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Ohne Strom gäbe es keine Elektronik. Jedes Gerät, wie wir es kennen, braucht Strom, um seine Funktion zu erfüllen. Viele Geräte beziehen ihren Strom und ihre Spannung aus dem 230-V-Netz, und die einzige Sorge des Nutzers bleibt die Länge des Kabels zur Steckdose oder die Anzahl der freien Steckdosen in der Steckdosenleiste. Aber was ist mit mobilen Geräten oder solchen, deren “Anbinden” an ein Stromkabel ihre Funktionalität aufheben würde, wie z. B. mobile Roboter? Lassen Sie sich von diesem einfachen Leitfaden von Ihren Zweifeln befreien!
Spannung ist fundamental
Die einfachsten und gebräuchlichsten Stromquellen sind gewöhnliche Alkaline-Batterien vom Typ AA und ihr kleineres Gegenstück AAA. Diese zeichnen sich durch eine Spannung von 1,5 V aus, aber für ein Projekt ist dieser Spannungswert von geringem Nutzen – er versorgt nur die einfachsten elektrischen Schaltungen wie eine einzelne LED, obwohl selbst diese nicht ganz so offensichtlich ist, da sie nicht einmal mit voller Leistung leuchtet. Zum Glück hat die Spannung bestimmte Eigenschaften, die äußerst nützlich sind. Was bedeutet das?
Elektronische Geräte benötigen in der Regel eine genau definierte Versorgungsspannung. Um dies für ein selbstversorgtes System zu erreichen, können wir die Eigenschaften des Energiezellensystems, d.h. einer Batterie oder eines Akkumulators, nutzen, indem wir ihre Pole in geeigneter Weise verbinden. Und davon gibt es zwei – in Parallel- und in Reihenschaltung. Die Art der Verbindung führt zu unterschiedlichen Effekten – je nach Bedarf und Zweck eines bestimmten Stromkreises können wir den Spannungswert erhöhen oder die Gesamtkapazität steigern – d.h. die Ladungsmenge, mit der die Batterie einen bestimmten Stromkreis mit einem Strom einer bestimmten Stromstärke für eine bestimmte Zeit versorgt – ausgedrückt in Amperestunden. [Ah]z.B. damit die Stromzufuhr länger hält.
Reihenschaltung
Bei der Reihenschaltung von Batterien oder Akkumulatoren werden die Zellen mit entgegengesetzten Polen verbunden, d. h. Plus und Minus. Indem man auf diese Weise eine Kette von Zellen bildet, wird die Spannung jedes einzelnen Elements addiert. Daher rührt auch der Name dieser Verbindungsart, da die Glieder so hintereinander, also in Reihe geschaltet werden. In der Praxis bedeutet dies, dass wir durch die Verbindung von z. B. zwei AA-Batterien mit einer Spannung von 1,5 V eine Spannung von 3 V erreichen, mit drei Zellen – 4,5 V und so weiter, wenn wir weitere Stromquellen in den Stromkreis einfügen. Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass wir, um eine so vorbereitete “starke” Spannungsquelle zu verwenden, den linken Pol der ersten Zelle und den zweiten Pol der letzten Zelle in Reihe an den Stromkreis anschließen.
Und was ist mit der Kapazität? In diesem Fall – nichts. Die Reihenschaltung wirkt sich nur auf den Spannungswert aus, und die Kapazität jeder in Reihe geschalteten Batterie bleibt gleich, egal wie viele Segmente zusammengeschaltet werden. Wenn Sie jedoch größere Batterien – mit einem höheren Spannungswert – haben und den Spannungswert nicht weiter erhöhen wollen, sondern wollen, dass das Gerät länger funktioniert, sollten Sie die Richtung ändern und eine Parallelschaltung verwenden.
Parallelschaltung
Bei der Parallelschaltung von Stromversorgungszellen werden Batterien oder Akkumulatoren mit denselben Polen verbunden, d. h. Plus an Plus und Minus an Minus. Diese Verbindung führt zu einer Summierung der Kapazitäten der einzelnen Zellen. In diesem Fall kann man sich das so vorstellen, als ob die Batterien “nebeneinander” platziert und in gleicher Weise an gemeinsame Stromkreisklemmen und mit der gleichen Umpolung angeschlossen wären.
Daraus ergibt sich die Parallelität dieser Art von Verbindung. Wenn man einzelne Zellen auf diese Weise verbindet, erhält man eine “große” Stromquelle (mit erhöhter Kapazität), die ausreicht, um den Stromkreis über einen längeren Zeitraum zu versorgen. In diesem Fall ändert sich jedoch der Spannungswert nicht – wenn wir 1,5-V-Batterien parallel schalten, haben wir immer noch 1,5 V an den Klemmen, aber die so vorbereiteten Zellen halten einfach länger.
Zwei Wege, unterschiedliche Anwendungen
Nützlich, nicht wahr? Mit diesem Wissen können wir erfolgreich leistungsstarke, in Reihe geschaltete Spannungsquellen erstellen, um ferngesteuerte Elektroautos oder Roboter zu betreiben, oder einfach Zellen auswählen, um die Geschwindigkeit einfacher Windmühlen oder Mini-Motoren oder Lichtquellen wie LEDs zu regulieren, indem wir sie in einer ausreichend langen Reihe verbinden.
Wenn Sie jedoch eine Stromquelle mit der richtigen Spannung finden und ein Gerät so lange wie möglich in Betrieb halten wollen, z. B. einen Mini-Alarm mit einem einfachen Fotowiderstand oder einen fortschrittlicheren kleinen Sender oder mobilen Temperatursensor, können Sie weitere Zellen parallel hinzufügen.
In der Elektronik heißt es, wenn etwas gut funktionieren soll, muss es auch gut aussehen – eine gut gestaltete Schaltung, klar verlegte Leitungen und gleichmäßig platzierte Komponenten sind unter anderem für Service und Diagnose förderlich. Unordnung und Nachlässigkeit verheißen nichts Gutes, schon gar nicht, wenn es um die Stromversorgung geht – sorgen wir dafür, dass die Verbindung dauerhaft, sicher und praktisch ist. Dies gilt insbesondere für Batterien, die nach einiger Zeit ausgetauscht werden müssen. Botland bietet auch so einfache Dinge wie Batteriekörbe an. Wenn Sie sich die Mühe ersparen wollen, die Anschlüsse selbst zu löten, lohnt es sich, auf Standardlösungen zurückzugreifen, die je nach Bedarf in Reihe oder parallel geschaltet werden.
