Bateria solar na varanda, experiência usando

Oi Geektimes. Este artigo é uma continuação da parte anterior, sobre o carregador de viagem " Anker Solar 21W ". A ideia de usar uma bateria solar para carregar vários aparelhos parecia muito promissora para mim, mas é claro que 21W como carga universal não é suficiente - quero poder carregar não apenas em dias ensolarados, mas para isso você precisa de uma margem de energia. Portanto, foram adquiridos painéis solares completos e começaram as experiências com eles.


O que veio disso, detalhes sob o corte.

Ferro

1. O painel solar

Existem opções diferentes, mas na varanda, a principal limitação é a disponibilidade de espaço livre. Para entender a ordem dos preços, uma bateria de 50W custa cerca de 5000 rublos e fica assim:


Dimensões do painel em mm - 540x620x30, peso 4kg.

As varandas são diferentes em tamanho, com base nas dimensões dos painéis, é bem possível colocar 2 ou 4 peças, não cabendo mais. Para o teste, foram adquiridos 2 painéis de 50W cada. Essa bateria fornece cerca de 18V sob carga ou 24V sem ela; portanto, ao usar duas baterias, você precisa contar com uma tensão total de até 50V (por exemplo, muitos conversores dc-dc trabalham até 30V nominalmente). Você pode conectar as baterias em paralelo, mas as perdas devido ao comprimento dos fios serão um pouco maiores.

2. Controlador

Existem 2 opções aqui:

- Painéis solares + controlador + bateria

Esse é um design clássico: o controlador carrega a bateria quando há sol, o usuário a usa quando necessário.


Este sistema tem várias vantagens:

- a energia pode ser usada sempre que você quiser, e não apenas quando estiver leve,
- capacidade de conectar um inversor e receber saída de 220V,
- como bônus, uma fonte de backup em casa em caso de falta de energia.

Há uma desvantagem: o uso de uma bateria de alta capacidade mata fundamentalmente a simpatia ambiental da ideia deste evento. O número de ciclos de carga / descarga da bateria é limitado, eles não gostam de descarga excessiva, além disso, as baterias e os controladores são bastante caros. O preço do controlador é de 1000r para a versão mais barata do PWM, até 10000-20000r para a versão mais cara (e eficiente) com suporte para MPPT (o que MPPT pode ser lido aqui ). O preço da bateria é de 5000r para uma bateria de gel comum de 40-50A * h, alguns usam baterias LiFePo4, elas certamente são mais caras.

- Inversor de rede

Essa tecnologia é a mais promissora no momento.


A conclusão é que o conversor converte e transfere a energia diretamente para a rede elétrica doméstica. Ao mesmo tempo, a energia consumida na rede comum é reduzida, o medidor elétrico doméstico captura leituras mais baixas.

Idealmente, se os painéis solares fornecerem energia suficiente para todos os consumidores, o valor no medidor não aumentará. E se o consumo do apartamento / casa for menor que a produção de painéis solares, o medidor registrará a "exportação" de energia, que deve ser levada em consideração pela empresa fornecedora de eletricidade. Na Rússia, no entanto, esse esquema ainda não funciona - além disso, a maioria dos medidores de eletricidade antigos considera o módulo de energia, ou seja, você também terá que pagar pela energia que você dá. Parece que em 2017 eles prometeram começar a resolver problemas de microgeração no nível legal. A propósito, para os painéis na varanda, tudo isso tem apenas interesse teórico - sua produção é muito pequena.

O preço de um inversor de rede é de US $ 100, dependendo da potência. Também devemos mencionar os microinvadores - eles são instalados diretamente na bateria e emitem imediatamente a tensão da rede, no entanto, a potência recomendada dos painéis é de pelo menos 200W. O inversor é montado diretamente na parte traseira do painel solar, o que permite conectá-los assim:


Mas para uma varanda isso é obviamente irrelevante.

Teste

Antes de tudo, foi interessante descobrir que potência real pode ser obtida a partir de painéis solares. Para isso, a placa ADS1115 ADC para o Raspberry Pi foi comprada por US $ 15:


É simples de usar, a tensão de entrada é dividida por um divisor e alimentada na entrada analógica, temos valores digitais na saída. Fontes para trabalhar com a ADC podem ser obtidas aqui . O sensor de corrente ACS712 também foi adquirido, o sensor de tensão foi fabricado a partir de vários resistores (havia apenas um nominal em casa). Como carga, uma lâmpada convencional de 100W foi instalada. Obviamente, a partir de 48 volts, não queimou (a lâmpada está classificada para 220V), mas apenas brilhava. A resistência da espiral é de 42 Ohms, o que permite estimar aproximadamente a potência por tensão (embora a lâmpada incandescente tenha uma resistência não linear, mas para uma estimativa aproximada).

A primeira versão de teste ficou assim:


A fonte foi dublada para que os dados e o horário atual fossem salvos em CSV, e um servidor da Web foi lançado no Raspberry Pi para baixar arquivos na rede local.

Os resultados para um dia típico bastante claro com nebulosidade variável são assim:


Pode-se observar que o pico de tensão cai no início da manhã, que há uma conseqüência da instalação inadequada dos painéis - idealmente, eles não devem estar na vertical.

E é assim que "falha" se parece no dia em que as nuvens chegaram e começaram a chover:


Dada a tensão de 44V e a resistência do filamento da lâmpada a 42Ohm, podemos estimar aproximadamente (a não linearidade da resistência da lâmpada é ignorada), que na melhor das hipóteses é a potência recebida P = U * U / R = 46W. Infelizmente, a eficiência de um painel de 100 watts quando instalado na vertical não é muito boa - a luz do sol não cai no painel em ângulo reto. Na pior das hipóteses (nublado, chuva), a energia cai até 10W. No inverno e no verão, a energia total recebida também será diferente.

A experiência com a transferência de energia diretamente para a rede não teve êxito: um inversor de 500 watts de 45 watts simplesmente não funcionou. Em princípio, isso era esperado, então o inversor foi deixado para o futuro até mudar para um local com uma varanda maior .

Como resultado, dada a decisão de abandonar as baterias de buffer, a única opção de trabalho era usar os conversores dc-dc diretamente: por exemplo, esse conversor pode carregar qualquer dispositivo USB, já existe um conector USB em sua saída:



Existem modelos um pouco mais caros, eles têm uma corrente máxima maior e um número maior de conectores USB:


Existe uma idéia para encontrar também um conversor dc-dc para carregar um laptop, a escolha deles no eBay é muito grande.

Conclusão

Este sistema é de natureza experimental, mas em geral pode-se dizer que funciona. Como pode ser visto no cronograma, das 7h às 17h, a energia fornecida pelos painéis é superior a 30 W, o que, em princípio, não é tão ruim. Em tempo completamente nublado, os resultados são certamente piores.

Obviamente, não há questão de viabilidade econômica - ao gerar 40W * h por 7 horas, 2 kW * h serão gerados por semana. Todos podem estimar o retorno dos preços de sua região independentemente. A questão, é claro, não está no preço, mas na obtenção de experiência, o que é sempre interessante.

Mas onde colocar energia, a questão ainda está em aberto. Usar 40 W para carregar dispositivos USB é muito redundante. No eBay, existem inversores de empate de grade para 300W com uma tensão operacional de 10,5-28V, mas existem poucas avaliações sobre eles, e eu não quero gastar US $ 100 em um teste. Se não for possível encontrar uma solução adequada, podemos assumir que um painel de 50 watts é o ideal para uma varanda - ele pode carregar dispositivos diferentes com ela; nesse caso, a redundância é mínima.

Pelo menos, agora todos os dispositivos digitais domésticos (telefones, tablets) foram trocados para "energia verde" sem muito aborrecimento. Ainda existe uma idéia de considerar o uso de uma bateria reserva LiFePo4 - mas a questão de escolher a bateria e o controlador ainda está aberta.

Além disso: conforme sugerido nos comentários, você pode usar uma bateria de chumbo, como um carro. Sim, essa é realmente uma opção barata e funcional, com um painel de 100 watts, aproximadamente esse controlador será suficiente, a um preço de apenas US $ 10 a 20 no eBay:


Mas essa solução não é totalmente ecológica e não é totalmente interessante; portanto, em termos de estudo de tecnologias, eu não a considero. E se alguém precisa, por exemplo, de alimentar uma câmera de vídeo no país, provavelmente é uma opção.

Continua na próxima parte . Uma versão curta em vídeo também pode ser vista no vídeo no youtube .

PS: No comentário, eles pediram para postar uma foto, no momento as baterias ficam assim:

Este tamanho dos painéis não interfere no uso da varanda e, em princípio, não prejudica a aparência. Além disso, como sugerido nos comentários, é mais lucrativo comprar painéis de maior potência, o preço ideal é de painéis de 150 a 200 W, mas sua colocação é um pouco mais complicada e você precisa descobrir as dimensões se o painel será adequado ou não. Além disso, surge a questão de fixadores confiáveis.