User manual

18 19
5. Es werde Licht!
5.1 LED leuchtet
5.2 LED mit Taster
5.3 Zwei LEDs
Unsere erste Schaltung besteht aus einer Spannungsquelle und einer LED. Die Spannungsquelle ist hier unser Solar Modul, das mit dem
Solar Brick verbunden ist, sie kann aber z.B. auch eine Batterie oder auch ein Netzteil sein. Eine LED ist eine moderne Form eines Leucht-
mittels. Sie hat nur etwa 1/100 des Energieverbrauchs einer vergleichbaren Glühlampe, da in ihr kein Draht zum Glühen gebracht werden
muss. Ein Rekombinationsprozess der Elektronen im p-dotieren Halbleiter setzt das zu erzeugende Licht frei. Das erzeugte Licht wird bei
der Rekombination der Elektronen im p-dotierten Halbleiter frei. Auch LEDs erwärmen sich während des Betriebs, sie produzieren
allerdings wesentlich weniger Verlustwärme als beispielsweise Glühlampen bei Erzeugung der gleichen Lichtmenge. Die Highpower LED
verbraucht 1W.
Achtung: Die Bricks sind exakt zu verbinden. Leuchtet die LED nicht, sind die Kontakte zwischen den Bricks noch einmal genau zu
kontrollieren. Es empehlt sich grundsätzlich die Steckverbindungen vor Aktivierung der Schaltung, also vor dem Einbau der Spannungs-
quelle, zu überprüfen
Bei unserem nächsten Versuchsaufbau wird ein Taster in den Stromkreis eingebracht. Er hat die Funktion, nur dann einen Stromuss zu
ermöglichen, wenn er betätigt, bzw. gedrückt gehalten wird. Der Taster ist das einfachste fest verbaute Element in einer elektrischen
Schaltung. Er ndet z.B. auch zum Einschalten des Innenlichts in einem Kühlschrank in derselben Art und Weise Verwendung wie in der
hier vorgestellten Schaltung.
In dieser Schaltung wird es noch ein bisschen heller: Jetzt schließen wir zwei Highpower LEDs hintereinander an. Um die Schaltung ein
bisschen zu verlängern, verbinden wir sie durch eine Gerade. Dieser Brick ist lediglich eine Leitung und leitet den Strom von einem zum
nächsten Brick.
Solar IN
12V 1,3A
Solar IN
12V 1,3A
Solar IN
12V 1,3A
Wichtige Begriffe
Der Akku Brick
Abgesehen von verschiedenen Typen, gibt es bei Akkus noch drei wichtige Begriffe: Nennspannung, Wirkungsgrad und Energiedichte. Die
Nennspannung eines elektrischen Verbrauchers oder einer Spannungsquelle (zum Beispiel das Stromnetz) ist der Wert der elektrischen
Spannung im Normalbetrieb. Die Nennspannung des Stromnetzes in Europa liegt beispielsweise bei 230V. Die Nennspannung eines
Lithium-Ionen Akkus liegt zwischen 3,2 bis 3,8 Volt pro Zelle.
Das Wort Wirkungsgrad haben wir schon bei der Solarzelle kennengelernt. Bei einem Akku beschreibt der Wirkungsgrad das Verhältnis
zwischen der Menge der Energie, die beim Entladevorgang abgegeben wird (genannt Nutzenergie) und der Menge der Energie, die dem
Akku beim Auaden zugeführt wird. Lithium-Ionen Akkus haben von allen Typen einen der besten Wirkungsgrade: circa 90%! Hier gibt es
also nur 10% Verlustleistung.
Energiedichte ist die Menge an Energie auf eine bestimmte Größe. Man kann sich zum Beispiel ansehen, wie viel Energie in einem
Kubikmeter Raum gespeichert werden kann. Ein Lithium-Ionen Akku hat eine Energiedichte von 120–210 Wh/kg (Wattstunde pro
Kilogramm). Das ist verglichen mit einem Blei Akku, der eine Energiedichte von circa 30 Wh/kg hat, relativ viel.
Der Akku Brick hat noch einen interessanten Vorteil: Man kann ihn auf 9V oder 12V mit Hilfe des Jumpers ( das ist das kleine schwarze
Verbindungsstück) einstellen. Wenn der Akku Brick mit dem Solar Modul verbunden ist, sollte immer 12V eingestellt werden. Normaler-
weise ist das Brick System auf 9V ausgelegt, die im Set enthaltenen Bricks halten eine Spannung von 12V aber aus. Wenn man exakt 9V
aus dem Solar Modul erhalten möchte, so gibt es bei Brick’R’knowledge zusätzlich zwei Brick Spannungsregler (ALL-BRICK-0300 und
ALL-BRICK-0299), mit denen dies möglich ist. Aber nun zurück zum Akku Brick: Er hat eine Eingangsspannung von 8-15V und einen
Eingangsstrom bis maximal 400mA. Die Ausgangsspannung ist einstellbar auf 8,5V oder 11,5V, denn wie wir gelernt haben, liegt der
Wirkungsgrad dieses Akkus nicht bei 100%. Bei 11,5V Ausgangsspannung liegt der Ausgangsstrom bei 500mA, bei 8,5V liegt er bei
750mA. Bestimmt fällt dir bei Inbetriebnahme des Akkus sofort auf, dass die LED unterschiedlich blinkt.
Die unterschiedlichen Farben sagen dir, was der Akku gerade macht. Hier kannst du nachlesen, was die unterschiedlichen Farben bedeu-
ten:
Es gibt verschiedene Arten von Akkus, der grundlegende Aufbau der Akkus unterscheidet sich jedoch nicht sehr stark voneinander.
Ein Akku besitzt zwei Elektroden, die sich in einem speziellen Elektrolyt benden. Der Elektrolyt ist entweder eine üssige Lösung, ein
Gel oder ein Feststoff. Für die Elektroden und den Elektrolyt verwendet man verschiedene chemische Stoffe. Es gibt Blei Akkus, Nickel-
Cadmium Akkus, Nickel-Metallhydrid Akkus und Lithium-Ionen Akkus. Der Akku Brick ist ein Lithium-Ionen Akku. Beim Lithium-Ionen
Akku besteht die positive Elektrode meist aus Lithium-Metalloxid und die negative Elektrode aus Graphit. Die positive Elektrode nimmt
während des Entladens Lithium-Ionen auf, die von der negativen Elektrode abgegeben werden. Damit die positive Elektrode diese
Lithium-Ionen aufnehmen kann, muss diese aus einem besonders leichten Material bestehen. Zudem verfügt ein Lithium-Ionen Akku über
eine sehr geringe Selbstentladung, nämlich unter 2% pro Monat. Allerdings muss der Akku hierfür auch korrekt gelagert werden. Wenn er
zu hohen Temperaturen ausgesetzt wird, kann seine Lebensdauer drastisch herabgesetzt werden. Lithium-Ionen Akkus werden zum
Beispiel in Laptops oder Elektroautos eingesetzt.
Die LED leuchtet nicht: inaktiv, standby oder entladen
Die LED leuchtet grün: aktiv im Entlademodus
Die LED blinkt grün/orange: aktiv im Entlademodus, fast entladen
Die LED blinkt orange: aktiv im Entlademodus, entladen, kurz vor Abschaltung
Die LED blinkt rot: Fehler (Überlast, Kurzschluss, Entladen, Überspannung)
Die LED leuchtet orange: Lademodus
Die LED leuchtet grün, Tendenz zu orange: Leerlaufmodus, Abschaltung nach ca. 0,5 bis 3 Minuten
Arten von Akkus