 14 V 130 mA
2m Kabelkanal zur Verlegung auf der Tür
4 x Diode
1 x StepDown Spannungswandlerplatine (LM2596 aus China)
rote Litze
schwarze Litze
weißer Schrumpfschlauch
An der KeyMatic nachgemessen
Für diese Versuche habe ich 3 neue Philips 2700 mAh AA NiMh Akkus verwendet.
Hier die Spannungen und Ströme gemessen bei verschiedenen Versorgungsspannungen:
5V - 30 mA LED ist aus; ohne Akkus im Gehäuse beträgt die Ladespannung 4,24 V und es fließen 4,7 mA
6V - 50 mA LED leuchtet rot, Helligkeit ist aber noch nicht bei 100%, ohne Akkus im Gehäuse beträgt die Ladespannung 4,90 V und es fließen 16,25 mA (Zehnerdiode beginnt zu arbeiten)
9V - 70 mA LED leuchtet rot, volle Helligkeit, ohne Akkus im Gehäuse beträgt die Ladespannung 4,99 V und es fließen 70,8 mA
12V - 80 mA LED leuchtet rot, volle Helligkeit, ohne Akkus im Gehäuse beträgt die Ladespannung 5,02 V und es fließen 81,1 mA
der Ladestrom für die Akkus ergibt sich aus dem Strom aus dem Netzteil minus dem Eigenbedarf der Schaltung (bei 5 V) in Höhe von ca. 5 mA
minimale Gesamtspannung bei der Akkus als "voll" angesehen werden: 3,5 V (während der Antrieb aktiv ist)
laut dem alten Handbuch erfolgt ein Reset der KeyMatic bei unter 2,3 V (Messung steht noch aus - brauche noch eine Spannungsquelle...)
laut dem alten Handbuch begrenzt eine Zehnerdiode die maximale Ladespannung auf 5,6 V, gemessen habe ich 5 V (einfach alle Akkus herausnehmen und das Netzteil anschließen)
Allerdings sind auch das 1,67V pro Zelle (im Idealfall von exakt gleichen Akkus - es wird in der Realität also mindestens eine Zelle mit einer höheren Spannung geben
)Es gibt keine echte Ladeschlusspannung, da der IC den Ladevorgang nicht überwacht können defekte Zellen zu einem ansteigen der Ladespannung auf bis zu 5 V führen, da der Ladestrom ja konstant gehalten werden soll (80 mA). Die Zehnerdiode begrenz von da an den Anstieg der Spannung auf 5V und vernichtet die restliche Spannung in Form von Wärme zum Schutz der restlichen Elektronik.
Nach mehreren Stunden haben bei meinem Test die Akkus 1,45 V pro Zelle erreicht und arbeiten von nun an als Heizelemente, was im geschlossenen Batteriekasten bei 3 x 1,45 V x 0,08 A = 0,348W zu einer nennenswerten Erwärmung führt und spätestens im Sommer die Lebensdauer der Akkus merkbar verkürzt.
Ich werde also mit 5 V Versorgungsspannung arbeiten, die der StepDown Wandler aus den maximal 14 V der Solarzellen liefert. Das ergibt einen Dauerladestrom im Bereich von C/65 für die Eneloop Zellen und nur 0,13 W Verlustleistung, wenn sie zu 100% geladen sind. Da der StepDown Wandler eingestellt werden kann, ist eine spätere Anpassung auf 6 V möglich, wenn der Ladestrom doch zu klein sein sollte.
Ermittlung des Energiebedarfes / nötigen Sonnenscheindauer pro Monat
Eine AA Alkali Mangan Zelle hat ca. 3000 mAh, aufgrund des hohen Innenwiderstandes wird eine KeyMatic niemals die volle Kapazität ausschöpfen können. Trotzdem nehme ich diesen Wert als Ausgangsbasis, um einen absolut sicheren Betrieb zu gewährleisten, da so der errechnete Energiebedarf auf jeden Fall höher als in Realität ausfällt. Handbuch und Nutzererfahrungen pendeln zwischen 3 und 9 Monaten Batterielaufzeit, daher wähle ich die goldene Mitte und gehe von 6 Monaten aus.
3000 mAh / 6 Monate = 500 mAh/M
Die Selbstentladungsrate für Alkali Manganzellen beträgt ca. 0,2 %/M, diese vernächlässige ich bei meinen Berechnungen. Selbst für NiMh-LSD Akkus scheint eine Berechnung seit 2011 nicht mehr sinnvoll zu sein, da auch hier Werte von 5 bis 10 %/a angegeben werden und ein voll aufgeladener Akku ohnehin nur 4-5 Monate Laufzeit erreichen könnte (2000 mAh / 500 MaH/M = 4 M). Die von normalen NiMh Akkus bekannte Eigenschaft bereits am ersten Tag nach der Ladung 10-20% ihrer Kapazität zu "vernichten" haben NiMh-LSD Akkus nicht (mehr-die ersten Serien schon, aber nicht so heftig).
Der Spannungsverlauf und der deutlich niedrigere Innenwiderstand von NiMh-LSD Zellen ermöglichen zusammen mit dem geringen Strombedarf der KeyMatic eine nahezu vollständige Nutzung der Nennkapazität.
Da auch NiMh-LSD Akkus mit 1,4 mal so viel Energie geladen werden müssen, wie entnommen werden kann, ergibt sich ein Energiebedarf pro Monat von (durch den niedrigen Ladestrom wird der Wirkungsgrad besser sein, aber Genaues weiß man leider nicht):
500 mAh/M x 1,4 = 700 mAh/M
Die Anzahl der nötigen Sonnenscheinstunden pro Monat errechnet sich dann aus der Höhe des Ladestromes und dem Energiebedarf.
Bei 30 mA Ladestrom: 700 mAh/M / 25 mA = 28h
Bei 50 mA Ladestrom: 700 mAh/M / 45 mA = 15,5h
Da die Akkus sicherlich voll geladen in die Winterzeit hinein kommen, ist eine Überbrückung der Monate November, Dezember und Januar mit ihrem relativ kurzen Tageslichteinfall vermutlich auch mit 25 mA Ladestrom problemlos möglich.
Änderungshistorie
2015.01.31 - erste Version mit Material und ersten Messwerten
2015.02.01 - Akkuladung um neue Messwerte und Empfehlung ergänzt.
2015.02.02 - Ermittlung des Energiebedarfes / nötigen Sonnenscheindauer pro Monat
2015.02.07 - einige Messwerte ergänzt
- alles, was ich diesbezüglich bis jetzt gefunden habe ha sich entweder auf die alten 1000er-Schlösser bezogen oder war die Aussage "bei HM-Sec-Key ist der 4polige Anschluss nicht beschaltet".
