Bateria solar na varanda: uso de baterias

Oi Geektimes! Este artigo é uma continuação da parte anterior , sobre a experiência de instalar uma bateria solar de 100 watts na varanda. Na versão inicial, um conversor DC-DC foi conectado à bateria, da qual vários dispositivos domésticos podem ser carregados. O próximo passo foi adicionar a possibilidade de armazenamento de energia para uso à noite e à noite.


O que aconteceu, detalhes sob o corte.

Teoria

Como mencionado na parte anterior , apesar dos ângulos não ideais de instalação e de um pequeno número de painéis (2x50W), o painel solar basicamente funciona. Mas então surge a pergunta sobre o que fazer e como usar essa energia.

Existem várias opções:

1) Use energia apenas conforme necessário, por exemplo, para carregar o tablet. Em termos de eficiência, esta é a pior opção - durante o dia, quando está claro, todo mundo está trabalhando, e usar um painel de 100 watts para carregar o telefone é muito redundante - 95% do horário de verão em que o painel solar não está conectado.

Opcionalmente, você pode simplesmente conectar um banco de potência USB pronto, por exemplo, a 10000mAh. Funcionará, mas a solução é, em primeiro lugar, desinteressante em termos de criatividade e, em segundo lugar, a potência máxima para carregar via USB é de cerca de 10W, ou seja, Já para um painel de 50 watts, a maior parte da energia será desperdiçada (embora seja para o tempo nublado). E terceiro, a escolha de dispositivos conectados via USB não é tão boa.

2) Transfira energia para a rede elétrica (tecnologia de ligação à rede) para que seja usada por outros aparelhos elétricos. Em princípio, esta é a opção moderna e mais usada em residências particulares. É muito conveniente, nada se perde, tudo o que é gerado é fornecido à rede, o número de componentes necessários é mínimo. Para minha varanda, infelizmente, não funcionou - a potência do painel recomendada para a operação normal do inversor é de 200W, e aumentar o número de painéis por um fator de 2 ainda não estava incluído no orçamento. E não havia muito sentido econômico - as janelas estão voltadas para o leste e a luz direta do sol cai sobre elas somente pela manhã até 11 a 12 horas do dia.

3) Acumule energia na bateria. Como os dois primeiros métodos não se encaixaram, essa é a única coisa que resta a fazer.

As vantagens são óbvias:

- Capacidade de usar energia armazenada a qualquer momento.
- Capacidade de conectar uma carga mais poderosa à bateria (por exemplo, uma furadeira elétrica não funciona no painel solar, mas é fácil com a bateria).
- A capacidade de usar uma variedade de dispositivos projetados para 12V - lâmpadas LED, cobrando por um laptop, etc.
- Uma capacidade opcional de conectar um inversor a 220V e, como bônus, a aparência na casa de uma fonte de energia de backup em caso de falta de energia.
O menos também é óbvio: as baterias nesses sistemas são o componente de vida mais curta, muito caro e prejudicial ao meio ambiente. Mas viraremos o último menos no lado positivo - as baterias podem ser reutilizadas (aproximadamente o mesmo que se diz ser Musk em seu Tesla Powerwall).

Existem dois tipos de baterias úteis para nós:

- Chumbo e suas variedades: gel, alcalino, automotivo, da UPS e outros, baratos, à prova de fogo, mas as vantagens terminam aí. O número de ciclos é pequeno, o peso e as dimensões são inconvenientes. Ao mesmo tempo, esta é a opção mais barata e fácil - é barata, simples e fácil. O preço do controlador de carregamento no eBay é inferior a 1000r, a bateria pode ser comprada em qualquer loja próxima.

- lítio . Existem muitos tipos diferentes, e ficar confuso é muito mais fácil.
Íons de lítio "tradicionais": tensão 3,7V, tensão máxima de carregamento 4,2V, tensão mínima 3,0V. Eles não gostam de recarregar (o número de ciclos diminui drasticamente) e, hipoteticamente (na ausência de proteção e violação do modo de operação), apresentam risco de incêndio.
Fosfato de ferro e lítio (LiFePO4): tensão 3.2V, tensão máxima de carga 3.65V, tensão mínima 2V. A julgar pelos testes, eles são à prova de fogo, mesmo com curto-circuito, apenas fede, mas não queima.

Titanato de lítio (Li4Ti5O12): tensão 2,4V, tensão máxima de carregamento 2,85V, tensão mínima 1,8V. À prova de fogo, além disso, eles têm um grande número de ciclos (de acordo com várias fontes, de 7000 a 15000), o que os torna praticamente "eternos". A desvantagem é que a tensão é mínima e não é fácil comprá-los.

Uma descrição mais detalhada das diferentes visões, com seus prós e contras, pode ser encontrada aqui . Obviamente, cada tipo de bateria precisa de seu próprio modo de carregamento e, em geral, os carregadores não são compatíveis com diferentes tipos de células, se não houver escolha nas configurações. Tentar carregar o LiFePO4 com um carregador convencional de "lítio" a uma tensão de 4,2V simplesmente arruinará a bateria.

Como resultado, dentre toda a variedade, decidiu-se optar pela opção mais simples e comprovada: baterias de íon-lítio com fator de forma 18650 .

- Esse é o fator de forma mais popular; essas baterias são usadas em laptops, chaves de fenda, bancos de potência, etc.
- É fácil obter essas baterias, por exemplo, de baterias usadas de laptop, nas quais apenas algumas células geralmente falham, e as demais são totalmente funcionais.
- Como conseqüência do parágrafo anterior, ao reutilizar as baterias, não apenas prejudicamos o meio ambiente, como também damos uma segunda vida aos elementos.

Aqui você pode ver em detalhes os testes dessas baterias:


É fácil comprar novas células 18650 e, se você comprar em grandes quantidades, o preço da bateria poderá ser inferior a um dólar cada. Isso permite que os entusiastas criem sistemas como estes:


Ou mesmo estas (fotos do youtube):


A propósito, se alguém estiver interessado em considerar uma abordagem mais ou menos profissional para a montagem de baterias, isso é feito da seguinte maneira:


Para uma varanda, é claro que isso não é necessário. Baterias com voltagem de 12V e capacidade de 8 a 10Ah são suficientes para a primeira iteração. Se desejado, o número de elementos pode ser aumentado.

Como carga, é planejado primeiro carregar todos os tipos de dispositivos e, em segundo lugar, usar uma lâmpada LED de 12 volts como luz noturna. Além disso, será visto, dependendo da quantidade de energia que pode ser coletada.

Prática

Para construir o sistema, precisamos de vários componentes. Tudo é bem barato, não há preços de espaço aqui.

1. Controlador de carregamento


O controlador é o centro lógico de todo o sistema, consome energia dos painéis solares e carrega as baterias com ele, também liga e desliga a carga se as baterias estiverem gastas. O preço de emissão é de US $ 15 para um controlador barato, como na foto, isso é o suficiente. O principal é que o controlador tem a capacidade de ajustar a tensão da bateria, como A voltagem da bateria de lítio é diferente do chumbo.

2. Baterias 18650

Eu não tinha uma pergunta sobre como economizar o máximo possível, então pedi 6 peças no eBay.


Em teoria, se você perguntar nos centros de serviço, as baterias antigas de laptop podem ser encontradas quase por nada, a única coisa que você precisa para testá-las é um medidor de capacidade, o preço é de cerca de US $ 4:


Depois de encomendar as baterias, percebi que era mais fácil comprar uma bateria em um laptop: as células já estavam lá com terminais soldados, seria mais fácil conectá-las e o preço seria um pouco mais baixo. Vídeo como desmontar cuidadosamente a bateria, você pode ver aqui:


E assim, eu tive que comprar mais suportes de bateria, no entanto, eles são baratos. Como opção, você pode comprar baterias com placas já soldadas, elas custam um pouco mais.

A propósito, se alguém decide levar 18650 baterias no eBay, lembre-se de que sua capacidade real é de 2000 a 3500mAh. Baterias com capacidade de 9900mAh e acima não existem, o que é vendido no ebay com essa inscrição é falsificação chinesa.

A capacidade real dessas baterias é visível na captura de tela do vídeo de um dos compradores:


Vale a pena levar uma bateria desse tipo apenas se você espera abrir uma disputa e receber um reembolso do vendedor (bandidos devem ser punidos). Apenas um mês de espera não vale a pena, e uma bateria com capacidade de 500 mAh é adequada apenas para a lixeira.

3. BMS

Para que as células da bateria sejam carregadas corretamente, você precisa de uma placa BMS - sistema de gerenciamento de bateria. A placa fornece uma carga uniforme das células e também desconecta a carga / descarga quando a tensão ultrapassa os limites aceitáveis.


É mais fácil pesquisar no eBay, de acordo com o 18650 Protection Balance Board .

Nota : como o teste mostrou, esta placa não é compatível com o controlador de carregamento, pois O controlador de carregamento já possui limites de desligamento configuráveis. Precisamos de uma placa simples com uma placa de equilíbrio LiPo, o controlador de carregamento cuida do resto. Mais detalhes são descritos no artigo sobre como testar o controlador .

O diagrama mostra três baterias condicionalmente, na realidade elas podem ser paralelas e o tipo de bateria pode ser algo assim (foto do site do vendedor):


By the way, sobre o número de baterias na bateria. Em princípio, não existem muitos deles. Em primeiro lugar, mesmo uma pequena carga baixa aumenta significativamente a vida útil da bateria - se você reduzir a tensão máxima de carga de 4,2 para 4,1V, o número de ciclos dobrará e a capacidade diminuirá em apenas 10%. Em segundo lugar, se as células estiverem paralelizadas, as correntes de carga também diminuirão, o que reduz o aquecimento e aumenta a vida útil da bateria. Portanto, se possível, 12 baterias são melhores que 9 e 9 são melhores que 6, e assim por diante, o limite superior é limitado apenas pelo preço e bom senso.

Não é necessário, mas é bastante conveniente usar um dispositivo para monitorar a tensão da célula, o preço de emissão também é de cerca de US $ 5. Também pode funcionar como um balanceador de células.


Agora vamos montar isso e, como eles dizem, com tudo isso, tentaremos voar. O artigo acabou sendo grande e, portanto, a continuação na próxima parte .

Uma experiência semelhante de outros usuários pode ser vista, por exemplo, aqui:


PS: Em vez de uma conclusão: sobre a segurança das baterias de lítio

Existem muitas histórias de horror sobre o risco de incêndio das baterias de lítio na Internet e, às vezes, os incêndios acontecem; a última falha épica nos telefones da Samsung é um exemplo disso. Quão segura é a bateria descrita acima? Lembremos mais uma vez que as células 18650 são amplamente usadas em laptops; portanto, a operação de um sistema desse tipo não é mais perigosa do que usar um laptop conectado a uma tomada. Mais do que isso, os elementos aqui têm um regime de temperatura melhor do que no gabinete fechado do laptop, e a proteção contra sobretensão é dupla (configuração de tensão no controlador de carregamento + presença de uma placa de proteção). E ainda mais, as correntes de carga no sistema "solar" são menores do que em um laptop - não há necessidade de carregar as baterias o mais rápido possível, basta que elas carreguem durante o dia. Portanto, a chance de incêndio é mínima. Ainda assim, é necessário escrever, embora deva ser tão óbvio: todos os experimentos são feitos por sua própria conta e risco, o autor não se responsabiliza por possíveis consequências negativas.

E, é claro, ao criar dispositivos caseiros, é importante lembrar que as baterias de lítio armazenam muita energia por si mesmas, por isso é importante protegê-las de curtos-circuitos, crianças, animais de estimação etc. Além disso, ao usar baterias usadas, elas devem ser selecionadas e testadas quanto à capacidade e correntes de carga / descarga.