Baterai surya di balkon: penggunaan baterai

Hai Geektimes! Artikel ini merupakan kelanjutan dari bagian sebelumnya , tentang pengalaman memasang baterai surya 100 watt di balkon. Dalam versi awal, konverter DC-DC terhubung ke baterai, dari mana berbagai perangkat rumah dapat diisi. Langkah selanjutnya adalah menambahkan kemungkinan penyimpanan energi untuk digunakan di malam hari dan di malam hari.


Apa yang terjadi, detail di bawah luka.

Teori

Seperti yang disebutkan di bagian sebelumnya , meskipun sudut pemasangan tidak optimal dan sejumlah kecil panel (2x50W), panel surya pada dasarnya berfungsi. Tetapi kemudian muncul pertanyaan tentang apa yang harus dilakukan dan bagaimana menggunakan energi ini.

Ada beberapa opsi:

1) Gunakan energi hanya sesuai kebutuhan, misalnya, untuk mengisi daya tablet. Dalam hal efisiensi, ini adalah opsi terburuk - pada sore hari saat cahaya, semua orang sedang bekerja, dan menggunakan panel 100 watt untuk mengisi baterai telepon terlalu berlebihan - 95% dari waktu siang hari panel surya tidak terhubung.

Secara opsional, Anda cukup menghubungkan bank daya USB yang sudah jadi, misalnya, pada 10000mAh. Ini akan berhasil, tetapi solusinya, pertama, tidak menarik dalam hal kreativitas, dan kedua, daya maksimum untuk pengisian daya melalui USB adalah sekitar 10W, mis. sudah untuk panel 50 watt, sebagian besar energinya akan terbuang sia-sia (meskipun akan digunakan untuk cuaca mendung). Dan ketiga, pilihan perangkat yang terhubung melalui USB tidak begitu bagus.

2) Transfer energi ke jaringan listrik (teknologi grid tie) sehingga digunakan oleh peralatan listrik lainnya. Pada prinsipnya, ini adalah pilihan modern dan paling banyak digunakan di rumah-rumah pribadi. Sangat nyaman, tidak ada yang hilang, semua yang dihasilkan diberikan ke jaringan, jumlah komponen yang diperlukan minimal. Untuk balkon saya, sayangnya, itu tidak berhasil - daya panel yang disarankan untuk operasi inverter normal adalah dari 200W, dan untuk menambah jumlah panel dengan faktor 2 belum termasuk dalam anggaran. Dan tidak ada pengertian ekonomi - jendela menghadap ke timur, dan sinar matahari langsung jatuh pada mereka hanya di pagi hari sampai 11-12 jam sehari.

3) Akumulasi energi dalam baterai. Karena dua metode pertama tidak cocok, inilah satu-satunya yang tersisa untuk dilakukan.

Keuntungannya jelas:

- Kemampuan untuk menggunakan energi yang tersimpan setiap saat.
- Kemampuan untuk menghubungkan beban yang lebih kuat ke baterai (misalnya, bor listrik tidak akan bekerja dari panel surya, tetapi dari baterai itu mudah).
- Kemampuan untuk menggunakan berbagai perangkat yang dirancang untuk 12V - lampu LED, pengisian daya untuk laptop, dll.
- Kemampuan opsional untuk menghubungkan inverter ke 220V, dan sebagai bonus, penampilan di rumah sumber daya cadangan jika terjadi pemadaman listrik.
Kekurangannya juga jelas: baterai dalam sistem seperti itu adalah komponen yang paling berumur pendek, sangat mahal, dan berbahaya bagi lingkungan. Tapi kita akan mengubah minus terakhir pada sisi positifnya - baterai dapat digunakan kembali (kira-kira sama seperti dikabarkan akan dilakukan oleh Musk dalam Tesla Powerwall-nya).

Ada dua jenis baterai yang berguna bagi kami:

- Timbal dan varietasnya: gel, basa, otomotif, dari UPS dan lainnya. Murah, tahan api, tetapi kelebihannya ada di sana. Jumlah siklus kecil, berat dan dimensi tidak nyaman. Pada saat yang sama, ini adalah opsi termurah dan termudah - murah, sederhana, dan mudah. Harga charge controller di eBay kurang dari 1000r, baterai dapat dibeli di toko terdekat.

- Lithium . Ada banyak jenis yang berbeda, dan menjadi bingung jauh lebih mudah.
Lithium-ion "Tradisional": tegangan 3.7V, tegangan pengisian maksimum 4.2V, tegangan minimum 3.0V. Mereka tidak suka pengisian ulang (jumlah siklus berkurang secara drastis), dan secara hipotetis (tanpa adanya perlindungan dan pelanggaran mode operasi) mereka berbahaya bagi kebakaran.
Lithium iron phosphate (LiFePO4): tegangan 3.2V, tegangan pengisian maksimum 3.65V, tegangan minimum 2V. Dilihat oleh tes, mereka tahan api, bahkan dengan korsleting mereka hanya bau, tetapi tidak terbakar.

Lithium titanate (Li4Ti5O12): tegangan 2.4V, tegangan pengisian maksimum 2.85V, tegangan minimum 1.8V. Tahan api, ditambah lagi mereka memiliki sejumlah besar siklus (menurut berbagai sumber, dari 7000 hingga 15000), yang membuat mereka praktis "abadi". Kelemahannya adalah tegangannya minimal, dan tidak mudah untuk membelinya.

Penjelasan lebih rinci tentang pandangan yang berbeda, dengan pro dan kontra mereka, dapat ditemukan di sini . Jelas, setiap jenis baterai memerlukan mode pengisian sendiri, dan secara umum, pengisi daya tidak kompatibel dengan berbagai jenis sel, jika tidak ada pilihan dalam pengaturan. Mencoba mengisi daya LiFePO4 dengan pengisi daya “lithium” konvensional ke tegangan 4.2V hanya akan merusak baterai.

Akibatnya, dari semua varietas, diputuskan untuk memikirkan opsi yang paling sederhana dan paling terbukti: baterai lithium-ion dari faktor bentuk 18650 .

- Ini adalah faktor bentuk paling populer, baterai tersebut digunakan di laptop, obeng, powerbank, dll.
- Baterai seperti itu mudah didapat, misalnya, dari baterai laptop bekas, di mana hanya beberapa sel yang biasanya gagal, dan sisanya berfungsi penuh.
- Sebagai konsekuensi dari paragraf sebelumnya, menggunakan kembali baterai, kami tidak hanya tidak merusak lingkungan, tetapi juga memberikan elemen kehidupan kedua.

Di sini Anda dapat melihat secara detail pada pengujian baterai tersebut:


Sangat mudah untuk membeli 18650 sel baru, dan jika Anda membeli dalam jumlah besar, harga baterai mungkin masing-masing kurang dari satu dolar. Ini memungkinkan penggemar membuat sistem seperti ini:


Atau bahkan ini (foto dari youtube):


Ngomong-ngomong, jika ada yang tertarik untuk melihat pendekatan yang kurang lebih profesional untuk perakitan baterai, ini dilakukan seperti ini:


Untuk balkon, tentu saja tidak perlu. Baterai dengan tegangan 12V dan kapasitas 8-10Ah cukup untuk iterasi pertama. Jika diinginkan, jumlah elemen kemudian dapat ditingkatkan.

Sebagai beban, pertama-tama direncanakan untuk mengisi semua jenis perangkat, dan kedua, menggunakan lampu LED 12 volt sebagai lampu malam. Lebih jauh akan terlihat, tergantung pada berapa banyak energi yang bisa dikumpulkan.

Berlatih

Untuk membangun sistem kita memerlukan sejumlah komponen. Semuanya cukup murah, tidak ada harga ruang di sini.

1. Pengontrol Biaya


Kontroler adalah pusat logis dari keseluruhan sistem, dibutuhkan energi dari panel surya dan mengisi baterai dengan itu, juga menyalakan dan mematikan beban jika baterai habis. Harga masalah adalah dari $ 15 untuk pengontrol murah seperti pada foto, ini cukup. Yang utama adalah bahwa pengontrol memiliki kemampuan untuk menyesuaikan tegangan baterai tegangan baterai lithium berbeda dengan timbal.

2. Baterai 18650

Saya tidak punya pertanyaan bagaimana cara menyimpan sebanyak mungkin, jadi saya hanya memesan 6 buah di eBay.


Secara teori, jika Anda bertanya-tanya di pusat-pusat layanan, maka baterai laptop lama dapat ditemukan hampir tanpa biaya, satu-satunya hal yang Anda butuhkan untuk mengujinya adalah meteran kapasitas, harganya sekitar $ 4:


Setelah memesan baterai, saya menyadari bahwa lebih mudah untuk membeli baterai dari laptop: sel-sel sudah ada di sana dengan terminal yang disolder, akan lebih mudah untuk memasangnya, dan harganya akan sedikit lebih rendah. Video cara membongkar baterai dengan cermat, bisa Anda lihat di sini:


Jadi, saya harus membeli lebih banyak tempat baterai, tetapi harganya murah. Sebagai pilihan, Anda dapat membeli baterai dengan plat yang sudah disolder, harganya lebih mahal.

Ngomong-ngomong, jika seseorang memutuskan untuk mengambil 18650 baterai di eBay, harus diingat bahwa kapasitas sebenarnya mereka adalah 2000-3500mAh. Baterai dengan kapasitas 9900mAh dan di atasnya tidak ada, apa yang dijual di ebay dengan tulisan seperti itu palsu Cina.

Kapasitas aktual baterai tersebut terlihat dalam tangkapan layar dari video dari salah satu pembeli:


Baterai seperti itu akan layak untuk diambil hanya jika Anda berharap untuk membuka perselisihan dan mendapatkan pengembalian uang dari penjual (penjahat harus dihukum). Hanya satu bulan menunggu tidak layak, dan baterai dengan kapasitas 500mAh hanya cocok untuk tempat sampah.

3. BMS

Agar sel-sel dalam baterai dapat diisi dengan benar, Anda memerlukan board BMS - sistem manajemen baterai. Papan menyediakan muatan sel yang seragam, dan juga memutus muatan / pengosongan saat tegangan melampaui batas yang dapat diterima.


Lebih mudah untuk mencari di eBay menurut Papan Saldo Perlindungan 18650 .

Catatan : seperti yang ditunjukkan oleh pengujian, board ini tidak kompatibel dengan pengontrol muatan, seperti Pengontrol biaya sudah memiliki ambang batas shutdown yang dapat diatur. Kami membutuhkan papan sederhana dengan Dewan Neraca LiPo, pengontrol biaya menangani sisanya. Rincian lebih lanjut dijelaskan dalam artikel tentang pengujian controller .

Diagram tersebut menunjukkan 3 baterai secara kondisional, dalam kenyataannya mereka dapat diparalelkan, dan jenis baterai dapat kira-kira seperti ini (foto dari situs web penjual):


Omong-omong, tentang jumlah baterai dalam baterai. Pada prinsipnya, jumlahnya tidak banyak. Pertama, bahkan pengisian daya yang kecil secara signifikan meningkatkan masa pakai baterai - jika Anda mengurangi tegangan pengisian maksimum dari 4,2 ke 4,1V, jumlah siklus akan berlipat ganda , dan kapasitas akan berkurang hanya 10%. Kedua, jika sel diparalelkan, arus pengisian juga berkurang, yang mengurangi pemanasan dan meningkatkan masa pakai baterai. Jadi jika memungkinkan, 12 baterai lebih baik dari 9, dan 9 lebih baik dari 6, dan seterusnya, batas atas hanya dibatasi oleh harga dan akal sehat.

Itu tidak perlu, tetapi cukup nyaman untuk menggunakan perangkat untuk memantau tegangan sel, harga masalah juga sekitar $ 5. Ini juga bisa berfungsi sebagai penyeimbang sel.


Sekarang kita akan menyatukannya, dan seperti yang mereka katakan, dengan semua ini kita akan mencoba terbang. Artikel itu ternyata besar, dan jadi kelanjutan di bagian selanjutnya .

Eksperimen serupa dari pengguna lain dapat dilihat, misalnya, di sini:


PS: Alih-alih kesimpulan: tentang keamanan baterai lithium

Ada banyak cerita horor tentang bahaya kebakaran baterai lithium di Internet, dan kebakaran kadang-kadang terjadi, kegagalan epik terakhir dengan ponsel Samsung adalah contohnya. Seberapa amankah baterai yang dijelaskan di atas? Mari kita ingatkan sekali lagi bahwa sel-sel 18650 banyak digunakan di laptop, sehingga pengoperasian sistem seperti itu tidak lebih berbahaya daripada menggunakan laptop yang terhubung ke outlet. Bahkan lebih dari itu, elemen-elemen di sini memiliki rezim suhu yang lebih baik daripada dalam kasus laptop tertutup, dan proteksi tegangan berlipat ganda (pengaturan tegangan pada pengontrol muatan + keberadaan papan pelindung). Dan lebih dari itu, arus pengisian daya dalam sistem "surya" lebih sedikit daripada di laptop - tidak perlu mengisi baterai secepat mungkin, cukup jika mereka mengisi daya di siang hari. Jadi peluang api minimal. Tapi tetap saja, perlu untuk menulis, meskipun harus begitu jelas: semua percobaan dilakukan atas risiko dan risiko Anda sendiri, penulis tidak memikul tanggung jawab atas kemungkinan konsekuensi negatif.

Dan tentu saja, ketika membuat perangkat buatan sendiri, penting untuk diingat bahwa baterai lithium menyimpan banyak energi dalam diri mereka sendiri, jadi penting untuk melindungi mereka dari korsleting, anak-anak, hewan peliharaan, dll. Juga, ketika menggunakan baterai bekas, mereka harus dipilih dan diuji kapasitasnya. dan arus pengisian / pengosongan.