Batería solar en el balcón, experiencia usando

Hola geektimes Este artículo es una continuación de la parte anterior, sobre el cargador de viaje " Anker Solar 21W ". La idea de usar una batería solar para cargar varios dispositivos me pareció muy prometedora, pero, por supuesto, 21W como carga universal no es suficiente; quiero poder cargar no solo en un clima soleado, sino que para esto necesito un margen de potencia. Por lo tanto, se compraron paneles solares completos y comenzaron los experimentos con ellos.


Lo que salió de eso, detalles debajo del corte.

Hierro

1. El panel solar

Existen diferentes opciones, pero en el balcón, la principal limitación es la disponibilidad de espacio libre. Para comprender el orden de los precios, una batería de 50W cuesta alrededor de 5000 rublos y tiene este aspecto:


Dimensiones del panel en mm - 540x620x30, peso 4kg.

Los balcones son de diferentes tamaños, en función de las dimensiones de los paneles, es muy posible colocar 2 o 4 piezas, ya no encajan. Para la prueba, se compraron 2 paneles de 50W cada uno. Dicha batería proporciona aproximadamente 18 V bajo carga o 24 V sin ella, por lo que cuando se usan baterías 2x, debe contar con un voltaje total de hasta 50 V (por ejemplo, muchos convertidores dc-dc funcionan normalmente hasta 30 V). Puede conectar las baterías en paralelo, pero las pérdidas debidas a la longitud de los cables serán ligeramente mayores.

2. Controlador

Hay 2 opciones aquí:

- Paneles solares + controlador + batería

Este es un diseño clásico: el controlador carga la batería cuando hay sol, el usuario la usa cuando es necesario.


Este sistema tiene varias ventajas:

- la energía se puede usar cuando quieras, y no solo cuando hay luz,
- la capacidad de conectar un inversor y recibir una salida de 220V,
- Como beneficio adicional, una fuente de respaldo en la casa en caso de un corte de energía.

Hay un inconveniente: el uso de una batería de alta capacidad mata fundamentalmente el respeto al medio ambiente de la idea de este evento. El número de ciclos de carga / descarga de la batería es limitado, no les gusta la descarga excesiva, además, las baterías y los controladores son bastante caros. El precio del controlador es de 1000r para la versión PWM más barata, hasta 10000-20000r para la versión más cara (y eficiente) con soporte MPPT (qué MPPT se puede leer aquí ). El precio de la batería es de 5000r para una batería de gel normal de 40-50A * h, algunos usan baterías LiFePo4, ciertamente son más caras.

- Inversor de conexión a red

Esta tecnología es la más prometedora en este momento.


La conclusión es que el convertidor convierte y transfiere la energía directamente a la red eléctrica doméstica. Al mismo tiempo, se reduce la energía consumida de la red común, el medidor eléctrico del hogar captura lecturas más bajas.

Idealmente, si los paneles solares proporcionan suficiente energía para todos los consumidores, el valor del medidor no crecerá en absoluto. Y si el consumo del apartamento / casa es menor que la producción de paneles solares, entonces el medidor registrará la "exportación" de energía, que la empresa proveedora de electricidad debe tener en cuenta. Sin embargo, en Rusia, este esquema aún no funciona; además, la mayoría de los medidores de electricidad antiguos consideran el "módulo" de energía, es decir También tendrá que pagar por la energía que le da. Parece que en 2017 prometieron comenzar a resolver problemas de microgeneración a nivel legal. Pero, por cierto, para los paneles en el balcón, todo esto tiene solo un interés teórico: su producción es demasiado pequeña.

El precio de un inversor de conexión a la red es de $ 100, dependiendo de la potencia. También deberíamos mencionar los microinvaladores: se instalan directamente en la batería e inmediatamente emiten el voltaje de la red, sin embargo, la potencia recomendada de los paneles es de al menos 200W. El inversor está montado directamente en la parte posterior del panel solar, esto le permite conectarlos así:


Pero para un balcón esto, por supuesto, es irrelevante.

Prueba

En primer lugar, fue interesante descubrir qué potencia real se puede obtener de los paneles solares. Para esto, la placa ADS1115 ADC para Raspberry Pi se compró por $ 15:


Es fácil de usar, el voltaje de entrada se divide por un divisor y se alimenta a la entrada analógica, tenemos valores digitales en la salida. Las fuentes para trabajar con ADC se pueden tomar aquí . También se compró el sensor de corriente ACS712, el sensor de voltaje se fabricó a partir de un conjunto de resistencias (solo había una nominal en el hogar). Como carga, se instaló una bombilla convencional de 100W. Por supuesto, a partir de 48 voltios no se quemó (la bombilla está clasificada para 220 V), pero apenas brillaba. La resistencia de la bobina es de 42 ohmios, lo que le permite estimar aproximadamente la potencia (aunque la lámpara incandescente tiene una resistencia no lineal, lo hará para una estimación aproximada).

La primera versión de prueba se veía así:


La fuente se dobló para que los datos y la hora actual se guardaran en CSV, y se lanzó un servidor web en la Raspberry Pi para descargar archivos en la red local.

Los resultados para un día bastante despejado típico con cobertura de nubes variable se ven así:


Se puede ver que el pico de voltaje cae temprano en la mañana, que hay una consecuencia de la instalación incorrecta de los paneles, idealmente no deberían estar en posición vertical.

Y así es como se ve el "fracaso" el día que entraron las nubes y comenzó a llover:


Dado el voltaje de 44V y la resistencia del filamento de la lámpara de 42 ohmios, podemos estimar aproximadamente (se ignora la no linealidad de la resistencia de la lámpara), que en el mejor de los casos es la potencia recibida P = U * U / R = 46W. Por desgracia, la eficiencia de un panel de 100 vatios cuando se instala verticalmente no es muy buena: la luz solar no cae sobre el panel en ángulo recto. En el peor de los casos (nublado, lluvia) la potencia cae incluso a 10W. En invierno y verano, la energía total recibida también diferirá.

La experiencia de transferir energía directamente a la red no tuvo éxito: un inversor de 500 vatios de 45 vatios simplemente no funcionó. En principio, esto se esperaba, por lo que el inversor se dejó para el futuro hasta que se mudara a un lugar con un balcón más grande .

Como resultado, dada la decisión de abandonar las baterías de almacenamiento intermedio, la única opción de trabajo era usar convertidores dc-dc directamente: por ejemplo, dicho convertidor puede cargar cualquier dispositivo USB, ya hay un conector USB en su salida:



Hay modelos un poco más caros, tienen una corriente máxima más grande y una mayor cantidad de conectores USB:


Existe la idea de encontrar también un convertidor dc-dc para cargar una computadora portátil, su elección en eBay es muy grande.

Conclusión

Este sistema es de naturaleza experimental, pero en general se puede decir que funciona. Como se puede ver en el horario, de aproximadamente 7 a.m. a 5 p.m., la potencia que proporcionan los paneles es de más de 30 W, lo que, en principio, no es tan malo. En un clima completamente nublado, los resultados son ciertamente peores.

Por supuesto, no se trata de viabilidad económica: cuando se generan 40 W * h durante 7 horas, se generan 2 kW * h por semana. Todos pueden estimar la recuperación de la inversión en los precios de su región de forma independiente. La pregunta, por supuesto, no está en el precio, sino en ganar experiencia, que siempre es interesante.

Pero dónde poner energía, la pregunta aún está abierta. Usar 40 W para cargar dispositivos USB es demasiado redundante. En eBay hay inversores de conexión a la red para 300 W con un voltaje de funcionamiento de 10.5-28 V, pero hay pocas reseñas sobre ellos y no desea gastar $ 100 en una prueba. Si no se puede encontrar una solución adecuada, podemos suponer que un panel de 50 vatios es el óptimo para un balcón: puede cargar diferentes dispositivos con él, la redundancia en este caso es mínima.

Al menos, ahora todos los dispositivos digitales domésticos (teléfonos, tabletas) se han cambiado a "energía verde" sin mucha molestia. Existe la idea de seguir considerando usar una batería de buffer LiFePo4, pero la cuestión de elegir tanto la batería como el controlador aún está abierta.

Además: como se sugiere en los comentarios, puede usar una batería de plomo, como un automóvil. Sí, esta es realmente una opción barata y funcional, con un panel de 100 vatios, aproximadamente dicho controlador será suficiente, a un precio de solo $ 10-20 en eBay:


Pero esta solución no es del todo ecológica y no es del todo interesante, por lo tanto, en términos de estudiar tecnologías, no la considero. Y si alguien necesita, por ejemplo, alimentar una cámara de video en el país, entonces probablemente sea una buena opción.

Continúa en la siguiente parte . También se puede ver una versión corta en video en el video en youtube .

PD: En el comentario pidieron publicar una foto, en este momento las baterías se ven así:

Este tamaño de los paneles no interfiere con el uso del balcón y, en principio, no estropea la apariencia. Además, como se sugiere en los comentarios, es más rentable comprar paneles de mayor potencia, el precio óptimo es de 150-200W, pero su ubicación es un poco más complicada, y debe determinar las dimensiones de si el panel se ajustará o no. Además, surge la cuestión de los sujetadores confiables.