البطارية الشمسية على الشرفة ، تجربة استخدام

مرحبًا Geektimes. هذا المقال هو استمرار للجزء السابق ، حول شاحن السفر " Anker Solar 21W ". بدت فكرة استخدام بطارية شمسية لشحن أدوات مختلفة واعدة جدًا بالنسبة لي ، ولكن بالطبع ، 21W كرسوم شحن عالمية ليست كافية - أريد أن أكون قادرًا على الشحن ليس فقط في الطقس المشمس ، ولكن لهذا أنا بحاجة إلى هامش من الطاقة. لذلك ، تم شراء ألواح شمسية كاملة وبدأت التجارب معها.


ما جاء بها ، تفاصيل تحت القطع.

حديد

1. الألواح الشمسية

هناك خيارات مختلفة ، ولكن على الشرفة ، فإن القيد الرئيسي هو توفر مساحة مجانية. لفهم ترتيب الأسعار ، تكلف بطارية 50 واط حوالي 5000 روبل وتبدو كما يلي:


أبعاد اللوح مم - 540x620x30 ، الوزن 4 كجم.

تختلف الشرفات في الحجم ، بناءً على أبعاد الألواح ، فمن الممكن تمامًا وضع قطعتين أو 4 قطع ، لم تعد مناسبة. للاختبار ، تم شراء لوحين من 50 واط لكل منهما. مثل هذه البطارية تعطي حوالي 18 فولت تحت الحمل أو 24 فولت بدونها ، لذلك عند استخدام بطاريات 2x ، تحتاج إلى الاعتماد على جهد إجمالي يصل إلى 50 فولت (على سبيل المثال ، العديد من محولات التيار المستمر تعمل بشكل طبيعي حتى 30 فولت). يمكنك توصيل البطاريات بالتوازي ، ولكن بعد ذلك ستكون الخسائر الناتجة عن طول الأسلاك أعلى قليلاً.

2. تحكم

هناك خياران هنا:

- الألواح الشمسية + تحكم + بطارية

هذا تصميم كلاسيكي: تقوم وحدة التحكم بشحن البطارية عند وجود الشمس ، ويستخدمها المستخدم عند الحاجة.


لهذا النظام مزايا عديدة:

- يمكن استخدام الطاقة وقتما تشاء ، وليس فقط عندما يكون الضوء ،
- القدرة على توصيل العاكس واستقبال خرج 220 فولت ،
- كمكافأة ، مصدر احتياطي في المنزل في حالة انقطاع التيار الكهربائي.

هناك عيب واحد: استخدام بطارية عالية السعة يقتل بشكل أساسي الصداقة البيئية لفكرة هذا الحدث. عدد دورات شحن / تفريغ البطارية محدود ، فهي لا تحب الشحن الزائد ، علاوة على ذلك ، البطاريات وأجهزة التحكم باهظة الثمن. سعر وحدة التحكم من 1000r لأرخص إصدار PWM ، حتى 10000-20000r للإصدار الأغلى (والأكثر فعالية) مع دعم MPPT (ما يمكن قراءته MPPT هنا ). سعر البطارية من 5000r لبطارية هلام عادية من 40-50A * ساعة ، وبعضها يستخدم بطاريات LiFePo4 ، فهي بالتأكيد أكثر تكلفة.

- عاكس شبكة التعادل

هذه التقنية هي الأكثر واعدة في الوقت الحالي.


خلاصة القول هي أن المحول يحول وينقل الطاقة مباشرة إلى الشبكة الكهربائية المنزلية. في نفس الوقت ، يتم تقليل الطاقة المستهلكة من الشبكة المشتركة ، يلتقط العداد الكهربائي المنزلي قراءات أقل.

من الناحية المثالية ، إذا كانت الألواح الشمسية توفر طاقة كافية لجميع المستهلكين ، فلن تنمو القيمة على العداد على الإطلاق. وإذا كان استهلاك الشقة / المنزل أقل من إنتاج الألواح الشمسية ، فسوف يسجل العداد "تصدير" الطاقة ، والتي يجب أن تأخذها شركة مورد الكهرباء بعين الاعتبار. ومع ذلك ، في روسيا ، لا يعمل هذا المخطط حتى الآن - علاوة على ذلك ، تعتبر معظم عدادات الكهرباء القديمة الطاقة "modulo" ، أي سيكون عليك دفع ثمن الطاقة التي تعطيها. يبدو أنه في عام 2017 وعدوا بالبدء في حل قضايا الجيل الصغير على المستوى القانوني. لكن بالمناسبة ، بالنسبة للألواح الموجودة على الشرفة ، فإن كل هذا له مصلحة نظرية فقط - إنتاجها صغير جدًا.

سعر عاكس الشبكة هو 100 دولار ، اعتمادًا على الطاقة. يجب أن نذكر أيضًا المحولات الدقيقة - يتم تثبيتها مباشرة على البطارية ، وإعطاء جهد التيار الكهربائي على الفور ، ومع ذلك ، فإن الطاقة الموصى بها للألواح هي 200 واط على الأقل. يتم تركيب العاكس مباشرة على الجزء الخلفي من اللوحة الشمسية ، وهذا يسمح لك بتوصيلها على النحو التالي:


ولكن بالنسبة للشرفة ، هذا بالطبع غير ذي صلة.

الاختبار

بادئ ذي بدء ، كان من المثير للاهتمام معرفة القوة الحقيقية التي يمكن الحصول عليها من الألواح الشمسية. لهذا ، تم شراء لوحة ADS1115 ADC لـ Raspberry Pi مقابل 15 دولارًا:


إنه سهل الاستخدام ، يتم تقسيم جهد الإدخال بواسطة مقسم ويتم تغذيته إلى المدخلات التناظرية ، ولدينا قيم رقمية عند الإخراج. يمكن الحصول على مصادر للعمل مع ADC هنا . تم شراء جهاز استشعار التيار ACS712 أيضًا ، وتم تصنيع جهاز استشعار الجهد من مجموعة من المقاومات (لم يكن هناك سوى قيمة اسمية واحدة في المنزل). كحمل ، تم تثبيت لمبة تقليدية 100 وات. بالطبع ، من 48 فولت لم تحترق (تم تصنيف اللمبة لـ 220 فولت) ، لكنها متوهجة بالكاد فقط. مقاومة اللولب هي 42 أوم ، مما يسمح لك بتقدير الطاقة تقريبًا بالجهد (على الرغم من أن المصباح المتوهج لديه مقاومة غير خطية ، ولكن بالنسبة لتقدير تقريبي سوف يفعله).

تبدو النسخة التجريبية الأولى على النحو التالي:


تم دبلجة المصدر بحيث تم حفظ البيانات والوقت الحالي في CSV ، وتم إطلاق خادم الويب على Raspberry Pi لتنزيل الملفات على الشبكة المحلية.

تبدو نتائج يوم عادي تمامًا تمامًا مع غطاء سحابي متغير كما يلي:


يمكن ملاحظة أن ذروة الجهد تنخفض في الصباح الباكر ، وأن هناك نتيجة للتركيب غير السليم للألواح - من الناحية المثالية يجب ألا تكون مستقيمة.

وهذا ما يبدو عليه "الفشل" في اليوم الذي جاءت فيه الغيوم وبدأ المطر يتساقط:


بالنظر إلى الجهد 44 فولت ومقاومة خيوط المصباح إلى 42 أوم ، يمكننا تقدير تقريبًا (تم تجاهل عدم الخطية لمقاومة المصباح) ، والتي في أفضل الحالات هي الطاقة المستقبلة P = U * U / R = 46W. للأسف ، كفاءة لوحة 100 واط عند تركيبها عموديًا ليست جيدة جدًا - لا يقع ضوء الشمس على اللوحة بزاوية قائمة. في أسوأ الأحوال (غائم ، مطر) تنخفض الطاقة حتى 10 وات. في الشتاء والصيف ، ستختلف الطاقة الإجمالية المستلمة أيضًا.

كانت تجربة نقل الطاقة مباشرة إلى الشبكة غير ناجحة: لم يعمل العاكس بقوة 500 واط من 45 واط ببساطة. من حيث المبدأ ، كان هذا متوقعًا ، لذلك تم ترك العاكس للمستقبل حتى الانتقال إلى مكان به شرفة أكبر .

ونتيجة لذلك ، نظرًا لقرار التخلي عن البطاريات العازلة ، كان خيار العمل الوحيد هو استخدام محولات dc-dc مباشرة: على سبيل المثال ، يمكن لمثل هذا المحول شحن أي أجهزة USB ، يوجد بالفعل موصل USB في خرجه:



هناك نماذج أكثر تكلفة قليلاً ، ولديها تيار أقصى أكبر وعدد أكبر من موصلات USB:


هناك أيضًا فكرة للعثور على محول DC-DC لشحن جهاز كمبيوتر محمول ، واختيارهم على eBay كبير جدًا.

الخلاصة

هذا النظام تجريبي بطبيعته ، ولكن بشكل عام يمكن القول أنه يعمل. كما يتبين من الجدول الزمني ، من حوالي الساعة 7 صباحًا حتى الساعة 5 مساءً ، فإن الطاقة التي تمنحها الألواح أكثر من 30 واط ، والتي ، من حيث المبدأ ، ليست سيئة للغاية. في الطقس الغائم تمامًا ، تكون النتائج بالتأكيد أسوأ.

بالطبع ، ليس هناك شك في الجدوى الاقتصادية - عند توليد 40W * h لمدة 7 ساعات ، سيتم توليد 2 kW * h في الأسبوع. يمكن للجميع تقدير العائد في أسعار منطقتهم بشكل مستقل. السؤال ، بالطبع ، ليس في السعر ، ولكن في اكتساب الخبرة ، وهو أمر مثير للاهتمام دائمًا.

ولكن أين نضع الطاقة ، لا يزال السؤال مفتوحًا. يعد استخدام 40 وات لشحن أجهزة USB أمرًا ضروريًا للغاية. على موقع eBay ، هناك عاكسات ربط شبكي لـ 300W بجهد تشغيل يبلغ 10.5-28 فولت ، ولكن هناك عدد قليل من المراجعات عليها ، ولا أريد إنفاق 100 دولار على الاختبار. إذا لم يتم العثور على حل مناسب ، يمكننا أن نفترض أن لوحة واحدة بقوة 50 واط هي الأفضل للشرفة - يمكنها شحن أدوات مختلفة معها ، والتكرار في هذه الحالة هو الحد الأدنى.

على الأقل ، تم الآن تحويل جميع الأجهزة الرقمية المنزلية (الهواتف والأجهزة اللوحية) إلى "الطاقة الخضراء" دون الكثير من المتاعب. هناك فكرة لا تزال تفكر في استخدام بطارية LiFePo4 عازلة - ولكن مسألة اختيار كل من البطارية وجهاز التحكم لا تزال مفتوحة.

بالإضافة إلى ذلك: كما هو مقترح في التعليقات ، يمكنك استخدام بطارية الرصاص ، مثل السيارة. نعم ، هذا حقًا خيار رخيص وعملي ، مع لوحة 100 وات ، ستكون وحدة التحكم هذه كافية تقريبًا ، بسعر 10-20 دولارًا فقط على eBay:


لكن هذا الحل ليس صديقًا للبيئة تمامًا وليس مثيرًا للاهتمام تمامًا ، لذلك ، من حيث دراسة التقنيات ، لا أعتبره. وإذا احتاج شخص ما ، على سبيل المثال ، لتشغيل كاميرا فيديو في البلد ، فربما يكون خيارًا جيدًا.

تابع في الجزء التالي . يمكن أيضًا مشاهدة نسخة فيديو قصيرة في الفيديو على موقع يوتيوب .

ملاحظة: في التعليق طلبوا نشر صورة ، في الوقت الحالي تبدو البطاريات على النحو التالي:

لا يتداخل هذا الحجم من الألواح مع استخدام الشرفة ، ومن حيث المبدأ ، لا يفسد المظهر. أيضًا ، كما هو موضح في التعليقات ، من الأكثر ربحية شراء لوحات ذات طاقة أعلى ، السعر الأمثل هو 150-200 واط ، ولكن موضعها أكثر تعقيدًا بعض الشيء ، وتحتاج إلى معرفة الأبعاد سواء كانت اللوحة مناسبة أم لا. أيضا ، يطرح السؤال عن السحابات الموثوقة.