Обзор небольшой солнечной батареи, или попытка понять можно ли зарядить аккумуляторы от маленькой солнечной батареи

Всем привет! Решил постепенно начинать писать обзоры на множество нужных и не очень товаров, купленных в китае. Первая на очереди небольшая солнечная батарея, решил на собственном опыте узнать ее возможности в зарядке аккумуляторов пауэрбанка или телефона напрямую, скажем на природе. Постараюсь обойтись без очень модных слов типа DIY, девайс и тому подобных, я за русский язык! Покупал панель в прошлом году а обзор решил написать только сейчас. дошла довольно быстро, упакована стандартно в желтый пакет и завернута в пенополиэтилен, рабочая поверхность дополнительно была заклеена тонким полиэтиленом для защиты от царапин. Сама панель сделана на основе из стеклотектолита, примерно такого, из которого делают печатные платы, поэтому сломать ее будет непросто, я изначально опасался придет ли она в целости, так как считал, что панель цельностеклянная. Размеры панели 97*97 мм, на 1 мм меньше, чем указано у продавца, но это не критично.
Обещана мощность 1 Вт, при напряжении 5.5 в, и токе 0.18 а, но это максимальные параметры, полученные где-то в пустыне, когда солнце в зените, в нашей полосе такого никогда не получится. Всю зиму солнечная панель была приклеена на окно и подключена к пауэрбанку на 3.6 А*ч, Зимой солнце с другой стороны моего дома и аккумуляторы зарядились за пару месяцев с 3.30 В до 3.38 В, крайне незначительно, зато сейчас солнце попадает почти напрямую, и эти же аккумуляторы получилось зарядить с 3.30 до 4.20 Вольт примерно за две недели, при том что постоянная облачность была в это время. Летом будет получше. Измерения на контактах самой солнечной панели показали под нагрузкой 4.12 Вольта, что неплохо, учитывая, что весьма пасмурно, ток же сейчас составляет несколько миллиампер, измерить точнее не могу из-за значительного падения напряжения на моем авометре.
Постарался сфотографировать примерно так, как это выглядело на самом деле. У меня нет люксметра и возможности замерять освещенность.

Итого аккумулятор телефона или пауэрбанка зарядить от такой небольшой панельки можно, но очень долго, но вероятнее всего для небольшой подпитки какого-нибудь простого телефона или плеера с аккумулятором емкостью 700-800 мА*ч в ясный солнечный день ее вполне хватит, что позволит проработать этим устройствам дольше. Солнечная панелька покупалась только ради такого эксперимента, и сейчас висит все там же на окне, подзаряжая пауэрбанк, других применений для нее пока что не нашел, но любители что-то мастерить своими руками могут использовать ее например для маленького робота, или чего-то еще.

И конечно же кот, для хорошего настроения!)

mysku.ru

Солнечные батареи: принцип работы, как сделать своими руками в домашних условиях

Использование солнечной энергии для обеспечения жизненных потребностей в 21 веке является актуальным вопросом не только для корпораций, но и для населения. Теперь использование солнечных батарей для получения экологической электроэнергии привлекает много людей своей доступностью, автономностью, неиссякаемостью и минимальными вложениями. Теперь эти явления настолько привычны и обыденны, что уже давно прочно обосновались в нашу каждодневную жизнь.

Данный источник электроэнергии используется для освещения, функционирования бытовых электроприборов и отопления. Уличные фонари на солнечных батареях используются повсеместно в городской черте, на дачных участках и территориях загородных коттеджей.

Содержание

Принцип работы солнечной батареи

Устройство предназначено для непосредственного преобразования лучей солнца в электричество. Этот действие называется фотоэлектрическим эффектом. Полупроводники (кремневые пластины), которые используются для изготовления элементов, обладают положительными и отрицательными заряженными электронами и состоят их двух слоев n-слой (-) и р-слой (+). Излишние электроны под воздействием солнечного света выбиваются из слоев и занимают пустые места в другом слое. Это заставляет свободные электроны постоянно двигаться, переходя из одной пластины в другую вырабатывая электричество, которое накапливается в аккумуляторе.

Как работает солнечная батарея, во многом зависит от ее устройства. Первоначально фотоэлементы изготавливались из кремния. Они и сейчас очень популярны, но поскольку процесс очистки кремния достаточно трудоемок и затратен, разрабатываются модели с альтернативными фотоэлементами из соединений кадмия, меди, галлия и индия, но они менее производительны.

КПД солнечных батарей с развитием технологий вырос. На сегодняшний день это показатель возрос от одного процента, который регистрировался в начале столетия, до более двадцати процентов. Это позволяет в наши дни использовать панели не только для обеспечения бытовых нужд, но и производственных.

Технические характеристики

Устройство солнечной батареи довольно простое, и состоит из нескольких компонентов:

  • Непосредственно фотоэлементы / солнечная панель;
  • Инвертор, преобразовывающий постоянный ток в переменный;
  • Контроллер уровня заряда аккумулятора.

Аккумуляторы для солнечных батарей купить следует с учетом необходимых функций. Они накапливают и отдают электроэнергию. Запасание и расход происходит в течение всего дня, а ночью накопленный заряд только расходуется. Таким образом, происходит постоянное и непрерывное снабжение энергией.

Чрезмерная зарядка и разрядка батареи укорачивает ее эксплуатационный срок. Контроллер заряда солнечной батареи автоматически приостанавливают накопление энергии в аккумуляторе, когда он достиг максимальных параметров, и отключают нагрузку устройства при сильной разрядке.

(Tesla Powerwall — аккумулятор для солнечных панелей на 7 КВт — и домашняя зарядка для электромобилей)

Сетевой инвертор для солнечных батарей является самым важным элементом конструкции. Он преобразовывает полученную от солнечных лучей энергию в переменный ток различной мощности. Являясь синхронным преобразователем, он совмещает выходное напряжение электрического тока по частоте и фазе со стационарной сетью.

Фотоэлементы могут соединяться как последовательно, так и параллельно. Последний вариант увеличивает параметры мощности, напряжения и тока и позволяет устройству работать, даже если один элемент потеряет функциональность. Комбинированные модели изготовлены с использованием обеих схем. Эксплуатационный срок пластин около 25 лет.

Установка солнечных батарей

Если конструкции будут использоваться для электрообеспечения жилых пространств, то место установки следует выбирать тщательно. Если панели будут загорожены высотными зданиями или деревьями, то трудно будет получить необходимую энергию. Их необходимо разместить там, где поток солнечных лучей максимален, то есть на южную сторону. Конструкцию лучше установить под наклоном, угол которого равен географической широте месторасположения системы.

Солнечные панели должны размещаться таким образом, чтобы хозяин имел возможность периодически очищать поверхность от пыли и грязи или снега, поскольку это приводит к более низкой способности выработки энергии.

Солнечная батарея своими руками

Те, кто хочет сэкономить, задумываются, как сделать солнечную батарею в домашних условиях самостоятельно, чтобы она обладала необходимыми эксплуатационными параметрами и полностью обеспечивала энергетические потребност. Это особенно актуально для мест отдаленных от главных артерий цивилизации.

Солнечные батареи своими руками в домашних условиях изготавливаются из соответствующих элементов, которые можно купить в открытом доступе в специализированных компаниях или через интернет магазины. Если кремниевые пластины должны приобретаться у производителей, то остальные элементы, такие как лента, рамка, пленка, стекло, припой и прочее можно вполне обнаружить и дома в хозяйстве.

Солнечная батарея своими руками из подручных средств изготавливается некоторыми умельцами из медных листов, зажимов, мощных электроплит, соли и из других материалов. Такие кустарные устройства не смогут полностью обеспечить необходимой электроэнергией и могут использоваться лишь в небольших масштабах.

Лучше всего солнечные батареи купить у производителя, поскольку они обладают гарантией и необходимыми функциональными и эксплуатационными параметрами, и, значит, не подведут. Производство солнечных батарей базируется на применении новейших технологий, которые постоянно развиваются, предлагая более усовершенствованные модели. В зависимости от размеров устройств, они могут использовать для различных целей в местах, где нет снабжения электроэнергией. Они встречаются на калькуляторах, часах, различных мобильных устройствах.

Так, например, рюкзак с солнечной батареей будет незаменимым помощником тех, кто любит путешествовать с комфортом. Он накопит достаточно энергии, чтобы зарядить фонарик для освещения туристической палатки или чтобы во время похода заряжать необходимые гаджеты. Судя по отзывам, солнечные батареи используются часто и с удовольствием для удовлетворения разнообразных нужд не только на природе, но и в быту.

Современные устройства со встроенными солнечными модулями

  • Power bank с солнечной батареей – внешний накопитель с фотоэлементами для преобразования солнечных лучей в заряд аккумулятора. Он обладает несколькими портами и предназначен для зарядки смартфонов или планшетов. Это незаменимое устройство для тех кто, много времени тратят в дороге и пользуются гаджетами. Устройство, зависимо от модели может дополняться различными функциями, как, к примеру, фонариком.
  • Робот конструктор – наборы с различными элементами, из которых можно собрать несколько конструкций, которые двигаются автономно. Это лучшая игрушка для любознательных детей. Робот конструктор на солнечной батарее купить интересно будет не только малышам, но и вполне взрослым дяденькам, поскольку захватывающим является не только движение робота, но и сам процесс сборки.
  • Уличные садовые светильники на солнечных батареях – идеальное решение для сада, огорода или приусадебного участка. Благодаря накопленному заряду они будут светиться всю ночь. Для этого не нужно прокладывать специальную проводку. Их можно брать с собой на рыбалку или семейный поход. Чрезвычайная мобильность, компактность и удобство делают фонари самыми востребованными изделиями на солнечных батареях.

Возможности эксплуатации настолько разнообразны, а технологии так быстро развивается, что скоро солнечные модули охватят все сферы жизни современного человека.

mbhn.ru

Солнечная батарея на балконе: использование аккумуляторов / Habr

Привет Geektimes! Данная статья является продолжением предыдущей части, про опыт установки 100-ваттной солнечной батареи на балконе. В первоначальном варианте к батарее был подключен DC-DC преобразователь, от которого можно заряжать различные домашние устройства. Следующим шагом было решено добавить возможность накопления энергии для использования в вечернее и ночное время.
Что получилось, подробности под катом.

Теория


Как говорилось в предыдущей части, несмотря на не оптимальные углы установки и малое количество панелей (2х50Вт), солнечная панель в принципе работает. Но дальше возникает вопрос что делать как эту энергию использовать.

Вариантов несколько:

1) Использовать энергию только по мере надобности, например для зарядки планшета. В плане КПД это самый плохой вариант — днем когда светло, все на работе, да и использовать 100-ваттную панель для зарядки телефона слишком избыточно — 95% светлого времени солнечная панель стоит неподключенной.

Опционально, можно просто подключить готовый USB power bank, например на 10000мАч. Работать будет, но решение во-первых, неинтересное в плане творчества, во-вторых, максимальная мощность для зарядки по USB около 10Вт, т.е. уже для 50-ваттной панели большая часть энергии будет пропадать впустую (хотя для пасмурной погоды сойдет). Ну и в-третьих, выбор подключаемых по USB устройств не так уж велик.

2) Отдавать энергию в электросеть (технология grid tie), чтобы она использовалась другими электроприборами. В принципе, это современный и наиболее используемый в частных домах вариант. Очень удобно, ничего не пропадает, все что сгенерировалось, отдается в сеть, количество требуемых компонентов минимально. Для моего балкона оно увы, не заработало — рекомендуемая мощность панелей для нормальной работы инвертора от 200Вт, а увеличивать число панелей еще в 2 раза уже не входило в бюджет. Да и экономического смысла большого не было — окна выходят на восток, и прямые солнечные лучи попадают на них только утром до 11-12 часов дня.

3) Накапливать энергию в аккумуляторе. Раз первые два способа не подошли, это единственное что остается делать.

Плюсы очевидны:

— Возможность использования запасенной энергии в любое время.
— Возможность подключения к батарее более мощной нагрузки (например электродрель не заработает от солнечной панели, а от аккумулятора легко).
— Возможность использования разнообразных устройств, рассчитанных на 12В — светодиодные лампы, зарядки для ноутбука и пр.
— Опциональная возможность подключения инвертора на 220В, и как бонус, появление в доме резервного источника питания на случай отключения электричества.
Минус тоже очевиден: батареи в таких системах это самый недолговечный, весьма дорогой, да и экологически вредный компонент. Но последний минус мы наоборот обратим в плюс — батареи могут использоваться повторно (примерно то же, что по слухам, делает Маск в своих Tesla Powerwall).

Полезных для нас видов аккумуляторов мы выделим два:

Свинцовые и их разновидности: гелевые, щелочные, автомобильные, от UPS и пр. Дешевы, пожаробезопасны, но на этом плюсы заканчиваются. Количество циклов невелико, масса и габариты неудобны. В то же время, это самый дешевый и простой вариант — и дешево, и просто, и «накосячить» тут невозможно. Цена контроллера заряда на eBay менее 1000р, аккумулятор можно купить в любом ближайшем магазине.

Литиевые. Их много разных видов, и запутаться куда легче.
«Традиционные» литий-ионные: напряжение 3.7В, максимальное напряжение зарядки 4.2В, минимальное напряжение 3.0В. Не любят перезаряда (число циклов снижается кардинально), и гипотетически (при отсутствии защиты и нарушении режима эксплуатации) пожароопасны.
Литий-железо-фосфатные (LiFePO4): напряжение 3.2В, максимальное напряжение зарядки 3.65В, минимальное напряжение 2В. Пожаробезопасны, судя по тестам, даже при КЗ лишь воняют, но не горят.

Литий-титанатные (Li4Ti5O12): напряжение 2.4В, максимальное напряжение зарядки 2.85В, минимальное напряжение 1.8В. Пожаробезопасны, плюс имеют большое количество циклов (по разным источникам, от 7000 до 15000), что делает их практически «вечными». Минус в том, что напряжение минимально, да и купить их непросто.

Более подробно описание разных видом, с их плюсами и минусами, можно почитать здесь. Очевидно, что каждому типу аккумуляторов нужен свой режим заряда, и в общем случае зарядные устройства несовместимы с разными типами ячеек, если в настройках нет возможности выбора. Попытка зарядить LiFePO4 обычным зарядником «для лития» до напряжения 4.2В просто испортит батарею.

В итоге, из всего разнообразия, было решено остановиться на самом простом и проверенном варианте: литий-ионных батареях форм-фактора 18650.

— Это самый популярный форм-фактор, такие батареи используются в ноутбуках, шуруповертах, powerbank-ах и пр.
— Такие батареи легко достать, например из б/у ноутбучных батарей, в которых обычно выходит из строя только несколько ячеек, а остальные вполне работоспособны.
— Как следствие предыдущего пункта, повторно используя батареи, мы не только не вредим экологии, а наоборот, даем элементам вторую жизнь.

Здесь можно подробно посмотреть на тестирование таких батарей:

Извлечение и тестирование ячеек из батареи ноутбука



Элементы 18650 несложно купить и новые, а при покупке большими партиями цена батарейки может составлять меньше доллара за штуку. Это позволяет энтузиастам создавать системы типа таких:
Или даже таких (фото с youtube):
Кстати, если кому интересно посмотреть на более-менее профессиональный подход к сборке батарей, делается это так:Youtube видео



Для балкона, столько разумеется не надо. Батареи напряжением 12В и емкостью 8-10Ач для первой итерации вполне достаточно. При желании число элементов можно будет потом увеличить.

В качестве нагрузки планируется во-первых, зарядка всевозможных девайсов, во-вторых, использование 12-вольтовой LED-лампы в качестве вечернего освещения. Дальше будет видно, в зависимости от того сколько энергии удастся собирать.

Практика


Для сборки системы нам потребуется ряд компонентов. Все довольно-таки дешевое, космических цен здесь нет.

1. Контроллер заряда


Контроллер является логическим центром всей системы, он берет энергию от солнечных батарей и заряжает ею аккумуляторы, также включает и отключает нагрузку, если батареи слишком разрядились. Цена вопроса от 15$ за дешевый контроллер как на фото, этого вполне достаточно. Главное чтобы в контроллере была возможность настраивать напряжение батареи, т.к. напряжение литиевой батареи отличается от свинцовой.

2. Аккумуляторы 18650

У меня не стоял вопрос как максимально сэкономить, поэтому я просто заказал 6 штук на eBay.


По идее, если поспрашивать в сервис-центрах, то старые ноутбучные батареи можно найти практически даром, единственное что для их тестирования понадобится измеритель емкости, цена вопроса около 4$:
Уже заказав аккумуляторы, я понял что проще было-таки купить батарею от ноутбука: ячейки там уже с припаянными выводами, присоединить их было бы проще, да и цена была бы чуть ниже. Видео как аккуратно разобрать батарею, можно посмотреть здесь:Разборка батареи ноутбука



А так, пришлось купить еще держатели для аккумуляторов, впрочем стоят они недорого. Как вариант, можно купить аккумуляторы с уже припаянными пластинами, стоят они чуть дороже.

Кстати, если кто-то решит брать аккумуляторы 18650 на eBay, стоит иметь в виду, что их реальная емкость 2000-3500мАч. Батарей емкостью 9900мАч и выше, не бывает, то что продается на ебее с такой надписью — китайский фейк.

Реальная емкость таких батарей видна на скриншоте с видео от одного из покупателей:


Такую батарею стоило бы взять, только если расчитывать открыть диспут и получить возврат денег от продавца (жуликов надо наказывать). Только месяц ожидания того не стоит, да и батарея с емкостью 500мАч годится только для мусорного ведра.

3. BMS

Чтобы ячейки в батарее заряжались корректно, нужна плата BMS — battery management system. Плата обеспечивает равномерный заряд ячеек, а также отключает заряд/разряд при выходе напряжения за границы допустимых.


Искать проще на eBay по словам 18650 Protection Balance Board.

Примечание: как показало тестирование, данная плата не совместима с контроллером заряда, т.к. в контроллере заряда уже есть задаваемые пороги отключения. Нужна простая плата с балансиром «LiPo Balance Board», все остальное контроллер заряда берет на себя. Подробнее описано в статье про тестирование контроллера.

На схеме условно показаны 3 аккумулятора, в реальности их можно параллелить, и вид батареи может быть примерно такой (фото с сайта продавца):


Кстати, о количестве аккумуляторов в батарее. Их в принципе, много не бывает. Во-первых, даже небольшой недозаряд значительно увеличивает продолжительность жизни батареи — если снизить максимальное напряжение заряда с 4.2 до 4.1В, количество циклов возрастет вдвое, а емкость уменьшится лишь на 10%. Во-вторых, если параллелить ячейки, то зарядные токи также уменьшаются, что уменьшает нагрев и увеличивает продолжительность жизни батареи. Так что по возможности, 12 аккумуляторов лучше чем 9, а 9 лучше чем 6, и так далее, верхний предел ограничен лишь ценой и здравым смыслом.

Не является обязательным, но вполне удобным является прибор для контроля напряжения ячеек, цена вопроса так же около 5$. Он же может работать как балансир ячеек.


Теперь соберем это в кучу, и как говорится, со всем этим попытаемся взлететь. Статья и так получилась большой, так что продолжение в следующей части.

Аналогичный эксперимент от других пользователей можно посмотреть например здесь:

Видео в 3х частях:





PS: Вместо заключения: про безопасность литиевых батарей

В интернете ходит много страшилок о пожароопасности литиевых батарей, да и случаи возгорания действительно иногда случаются, последний epic fail c телефонами Samsung тому пример. Насколько безопасна описанная выше батарея? Еще раз напомним, что ячейки 18650 массово используются в ноутбуках, так что эксплуатация такой системы ничуть не более опасна, чем использование ноутбука, включенного в розетку. Даже более того, элементы здесь имеют лучший температурный режим, чем в закрытом корпусе ноутбука, а защита от перенапряжения является двойной (настройка напряжения в контроллере заряда + наличие платы защиты). И еще более того, токи заряда в «солнечной» системе меньше чем в ноутбуке — здесь нет нужды зарядить аккумуляторы максимально быстро, достаточно если они зарядятся за световой день. Так что шанс возгорания минимален. Но все-таки, надо написать, хотя это должно быть и так очевидно: все эксперименты делаются на свой страх и риск, за возможные негативные последствия автор ответственности не несет.

И разумеется, при создании самодельных девайсов важно помнить, что литиевые батареи запасают в себе достаточно много энергии, так что их важно защитить от короткого замыкания, детей, домашних животных и пр. Также при использовании б/у батарей их следует отобрать и протестировать на емкость и токи заряда/разряда.

habr.com

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о