Solarbatterie auf dem Balkon, Erfahrung mit

Hallo Geektimes. Dieser Artikel ist eine Fortsetzung des vorherigen Teils über das Reiseladegerät " Anker Solar 21W ". Die Idee, verschiedene Geräte mit einer Solarbatterie aufzuladen, erschien mir sehr vielversprechend, aber 21 W als universelle Ladung reichen natürlich nicht aus - ich möchte nicht nur bei sonnigem Wetter aufladen können, sondern dafür brauche ich einen Spielraum. Daher wurden vollwertige Solarmodule gekauft und Experimente mit ihnen begonnen.


Was dabei herauskam, Details unter dem Schnitt.

Eisen

1. Das Solarpanel

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, aber auf dem Balkon ist die Hauptbeschränkung die Verfügbarkeit von freiem Platz. Um die Reihenfolge der Preise zu verstehen, kostet eine 50-W-Batterie etwa 5000 Rubel und sieht folgendermaßen aus:


Plattenabmessungen in mm - 540x620x30, Gewicht 4 kg.

Balkone sind unterschiedlich groß, basierend auf den Abmessungen der Paneele ist es durchaus möglich, 2 oder 4 Teile zu platzieren, die nicht mehr passen. Für den Test wurden 2 Platten mit jeweils 50 W gekauft. Eine solche Batterie liefert unter Last ungefähr 18 V oder ohne sie 24 V. Wenn Sie also 2x Batterien verwenden, müssen Sie mit einer Gesamtspannung von bis zu 50 V rechnen (zum Beispiel arbeiten viele Gleichspannungswandler nominell bis zu 30 V). Sie können die Batterien parallel anschließen, aber dann sind die Verluste aufgrund der Länge der Drähte etwas höher.

2. Controller

Hier gibt es 2 Möglichkeiten:

- Sonnenkollektoren + Controller + Batterie

Dies ist ein klassisches Design: Der Controller lädt den Akku bei Sonnenschein auf, der Benutzer verwendet ihn bei Bedarf.


Dieses System hat mehrere Vorteile:

- Energie kann verwendet werden, wann immer Sie wollen, und nicht nur, wenn es hell ist.
- die Fähigkeit, einen Wechselrichter anzuschließen und 220 V Ausgang zu empfangen,
- als Bonus eine Backup-Quelle im Haus bei Stromausfall.

Es gibt nur einen Nachteil: Die Verwendung einer Hochleistungsbatterie tötet die ökologische Idee dieses Ereignisses grundlegend. Die Anzahl der Lade- / Entladezyklen der Batterien ist begrenzt, sie mögen keine Überentladung, außerdem sind Batterien und Steuerungen ziemlich teuer. Der Preis des Controllers reicht von 1000r für die billigste PWM-Version bis zu 10000-20000r für die teurere (und effizientere) Version mit MPPT-Unterstützung (was MPPT hier zu lesen ist ). Der Preis für den Akku liegt bei 5000 R für einen normalen Gel-Akku mit 40-50 A * h, einige verwenden LiFePo4-Akkus, sie sind sicherlich teurer.

- Netzwechselrichter

Diese Technologie ist derzeit die vielversprechendste.


Unter dem Strich wandelt der Wandler die Energie um und überträgt sie direkt an das elektrische Heimnetz. Gleichzeitig wird der Energieverbrauch des gemeinsamen Netzes reduziert, der Haushaltsstromzähler erfasst niedrigere Messwerte.

Wenn Sonnenkollektoren genug Energie für alle Verbraucher liefern, wächst der Wert des Messgeräts im Idealfall überhaupt nicht. Und wenn der Verbrauch der Wohnung / des Hauses geringer ist als die Produktion von Sonnenkollektoren, zeichnet der Zähler den "Export" von Energie auf, der vom Stromversorger berücksichtigt werden sollte. In Russland funktioniert ein solches System jedoch noch nicht - außerdem betrachten die meisten alten Stromzähler Energie als „Modulo“, d. H. Sie müssen auch für die Energie bezahlen, die Sie geben. Es scheint, dass sie 2017 versprochen haben, Probleme mit der Mikroerzeugung auf rechtlicher Ebene zu lösen. Für die Paneele auf dem Balkon hat dies übrigens nur theoretisches Interesse - ihre Produktion ist zu gering.

Der Preis für einen Netzwechselrichter beträgt je nach Leistung 100 US-Dollar. Wir sollten auch Mikroinvatoren erwähnen - sie sind direkt an der Batterie installiert und geben sofort die Netzspannung ab. Die empfohlene Leistung der Panels beträgt jedoch mindestens 200 W. Der Wechselrichter ist direkt auf der Rückseite des Solarpanels montiert. So können Sie ihn wie folgt anschließen:


Aber für einen Balkon ist das natürlich irrelevant.

Testen

Zunächst war es interessant herauszufinden, welche Wirkleistung aus Sonnenkollektoren gewonnen werden kann. Dafür wurde die ADS1115 ADC-Karte für den Raspberry Pi für 15 US-Dollar gekauft:


Es ist einfach zu bedienen, die Eingangsspannung wird durch einen Teiler geteilt und dem analogen Eingang zugeführt, wir haben digitale Werte am Ausgang. Quellen für die Arbeit mit ADC finden Sie hier . Der ACS712-Stromsensor wurde ebenfalls gekauft, der Spannungssensor bestand aus einer Reihe von Widerständen (zu Hause gab es nur einen Nennwert). Als Last wurde eine herkömmliche 100-W-Lampe installiert. Natürlich brannte es ab 48 Volt nicht (die Glühbirne ist für 220 V ausgelegt), sondern leuchtete nur knapp. Der Widerstand der Spirale beträgt 42 Ohm, wodurch Sie die Leistung ungefähr anhand der Spannung abschätzen können (obwohl die Glühlampe einen nichtlinearen Widerstand hat, reicht dies für eine grobe Schätzung aus).

Die erste Testversion sah folgendermaßen aus:


Die Quelle wurde synchronisiert, sodass die Daten und die aktuelle Zeit in CSV gespeichert wurden, und auf dem Raspberry Pi wurde ein Webserver gestartet, um Dateien im lokalen Netzwerk herunterzuladen.

Die Ergebnisse für einen typischen recht klaren Tag mit variabler Wolkendecke sehen folgendermaßen aus:


Es ist zu erkennen, dass die Spannungsspitze am frühen Morgen abfällt und die Folge einer unsachgemäßen Installation der Paneele ist - idealerweise sollten sie nicht aufrecht stehen.

Und so sieht „Versagen“ an dem Tag aus, an dem die Wolken hereinkamen und es anfing zu regnen:


Angesichts der Spannung von 44 V und des Widerstands des Glühfadens der Lampe auf 42 Ohm können wir grob abschätzen (die Nichtlinearität des Lampenwiderstands wird ignoriert), was im besten Fall die Empfangsleistung P = U * U / R = 46 W ist. Leider ist die Effizienz eines 100-Watt-Panels bei vertikaler Installation nicht sehr gut - das Sonnenlicht fällt nicht im rechten Winkel auf das Panel. Im schlimmsten Fall (bewölkt, Regen) sinkt die Leistung sogar auf 10W. Im Winter und Sommer wird sich auch die insgesamt empfangene Energie unterscheiden.

Die Erfahrung mit der direkten Übertragung von Energie in das Netzwerk war erfolglos: Ein 500-Watt-Wechselrichter ab 45 Watt funktionierte einfach nicht. Im Prinzip wurde dies erwartet, so dass der Wechselrichter für die Zukunft belassen wurde, bis er an einen Ort mit einem größeren Balkon umzog .

Angesichts der Entscheidung, Pufferbatterien aufzugeben, bestand die einzige funktionierende Option darin, Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler direkt zu verwenden: Ein solcher Wandler kann beispielsweise alle USB-Geräte aufladen, an seinem Ausgang befindet sich bereits ein USB-Anschluss:



Es gibt etwas teurere Modelle, sie haben einen größeren Maximalstrom und eine größere Anzahl von USB-Anschlüssen:


Es gibt eine Idee, auch einen DC-DC-Wandler zum Aufladen eines Laptops zu finden. Die Auswahl bei eBay ist sehr groß.

Fazit

Dieses System ist experimenteller Natur, aber im Allgemeinen kann man sagen, dass es funktioniert. Wie aus dem Zeitplan ersichtlich ist, beträgt die von den Panels abgegebene Leistung von etwa 7 bis 17 Uhr mehr als 30 W, was im Prinzip nicht so schlecht ist. Bei völlig bewölktem Wetter sind die Ergebnisse sicherlich schlechter.

Natürlich gibt es keine Frage der wirtschaftlichen Machbarkeit - wenn 7 Stunden lang 40 W * h erzeugt werden, werden 2 kW * h pro Woche erzeugt. Jeder kann die Amortisation der Preise seiner Region unabhängig abschätzen. Die Frage ist natürlich nicht der Preis, sondern das Sammeln von Erfahrungen, was immer interessant ist.

Aber wo Energie eingesetzt werden soll, ist noch offen. Die Verwendung von 40 W zum Laden von USB-Geräten ist zu redundant. Bei eBay gibt es Wechselrichter für 300 W mit einer Betriebsspannung von 10,5 bis 28 V, aber es gibt nur wenige Bewertungen, und ich möchte nicht 100 US-Dollar für einen Test ausgeben. Wenn keine geeignete Lösung gefunden werden kann, können wir davon ausgehen, dass ein 50-Watt-Panel das Optimum für einen Balkon ist - es kann verschiedene Geräte damit aufladen, Redundanz ist in diesem Fall minimal.

Zumindest wurden jetzt alle digitalen Heimgeräte (Telefone, Tablets) ohne großen Aufwand auf „grüne Energie“ umgestellt. Es gibt eine Idee, immer noch die Verwendung eines Puffer-LiFePo4-Akkus in Betracht zu ziehen - aber die Frage, ob sowohl der Akku als auch der Controller ausgewählt werden sollen, ist noch offen.

Außerdem: Wie in den Kommentaren vorgeschlagen, können Sie eine Bleibatterie verwenden, z. B. ein Auto. Ja, dies ist wirklich eine billige und funktionierende Option. Mit einem 100-Watt-Panel reicht ein solcher Controller zu einem Preis von nur 10 bis 20 US-Dollar bei eBay aus:


Diese Lösung ist jedoch nicht ganz umweltfreundlich und nicht ganz interessant. Daher halte ich sie im Hinblick auf das Studium von Technologien nicht für geeignet. Und wenn jemand zum Beispiel eine Videokamera im Land mit Strom versorgen muss, ist dies wahrscheinlich eine gute Option.

Fortsetzung im nächsten Teil . Eine kurze Videoversion ist auch im Video auf Youtube zu sehen .

PS: In dem Kommentar haben sie darum gebeten, ein Foto zu posten. Im Moment sehen die Batterien so aus:

Diese Größe der Paneele verhindert nicht die Verwendung eines Balkons und beeinträchtigt im Prinzip nicht das Erscheinungsbild. Wie in den Kommentaren vorgeschlagen, ist es auch rentabler, Paneele mit höherer Leistung zu kaufen. Der optimale Preis liegt bei 150 bis 200 W Paneelen. Die Platzierung ist jedoch etwas komplizierter, und Sie müssen die Abmessungen ermitteln, ob das Paneel passt oder nicht. Es stellt sich auch die Frage nach zuverlässigen Verbindungselementen.