Batterie solaire sur le balcon, expérience d'utilisation

Salut les Geektimes. Cet article est une continuation de la partie précédente, sur le chargeur de voyage " Anker Solar 21W ". L'idée d'utiliser une batterie solaire pour charger divers gadgets m'a semblé très prometteuse, mais bien sûr, 21W comme charge universelle ne suffisent pas - je veux pouvoir charger non seulement par temps ensoleillé, mais pour cela j'ai besoin d'une marge de puissance. Par conséquent, des panneaux solaires à part entière ont été achetés et leurs expériences ont commencé.


Ce qui en est ressorti, détails sous la coupe.

Le fer

1. Le panneau solaire

Il existe différentes options, mais sur le balcon, la principale limitation est la disponibilité d'espace libre. Pour comprendre l'ordre des prix, une batterie de 50 W coûte environ 5000 roubles et ressemble à ceci:


Dimensions du panneau en mm - 540x620x30, poids 4kg.

Les balcons sont de tailles différentes, en fonction des dimensions des panneaux, il est tout à fait possible de mettre 2 ou 4 pièces, plus en forme. Pour le test, 2 panneaux de 50W chacun ont été achetés. Une telle batterie donne environ 18V sous charge ou 24V sans elle, donc lorsque vous utilisez 2x batteries, vous devez compter sur une tension totale allant jusqu'à 50V (par exemple, de nombreux convertisseurs cc-cc fonctionnent normalement jusqu'à 30V). Vous pouvez connecter les batteries en parallèle, mais les pertes dues à la longueur des fils seront alors légèrement plus élevées.

2. Contrôleur

Il y a 2 options ici:

- Panneaux solaires + contrôleur + batterie

C'est un design classique: le contrôleur charge la batterie quand il y a du soleil, l'utilisateur l'utilise quand il en a besoin.


Ce système présente plusieurs avantages:

- l'énergie peut être utilisée quand vous le souhaitez, et pas seulement lorsqu'elle est lumineuse,
- la possibilité de connecter un onduleur et de recevoir une sortie 220V,
- en prime, une source de secours dans la maison en cas de panne de courant.

Il y a un inconvénient: l'utilisation d'une batterie haute capacité tue fondamentalement le respect de l'environnement de l'idée de cet événement. Le nombre de cycles de charge / décharge de la batterie est limité, ils n'aiment pas la décharge excessive, de plus, les batteries et les contrôleurs sont assez chers. Le prix du contrôleur est de 1000r pour la version PWM la moins chère, jusqu'à 10000-20000r pour la version plus chère (et efficace) avec support MPPT (ce que MPPT peut être lu ici ). Le prix de la batterie est de 5000r pour une batterie gel classique de 40-50A * h, certains utilisent des batteries LiFePo4, ils sont certainement plus chers.

- Onduleur réseau

Cette technologie est la plus prometteuse du moment.


L'essentiel est que le convertisseur convertit et transfère l'énergie directement au réseau électrique domestique. Dans le même temps, l'énergie consommée par le réseau commun est réduite, le compteur électrique domestique capture des lectures plus faibles.

Idéalement, si les panneaux solaires fournissent suffisamment d'énergie à tous les consommateurs, la valeur du compteur n'augmentera pas du tout. Et si la consommation de l'appartement / de la maison est inférieure à la production de panneaux solaires, le compteur enregistrera l '"exportation" d'énergie, qui devrait être prise en compte par le fournisseur d'électricité. En Russie, cependant, un tel système ne fonctionne pas encore - de plus, la plupart des anciens compteurs électriques considèrent l'énergie comme «modulo», c'est-à-dire vous devrez également payer l'énergie que vous donnez. Il semble qu'en 2017, ils aient promis de commencer à résoudre les problèmes de micro-génération au niveau juridique. Mais au fait, pour les panneaux du balcon, tout cela n'a qu'un intérêt théorique - leur production est trop petite.

Le prix d'un onduleur raccordé au réseau est de 100 $, selon la puissance. Il convient également de mentionner les micro-invitations - elles sont installées directement sur la batterie et dégagent immédiatement la tension secteur, cependant, la puissance recommandée des panneaux est d'au moins 200W. L'onduleur est monté directement à l'arrière du panneau solaire, cela vous permet de les connecter comme ceci:


Mais pour un balcon, cela n'est bien sûr pas pertinent.

Test

Tout d'abord, il était intéressant de savoir quelle puissance réelle peut être obtenue à partir de panneaux solaires. Pour cela, la carte ADS1115 ADC pour le Raspberry Pi a été achetée pour 15 $:


Il est simple à utiliser, la tension d'entrée est divisée par un diviseur et envoyée à l'entrée analogique, nous avons des valeurs numériques à la sortie. Les sources pour travailler avec ADC peuvent être consultées ici . Le capteur de courant ACS712 a également été acheté, le capteur de tension a été fabriqué à partir d'un tas de résistances (il n'y avait qu'un seul nominal à la maison). En charge, une ampoule conventionnelle de 100W a été installée. Bien sûr, à partir de 48 volts, il n'a pas brûlé (l'ampoule est conçue pour 220V), mais à peine brillait. La résistance de la spirale est de 42 Ohms, ce qui vous permet d'estimer approximativement la puissance en tension (bien que la lampe à incandescence ait une résistance non linéaire, mais pour une estimation approximative, elle le fera).

La première version de test ressemblait à ceci:


La source a été doublée afin que les données et l'heure actuelle soient enregistrées dans CSV, et un serveur Web a été lancé sur le Raspberry Pi pour télécharger des fichiers sur le réseau local.

Les résultats d'une journée assez claire typique avec une couverture nuageuse variable ressemblent à ceci:


On peut voir que le pic de tension tombe tôt le matin, qu'il y a une conséquence d'une mauvaise installation des panneaux - idéalement, ils ne devraient pas être droits.

Et voici à quoi ressemble «l'échec» le jour où les nuages ​​sont entrés et il a commencé à pleuvoir:


Compte tenu de la tension de 44V et de la résistance du filament de la lampe de 42 Ohms, on peut grossièrement estimer (la non-linéarité de la résistance de la lampe est ignorée), qui dans le meilleur des cas est la puissance reçue P = U * U / R = 46W. Hélas, l'efficacité d'un panneau de 100 watts lorsqu'il est installé verticalement n'est pas très bonne - la lumière du soleil ne tombe pas sur le panneau à angle droit. Dans le pire des cas (nuageux, pluie), la puissance tombe même à 10W. En hiver et en été, l'énergie totale reçue sera également différente.

L'expérience du transfert d'énergie directement vers le réseau n'a pas été réussie: un onduleur de 500 watts de 45 watts n'a tout simplement pas fonctionné. En principe, cela était prévu, de sorte que l'onduleur a été laissé pour l'avenir jusqu'à ce qu'il déménage dans un endroit avec un balcon plus grand .

En conséquence, étant donné la décision d'abandonner les batteries tampons, la seule option de travail était d'utiliser directement des convertisseurs DC-DC: par exemple, un tel convertisseur peut charger n'importe quel périphérique USB, il y a déjà un connecteur USB à sa sortie:



Il existe des modèles légèrement plus chers, ils ont un courant maximum plus important et un plus grand nombre de connecteurs USB:


Il y a une idée de trouver également un convertisseur DC-DC pour charger un ordinateur portable, leur choix sur eBay est très large.

Conclusion

Ce système est de nature expérimentale, mais en général, on peut dire qu'il fonctionne. Comme le montre le programme, de 7 heures à 17 heures environ, la puissance fournie par les panneaux est supérieure à 30 W, ce qui n'est pas si mauvais en principe. Par temps complètement nuageux, les résultats sont certainement pires.

Bien sûr, il n'est pas question de faisabilité économique - lors de la génération de 40W * h pendant 7 heures, 2 kW * h seront générés par semaine. Chacun peut estimer le retour sur investissement des prix de sa région de manière indépendante. La question, bien sûr, n'est pas dans le prix, mais dans l'acquisition d'expérience, ce qui est toujours intéressant.

Mais où mettre de l'énergie, la question est toujours ouverte. L'utilisation de 40 W pour charger des périphériques USB est trop redondante. Sur eBay, il existe des onduleurs de réseau pour 300 W avec une tension de fonctionnement de 10,5 à 28 V, mais il y a peu de critiques à leur sujet, et je ne veux pas dépenser 100 $ pour un test. Si aucune solution appropriée ne peut être trouvée, nous pouvons supposer qu'un panneau de 50 watts est optimal pour un balcon - il peut charger différents gadgets avec lui, la redondance dans ce cas est minime.

Au moins, tous les appareils numériques domestiques (téléphones, tablettes) sont maintenant passés à «l'énergie verte» sans trop de tracas. Il y a une idée de toujours envisager d'utiliser une batterie tampon LiFePo4 - mais la question du choix de la batterie et du contrôleur est toujours ouverte.

De plus: comme suggéré dans les commentaires, vous pouvez utiliser une batterie au plomb, comme une voiture. Oui, c'est vraiment une option bon marché et fonctionnelle, avec un panneau de 100 watts, environ un tel contrôleur suffira, à un prix de seulement 10-20 $ sur eBay:


Mais cette solution n'est pas entièrement respectueuse de l'environnement et pas entièrement intéressante, donc, en termes d'étude des technologies, je ne la considère pas. Et si quelqu'un a besoin, par exemple, d'alimenter une caméra vidéo dans le pays, alors probablement une option.

Suite dans la partie suivante . Une courte version vidéo peut également être vue dans la vidéo sur youtube .

PS: Dans le commentaire, ils ont demandé de poster une photo, au moment où les piles ressemblent à ceci:

Cette taille des panneaux n'interfère pas avec l'utilisation du balcon et, en principe, ne gâche pas l'apparence. De plus, comme suggéré dans les commentaires, il est plus rentable d'acheter des panneaux de plus grande puissance, le prix optimal est des panneaux pour 150-200W, mais leur placement est un peu plus compliqué, et vous devez déterminer les dimensions si le panneau s'adaptera ou non. De plus, la question se pose de fixations fiables.