Batería solar en el balcón: uso de baterías.

Hola geektimes! Este artículo es una continuación de la parte anterior , sobre la experiencia de instalar una batería solar de 100 vatios en el balcón. En la versión inicial, se conectó un convertidor DC-DC a la batería, desde el cual se pueden cargar varios dispositivos domésticos. El siguiente paso fue agregar la posibilidad de almacenamiento de energía para usar en la tarde y en la noche.


Lo que pasó, detalles debajo del corte.

Teoría

Como se mencionó en la parte anterior , a pesar de los ángulos de instalación no óptimos y una pequeña cantidad de paneles (2x50W), el panel solar básicamente funciona. Pero entonces surge la pregunta de qué hacer y cómo usar esta energía.

Hay varias opciones:

1) Use energía solo cuando sea necesario, por ejemplo, para cargar la tableta. En términos de eficiencia, esta es la peor opción: durante el día, cuando hay poca luz, todos están en el trabajo, y usar un panel de 100 vatios para cargar el teléfono es demasiado redundante: el 95% del tiempo de luz del día el panel solar no está conectado.

Opcionalmente, puede simplemente conectar un banco de energía USB listo para usar, por ejemplo, a 10000 mAh. Funcionará, pero la solución es, en primer lugar, poco interesante en términos de creatividad, y en segundo lugar, la potencia máxima para cargar a través de USB es de aproximadamente 10 W, es decir, Ya para un panel de 50 vatios, la mayor parte de la energía se desperdiciará (aunque lo hará para clima nublado). Y en tercer lugar, la elección de los dispositivos conectados a través de USB no es tan buena.

2) Transfiera energía a la red eléctrica (tecnología de conexión a la red) para que otros aparatos eléctricos la utilicen. En principio, esta es la opción moderna y más utilizada en casas particulares. Es muy conveniente, no se pierde nada, todo lo que se genera se entrega a la red, la cantidad de componentes necesarios es mínima. Para mi balcón, por desgracia, no funcionó: la potencia de panel recomendada para el funcionamiento normal del inversor es de 200 W, y aumentar el número de paneles en un factor de 2 no estaba incluido en el presupuesto. Y no tenía mucho sentido económico: las ventanas miran hacia el este y la luz solar directa cae sobre ellas solo por la mañana hasta las 11-12 horas del día.

3) Acumula energía en la batería. Como los dos primeros métodos no encajan, esto es lo único que queda por hacer.

Las ventajas son obvias:

- Capacidad para utilizar la energía almacenada en cualquier momento.
- Capacidad para conectar una carga más potente a la batería (por ejemplo, un taladro eléctrico no funcionará desde el panel solar, pero desde la batería es fácil).
- La capacidad de usar una variedad de dispositivos diseñados para 12V - Lámparas LED, carga para una computadora portátil, etc.
- Una capacidad opcional para conectar un inversor a 220V, y como beneficio adicional, la aparición en el hogar de una fuente de energía de respaldo en caso de un corte de energía.
El inconveniente también es obvio: las baterías en tales sistemas son el componente más efímero, muy costoso y perjudicial para el medio ambiente. Pero cambiaremos el último signo negativo en el lado positivo: las baterías se pueden reutilizar (aproximadamente lo mismo que se rumorea que Musk hará en su Tesla Powerwall).

Hay dos tipos de baterías útiles para nosotros:

- Plomo y sus variedades: gel, alcalino, automotriz, de UPS y otros. Barato, ignífugo, pero las ventajas terminan ahí. El número de ciclos es pequeño, el peso y las dimensiones son inconvenientes. Al mismo tiempo, esta es la opción más barata y fácil: es barata, simple y fácil. El precio del controlador de carga en eBay es inferior a 1000r, la batería se puede comprar en cualquier tienda cercana.

- Litio Hay muchos tipos diferentes, y confundirse es mucho más fácil.
Ion de litio "tradicional": voltaje 3.7V, voltaje de carga máximo 4.2V, voltaje mínimo 3.0V. No les gusta la recarga (el número de ciclos disminuye drásticamente) e hipotéticamente (en ausencia de protección y violación del modo de funcionamiento) son peligrosos para el fuego.
Fosfato de litio y hierro (LiFePO4): voltaje 3.2V, voltaje máximo de carga 3.65V, voltaje mínimo 2V. A juzgar por las pruebas, son incombustibles, incluso con cortocircuito solo apestan, pero no se queman.

Titanato de litio (Li4Ti5O12): voltaje 2.4V, voltaje máximo de carga 2.85V, voltaje mínimo 1.8V. A prueba de fuego, además de que tienen una gran cantidad de ciclos (según diversas fuentes, de 7000 a 15000), lo que los hace prácticamente "eternos". La desventaja es que el voltaje es mínimo y no es fácil comprarlos.

Aquí puede encontrar una descripción más detallada de las diferentes vistas, con sus pros y sus contras. Obviamente, cada tipo de batería necesita su propio modo de carga y, en general, los cargadores no son compatibles con diferentes tipos de celdas, si no hay opciones en la configuración. Intentar cargar LiFePO4 con un cargador convencional de "litio" a un voltaje de 4.2V simplemente arruinará la batería.

Como resultado, de toda la variedad, se decidió detenerse en la opción más simple y más probada: las baterías de iones de litio del factor de forma 18650 .

- Este es el factor de forma más popular, tales baterías se usan en computadoras portátiles, destornilladores, bancos de energía, etc.
- Tales baterías son fáciles de obtener, por ejemplo, de las baterías de computadoras portátiles usadas, en las que solo unas pocas celdas suelen fallar, y el resto son completamente funcionales.
- Como consecuencia del párrafo anterior, al reutilizar las baterías, no solo no dañamos el medio ambiente, sino que damos a los elementos una segunda vida.

Aquí puede ver en detalle las pruebas de estas baterías:


Es fácil comprar nuevas celdas 18650, y si compra en grandes cantidades, el precio de la batería puede ser inferior a un dólar cada una. Esto permite a los entusiastas crear sistemas como estos:


O incluso estas (fotos de youtube):


Por cierto, si alguien está interesado en buscar un enfoque más o menos profesional para el ensamblaje de la batería, esto se hace así:


Para un balcón, por supuesto, no es necesario. Las baterías con un voltaje de 12V y una capacidad de 8-10Ah son suficientes para la primera iteración. Si lo desea, se puede aumentar el número de elementos.

Como carga, se planea en primer lugar cargar todo tipo de dispositivos y, en segundo lugar, usar una lámpara LED de 12 voltios como luz de noche. Además se verá, dependiendo de cuánta energía se pueda recolectar.

Practica

Para construir el sistema necesitamos una serie de componentes. Todo es bastante barato, no hay precios de espacio aquí.

1. Controlador de carga


El controlador es el centro lógico de todo el sistema, toma energía de los paneles solares y carga las baterías con él, también enciende y apaga la carga si las baterías están agotadas. El precio de emisión es de $ 15 para un controlador barato como en la foto, esto es suficiente. Lo principal es que el controlador tiene la capacidad de ajustar el voltaje de la batería, como El voltaje de la batería de litio es diferente del plomo.

2. Baterías 18650

No tenía una pregunta sobre cómo ahorrar tanto como sea posible, así que pedí 6 piezas en eBay.


En teoría, si pregunta en los centros de servicio, entonces las baterías viejas de las computadoras portátiles se pueden encontrar casi por nada, lo único que necesita para probarlas es un medidor de capacidad, el precio es de aproximadamente $ 4:


Después de haber pedido las baterías, me di cuenta de que era más fácil comprar una batería de una computadora portátil: las celdas ya estaban allí con terminales soldados, sería más fácil conectarlas y el precio sería un poco más bajo. Video sobre cómo desmontar cuidadosamente la batería, puedes ver aquí:


Y así, tuve que comprar más soportes de batería, sin embargo, son baratos. Como opción, puede comprar baterías con placas ya soldadas, cuestan un poco más.

Por cierto, si alguien decide llevar 18650 baterías en eBay, debe tenerse en cuenta que su capacidad real es de 2000-3500 mAh. Las baterías con una capacidad de 9900 mAh y superior no existen, lo que se vende en eBay con dicha inscripción es falso chino.

La capacidad real de tales baterías es visible en la captura de pantalla del video de uno de los compradores:


Vale la pena tomar una batería de este tipo solo si espera abrir una disputa y obtener un reembolso del vendedor (los delincuentes deben ser castigados). Solo un mes de espera no vale la pena, y una batería con una capacidad de 500 mAh solo es adecuada para el contenedor.

3. BMS

Para que las celdas de la batería se carguen correctamente, necesita una placa BMS: sistema de gestión de la batería. La placa proporciona una carga uniforme de las celdas y también desconecta la carga / descarga cuando el voltaje supera los límites aceptables.


Es más fácil buscar en eBay de acuerdo con el 18650 Protection Balance Board .

Nota : como lo mostraron las pruebas, esta placa no es compatible con el controlador de carga, ya que El controlador de carga ya tiene umbrales de apagado configurables. Necesitamos una placa simple con una tabla de equilibrio LiPo, el controlador de carga se encarga del resto. Se describen más detalles en el artículo sobre la prueba del controlador .

El diagrama muestra 3 baterías condicionalmente, en realidad pueden ser paralelas, y el tipo de batería puede ser algo como esto (foto del sitio web del vendedor):


Por cierto, sobre la cantidad de baterías en la batería. En principio, no hay muchos de ellos. En primer lugar, incluso una pequeña carga insuficiente aumenta significativamente la vida útil de la batería: si reduce el voltaje de carga máximo de 4.2 a 4.1V, el número de ciclos se duplicará y la capacidad disminuirá solo un 10%. En segundo lugar, si las celdas están paralelas, las corrientes de carga también disminuyen, lo que reduce el calentamiento y aumenta la vida útil de la batería. Entonces, si es posible, 12 baterías son mejores que 9, y 9 es mejor que 6, y así sucesivamente, el límite superior está limitado solo por el precio y el sentido común.

No es necesario, pero es bastante conveniente usar un dispositivo para monitorear el voltaje de la celda, el precio de emisión también es de aproximadamente $ 5. También puede funcionar como un equilibrador de células.


Ahora lo armaremos, y como dicen, con todo esto intentaremos volar. El artículo resultó ser grande, por lo que la continuación en la siguiente parte .

Se puede ver un experimento similar de otros usuarios, por ejemplo, aquí:


PD: en lugar de una conclusión: sobre la seguridad de las baterías de litio

Hay muchas historias de terror sobre el peligro de incendio de las baterías de litio en Internet, y los incendios ocurren a veces, el último error épico con los teléfonos Samsung es un ejemplo de esto. ¿Qué tan segura es la batería descrita anteriormente? Recordemos una vez más que las celdas 18650 se usan ampliamente en las computadoras portátiles, por lo que el funcionamiento de dicho sistema no es más peligroso que usar una computadora portátil conectada a una toma de corriente. Incluso más que eso, los elementos aquí tienen un mejor régimen de temperatura que en la carcasa cerrada de la computadora portátil, y la protección contra sobretensión es doble (ajuste de voltaje en el controlador de carga + presencia de una placa de protección). Y aún más, las corrientes de carga en el sistema "solar" son menores que en una computadora portátil: no es necesario cargar las baterías lo más rápido posible, es suficiente si se cargan durante el día. Entonces la posibilidad de incendio es mínima. Pero aún así, es necesario escribir, aunque debería ser tan obvio: todos los experimentos se realizan bajo su propio riesgo y riesgo, el autor no se hace responsable de las posibles consecuencias negativas.

Y, por supuesto, al crear dispositivos caseros, es importante recordar que las baterías de litio almacenan mucha energía en sí mismas, por lo que es importante protegerlas de cortocircuitos, niños, mascotas, etc. Además, cuando se usan baterías usadas, deben seleccionarse y probarse su capacidad. y corrientes de carga / descarga.