Солнечная батарея на балконе: тестирование аккумулятора и BMS

Солнечная батарея на балконе: тестирование аккумулятора и BMS

Привет Geektimes! В предыдущей части кратко рассказывалось о компонентах, необходимых для накопления энергии от солнечной батареи, теперь перейдем к тестированию компонентов. Хотелось протестировать обе основные части — контроллер солнечной панели (Solar charge controller) и BMS (Battery Management System), но скорость работы почты внесла свои коррективы. Поэтому начнем только с BMS, а остальные детали пришлось взять из тех, что нашлись под рукой.

Что получилось, подробности под катом.

Заряд аккумулятора

Как говорилось ранее, для работы с аккумулятором используется Battery Management System — это плата, которая делает сразу несколько полезных функций:

— обеспечивает равномерность заряда ячеек,
— обеспечивает защиту батареи от перезаряда, что крайне вредно и даже пожароопасно для литиевых батарей,
— обеспечивает защиту батареи от переразряда, что также вредно для батареи, хоть и не пожароопасно.

В моем случае была заказана плата 18650 Protection Balance Board (еще раз важно отметить наличие на плате обеих компонентов protection и balance, бывают платы где есть что-то одно), которая выглядит так:

image

Стоимость платы составляет 8$, и некоторые читатели выразили сомнение в качестве ее работы. Это мы также проверим. В предыдущей части были вопросы, так что еще раз поясню, что 3 «батарейки» на схеме показаны условно, каждая ячейка в реале может состоять из спараллеленных нескольких (так собственно и делается в ноутбуках).

Компоненты

Для подключения BMS в старых запасах были найдены недостающие компоненты.

1) Литий-ионная батарея 3S1P с Hobbyking емкостью 2.1Ач:

Это не формфактор 18650, но химия ячеек та же самая, так что разницы по сути нет.

2) Понижающий dc-dc конвертер:

С помощью этого преобразователя напряжение будет подаваться на BMS. Мощность преобразователя 15Вт, так что по большому счету, он не подходит к 100-ваттной панели. Однако погода была пасмурная, так что для теста сойдет. На преобразователе было выставлено максимальное значение для LiPo 4.2*3 = 12.6В.

Правильный алгоритм заряда LiPo выглядит примерно так:

В первой фазе батарея заряжается постоянным током (CC, constant current) до достижения напряжения 4.2В на ячейку. Затем данное напряжение поддерживается зарядным устройством (режим CV, constant voltage), до тех пор пока ток заряда не упадет до минимального значения.

Наш алгоритм заряда будет «немного» более упрощенным. Остается только лишь первая фаза СС, в которой ток лишь условно будет constant, т.к. сила тока от солнечных панелей постоянно меняется. Однако ничего плохого в этом нет, наоборот, заряд более низкими токами продлевает жизни батареи. Отсутствие второй фазы CV приведет лишь к тому, что батарея будет заряжена примерно на 80%, однако прочих параметров батареи это не ухудшит. Вреда для батареи от недозаряда также нет, скорее наоборот.

Заряд

Для тестирования была взята литий-ионная батарея, напряжение на ячейках было разным, и составляло соответственно 3.13, 3.47 и 3.44В. «На коленке» все вышеописанные компоненты были собраны и подключены вместе.

Облачность была переменной, и даже с кратковременным дождем. Мощность, получаемая от солнечной панели составила от 2 до 18Вт. Были опасения за работу преобразователя, который на ощупь был весьма теплым, но его температура на самом деле оказалась вполне невысокой.

BMS вообще не грелась, элементы были лишь на 1-2 градуса теплее фона. Аккумулятор был также холодным.

Наконец, где-то через 3.5 часа напряжение на индикаторе достигло 12.5В, а потребляемый ток стал равен нулю — BMS отключила батарею от заряда. Для тех кто не верил в возможность работы BMS за 8$ — измеренное мультиметром напряжение на ячейках составило 4.18, 4.18 и 4.18В. Это чуть меньше чем 4.2В, но укладывается в заявленные для LiPo tolerance +/–50mV/cell.

Разряд

Для разряда, к батарее, также через BMS, был подключен кусок светодиодной ленты в качестве «вечернего» освещения:

Конечно LED-лампа на 12В была бы удобнее, но у меня ее нет. Лента светила примерно 2.5 часа вечером, в качестве фонового света. Утром к батарее через dc-dc преобразователь со встроенным USB-выходом был на подзарядку включен смартфон:

Оставшегося в аккумуляторе заряда хватило, чтобы зарядить смартфон с 15% до 75%, затем BMS отключила батарею. Оставшееся после отключения напряжение на ячейках батареи составляло 3.18, 3.51 и 3.45В соответственно, что опять-таки, укладывается в нормы. Как можно видеть, BMS отключила батарею, как только напряжение хотя бы на одной ячейке опустилось ниже нормы.

Заключение

Можно сказать, что BMS работает как ожидалось — выравнивает напряжение ячеек при заряде, и не допускает глубокого разряда. Впрочем, учитывая заявленные производителем параметры «3S 12.6V 25A», было бы странно если бы она не работала — ток от солнечных панелей заметно меньше (даже с учетом вероятного маркетинга и «китайских ватт»).

Даже в таком «тестовом» виде система уже работает, позволяя днем накапливать солнечную энергию, а вечером ее использовать. Пиковая мощность на ватт-метре была около 30Вт при силе тока около 2А, можно грубо прикинуть что за полдня можно зарядить батарею 12Ач, т.е. с некоторым запасом хватит батареи на 20Ач (опять же, батарей много не бывает, в пасмурные дни выработка меньше). Этого хватит для вечернего освещения LED-лампой 1-3Вт и для зарядки всех гаджетов.

Батарея от rc-моделей с Hobbyking была поставлена как временное решение, исключительно для теста. Эти батареи не тестировались в режиме постоянной работы, так что рекомендовать ее к покупке в таком качестве я не могу. В то же время, каких-либо проблем в ее работе также не было — токи разряда 1-2А для этих батарей просто смешные (для сравнения, в квадрокоптере при полете ток 20-25А).

В следующей части будет рассказано о Solar Charge Controller, и о том как все это работает вместе. Stay tuned.

  • солнечная энергия
  • солнечная батарея
  • аккумулятор
  • Энергия и элементы питания
  • DIY или Сделай сам
  • Экология
  • Электроника для начинающих

Что такое генератор на солнечных батареях и время его работы

Сколько проработает солнечный генератор на одной зарядке?

Время работы солнечного генератора зависит от емкости батареи, степени заряда батареи и мощности, потребляемой подключенными устройствами. Вам необходимо рассчитать, сколько энергии потребляют ваши электрические устройства, прежде чем покупать портативный генератор.

Солнечный генератор как рассчитать время работы

Определение требований к электропитанию указывает на требуемую мощность портативной электростанции на солнечной энергии. Для сверхмощных устройств требуется такой же большой солнечный генератор, в то время как меньшие электрические устройства, такие как мобильный телефон, могут заряжаться несколько раз с помощью небольшой солнечной батареи.

Читайте дальше, чтобы понять мощность солнечного генератора и рассчитать, сколько энергии вам нужно.

Как долго может работать солнечный аккумулятор для солнечных батарей?

Ожидаемое время работы обычно упоминается в описании продукта большинства топливных генераторов, но это не относится к солнечным генераторам. Вместо того, чтобы посмотреть, как долго работает солнечный генератор, в описании продукта обычно указывается его мощность или емкость аккумулятора.

Как долго солнечный генератор может работать, зависит от емкости батареи, заряда батареи и нагрузки. Как и в случае с топливным генератором, чем больше энергии потребляют подключенные устройства, тем быстрее заканчивается заряд батареи.

Как долго может работать солнечный аккумулятор для солнечных батарей

Мощность солнечного генератора указана в ваттах, а его мощность в ватт-часах в ампер-часах. Чем выше эти цифры, тем мощнее генератор.

Однако мощный солнечный генератор не обязательно подходит для длительного время работы, потому что время работы также зависит от нагрузки. Например, солнечный генератор на 500 ватт может поддерживать светодиодный свет в течение 100 часов, но тот же самый солнечный генератор может управлять мини-холодильником только в течение 10 часов.

Вот почему поиск правильного размера генератора очень важен. Если вам нужен генератор для электроприборов с высокой потребляемой мощностью, то вам нужна большая солнечная батарея, в то время как для легкой работы достаточно маленькой батареи.

Разница между ватт-часами, ваттами, ампер-часами и амперами

Существует разница между ватт-часами и ваттами, а также между ампер-часами и амперами . Не путайте эти термины.

Вам необходимо понять различия между этими терминами, чтобы понять, сколько энергии имеет солнечный генератор и соответствует ли он вашим электрическим потребностям. Вот краткое объяснение их значения и различий.

Мощность батареи солнечного генератора указана в ваттах. Это максимальное количество энергии, которое солнечный генератор может обеспечить в любой момент времени.

Таким образом, 500-ваттный солнечный генератор может обеспечивать электропитание электрических устройств мощностью до 500 ватт. Солнечный генератор мощностью 500 Вт не может питать электрическое устройство, мощность которого превышает 500 Вт.

Емкость аккумулятора указана в ватт-часах. Это общее количество энергии, которое аккумулятор может хранить.

Таким образом, солнечный генератор с 400 Вт-ч имеет в общей сложности 400 Вт запасенной энергии при полном заряде. Игнорируя конкретные нагрузки и время работы, ватт-часы — это общее количество энергии, которое вы можете получить от солнечной батареи.

Сколько проработает солнечный генератор на одной зарядке

Другими словами, мощность батареи — это максимальная выходная мощность, выраженная в ваттах, а емкость батареи — это общее количество накопленной энергии, выраженное в ватт-часах. Думайте о ваттах как о мощности, протекающей от солнечной батареи к электрическому устройству, и о ваттах-часах как о максимальной общей мощности, которую оно может выдавать.

Отношения между ампер-часами и усилителями аналогичны отношениям между ватт-часами и ваттами. Ампер-часы — это общее количество тока, которое может выдавать солнечная батарея, а ампера — это максимальный ток, который протекает.

Ампер-часы менее информативны, чем ватт-часы, потому что вам нужно преобразовать ампер-часы в ватт-часы, чтобы узнать, сколько энергии держит батарея.

Как рассчитать, сколько энергии вам нужно от солнечного генератора

Теперь, когда вы знаете, к чему относится каждый термин, вы можете рассчитать мощность солнечного генератора, используя информацию, представленную в описании продукта.

Далее следует, как рассчитать ваши потребности в электричестве и как рассчитать, сколько энергии имеет солнечный генератор.

РАСЧЕТ НЕОБХОДИМОЙ МОЩНОСТИ

Составьте список всех электрических устройств, которые вы хотите использовать на солнечном генераторе. Запишите их мощность и сколько часов вы хотите их запустить.

Если на устройстве не указана мощность, рассчитайте мощность по заданным усилителям по следующей формуле: Вт = амперы х вольт

Рассчитать общую мощность и общее количество часов работы.

Умножьте общую мощность на общее количество часов работы. Это необходимая емкость батареи или ватт-часы (Вт) для питания ваших электрических нужд.

как рассчитать время работы аккумулятора на солнечных батареях

Некоторые солнечные генераторы могут заряжаться, в то время как батарея также используется для питания электрических устройств с помощью подзарядки. Одновременная зарядка при использовании солнечного генератора означает, что батарея меньшей емкости все еще может удовлетворить ваши потребности.

Это как учитывать время перезарядки в приведенных выше расчетах.

Запишите номинальную мощность солнечных панелей. Добавьте значения мощности вместе при использовании подключенных солнечных батарей.

Сравните общую номинальную мощность солнечных батарей с максимальной скоростью подзарядки батареи (вы можете найти это в руководстве). Более низкий рейтинг — максимальная скорость перезарядки.

Возьмите общую требуемую емкость батареи, которую вы рассчитывали ранее, и разделите ее на максимальную скорость перезарядки. Это время перезарядки батареи.

Время перезарядки батареи = требуемая емкость батареи (Вт) / максимальная скорость перезарядки (Втч)

Время работы солнечного генератора

Если время перезарядки батареи меньше количества часов, в течение которых вы хотите поддерживать работу генератора, то дополнительная зарядка позволяет вам использовать батарею дольше. Если время перезарядки батареи больше, чем время работы, то ваша солнечная батарея будет разряжена.

Итак, как долго работает солнечный генератор, зависит от нагрузки. Рассчитайте, каковы ваши требования к питанию, чтобы решить, какую емкость батареи требуется вашему солнечному генератору для работы в течение длительного времени.

Источник https://habr.com/ru/articles/403873/

Источник https://stroytvoydom.ru/elektrooborudovanie-2/solnechnyj-generator-kak-rasschitat-vremya-raboty/

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *