Tageslicht Messgerät

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Tageslicht Messgerät

Beitrag von Admin »

Ich habe mir heute abend noch schnell aus nem Nano, einem ADS1115 Sensor, einem LCD Display 4x20 Zeichen, und zwei Lichtempfindlichen Widerständen, ein Tageslicht Messgerät zusammengebaut, das die Lichtstärke genauso mißt, wie der Sonnenverfolger, den ich hier im Model zusammengebaut habe, um die entsprechende Software entwickeln zu können, und die Steuerhardware zu testen. Es war immer etwas lästig, mit dem ganzen Gerät raus an die Sonne zu gehen, nur um die Sensorik zu testen. Ich muss ja von zu dunkel, für die Solar-Panels, bis volle Sonne, Lichtstärke-Messwerte bekommen. Ich habe gesehen dass die Messgeräte, die dieses Lichtsstärken - Spanne erfassen können, 2-3 Stufen haben, die man umschalten muss. Da ich aber am Sonnenverfolger nicht die Messeinrichtung für die aktuelle Lichstärke von Hand umschalten kann, habe ich mir überlegt, wie ich das in einem Wert für alle Lichtstärken hinbekomme.

Ich habe also für die Messung zwei Sensoren genommen, habe einen von den beiden abgeschirmt mit drei Lagen 100gramm Papier, und messe mit beiden gleichzeitig. Jeder Sensor hat eine Messspanne von 0 - 4095. diese Beiden Werte anddiere ich und habe so nur noch einen Wert von 0 - 8190. Das reicht von dunkel bis volle Sonne. Also auch für meinen Sonnenverfolger.

Und hier ist das kleine Messgerät, das ich auf dem selben Prinzip wie die Lichtstärke-Messungen des Sonnenverfolgers gebaut habe. Nur dass der diese Messung in 4 Richtungen gleichzeitig durchführt und etwa 10x in der Sekunde. Bei dem kleinen Gerät hier, zeige ich die Werte nur einmal pro Sekunden.

Hier ist mal das Programm zu diesem kleinen Messgerät:

Code: Alles auswählen

#include <LiquidCrystal_I2C.h>
// Display Adresse 0x3F 0der 0x27
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4);
#include <Adafruit_ADS1X15.h> // bindet Wire.h für I2C mit ein
Adafruit_ADS1115 ads;
#define ADS_I2C_ADDR 0x48
//------------------------------------------------------
const float multiplier = 0.125F; // ADS1115-Multiplikator bei einf. Verstärkung
float ads_mv0 = 0;  // Sensor rechts
float ads_mv1 = 0;  // Sensor links
int adc0 = 0;
int adc1 = 0;
int Messung1 = 0;
int Messung2 = 0;
byte Status = 0;
unsigned long sekundenablauf1 = 0; // Messabstand 1 Sekunde
const unsigned long pausezeit1 = 1000;
unsigned long aktuellzeit = 0;
//==============================================================
//=========================SETUP================================
//==============================================================
void setup() {
  //----------------------------------------------------
  lcd.begin();
  lcd.backlight();
  lcd.clear();
  //----------------------------------------------------
  Serial.begin(115200);
  //----------------------------------------------------
  ads.begin(ADS_I2C_ADDR, &Wire);
  // Werte 1-fach verstärken (ESP32 liefert  max. 3,3V)
  ads.setGain(GAIN_ONE);
  //----------------------------------------------------
  lcd.setCursor (0, 0);            // Zeile 1
  lcd.print (F("Tageslicht - Messung"));
  lcd.setCursor (0, 1);
  lcd.print (F("Licht Summe"));
  lcd.setCursor (0, 2);
  lcd.print (F("--------------------"));
  lcd.setCursor (0, 3);
  lcd.print (F("1="));
  lcd.setCursor (11, 3);
  lcd.print (F("2="));
  //----------------------------------------------------
  //----------------------------------------------------
}
//==============================================================
//=========================LOOP=================================
//==============================================================
void loop() {
  aktuellzeit = millis();
  //Jede Sekunde Spannung am Panel messen
  if (aktuellzeit - sekundenablauf1 >= pausezeit1) // Eine Sekunde abgelaufen?
  {
    //---------------------Display alle Anzeigen---------------
    lcd.setCursor (15, 1);
    lcd.print ("     ");
    lcd.setCursor (16, 1);
    lcd.print (Messung1);
    lcd.setCursor (2, 3);
    lcd.print (F("       "));
    lcd.setCursor (2, 3);
    lcd.print (ads_mv0);
    lcd.setCursor (13, 3);
    lcd.print (F("       "));
    lcd.setCursor (13, 3);
    lcd.print (ads_mv1);
    sekundenablauf1 = millis();
  }
  // -----Kanal 0 Messung------------------------------
  adc0 = ads.readADC_SingleEnded(0);
  ads_mv0 = ads.computeVolts(adc0) * 1000;
  // -----Kanal 1 Messung------------------------------
  adc1 = ads.readADC_SingleEnded(1);
  ads_mv1 = ads.computeVolts(adc1) * 1000;
  Messung1 = ads_mv0 + ads_mv1; //
  //----------------------Ende Loop----------------------
}
Und das Bild von der Technik. Ein Gehäuse muss ich mir noch suchen.
.
Sonnenlicht_Tageslich_Messgerät_V01.jpg
Sonnenlicht_Tageslich_Messgerät_V01.jpg (346.25 KiB) 1044 mal betrachtet
Der niedrige Wert vierte Zeile 2= ist der Wert der bei großer Sonneneinstrahlung zur Geltung kommt. Der wird nur bei sehr grellen Licht hoch, weil dieser Sensor abgedeckt ist. Der Wert 1= ist der Wert der auch bei kleinem Licht schon größer wird. Wie man am Bild sieht. Diese beiden Werte werden addiert und ergeben dann den Messwert in der zweiten Zeile im Bild, der mich interessiert.
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Re: Tageslicht Messgerät

Beitrag von Admin »

Ich möchte auch gerne noch einen Anschluss zur Sonnen-Panel Spannungsmessung in das Gerät mit einbauen. Dann könnte ich die letzte Zeile im Display ändern, dass da dann die Panelspannung angezeigt wird. Der Panel-Strom wäre natürlich auch noch was. :(o): :(o): :(oo):

Mal schauen wohin es mich treibt :(V):
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Re: Tageslicht Messgerät

Beitrag von Admin »

Habe jetzt nur eine kleine Programm-Erweiterung, mit der ich jede Minute die drei Messwerte über USB Serial ausgebe. mit 115200 Baud. Ein Schalter von GND auf Digi9 Pin. bestimmt ob Daten ausgegeben werden. Schalter zu, Dig9 Pin hat LOW, Daten werden ausgegeben.

Franz

Das erweiterte Programm:

Code: Alles auswählen

#include <LiquidCrystal_I2C.h>
// Display Adresse 0x3F 0der 0x27
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4);
#include <Adafruit_ADS1X15.h> // bindet Wire.h für I2C mit ein
Adafruit_ADS1115 ads;
#define ADS_I2C_ADDR 0x48
//------------------------------------------------------
const float multiplier = 0.125F; // ADS1115-Multiplikator bei einf. Verstärkung
float ads_mv0 = 0;  // Sensor rechts
float ads_mv1 = 0;  // Sensor links
int adc0 = 0;
int adc1 = 0;
int Messung1 = 0;
int Messung2 = 0;
byte Status = 0;
unsigned long sekundenablauf1 = 0; // Messabstand 1 Sekunde
const unsigned long pausezeit1 = 1000;
unsigned long sekundenablauf2 = 0; // Messabstand 1 Sekunde
const unsigned long pausezeit2 = 60000;
unsigned long aktuellzeit = 0;
const byte schalter = 9;
byte schalterstatus = 0;
byte SerielleAusgabe = 0;
//==============================================================
//=========================SETUP================================
//==============================================================
void setup() {
  //----------------------------------------------------
  lcd.begin();
  lcd.backlight();
  lcd.clear();
  //----------------------------------------------------
  Serial.begin(115200);
  //-------------------Schalter / Taster----------------
  pinMode(schalter, INPUT_PULLUP);
  //----------------------------------------------------
  ads.begin(ADS_I2C_ADDR, &Wire);
  // Werte 1-fach verstärken (ESP32 liefert  max. 3,3V)
  ads.setGain(GAIN_ONE);
  //----------------------------------------------------
  lcd.setCursor (0, 0);            // Zeile 1
  lcd.print (F("Tageslicht - Messung"));
  lcd.setCursor (0, 1);
  lcd.print (F("Licht Summe"));
  lcd.setCursor (0, 2);
  lcd.print (F("--------------------"));
  lcd.setCursor (0, 3);
  lcd.print (F("1="));
  lcd.setCursor (11, 3);
  lcd.print (F("2="));
  //----------------------------------------------------
  sekundenablauf1 = millis();
  sekundenablauf2 = millis();
  //----------------------------------------------------
}
//==============================================================
//=========================LOOP=================================
//==============================================================
void loop() {
  aktuellzeit = millis();
  //Jede Sekunde Spannung am Panel messen
  if (aktuellzeit - sekundenablauf1 >= pausezeit1) // Eine Sekunde abgelaufen?
  {
    //---------------------Display alle Anzeigen---------------
    lcd.setCursor (15, 1);
    lcd.print ("     ");
    lcd.setCursor (16, 1);
    lcd.print (Messung1);
    lcd.setCursor (2, 3);
    lcd.print (F("       "));
    lcd.setCursor (2, 3);
    lcd.print (ads_mv0);
    lcd.setCursor (13, 3);
    lcd.print (F("       "));
    lcd.setCursor (13, 3);
    lcd.print (ads_mv1);
    sekundenablauf1 = millis();
  }
  //-------Serial-Datenausgabe-------------------------
  if (SerielleAusgabe == HIGH)
  {
  if (aktuellzeit - sekundenablauf2 >= pausezeit2) // Eine Minute abgelaufen?
  {
    Serial.print(F("SonnenSensor="));
    Serial.print(ads_mv1);
    Serial.print(F("  DunkelSensor="));
    Serial.print(ads_mv0);
    Serial.print(F("  Summe-Licht="));
    Serial.println(Messung1);
    sekundenablauf2 = millis();
  }
  }
  // -----Kanal 0 Messung------------------------------
  adc0 = ads.readADC_SingleEnded(0);
  ads_mv0 = ads.computeVolts(adc0) * 1000;
  // -----Kanal 1 Messung------------------------------
  adc1 = ads.readADC_SingleEnded(1);
  ads_mv1 = ads.computeVolts(adc1) * 1000;
  Messung1 = ads_mv0 + ads_mv1; //
  //---------------Schalter abfragen-------------------
  //Schalter bestimmt ob Daten serial ausgegeben werden
  schalterstatus = digitalRead(schalter);
  if (schalterstatus == LOW)
  {
    SerielleAusgabe = HIGH;
  }
  else
  {
    SerielleAusgabe = LOW;
  }

  //----------------------Ende Loop--------------------
}
Ich benutze gerne HTerm.exe als Empfangsprogramm der Serialen Infos. Und die Seite von Heise gerne als sichere Download-Quelle. Den Schalter zum SerialPrint muss ich noch einbauen. Hatte gestern keine Zeit/Lust :(o): mehr.
.
Sonnenlicht_Pamelspannung_Messgerät.jpg
Sonnenlicht_Pamelspannung_Messgerät.jpg (253.63 KiB) 998 mal betrachtet
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Re: Tageslicht Messgerät

Beitrag von Admin »

Ich mache gerade eine Dauer-Lichtmessung mit minütlicher Aufzeichnung. Bin jetzt erst bei Minute 9, aber ich sehe dass das Licht draussen jede Minute um ein paar Punkte zunimmt. :eek: Ich dachte nicht, dass das wirklich jede Minute mehr wird. :O:

Franz
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Re: Tageslicht Messgerät

Beitrag von Admin »

OK, jetzt habe ich das Programm noch ein bischen angepasst, den Schalter für SerialPrint eingebaut und ein Foto vom Gerät auch eines von der Rückseite, mit den beiden Sensoren. Das "SePr=" im Display zweite Zeile rechts steht für Serial.print(). Und die Zahl hinter dem "=" zeigt, wieviele Datensätze bereits Serial an den PC geschickt wurde. Ich zähler nur 9999, dann übergebe ich weiterhin Datensätze, aber der Zählergeht nicht mehr weiter, weil am Display kein Platz mehr ist. Aber 9999 Minuten sind fast 7 Tage. Ich denke so lange will eh keiner durchgehend aufzeichnen.

Hier mal das aktuelle Programm:

Code: Alles auswählen

#include <LiquidCrystal_I2C.h>
// Display Adresse 0x3F 0der 0x27
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4);
#include <Adafruit_ADS1X15.h> // bindet Wire.h für I2C mit ein
Adafruit_ADS1115 ads;
#define ADS_I2C_ADDR 0x48
//------------------------------------------------------
const float multiplier = 0.125F; // ADS1115-Multiplikator bei einf. Verstärkung
float ads_mv0 = 0;  // Sensor rechts
float ads_mv1 = 0;  // Sensor links
int adc0 = 0;
int adc1 = 0;
int Messung1 = 0;
int Messung2 = 0;
byte Status = 0;
unsigned long sekundenablauf1 = 0; // Messabstand 1 Sekunde
const unsigned long pausezeit1 = 1000;
unsigned long sekundenablauf2 = 0; // Messabstand 1 Sekunde
const unsigned long pausezeit2 = 60000;
unsigned long aktuellzeit = 0;
const byte schalter = 9;
byte schalterstatus = 0;
byte SerielleAusgabe = 0;
int printzaehler = 0;
//==============================================================
//=========================SETUP================================
//==============================================================
void setup() {
  //----------------------------------------------------
  lcd.begin();
  lcd.backlight();
  lcd.clear();
  //----------------------------------------------------
  Serial.begin(9600);
  //-------------------Schalter / Taster----------------
  pinMode(schalter, INPUT_PULLUP);
  //----------------------------------------------------
  ads.begin(ADS_I2C_ADDR, &Wire);
  // Werte 1-fach verstärken (ESP32 liefert  max. 3,3V)
  ads.setGain(GAIN_ONE);
  //----------------------------------------------------
  lcd.setCursor (0, 0);            // Zeile 1
  lcd.print (F("Tageslicht - Messung"));
  lcd.setCursor (0, 1);
  lcd.print (F("Licht="));
  lcd.setCursor (10, 1);
  lcd.print (F("/SePr=0"));
  lcd.setCursor (0, 2);
  lcd.print (F("--------------------"));
  lcd.setCursor (0, 3);
  lcd.print (F("1="));
  lcd.setCursor (11, 3);
  lcd.print (F("2="));
  //----------------------------------------------------
  sekundenablauf1 = millis();
  sekundenablauf2 = millis();
  //----------------------------------------------------
}
//==============================================================
//=========================LOOP=================================
//==============================================================
void loop() {
  aktuellzeit = millis();
  //Jede Sekunde Spannung am Panel messen
  if (aktuellzeit - sekundenablauf1 >= pausezeit1) // Eine Sekunde abgelaufen?
  {
    // -----Kanal 0 Messung------------------------------
    adc0 = ads.readADC_SingleEnded(0);
    ads_mv0 = ads.computeVolts(adc0) * 1000;
    // -----Kanal 1 Messung------------------------------
    adc1 = ads.readADC_SingleEnded(1);
    ads_mv1 = ads.computeVolts(adc1) * 1000;
    Messung1 = ads_mv0 + ads_mv1; //
    //---------------------Display alle Anzeigen---------------
    lcd.setCursor (6, 1);
    lcd.print (F("    "));
    lcd.setCursor (6, 1);
    lcd.print (Messung1);
    lcd.setCursor (2, 3);
    lcd.print (F("       "));
    lcd.setCursor (2, 3);
    lcd.print (ads_mv0);
    lcd.setCursor (13, 3);
    lcd.print (F("       "));
    lcd.setCursor (13, 3);
    lcd.print (ads_mv1);
    sekundenablauf1 = millis();
  }
  //-------Serial-Datenausgabe-------------------------
  if (SerielleAusgabe == HIGH)
  {
    if (aktuellzeit - sekundenablauf2 >= pausezeit2) // Eine Minute abgelaufen?
    {
      if (printzaehler < 9999)
      {
        printzaehler++;
      }
      lcd.setCursor (16, 1);
      lcd.print (F("    "));
      lcd.setCursor (16, 1);
      lcd.print (printzaehler);
      Serial.print(F("SonnenSensor="));
      Serial.print(ads_mv1);
      Serial.print(F("  DunkelSensor="));
      Serial.print(ads_mv0);
      Serial.print(F("  Summe-Licht="));
      Serial.print(Messung1);
      Serial.print(F("  Zaehler="));
      Serial.println(printzaehler);
      sekundenablauf2 = millis();
    }
  }
  //---------------Schalter abfragen-------------------
  //Schalter bestimmt ob Daten serial ausgegeben werden
  schalterstatus = digitalRead(schalter);
  if (schalterstatus == LOW)
  {
    SerielleAusgabe = HIGH;
  }
  else
  {
    SerielleAusgabe = LOW;
    printzaehler = 0;
  }

  //----------------------Ende Loop--------------------
}
Und die beiden Bilder:
.
Sonnenlicht_Pamelspannung_Messgerät_2.jpg
Sonnenlicht_Pamelspannung_Messgerät_2.jpg (265.01 KiB) 989 mal betrachtet
Sonnenlicht_Pamelspannung_Messgerät_3.jpg
Sonnenlicht_Pamelspannung_Messgerät_3.jpg (122.96 KiB) 989 mal betrachtet
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Re: Tageslicht Messgerät

Beitrag von Admin »

Hier habe ich noch den Mitschnitt vom TerminalProgramm "HTerm" über 20 Minunten, jede Minute ein Datensatz.
.
Sonnenlicht_Pamelspannung_Messgerät_4.jpg
Sonnenlicht_Pamelspannung_Messgerät_4.jpg (388.95 KiB) 988 mal betrachtet
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Re: Tageslicht Messgerät

Beitrag von Admin »

Ich habe wieder erweitert. Wie ich schon angekündigt habe. Die Panelspannung habe ich mit rein genommen. Ich kann ja mit dem Gerät über Serial.print() jede Minute einen Datensatz an den PC schicken. Das heißt, ich kann jetzt das Gerät in eine bestimmte Richtung stellen, und da dann z.B. den Untergang der Sonne mitschreiben. In den Telegrammen sind die Sensorwerte einzeln, die Summe der Sensorwerte und die Spannung am Panel. damit kann ich einen guten Lichtwert ermittel, ab dem ich den Sonnenverfolger dann in "die Nachtruhe" schicken kann :(oo): Und dann in der Richtung, wo die Sonne aufgeht kann ich ermitteln ab welchem Lichtwert es Sinn macht "die Nachtruhe" zu beenden. :eek: Und das schöne ist, ich muss bei den Messungen nicht dabei sein. :(o): :(o):

Hier das Bild von dem geänderten Gerät:
.
Sonnenlicht_Pamelspannung_Messgerä_V2t.jpg
Sonnenlicht_Pamelspannung_Messgerä_V2t.jpg (339.09 KiB) 958 mal betrachtet
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Re: Tageslicht Messgerät

Beitrag von Admin »

Hier noch die Schaltung dazu. Die Panelspannung darf nicht über 20 Volt gehen und die Messwiderstände 10k und 30k sind 0,5% Genauigkeit. Wenn das Panel mehr Spannung hat, muß der 30k Widerstand nach oben angepasst werden, und die Spannungsumrechnung auch angepasst werden!!
.
Licht- und Panelmessung.JPG
Licht- und Panelmessung.JPG (251.53 KiB) 885 mal betrachtet
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Re: Tageslicht Messgerät

Beitrag von Admin »

Ich habe von Max ein Solarpanel bekommen, das er übrig hat. Somit spare ich mir das Geld dafür und kann damit dieses Gerät entsprechend meiner Vorstellung weiterentwickeln.

Ich mache ein Gerät, mit dem ich so ein Panel mit dem fürs Panel zugelassenen Strom belasten kann, um dann zu sehen, wo die Spannung noch ist, bei der Last mit den z.B. 10 Watt, die mein Test-Panel hier liefert. Natürlich geht das dann auch noch für wesentlich mehr Leistung. Also man stellt die Leistung (Watt) ein, die das Panel verträgt, stellt das Panel und die Lichtsensoren in die volle Sonne, und schaut dann, was es an Spannung und Leistung schafft. Dann zeichnet das Gerät jede Minunte auf, welchen Lichtwert ich mit meinen Lichtmessgerät noch habe, welche Spannung das Panel noch hat, und wieviel Leistung das Panel bei der Lichtstärke noch hat. Dann kann ich die Aufzeichnung später überprüfen, und sehe genau, bei welchen Lichtwert das Panel nicht mehr genug Leistung bringt, um eine Batterie noch sinnvoll zu laden. Und schon habe ich einen Lichtwert, bei dem ich meinem Sonnenverfolger sagen kann, dass er in die "Nachtruhe" gehen kann. Und den Wert, mit ein bischen plus, kann ich dann auch wieder verwenden, um das Gerät am Morgen wieder starten zu lassen, wo es wieder seinen Job macht bis zum nächten Abend.

Ich muss also dieses Gerät hier, das ja schon fast alle Vorraussetzungen dafür hat, noch um einen Stromsensor erweitern, um einen Lastwiderstand, mit dem ich so ein Panal gut belasten kann, und einen PWM DC Spannungsregler, der vom Arduino die Passende PWM Spannung bekommt, dass die Panelspannung mit der Leistung belastet wird, die ich vorgebe. Den 30KOhm Messwiderstand werde ich auf 50k ändern. Dann kann ich bis zu einer Panelspannung von 30 Volt gehen. Die Stromsensoren die ich hier haben, gehen bis 20 Ampere, das ist mehr als genug, und die Lastwiderstände, die ich hier habe, gehen bis 50 Watt, also alles mehr als genug. Bin gespannt, wie das wir.
Das Gerät misst bei dem Panel hier dann zu Beginn 20 Volt, rechnet bei 20 Volt und 10 Watt einen Strom von 0,5 Ampere aus, und regelt somit die Strombelastung des Panels auf 0,5 Ampere, sollte die Spannung unter 20 Volt zusammenbrechen, rechnet das Gerät mit der neuen gemessenen Spannung bei 10 Watt den Strom aus, und regelt auf die neue Stromhöhe. So sollte die Last genau auf die 10 Watt einstellbar sein. Sollten die 10 Watt doch zu hoch gegriffen sein, kann ich dem Programm ja noch sagen, es soll Watt für Watt runtergehen, bis es auf einer mit dem Panel erreichbaren Leistung ist. Einstellung kann ich die max. Leistung, und zeigen kann es dann die erreichbare Leistung. Wenn sich dann die Sonne im Laufe der Zeit vom Acker macht, geht eben auch die Leistung weiter zurück, und wird mit in der Verlaufs-Liste mit Spannung und Lichtwert angezeigt. Ja, daraus kann ich dann ermitteln, bei welchen Lichtwert es keinen Sinn mehr macht, mit dem Sonnenverfolger in Betrieb zu bleiben und besser in die Nachtstellung zu fahren. Und bei welchem Licht es Sinn macht sich wieder auf die Sonne auszurichten.

Franz

PS: Ob da noch ein paar Denkfehler drin sind, wird sich zeigen :(o): :(o): .........werde ich in den nächsten Tagen sehen :oo:

Ich habe schon mal den Schaltplan nach meinen Vorstellungen erweitert:
.
Licht- und Panelmessung_V02.JPG
Licht- und Panelmessung_V02.JPG (341.7 KiB) 825 mal betrachtet
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Re: Tageslicht Messgerät

Beitrag von Admin »

Ich wollte jetzt mal mit dem Elektrischen Aufbau beginnen. Habe 3 Widerstände mit je 150 Ohm parrallel genommen, um auf 50 Ohm zu kommen. Dass ich für einen ersten Test, erst mal eine reale Last für 8 Watt zustande bringe. Also damit würde ich bei 20 Volt vom Panel 0,4 Ampere belasten, also mit 8 Watt. Das Panel sollte 10 Watt bringen. Aber ich habe keine 0,4 Ampere, sondern 0,0058 Ampere, das sind 0,11 Watt :eek:

PS: Jetzt habe ich mir mal noch bessere Leistungswiderstände bei den Chinesen bestellt. Die kommen eh erst Mitte Januar. Somit ist das hier erst mal auf Eis gelegt. :sad:

PS: Habe mir jetzt doch schon ein Solar-Panel bestellt. 65 Watt, dass ich damit auch mal Batterien laden kann. Das kommt mitte nächste Woche. Dann kan ich weiter machen.
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