البطارية الشمسية على الشرفة: استخدام البطاريات

مرحبًا Geektimes! هذا المقال هو استمرار للجزء السابق ، حول تجربة تركيب بطارية شمسية بقدرة 100 وات على الشرفة. في الإصدار الأولي ، تم توصيل محول DC-DC بالبطارية ، والتي يمكن من خلالها شحن الأجهزة المنزلية المختلفة. كانت الخطوة التالية هي إضافة إمكانية تخزين الطاقة للاستخدام في المساء والليل.


ما حدث والتفاصيل تحت القطع.

النظرية

كما ذكر في الجزء السابق ، على الرغم من عدم وجود زوايا التثبيت المثلى وعدد صغير من الألواح (2x50W) ، فإن الألواح الشمسية تعمل بشكل أساسي. ولكن بعد ذلك يطرح السؤال عما يجب القيام به وكيفية استخدام هذه الطاقة.

هناك عدة خيارات:

1) استخدم الطاقة فقط حسب الحاجة ، على سبيل المثال ، لشحن الجهاز اللوحي. من حيث الكفاءة ، هذا هو الخيار الأسوأ - في فترة ما بعد الظهر عندما يكون الضوء ، الجميع في العمل ، واستخدام لوحة 100 وات لشحن الهاتف زائدة عن الحاجة - 95 ٪ من وقت النهار غير متصل باللوحة الشمسية.

اختياريًا ، يمكنك ببساطة توصيل بنك طاقة USB جاهز ، على سبيل المثال ، على 10000mAh. ستعمل ، ولكن الحل ، أولاً ، غير مثير للاهتمام من حيث الإبداع ، وثانيًا ، الطاقة القصوى للشحن عبر USB هي حوالي 10 وات ، أي بالفعل لوحة 50 واط ، سيتم إهدار معظم الطاقة (على الرغم من أنها ستفعل في الطقس الغائم). وثالثًا ، اختيار الأجهزة المتصلة عبر USB ليس رائعًا.

2) نقل الطاقة إلى شبكة الكهرباء (تقنية ربط الشبكة) بحيث يتم استخدامها من قبل الأجهزة الكهربائية الأخرى. من حيث المبدأ ، هذا هو الخيار الأكثر استخدامًا في المنازل الخاصة. إنه مريح للغاية ، لا يضيع أي شيء ، كل شيء يتم إنشاؤه للشبكة ، عدد المكونات المطلوبة هو الحد الأدنى. بالنسبة إلى شرفتي ، للأسف ، لم تعمل - طاقة اللوحة الموصى بها للتشغيل العادي للعاكس هي من 200 واط ، ولم يتم تضمين زيادة عدد الألواح بعامل 2 في الميزانية بالفعل. ولم يكن هناك الكثير من المعنى الاقتصادي - تواجه النوافذ الشرق ، ويسقط عليها ضوء الشمس المباشر فقط في الصباح حتى 11-12 ساعة من اليوم.

3) تراكم الطاقة في البطارية. نظرًا لأن أول طريقتين لم تتناسب ، فهذا هو الشيء الوحيد المتبقي.

المزايا واضحة:

- القدرة على استخدام الطاقة المخزنة في أي وقت.
- القدرة على توصيل حمولة أكثر قوة بالبطارية (على سبيل المثال ، لن يعمل المثقاب الكهربائي من الألواح الشمسية ، ولكن من البطارية سهل).
- القدرة على استخدام مجموعة متنوعة من الأجهزة المصممة لمصابيح 12V - LED ، وشحن جهاز كمبيوتر محمول ، إلخ.
- قدرة اختيارية على توصيل العاكس بجهد 220 فولت ، وكميزة إضافية ، ظهور مصدر طاقة احتياطية في المنزل في حالة انقطاع التيار الكهربائي.
النقص واضح أيضًا: البطاريات في هذه الأنظمة هي المكون الأكثر عمرًا وقليلاً للغاية والمضار بيئياً. لكننا سنحول آخر ناقص على الجانب الإيجابي - يمكن إعادة استخدام البطاريات (تقريبًا نفس الشائعات التي يتم إجراؤها بواسطة Musk في Tesla Powerwall).

هناك نوعان من البطاريات المفيدة لنا:

- الرصاص وأصنافه: جل ، قلوي ، سيارات ، من شركة يو بي إس وغيرها. - رخيصة ، مقاومة للحريق ، لكن الإيجابيات تنتهي عند هذا الحد. عدد الدورات صغير والوزن والأبعاد غير ملائمة. في نفس الوقت ، هذا هو الخيار الأرخص والأسهل - إنه رخيص وبسيط وسهل. سعر جهاز التحكم بالشحن على eBay أقل من 1000r ، يمكن شراء البطارية من أي متجر قريب.

- الليثيوم . هناك العديد من الأنواع المختلفة ، والخلط أسهل بكثير.
ليثيوم أيون "التقليدية": الجهد 3.7V ، الحد الأقصى لجهد الشحن 4.2V ، الحد الأدنى للجهد 3.0V. لا يحبون إعادة الشحن (ينخفض ​​عدد الدورات بشكل كبير) ، ومن الناحية الافتراضية (في غياب الحماية وانتهاك وضع التشغيل) فهي خطرة على الحريق.
فوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO4): الجهد 3.2 فولت ، الحد الأقصى لجهد الشحن 3.65 فولت ، الحد الأدنى للجهد 2 فولت. إذا حكمنا من خلال الاختبارات ، فهي مقاومة للحريق ، حتى مع وجود دائرة كهربائية قصيرة فهي نتنة فقط ، ولكنها لا تحترق.

تيتانات الليثيوم (Li4Ti5O12): الجهد 2.4 فولت ، الحد الأقصى لجهد الشحن 2.85 فولت ، الحد الأدنى للجهد 1.8 فولت. مقاومة للحريق ، بالإضافة إلى أن لديها عددًا كبيرًا من الدورات (وفقًا لمصادر مختلفة ، من 7000 إلى 15000) ، مما يجعلها عمليًا "أبدية". الجانب السلبي هو أن الجهد ضئيل ، وليس من السهل شرائه.

يمكن العثور على وصف أكثر تفصيلاً لوجهات النظر المختلفة ، مع إيجابياتها وسلبياتها ، هنا . من الواضح أن كل نوع من البطاريات يحتاج إلى وضع الشحن الخاص به ، وبشكل عام ، لا تتوافق أجهزة الشحن مع أنواع مختلفة من الخلايا ، إذا لم يكن هناك خيار في الإعدادات. إن محاولة شحن LiFePO4 بشاحن "ليثيوم" تقليدي بجهد 4.2 فولت سيؤدي ببساطة إلى إتلاف البطارية.

ونتيجة لذلك ، من بين كل التنوع ، تقرر التفكير في الخيار الأبسط والأكثر ثباتًا: بطاريات أيونات الليثيوم لعامل الشكل 18650 .

- هذا هو عامل الشكل الأكثر شيوعًا ، وتستخدم هذه البطاريات في أجهزة الكمبيوتر المحمولة والمفكات ومفاتيح باور بانك ، إلخ.
- من السهل الحصول على هذه البطاريات ، على سبيل المثال ، من بطاريات الكمبيوتر المحمول المستخدمة ، والتي عادة ما تفشل فيها بضع خلايا فقط ، والباقي يعمل بكامل طاقته.
- نتيجة للفقرة السابقة ، إعادة استخدام البطاريات ، لا نضر البيئة فحسب ، بل نعطي العناصر حياة ثانية.

هنا يمكنك أن تبحث بالتفصيل في اختبار مثل هذه البطاريات:


من السهل شراء 18650 خلية جديدة ، وإذا اشتريت بكميات كبيرة ، فقد يكون سعر البطارية أقل من دولار واحد لكل قطعة. يسمح هذا لهواة إنشاء أنظمة مثل هذه:


أو حتى هذه (صور من يوتيوب):


بالمناسبة ، إذا كان أي شخص مهتمًا بالنظر إلى نهج احترافي أكثر أو أقل لتجميع البطارية ، يتم ذلك على النحو التالي:


بالنسبة للشرفة ، بالطبع ليس الكثير ضروري. البطاريات بجهد 12 فولت وسعة 8-10 أمبير تكفي للتكرار الأول. إذا رغبت في ذلك ، يمكن زيادة عدد العناصر.

كحمل ، من المخطط أولاً شحن جميع أنواع الأجهزة ، وثانيًا ، استخدام مصباح LED 12 فولت كمصباح مساء. علاوة على ذلك ، سيتم رؤيته ، اعتمادًا على مقدار الطاقة التي يمكن جمعها.

تدرب

لبناء النظام نحتاج إلى عدد من المكونات. كل شيء رخيص للغاية ، لا توجد أسعار للمساحات هنا.

1. جهاز التحكم بالشحن


وحدة التحكم هي المركز المنطقي للنظام بأكمله ، فهي تستهلك الطاقة من الألواح الشمسية وتشحن البطاريات معها ، كما تعمل على تشغيل وإيقاف الحمل إذا استنفدت البطاريات. سعر الإصدار من 15 دولارًا لوحدة تحكم رخيصة كما في الصورة ، وهذا يكفي تمامًا. الشيء الرئيسي هو أن وحدة التحكم لديها القدرة على ضبط جهد البطارية ، مثل بطارية ليثيوم الجهد يختلف عن الرصاص.

2. بطاريات 18650

لم يكن لدي سؤال حول كيفية التوفير قدر الإمكان ، لذلك طلبت للتو 6 قطع على موقع eBay.


من الناحية النظرية ، إذا كنت تسأل في مراكز الخدمة ، فعندئذٍ يمكن العثور على بطاريات الكمبيوتر المحمول القديمة مقابل لا شيء تقريبًا ، والشيء الوحيد الذي تحتاج إلى اختبارها هو مقياس السعة ، والسعر حوالي 4 دولارات:


بعد أن طلبت بالفعل البطاريات ، أدركت أنه كان من الأسهل شراء بطارية من كمبيوتر محمول: كانت الخلايا موجودة بالفعل بأطراف ملحومة ، سيكون من الأسهل إرفاقها ، وسيكون السعر أقل قليلاً. فيديو كيفية تفكيك البطارية بعناية ، يمكنك أن ترى هنا:


وهكذا ، اضطررت إلى شراء المزيد من حاملي البطاريات ، ومع ذلك فهي رخيصة الثمن. كخيار ، يمكنك شراء بطاريات بألواح ملحومة بالفعل ، وتكلف أكثر قليلاً.

بالمناسبة ، إذا قرر شخص ما أخذ 18650 بطارية على موقع eBay ، يجب أن يوضع في الاعتبار أن قدرته الحقيقية هي 2000-3500mAh. لا توجد بطاريات بسعة 9900mAh وما فوق ، ما يباع على موقع ئي باي مع مثل هذا النقش هو مزيف صيني.

تظهر السعة الفعلية لهذه البطاريات في لقطة الشاشة من الفيديو من أحد المشترين:


لن تستحق هذه البطارية أخذها إلا إذا كنت تتوقع فتح نزاع والحصول على رد من البائع (يجب معاقبة المحتالين). شهر واحد فقط من الانتظار لا يستحق ذلك ، والبطارية بسعة 500mAh مناسبة فقط للصندوق.

3. BMS

لكي يتم شحن الخلايا في البطارية بشكل صحيح ، تحتاج إلى لوحة BMS - نظام إدارة البطارية. يوفر اللوح شحنة موحدة للخلايا ، ويفصل أيضًا الشحنة / التفريغ عندما يتجاوز الجهد الحدود المقبولة.


من السهل البحث في موقع eBay وفقًا لـ 18650 Protection Balance Board .

ملاحظة : كما أظهر الاختبار ، هذه اللوحة غير متوافقة مع جهاز التحكم بالشحن ، مثل تحتوي وحدة التحكم في الشحن بالفعل على عتبات إغلاق قابلة للتعيين. نحن بحاجة إلى لوحة بسيطة مع لوحة توازن LiPo ، يتولى جهاز التحكم في الشحن الباقي. يتم وصف المزيد من التفاصيل في المقالة حول اختبار وحدة التحكم .

يوضح الرسم التخطيطي 3 بطاريات بشكل مشروط ، في الواقع يمكن موازنتها ، ويمكن أن يكون نوع البطارية شيئًا مثل هذا (صورة من موقع البائع على الويب):


بالمناسبة ، حول عدد البطاريات في البطارية. من حيث المبدأ ، لا يوجد الكثير منهم. أولاً ، حتى الشحن الأقل قليلاً يزيد بشكل كبير من عمر البطارية - إذا قمت بخفض جهد الشحن الأقصى من 4.2 إلى 4.1 فولت ، سيتضاعف عدد الدورات ، وستنخفض السعة بنسبة 10٪ فقط. ثانيًا ، إذا كانت الخلايا متوازية ، تنخفض أيضًا تيارات الشحن ، مما يقلل من التسخين ويزيد من عمر البطارية. لذلك ، إذا أمكن ، 12 بطارية أفضل من 9 ، و 9 أفضل من 6 ، وهكذا ، فإن الحد الأعلى محدود فقط بالسعر والمنطق.

ليس من الضروري ، ولكن من المناسب تمامًا استخدام جهاز لرصد جهد الخلية ، سعر الإصدار هو أيضًا حوالي 5 دولارات. يمكن أن يعمل أيضًا كموازن للخلايا.


الآن سنقوم بتجميعها ، وكما يقولون ، مع كل هذا سنحاول الطيران. تحولت المقالة إلى أن تكون كبيرة ، وبالتالي الاستمرار في الجزء التالي .

يمكن رؤية تجربة مماثلة من مستخدمين آخرين ، على سبيل المثال ، هنا:


ملاحظة: بدلاً من الاستنتاج: حول سلامة بطاريات الليثيوم

هناك الكثير من قصص الرعب حول خطر حريق بطاريات الليثيوم على الإنترنت ، وتحدث حرائق في بعض الأحيان ، آخر فشل ملحمي مع هواتف Samsung هو مثال على ذلك. ما مدى سلامة البطارية الموصوفة أعلاه؟ دعونا نذكر مرة أخرى أن 18650 خلية تستخدم على نطاق واسع في أجهزة الكمبيوتر المحمولة ، وبالتالي فإن تشغيل مثل هذا النظام ليس أكثر خطورة من استخدام جهاز كمبيوتر محمول متصل بمنفذ. حتى أكثر من ذلك ، فإن العناصر هنا لديها نظام درجة حرارة أفضل من حالة الكمبيوتر المحمول المغلقة ، وحماية الجهد الزائد مزدوجة (إعداد الجهد في وحدة التحكم في الشحن + وجود لوحة حماية). وأكثر من ذلك ، فإن تيارات الشحن في النظام "الشمسي" أقل مما هي عليه في الكمبيوتر المحمول - ليست هناك حاجة لشحن البطاريات في أسرع وقت ممكن ، يكفي إذا تم شحنها في ساعات النهار. لذا فإن فرصة الحريق ضئيلة. ولكن لا يزال من الضروري الكتابة ، على الرغم من أنه يجب أن يكون واضحًا جدًا: يتم إجراء جميع التجارب على مسؤوليتك ومخاطرك ، لا يتحمل المؤلف المسؤولية عن العواقب السلبية المحتملة.

وبالطبع ، عند إنشاء أجهزة منزلية الصنع ، من المهم أن تتذكر أن بطاريات الليثيوم تخزن الكثير من الطاقة في حد ذاتها ، لذلك من المهم حمايتها من الدوائر القصيرة والأطفال والحيوانات الأليفة وما إلى ذلك. أيضًا ، عند استخدام البطاريات المستعملة ، يجب تحديدها واختبارها بحثًا عن السعة وتيارات الشحن / التفريغ.