Solarbatterie auf dem Balkon: Verwendung von Batterien

Hallo Geektimes! Dieser Artikel ist eine Fortsetzung des vorherigen Teils über die Erfahrungen mit der Installation einer 100-Watt-Solarbatterie auf dem Balkon. In der ersten Version wurde ein DC-DC-Wandler an die Batterie angeschlossen, über den verschiedene Heimgeräte aufgeladen werden können. Der nächste Schritt bestand darin, die Möglichkeit der Energiespeicherung für die Verwendung am Abend und in der Nacht hinzuzufügen.


Was passiert ist, Details unter dem Schnitt.

Theorie

Wie im vorherigen Teil erwähnt , funktioniert das Solarpanel trotz nicht optimaler Installationswinkel und einer geringen Anzahl von Panels (2x50W) grundsätzlich. Aber dann stellt sich die Frage, was zu tun ist und wie diese Energie genutzt werden kann.

Es gibt mehrere Möglichkeiten:

1) Verwenden Sie Energie nur nach Bedarf, um beispielsweise das Tablet aufzuladen. In Bezug auf die Effizienz ist dies die schlechteste Option - während des Tages, wenn es hell ist, sind alle bei der Arbeit und die Verwendung eines 100-Watt-Panels zum Aufladen des Telefons ist zu redundant - 95% der Tageslichtzeit ist das Solarpanel nicht angeschlossen.

Optional können Sie einfach eine fertige USB-Powerbank mit beispielsweise 10000 mAh anschließen. Es wird funktionieren, aber die Lösung ist zum einen in Bezug auf Kreativität uninteressant, und zum anderen beträgt die maximale Leistung zum Laden über USB etwa 10 W, d. H. Bereits bei einem 50-Watt-Panel wird der größte Teil der Energie verschwendet (obwohl dies bei bewölktem Wetter der Fall ist). Und drittens ist die Auswahl der über USB angeschlossenen Geräte nicht so groß.

2) Energie in das Stromnetz übertragen (Netzbindungstechnologie), damit diese von anderen Elektrogeräten genutzt wird. Im Prinzip ist dies die moderne und am häufigsten verwendete Option in Privathaushalten. Es ist sehr praktisch, nichts geht verloren, alles, was generiert wird, wird an das Netzwerk übergeben, die Anzahl der erforderlichen Komponenten ist minimal. Für meinen Balkon hat es leider nicht funktioniert - die empfohlene Panel-Leistung für den normalen Wechselrichterbetrieb liegt bei 200 W, und die Anzahl der Panels um den Faktor 2 zu erhöhen, war noch nicht im Budget enthalten. Und es gab nicht viel wirtschaftlichen Sinn - die Fenster sind nach Osten ausgerichtet und direktes Sonnenlicht fällt nur morgens bis 11-12 Uhr am Tag auf sie.

3) Sammeln Sie Energie in der Batterie. Da die ersten beiden Methoden nicht passten, ist dies das einzige, was noch zu tun ist.

Die Vorteile liegen auf der Hand:

- Fähigkeit, gespeicherte Energie jederzeit zu nutzen.
- Möglichkeit, eine stärkere Last an die Batterie anzuschließen (z. B. funktioniert eine Bohrmaschine nicht über das Solarpanel, aber über die Batterie ist dies einfach).
- Die Möglichkeit, eine Vielzahl von Geräten zu verwenden, die für 12 V ausgelegt sind - LED-Lampen, Laden für einen Laptop usw.
- Eine optionale Möglichkeit, einen Wechselrichter an 220 V anzuschließen, und als Bonus das Erscheinen einer Notstromquelle im Haus bei einem Stromausfall.
Das Minus ist auch offensichtlich: Batterien in solchen Systemen sind die kurzlebigste, sehr teure und umweltschädliche Komponente. Aber wir werden das letzte Minus auf die Plus-Seite stellen - die Batterien können wiederverwendet werden (ungefähr das gleiche, wie Musk in seiner Tesla Powerwall gemunkelt hat).

Es gibt zwei Arten von Batterien, die für uns nützlich sind:

- Blei und seine Sorten: Gel, Alkali, Automobil, von UPS und anderen. Billig, feuerfest, aber die Pluspunkte enden dort. Die Anzahl der Zyklen ist gering, das Gewicht und die Abmessungen sind unpraktisch. Gleichzeitig ist dies die billigste und einfachste Option - sowohl billig als auch einfach und leicht. Der Preis für den Laderegler bei eBay liegt unter 1000r, der Akku kann in jedem nahe gelegenen Geschäft gekauft werden.

- Lithium . Es gibt viele verschiedene Arten, und Verwirrung ist viel einfacher.
"Traditionelles" Lithium-Ionen: Spannung 3,7 V, maximale Ladespannung 4,2 V, minimale Spannung 3,0 V. Sie laden nicht gerne auf (die Anzahl der Zyklen nimmt drastisch ab) und sind hypothetisch (ohne Schutz und Verletzung der Betriebsart) feuergefährlich.
Lithiumeisenphosphat (LiFePO4): Spannung 3,2 V, maximale Ladespannung 3,65 V, minimale Spannung 2 V. Nach den Tests sind sie feuerfest, auch bei Kurzschluss stinken sie nur, brennen aber nicht.

Lithiumtitanat (Li4Ti5O12): Spannung 2,4 V, maximale Ladespannung 2,85 V, minimale Spannung 1,8 V. Feuerfest und außerdem haben sie eine große Anzahl von Zyklen (nach verschiedenen Quellen von 7000 bis 15000), was sie praktisch „ewig“ macht. Der Nachteil ist, dass die Spannung minimal ist und es nicht einfach ist, sie zu kaufen.

Eine detailliertere Beschreibung der verschiedenen Ansichten mit ihren Vor- und Nachteilen finden Sie hier . Offensichtlich benötigt jeder Batterietyp seinen eigenen Lademodus, und im Allgemeinen sind Ladegeräte nicht mit verschiedenen Zelltypen kompatibel , wenn in den Einstellungen keine Auswahl getroffen wird. Wenn Sie versuchen, LiFePO4 mit einem herkömmlichen Lithium-Ladegerät auf eine Spannung von 4,2 V aufzuladen, wird der Akku einfach zerstört.

Aus dieser Vielfalt heraus wurde daher beschlossen, sich mit der einfachsten und bewährten Option zu befassen: Lithium-Ionen-Batterien mit dem Formfaktor 18650 .

- Dies ist der beliebteste Formfaktor. Solche Batterien werden in Laptops, Schraubendrehern, Powerbanks usw. verwendet.
- Solche Batterien sind beispielsweise leicht von gebrauchten Laptop-Batterien zu beziehen, bei denen normalerweise nur wenige Zellen ausfallen und der Rest voll funktionsfähig ist.
- Infolge des vorherigen Absatzes, bei dem Batterien wiederverwendet werden, schaden wir nicht nur nicht der Umwelt, sondern geben den Elementen ein zweites Leben.

Hier können Sie sich das Testen solcher Batterien genauer ansehen:


Es ist einfach, neue 18650-Zellen zu kaufen. Wenn Sie in großen Mengen kaufen, liegt der Batteriepreis möglicherweise unter einem Dollar pro Stück. Dies ermöglicht Enthusiasten, Systeme wie diese zu erstellen:


Oder auch diese (Fotos von Youtube):


Übrigens, wenn jemand Interesse an einem mehr oder weniger professionellen Ansatz für die Batteriemontage hat, geschieht dies folgendermaßen:


Für einen Balkon ist so viel natürlich nicht nötig. Batterien mit einer Spannung von 12 V und einer Kapazität von 8-10 Ah reichen für die erste Iteration aus. Falls gewünscht, kann die Anzahl der Elemente dann erhöht werden.

Als Last ist geplant, erstens alle Arten von Geräten aufzuladen und zweitens eine 12-Volt-LED-Lampe als Abendlicht zu verwenden. Weiter wird es gesehen, abhängig davon, wie viel Energie gesammelt werden kann.

Übe

Um das System aufzubauen, benötigen wir eine Reihe von Komponenten. Alles ist ziemlich billig, hier gibt es keine Platzpreise.

1. Laderegler


Der Controller ist das logische Zentrum des gesamten Systems. Er entnimmt den Solarmodulen Energie und lädt die Batterien damit auf. Außerdem wird die Last ein- und ausgeschaltet, wenn die Batterien erschöpft sind. Der Ausgabepreis beträgt ab 15 US-Dollar für einen billigen Controller wie auf dem Foto, das ist völlig ausreichend. Die Hauptsache ist, dass der Controller die Möglichkeit hat, die Batteriespannung einzustellen, wie Die Spannung der Lithiumbatterie unterscheidet sich von der von Blei.

2. Batterien 18650

Ich hatte keine Frage, wie ich so viel wie möglich sparen kann, also habe ich gerade 6 Stück bei eBay bestellt.


Wenn Sie in Service-Centern nachfragen, können theoretisch alte Laptop-Batterien fast umsonst gefunden werden. Das einzige, was Sie zum Testen benötigen, ist ein Kapazitätsmesser. Der Preis liegt bei etwa 4 US-Dollar:


Nachdem ich die Batterien bereits bestellt hatte, stellte ich fest, dass es einfacher war, eine Batterie von einem Laptop zu kaufen: Die Zellen waren bereits mit gelöteten Anschlüssen vorhanden, es wäre einfacher, sie anzubringen, und der Preis wäre etwas niedriger. Video zum sorgfältigen Zerlegen des Akkus finden Sie hier:


Und so musste ich mehr Batteriehalter kaufen, die jedoch günstig sind. Optional können Sie Batterien mit bereits gelöteten Platten kaufen, diese kosten etwas mehr.

Übrigens, wenn sich jemand entscheidet, 18650 Batterien bei eBay zu kaufen, sollte man bedenken, dass seine tatsächliche Kapazität 2000-3500 mAh beträgt. Batterien mit einer Kapazität von 9900mAh und mehr gibt es nicht, was bei ebay mit einer solchen Beschriftung verkauft wird, ist chinesische Fälschung.

Die tatsächliche Kapazität solcher Batterien ist im Screenshot des Videos eines Käufers ersichtlich:


Eine solche Batterie wäre nur dann wert, wenn Sie damit rechnen, einen Streit zu eröffnen und eine Rückerstattung vom Verkäufer zu erhalten (Gauner müssen bestraft werden). Nur ein Monat Wartezeit lohnt sich nicht, und eine Batterie mit einer Kapazität von 500 mAh ist nur für den Behälter geeignet.

3. BMS

Damit die Zellen in der Batterie richtig geladen werden können, benötigen Sie ein BMS-Board - Batteriemanagementsystem. Die Platine sorgt für eine gleichmäßige Ladung der Zellen und trennt auch das Laden / Entladen, wenn die Spannung die zulässigen Grenzen überschreitet.


Laut dem 18650 Protection Balance Board ist es einfacher, bei eBay zu suchen.

Hinweis : Wie Tests gezeigt haben, ist diese Karte nicht mit dem Laderegler kompatibel Der Laderegler hat bereits einstellbare Abschaltschwellen. Wir brauchen ein einfaches Board mit einem LiPo Balance Board, der Laderegler kümmert sich um den Rest. Weitere Einzelheiten finden Sie im Artikel zum Testen des Controllers .

Das Diagramm zeigt 3 Batterien bedingt, in Wirklichkeit können sie parallelisiert werden, und der Batterietyp kann ungefähr so ​​sein (Foto von der Website des Verkäufers):


Übrigens über die Anzahl der Batterien in der Batterie. Im Prinzip gibt es nicht viele von ihnen. Erstens verlängert bereits eine geringe Unterladung die Batterielebensdauer erheblich. Wenn Sie die maximale Ladespannung von 4,2 auf 4,1 V reduzieren, verdoppelt sich die Anzahl der Zyklen und die Kapazität verringert sich nur um 10%. Zweitens nehmen bei Parallelisierung der Zellen auch die Ladeströme ab, was die Erwärmung verringert und die Batterielebensdauer verlängert. Wenn möglich, sind 12 Batterien besser als 9 und 9 besser als 6 usw. Die Obergrenze ist nur durch den Preis und den gesunden Menschenverstand begrenzt.

Es ist nicht notwendig, aber es ist sehr praktisch, ein Gerät zur Überwachung der Zellenspannung zu verwenden. Der Ausgabepreis liegt ebenfalls bei etwa 5 US-Dollar. Es kann auch als Balancer von Zellen arbeiten.


Jetzt werden wir es zusammenstellen und wie sie sagen, mit all dem werden wir versuchen, hochzufliegen. Der Artikel erwies sich als groß und damit die Fortsetzung im nächsten Teil .

Ein ähnliches Experiment von anderen Benutzern ist zum Beispiel hier zu sehen:


PS: Anstelle einer Schlussfolgerung: Über die Sicherheit von Lithiumbatterien

Es gibt viele Horrorgeschichten über die Brandgefahr von Lithiumbatterien im Internet, und manchmal kommt es zu Bränden. Der letzte epische Fehler bei Samsung-Handys ist ein Beispiel dafür. Wie sicher ist die oben beschriebene Batterie? Lassen Sie uns noch einmal daran erinnern, dass die 18650-Zellen in Laptops weit verbreitet sind. Daher ist der Betrieb eines solchen Systems nicht gefährlicher als die Verwendung eines an eine Steckdose angeschlossenen Laptops. Darüber hinaus haben die Elemente hier ein besseres Temperaturregime als im geschlossenen Laptop-Gehäuse, und der Überspannungsschutz ist doppelt so hoch (Spannungseinstellung im Laderegler + Vorhandensein einer Schutzplatine). Und noch mehr, die Ladeströme im "Solar" -System sind geringer als in einem Laptop - die Batterien müssen nicht so schnell wie möglich aufgeladen werden, es reicht aus, wenn sie bei Tageslicht aufgeladen werden. Die Feuerwahrscheinlichkeit ist also minimal. Trotzdem ist es notwendig zu schreiben, obwohl es so offensichtlich sein sollte: Alle Experimente werden auf eigene Gefahr und Gefahr durchgeführt, der Autor trägt keine Verantwortung für mögliche negative Folgen.

Und natürlich ist es beim Erstellen von hausgemachten Geräten wichtig zu beachten, dass Lithiumbatterien viel Energie in sich selbst speichern. Daher ist es wichtig, sie vor Kurzschlüssen, Kindern, Haustieren usw. zu schützen. Wenn gebrauchte Batterien verwendet werden, sollten sie auch ausgewählt und auf ihre Kapazität getestet werden und Lade- / Entladeströme.