Batterie solaire sur le balcon: utilisation des batteries

Salut les Geektimes! Cet article est une continuation de la partie précédente , sur l'expérience de l'installation d'une batterie solaire de 100 watts sur le balcon. Dans la version initiale, un convertisseur DC-DC était connecté à la batterie, à partir duquel divers appareils domestiques peuvent être chargés. L'étape suivante consistait à ajouter la possibilité de stockage d'énergie pour une utilisation le soir et la nuit.


Ce qui s'est passé, des détails sous la coupe.

Théorie

Comme mentionné dans la partie précédente , malgré des angles d'installation non optimaux et un petit nombre de panneaux (2x50W), le panneau solaire fonctionne essentiellement. Mais alors la question se pose de savoir quoi faire et comment utiliser cette énergie.

Il existe plusieurs options:

1) Utilisez l'énergie uniquement au besoin, par exemple pour charger la tablette. En termes d'efficacité, c'est la pire option - l'après-midi quand il fait clair, tout le monde est au travail, et utiliser un panneau de 100 watts pour charger le téléphone est trop redondant - 95% de la lumière du jour le panneau solaire n'est pas connecté.

En option, vous pouvez simplement connecter une banque d'alimentation USB prête à l'emploi, par exemple, à 10000mAh. Cela fonctionnera, mais la solution est, d'une part, sans intérêt en termes de créativité, et d'autre part, la puissance maximale de charge via USB est d'environ 10W, c'est-à-dire déjà pour un panneau de 50 watts, la majeure partie de l'énergie sera gaspillée (même si elle le fera par temps nuageux). Et troisièmement, le choix des appareils connectés via USB n'est pas si grand.

2) Transférez l'énergie vers le réseau électrique (technologie de raccordement au réseau) afin qu'elle soit utilisée par d'autres appareils électriques. En principe, c'est l'option moderne et la plus utilisée dans les maisons privées. C'est très pratique, rien n'est perdu, tout ce qui est généré est donné au réseau, le nombre de composants requis est minime. Pour mon balcon, hélas, cela n'a pas fonctionné - la puissance de panneau recommandée pour le fonctionnement normal de l'onduleur est de 200W, et d'augmenter le nombre de panneaux d'un facteur 2 n'était pas déjà inclus dans le budget. Et il n'y avait pas beaucoup de sens économique - les fenêtres sont orientées à l'est et la lumière directe du soleil ne tombe dessus que le matin jusqu'à 11-12 heures de la journée.

3) Accumulez l'énergie dans la batterie. Étant donné que les deux premières méthodes ne correspondaient pas, c'est la seule chose qui reste à faire.

Les avantages sont évidents:

- Possibilité d'utiliser l'énergie stockée à tout moment.
- Possibilité de connecter une charge plus puissante à la batterie (par exemple, une perceuse électrique ne fonctionnera pas à partir du panneau solaire, mais à partir de la batterie, c'est facile).
- La possibilité d'utiliser une variété d'appareils conçus pour les lampes 12V - LED, la charge pour un ordinateur portable, etc.
- Une possibilité optionnelle de connecter un onduleur à 220V, et en prime, l'apparition dans la maison d'une source d'alimentation de secours en cas de panne de courant.
Le moins est également évident: les batteries de ces systèmes sont l'élément le plus éphémère, le plus cher et le plus nocif pour l'environnement. Mais nous allons tourner le dernier moins du côté positif - les batteries peuvent être réutilisées (environ la même chose que la rumeur veut que Musk soit dans son Tesla Powerwall).

Il existe deux types de batteries qui nous sont utiles:

- Plomb et leurs variétés: gel, alcalin, automobile, UPS et autres. Bon marché, ignifuge, mais les avantages s'arrêtent là. Le nombre de cycles est faible, le poids et les dimensions sont peu pratiques. En même temps, c'est l'option la moins chère et la plus simple - c'est à la fois bon marché, simple et facile. Le prix du contrôleur de charge sur eBay est inférieur à 1000r, la batterie peut être achetée dans n'importe quel magasin à proximité.

- Lithium . Il existe de nombreux types différents et il est beaucoup plus facile de se confondre.
Lithium-ion "traditionnel": tension 3,7V, tension de charge maximale 4,2V, tension minimale 3,0V. Ils n'aiment pas la recharge (le nombre de cycles diminue considérablement), et hypothétiquement (en l'absence de protection et de violation du mode de fonctionnement), ils sont dangereux pour le feu.
Phosphate de fer et de lithium (LiFePO4): tension 3,2 V, tension de charge maximale 3,65 V, tension minimale 2 V. A en juger par les tests, ils sont résistants au feu, même en cas de court-circuit ils pue seulement, mais ne brûlent pas.

Titanate de lithium (Li4Ti5O12): tension 2,4 V, tension de charge maximale 2,85 V, tension minimale 1,8 V. Ignifugés, en plus ils ont un grand nombre de cycles (selon diverses sources, de 7000 à 15000), ce qui les rend pratiquement «éternels». L'inconvénient est que la tension est minimale et qu'il n'est pas facile de les acheter.

Une description plus détaillée des différentes vues, avec leurs avantages et leurs inconvénients, peut être trouvée ici . Évidemment, chaque type de batterie a besoin de son propre mode de charge, et en général, les chargeurs ne sont pas compatibles avec différents types de cellules, s'il n'y a pas de choix dans les paramètres. Tenter de charger LiFePO4 avec un chargeur «lithium» conventionnel à une tension de 4,2 V ruinera simplement la batterie.

En conséquence, parmi toute la variété, il a été décidé de s'attarder sur l'option la plus simple et la plus éprouvée: les batteries lithium-ion du facteur de forme 18650 .

- C'est le facteur de forme le plus populaire, de telles batteries sont utilisées dans les ordinateurs portables, les tournevis, les powerbanks, etc.
- De telles batteries sont faciles à obtenir, par exemple, à partir de batteries d'ordinateurs portables usagées, dans lesquelles seules quelques cellules tombent généralement en panne et les autres sont entièrement fonctionnelles.
- En conséquence du paragraphe précédent, en réutilisant les piles, non seulement nous ne nuisons pas l'environnement, mais nous donnons plutôt une seconde vie aux éléments.

Ici, vous pouvez regarder en détail les tests de telles batteries:


Il est facile d'acheter de nouvelles cellules 18650, et si vous achetez en grande quantité, le prix de la batterie peut être inférieur à un dollar pièce. Cela permet aux passionnés de créer des systèmes comme ceux-ci:


Ou même ceux-ci (photos de YouTube):


Soit dit en passant, si quelqu'un s'intéresse à une approche plus ou moins professionnelle de l'assemblage de la batterie, cela se fait comme suit:


Pour un balcon, bien sûr, ce n'est pas nécessaire. Des batteries d'une tension de 12V et d'une capacité de 8-10Ah suffisent pour la première itération. Si vous le souhaitez, le nombre d'éléments peut alors être augmenté.

En charge, il est prévu d'une part de charger toutes sortes d'appareils, et d'autre part, d'utiliser une lampe LED 12 volts comme lumière du soir. Plus loin, il sera vu, selon la quantité d'énergie qui peut être collectée.

Pratique

Pour construire le système, nous avons besoin d'un certain nombre de composants. Tout est assez bon marché, il n'y a pas de prix d'espace ici.

1. Contrôleur de charge


Le contrôleur est le centre logique de tout le système, il prend l'énergie des panneaux solaires et charge les batteries avec lui, allume et éteint également la charge si les batteries sont épuisées. Le prix d'émission est à partir de 15 $ pour un contrôleur bon marché comme sur la photo, c'est assez. L'essentiel est que le contrôleur ait la possibilité d'ajuster la tension de la batterie, comme la tension de la batterie au lithium est différente de celle du plomb.

2. Batteries 18650

Je n'ai pas demandé comment économiser autant que possible, alors je viens de commander 6 pièces sur eBay.


En théorie, si vous demandez dans les centres de service, les vieilles batteries d'ordinateurs portables peuvent être trouvées presque pour rien, la seule chose dont vous avez besoin pour les tester est un compteur de capacité, le prix est d'environ 4 $:


Ayant déjà commandé les batteries, j'ai réalisé qu'il était plus facile d'acheter une batterie à partir d'un ordinateur portable: les cellules étaient déjà là avec des bornes soudées, il serait plus facile de les fixer et le prix serait légèrement inférieur. Vidéo comment démonter soigneusement la batterie, vous pouvez voir ici:


Et donc, j'ai dû acheter plus de supports de batterie, mais ils sont peu coûteux. En option, vous pouvez acheter des batteries avec des plaques déjà soudées, elles coûtent un peu plus cher.

Soit dit en passant, si quelqu'un décide de prendre 18650 batteries sur eBay, il convient de garder à l'esprit que leur capacité réelle est de 2000 à 3500 mAh. Les batteries d'une capacité de 9900mAh et plus n'existent pas, ce qui est vendu sur ebay avec une telle inscription est un faux chinois.

La capacité réelle de ces batteries est visible dans la capture d'écran de la vidéo de l'un des acheteurs:


Une telle batterie ne vaut la peine d'être prise que si vous prévoyez d'ouvrir un litige et d'obtenir un remboursement du vendeur (les escrocs doivent être punis). Un mois d'attente ne vaut pas la peine, et une batterie d'une capacité de 500mAh ne convient que pour le bac.

3. BMS

Pour que les cellules de la batterie se chargent correctement, vous avez besoin d'une carte BMS - système de gestion de la batterie. La carte fournit une charge uniforme des cellules et déconnecte également la charge / décharge lorsque la tension dépasse les limites acceptables.


Il est plus facile de rechercher sur eBay selon le 18650 Protection Balance Board .

Remarque : comme le montrent les tests, cette carte n'est pas compatible avec le contrôleur de charge, car Le contrôleur de charge dispose déjà de seuils d'arrêt réglables. Nous avons besoin d'une simple carte avec une carte d'équilibre LiPo, le contrôleur de charge s'occupe du reste. Plus de détails sont décrits dans l'article sur le test du contrôleur .

Le diagramme montre 3 batteries conditionnellement, en réalité, elles peuvent être parallélisées, et le type de batterie peut ressembler à ceci (photo du site Web du vendeur):


Soit dit en passant, sur le nombre de batteries dans la batterie. En principe, il n'y en a pas beaucoup. Tout d'abord, même une petite sous-charge augmente considérablement la durée de vie de la batterie - si vous réduisez la tension de charge maximale de 4,2 à 4,1 V, le nombre de cycles doublera et la capacité ne diminuera que de 10%. Deuxièmement, si les cellules sont parallélisées, les courants de charge diminuent également, ce qui réduit le chauffage et augmente la durée de vie de la batterie. Donc, si possible, 12 batteries valent mieux que 9, et 9 vaut mieux que 6, et ainsi de suite, la limite supérieure n'est limitée que par le prix et le bon sens.

Ce n'est pas nécessaire, mais il est assez pratique d'utiliser un appareil pour surveiller la tension des cellules, le prix d'émission est également d'environ 5 $. Il peut également fonctionner comme un équilibreur de cellules.


Maintenant, nous allons l'assembler, et comme on dit, avec tout cela, nous allons essayer de voler. L'article s'est avéré être volumineux, et donc la suite dans la partie suivante .

Une expérience similaire d'autres utilisateurs peut être vue, par exemple, ici:


PS: Au lieu d'une conclusion: sur la sécurité des batteries au lithium

Il y a beaucoup d'histoires d'horreur sur le risque d'incendie des batteries au lithium sur Internet, et des incendies se produisent parfois, le dernier échec épique avec les téléphones Samsung en est un exemple. Dans quelle mesure la batterie décrite ci-dessus est-elle sûre? Rappelons une fois de plus que les cellules 18650 sont largement utilisées dans les ordinateurs portables, donc le fonctionnement d'un tel système n'est pas plus dangereux que d'utiliser un ordinateur portable branché sur une prise. Plus encore, les éléments ont ici un meilleur régime de température que dans le boîtier fermé d'un ordinateur portable, et la protection contre les surtensions est double (réglage de la tension dans le contrôleur de charge + présence d'une carte de protection). Et plus encore, les courants de charge dans le système "solaire" sont inférieurs à ceux d'un ordinateur portable - il n'est pas nécessaire de charger les batteries le plus rapidement possible, il suffit qu'elles se chargent en plein jour. Les risques d'incendie sont donc minimes. Mais encore faut-il écrire, même si cela doit être si évident: toutes les expériences se font à vos risques et périls, l'auteur n'est pas responsable des éventuelles conséquences négatives.

Et bien sûr, lors de la création d'appareils faits maison, il est important de se rappeler que les batteries au lithium stockent beaucoup d'énergie en elles-mêmes, il est donc important de les protéger contre les courts-circuits, les enfants, les animaux domestiques, etc. et les courants de charge / décharge.