1. Залізо
2. тестування
3. висновок

Привіт geektimes.

Дана стаття є продовженням попередньої частини, про туристичне зарядний пристрій " Anker Solar 21Вт ". Ідея використання сонячної батареї для зарядки різних гаджетів мені здалася досить перспективною, але звичайно, 21Вт в якості універсальної зарядки мало - хочеться мати можливість заряду не тільки в сонячну погоду, а для цього потрібен запас по потужності. Тому були куплені повноцінні сонячні панелі і розпочаті експерименти з ними.

Що з цього вийшло, подробиці під катом.

Залізо

1. Сонячна панель

Тут є різні варіанти, але на балконі основним обмеженням є наявність вільного місця. Для розуміння порядку цін, батарея на 50Вт коштує приблизно 5000руб і виглядає так:

Розміри панелі в мм - 540x620x30, вага 4кг.

Балкони за розміром бувають різні, виходячи з габаритів панелей, цілком без проблем можна помістити 2 або 4 штуки, більше вже не влізе. Для тесту було куплено 2 панелі по 50Вт. Така батарея дає близько 18В під навантаженням або 24В без неї, значить при використанні 2х батарей потрібно розраховувати на сумарну напругу до 50В (наприклад багато dc-dc перетворювачі штатно працюють до 30В). Можна з'єднати батареї і паралельно, але тоді втрати через довжину проводів будуть трохи вище.

2. Контролер

Тут є 2 варіанти:

- Сонячні панелі + контролер + акумулятор

Це класична конструкція: контролер заряджає акумулятор коли є сонце, користувач коли йому треба, цю енергію використовує.

Переваг у даної системи кілька:
- енергією можна користуватися коли завгодно, а не тільки коли світло,
- можливість підключення інвертора і отримання на виході 220В,
- як бонус, резервне джерело в будинку на випадок відключення електрики.

Недолік один: використання акумулятора великої ємності в корені вбиває екологічність ідеї даного заходу. Число циклів заряду / розряду акумуляторів обмежена, вони не люблять перерозряду, до того ж і акумулятори та контролери досить-таки дорогі. Ціна контролера становить від 1000р за найдешевшу ШІМ-версію, до 10000-20000р за дорожчу (і ефективну) версію з підтримкою MPPT (що таке MPPT можна почитати тут ). Ціна акумулятора складає від 5000р за звичайний гелевий акумулятор на 40-50А * год, деякі використовують батареї LiFePo4, вони зрозуміло дорожче.

- Grid-tie инвертер

Ця технологія найбільш перспективна на даний момент.

Суть в тому, що конвертор перетворює і віддає енергію відразу в домашню електромережу. При цьому споживана від загальної мережі енергія зменшується, домовик електролічильник фіксує менші свідчення.

В ідеалі, якщо сонячні панелі дають достатньо енергії для всіх споживачів, значення на електролічильнику взагалі не буде рости. А якщо споживання квартири / будинку менше, ніж вироблення сонячних панелей, то лічильник буде фіксувати «експорт» енергії, що має враховуватися компанією-постачальником електрики. У Росії правда така схема поки не працює - більше того, більшість старих електролічильників вважають енергію «по модулю», тобто за віддається енергію ще й доведеться платити. Начебто у 2017 році питання мікрогенераціі на законному рівні обіцяли почати вирішувати. Але втім для панелей на балконі все це має лише теоретичний інтерес - їх вироблення занадто мала.

Ціна grid-tie інвертора становить від 100 $, в залежності від потужності. Окремо варто відзначити мікроінветори - вони ставляться прямо на батарею, і віддають відразу мережеве напруга, однак рекомендована потужність панелей становить не менше 200Вт. Інвертор кріпиться прямо на задній стінці сонячної панелі, це дозволяє з'єднувати їх так:

Але для балкона це зрозуміло, неактуально.

тестування

Насамперед було цікаво з'ясувати, яку реальну потужність можна отримати з сонячних панелей. Для цього за 15 $ була куплена плата АЦП ADS1115 для Raspberry Pi:

Використовувати її просто, вхідна напруга ділиться дільником і подається на аналоговий вхід, на виході маємо цифрові значення. Вихідні тексти для роботи з АЦП можна взяти тут: https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_ADS1x15 . Також був куплений датчик струму ACS712, датчик напруги був зроблений з купки резисторів (будинку знайшлися тільки одного номіналу). Як навантаження була встановлена ​​звичайна лампочка на 100Вт. Зрозуміло, від 48 вольт вона не горіла (лампочка розрахована на 220), а лише ледве-ледве світилася. Опір спіралі становить 42 Ома, що за напругою дозволяє приблизно оцінити потужність (хоча у лампи розжарювання опір нелінійно, але для грубої прикидки зійде).

Перша тестова версія виглядала так:

Исходник був допив, щоб дані і поточний час зберігалися в CSV, також на Raspberry Pi був запущений web-сервер, щоб завантажувати файли по локальній мережі.

Результати за звичайний цілком ясний день з мінливою хмарністю виглядають так:

Видно що пік напруги доводиться на ранній ранок, що є наслідком неправильної установки панелей - в ідеалі вони не повинні стояти вертикально.

А ось так виглядає «провал» в день, коли набігли хмари, і пішов дощ:

З огляду на напруження в 44У і опір нитки розжарення лампи в 42Ома, можна грубо прикинути (нелінійність опору лампи ігноруємо), що в кращому випадку отримується потужність P = U * U / R = 46Вт. На жаль, ККД 100-ватної панелі при вертикальній установці не дуже хороший - сонячні промені падають на панель не під прямим кутом. У гіршому випадку (ясно, без опадів) потужність падає навіть до 10 Вт. Взимку і влітку сумарна отримується енергія також буде відрізнятися.

Досвід з віддачею енергії безпосередньо в мережу виявився невдалим: 500-ватний инвертер від 45 ват просто не заробив. В принципі це було очікувано, так що інвертор залишений на майбутнє до переїзду на місце з балконом побільше.

У підсумку, враховуючи рішення відмовитися від буферних акумуляторів, єдиним робочим варіантом виявилося використання dc-dc конверторів безпосередньо: наприклад ось такий конвертер може заряджати будь-які USB-девайси, на його виході вже є і USB-роз'єм:

Є думка також знайти dc-dc-конвертер для зарядки ноутбука, їх вибір на eBay досить великий.

висновок

Дана система має експериментальний характер, але в цілому можна сказати що воно працює. Як видно з графіку, приблизно з 7 ранку і до 17 вечора віддається панелями потужність більш 30Вт, що в принципі не так уже й погано. У зовсім похмуру погоду результати зрозуміло гірше.

Про економічну доцільність мови зрозуміло не йде - при виробленні 40Вт * год по 7 годин, за тиждень буде вироблено 2КВт * год. Окупність в цінах свого регіону кожен може прикинути самостійно. Питання зрозуміло не в ціні, а в отриманні досвіду, що завжди цікаво.

Але куди подіти енергію, питання поки відкрите. Використовувати 40Вт для зарядки USB-пристроїв це надто великій кількості. На eBay є grid tie інвертори на 300Вт з робочою напругою 10.5-28В, однак відгуків по ним мало, а витрачати 100 $ на тест не хочеться. Якщо відповідне рішення так і не знайдеться, можна вважати що одна 50-ватна панель є оптимумом для балкона - нею можна заряджати різні гаджети, надмірність в цьому випадку мінімальна.

По крайней мере, вже зараз всі домашні цифрові пристрої (телефони, планшет) переведені на «зелену енергію» без особливих клопотів. Є думка все-таки розглянути використання буферного LiFePo4 акумулятора - але питання вибору і акумулятора і контролера поки відкрите.

Далі буде :)

Автор: DmitrySpb79

джерело