Ufficio a batteria. Sistema solare con commutazione automatica dei pannelli solari est/ovest e turbina eolica: 11 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Il progetto:

Un ufficio di 200 piedi quadrati deve essere alimentato a batteria. L'ufficio deve contenere anche tutti i controller, le batterie e i componenti necessari per questo sistema. L'energia solare ed eolica caricherà le batterie. C'è un piccolo problema di avere solo opzioni di montaggio a terra ovest ed est per i pannelli solari con una casa allineata nord/sud direttamente tra i pannelli. L'orientamento della casa causa molta ombra sui pannelli laterali est e ovest durante il giorno.

La batteria principale del sistema (24v 100AH) supera il problema dell'ombra e viene caricata utilizzando l'energia solare dall'alba al tramonto per un frigorifero, un congelatore e un computer. La batteria secondaria più piccola (24 V 35 Ah) viene caricata dagli stessi pannelli solari (in ombra e nelle ore di punta del sole) più una turbina eolica. Il banco batterie più piccolo è per monitor/telecamere del sistema di sicurezza da 12 volt, tv, luci e ventilatori.

Questo Instructable si concentrerà principalmente su 4 punti chiave:

1. Configurazione del pannello solare est e ovest: due stringhe di pannelli che avranno diversi livelli di tensione a seconda dell'ora del giorno e un modo per superare questo problema.2. Protezione della batteria. Utilizzo di un interruttore di trasferimento automatico e come costruire il proprio con due semplici componenti per proteggersi dalle batterie in esaurimento.3. Aggiunta di una turbina eolica a un sistema solare in caso di lunghi periodi di giornate senza sole.4. Installazione dell'intero sistema di controllo e delle batterie all'interno dell'area dell'ufficio. La superficie utilizzata è di 2,6 piedi quadrati.

Parti:

2 batterie da 100 AH Banco batterie principale - Collegato in serie a 24 volt a 100 AH utilizzando una sbarra collettrice per tutti i collegamenti negativi

2 batterie da 35AH Banco batterie secondario - Collegato in serie a 24 volt a 35AH utilizzando una sbarra collettrice per tutti i collegamenti negativi

Inverter da 24 volt Inverter da 2000 watt per far funzionare apparecchi da 120 vac

Cavo di calibro 6 che va dal banco della batteria principale al fusibile da 100 amp e alla sbarra negativa

Fusibile da 100 Amp tra inverter e banco batterie 24v

Interruttore di trasferimento automatico per proteggere il banco batterie 24v 100AH da livelli di sottotensione

Solar Controler 40 amp, 1200 watt, 150 volt max ingresso pv

Secondo regolatore solare Per il banco batterie da 24 volt 35AH Ingresso 100 volt max pv

I pannelli solari 8 di questi sarebbero fondamentalmente gli stessi di questo sistema

I cavi con connettori sono costosi ma facili da collegare per distanze più brevi (10 awg)

8 awg extender con connettori sono costosi ma facili da collegare per lunghe distanze (8 awg)

Connettori da pannello per realizzare i tuoi cavi

Relè Est/Ovest per la commutazione tra le due stringhe di pannelli solari

Timer digitale per controllare il relè Est/Ovest

Relè a stato solido per creare il proprio interruttore di interruzione della batteria scarica (per la batteria 35AH)

Dispositivo Low Voltage Protect per il controllo del relè a stato solido (protezione della batteria 35AH)

Convertitore da 24 volt a 12 volt per eseguire gli elementi da 12 volt dai principali banchi di batterie da 24 V, se necessario

Interruttore a coltello DPDT x 2 per indicare quale banco di batterie è collegato alla scatola dei fusibili da 12 volt e per passare da eolico a solare per il banco di batterie da 24 V 35 Ah.

Scatola dei fusibili da 12 volt per distribuire e proteggere tutti i dispositivi da 12 volt

Cavo di collegamento calibro 10 insieme a un altro rotolo di filo che avevo in precedenza

Strumento di crimpatura con capicorda per creare molti cavi di lunghezza personalizzata. Avrei dovuto avere un diverso set di alette

Turbina eolica per lunghi periodi di assenza di sole in caso di interruzione di corrente - collegata al banco batterie 24v 35AH con secondo controller solare

Interruttore a coltello TPDT per il sistema di interruzione della turbina eolica utilizzando 3 resistori per l'interruzione

2 armadi rack audio in legno per i componenti principali dell'intero sistema mantenendo l'ingombro fino a 2,6 piedi quadrati. Li avevo usati da molto tempo.

4 cover in plexiglass per i componenti interni del sistema. Li avevo usati da molto tempo.

Passaggio 1: i pannelli del lato ovest

I primi 4 pannelli sono stati installati pochi mesi fa sul lato ovest.

Questi sono pannelli Renogy da 12 volt 100 watt. Al momento non sono disponibili, ma per riferimento erano su Amazon.

L'ora del giorno nella foto con il gatto Charlie è intorno alle 15:40. I pannelli solari sono legati a due pali da 12'. Questi due pali da 12' sono montati sul ponte, prima praticando due fori sul lato del ponte, quindi facendo scorrere i pali nei fori del ponte. Le altre estremità dei pali da 12' sono imbullonate a due pali da 5' più corti piantati nel terreno. Nella parte inferiore dei pali da 5' ci sono piastre metalliche quadrate orizzontali da 8 . È impossibile che il vento si sollevi da terra. Ho solo avuto la fortuna di trovare i pali da 5' e non posso davvero aggiungere un collegamento ad essi.

È molto facile pulire i pannelli montati così in basso.

Questi pannelli solari sono collegati al relè a partire da 30 piedi di cavo di prolunga da 8 awg, più altri 30 piedi di cavo da 10 awg.

Passaggio 2: i pannelli del lato est

Qui ci sono altri 4 pannelli solari da 12v 100watt sul lato est verso le 15:30. Sono stati installati il 18/10/20.

I pannelli sono montati sul ponte con un palo di montaggio di una parabola satellitare orizzontale e quindi utilizzando due pali da 12 piedi da 1,5 pollici, fascette e alcuni blocchi di cemento con pezzi di mattoni all'estremità (vedi foto).

I cavi per il lato ovest costano quasi quanto un pannello solare! Volevo provare qualcosa di più economico per i cavi del lato est di 50 piedi. Mi sono ricordato di questo trucco da un video di YouTube sull'uso di normali prolunghe, sul taglio delle estremità e sul collegamento dei tre fili. Quindi, ho usato una prolunga da 100 piedi e funziona bene. La dimensione del filo è risultata di circa 10 gauge per entrambi i cavi da 50 piedi che ho realizzato. Con la tensione più alta (80v) proveniente dai pannelli, questo cavo di dimensioni dovrebbe essere o.k. senza troppe perdite per ora. Ho usato questo kit adattatore da 9 pollici 12 AWG per collegare le estremità dei cavi da 50 piedi ai pannelli solari con connettori a torsione.

Passaggio 3: i regolatori solari e il relè - Commutazione dei pannelli del lato est e ovest

I controllori solari:

Il controller solare Main 40 Amp Epever Questo controller serve per caricare il banco batterie 24v 100AH. Questo controller ha una tensione di ingresso massima del pannello solare di 150 volt. La potenza massima in ingresso del pannello è 1.200 (ora il limite per questo sistema).

Il controller solare secondario Epever da 40 Amp Questo controller serve per caricare il banco batterie 24v 35AH. Il caricabatterie ha un ingresso massimo del pannello solare di 100 volt (ora il limite per questo sistema) e una potenza massima in ingresso di 1.500. C'è anche una turbina eolica con il suo controller che aiuta a caricare questo banco di batterie.

Il relè:

Una metà del relè DPDT (doppio polo a due vie) viene utilizzata per commutare tra i 4 pannelli solari est e 4 ovest, collegandoli al controller principale. L'altra metà del relè commuta i pannelli solari per il controller secondario. Ecco a cosa è impostato il tempo di commutazione ora, per tutti i giorni della settimana:

Dalle 7:00 alle 12:00 Il timer digitale accende il RELÈ da 80 AMP che collega/commuta i 4 pannelli del lato est al controller di carica principale (e al banco di batterie 24v 100AH). Nota: il relè assorbe circa 6 watt di potenza dal sistema per queste 6 ore. In questo momento anche i 4 pannelli del lato ovest sono commutati sul controller di carica secondario (caricando il banco batterie 24v 35AH). Dovrebbe esserci una buona potenza di carica dalle 10:00 alle 13:00 dai pannelli ovest. Dalle 12:00 alle 7:00 Il timer digitale spegne il RELÈ che collega/commuta i 4 pannelli del lato ovest al controller di carica principale. Il relè ora non prende energia dal sistema. Anche i 4 pannelli est sono passati al controller di carica secondario in questo momento. Dovrebbe essere una buona ricarica per altre 2 ore (dalle 13:00 alle 15:00).

Vedere l'immagine del relè per informazioni sul cablaggio e lo schema del circuito principale al punto 9.

I fili negativi dalle stringhe del pannello solare est e ovest sono legati insieme e vanno a un interruttore di interruzione prima di collegarsi agli ingressi negativi dei regolatori solari. Avevo l'interruttore di interruzione negativo in giro e l'ho appena aggiunto. Questo non si riflette nel disegno principale. Qualsiasi tipo di interruttore ad alto amplificatore dovrebbe funzionare bene, ma non è necessario.

Passaggio 4: il banco batteria principale da 24 Volt 100 Ah e l'inverter

Attualmente, il banco batterie principale è composto da due batterie da 12 volt 100AH in serie che formano un banco batterie da 24 volt 100AH. Un inverter 24v 2000 watt viene utilizzato per alimentare un frigorifero, un congelatore, un computer o un forno a microonde. C'è un fusibile da 100 ampere tra l'inverter e il banco batterie principale. Per questi articoli da 120 vac, c'è una ciabatta che esce dall'interruttore di trasferimento automatico.

Il sistema utilizza batterie sigillate e non dovrebbe perdere gas idrogeno. Avevo un rilevatore di co2 e ho letto che rileveranno anche il gas idrogeno, quindi l'ho installato. A breve verrà aggiunto un sistema di ventilazione.

Passaggio 5: salvataggio del banco batterie principale da 24 volt 100 Ah da bassa tensione

L'interruttore di trasferimento automatico da 50 A 5500 Watt di Spartan è di circa $ 115. Sarebbe divertente anche costruirne uno.

È possibile preimpostare il livello di bassa tensione della batteria con questo per interrompere automaticamente tutta la potenza utilizzata dall'inverter da 2000 watt. Quindi commuta l'alimentazione per gli elementi del condizionatore in rete, assicurando che le batterie non si scarichino oltre il livello di pericolo. Non puoi notare il passaggio istantaneo.

Questo dispositivo lascerà quindi che le batterie si carichino fino a un punto più alto, prima di tornare nuovamente alla carica della batteria. Il dispositivo assorbe costantemente 6 watt di potenza quando passa alla modalità di alimentazione dell'inverter.

È facile collegarsi. Basta collegare l'inverter all'ingresso etichettato "inverter". Collega gli apparecchi che normalmente sarebbero stati collegati al tuo inverter alla sezione "uscita". Collega l'alimentazione della tua casa alla sezione "alimentazione pubblica". Infine, collega il banco batterie del tuo sistema solare principale (dopo il fusibile) alla sezione "batteria". Tutte e tre le masse A/C si collegano insieme su una mini sbarra separata. Vedere lo schema del circuito principale.

Passaggio 6: il banco batterie secondario 24v 35AH. Aggiunta di una turbina eolica e dell'interruttore per solare o eolico

Il controller solare secondario di questo sistema solare e il banco batterie 24v 35AH mantengono i pannelli solari sempre in uso. A causa della configurazione est/ovest, la maggior parte dell'energia del pannello solare va al banco batterie da 100 Ah e meno energia va al banco delle batterie da 35 Ah (che ne richiede meno). Il banco batterie da 35 Ah può essere commutato all'energia eolica durante tutte le ore di sole non di punta.

La turbina eolica A/C è stata aggiunta principalmente per lo scenario peggiore di lunghe interruzioni di corrente e molte giornate nuvolose. Dovrebbe esserci abbastanza energia eolica per mantenere carichi i telefoni cellulari e i laptop insieme ad alcuni elementi a 12 volt in esecuzione (radio, tv e luci).

Il kit di turbine eoliche da $ 130 Yaegarden da 400 W con controller di Amazon sembrava un buon affare dopo una piccola ricerca. Viene fornito con un controller di carica della batteria 12v / 24v.

Ho usato una staffa angolare per aiutare a montare la turbina su un palo. È possibile rimuovere la parte centrale dell'antenna principale da questa staffa e utilizzare quel foro per il fissaggio a uno dei 4 fori del pezzo circolare di montaggio della turbina (vedi foto).

Nella parte superiore dell'armadio del sistema, c'è un monitor video collegato a una telecamera puntata sulla turbina eolica. È bello vedere cosa sta succedendo con la velocità della turbina guardando i contatori. È anche divertente vedere l'interruzione in azione.

Per passare dalla modalità di carica solare o eolica, viene utilizzata la metà di un interruttore a coltello DPDT. I fili di terra del caricatore solare e del regolatore/caricatore eolico sono collegati alle sbarre collettrici di terra del sistema principale

È bene avere un sistema di interruzione per impedire alle pale di girare quando la turbina non sta caricando le batterie.

L'interruttore TPDT viene utilizzato per passare dalla modalità di esecuzione alla modalità di interruzione. Questo viene fatto prima collegando i 3 fili A/C provenienti dalla turbina eolica alla sezione comune dell'interruttore. L'interruzione (tre resistori da 100 watt da 10 ohm) si trova sul lato A dell'interruttore e il controller del vento si trova sul lato B dell'interruttore.

Passaggio 7: la scatola dei fusibili da 12 Volt, l'interruttore del banco batterie e il convertitore da 24v a 12v

La metà di un interruttore DPDT dirige l'alimentazione dal banco batterie principale 24v 100AH o dal banco batterie secondario 24v 35AH, al convertitore CC da 24 volt a 12 volt.

L'uscita a 12 volt del convertitore è collegata all'ingresso della scatola dei fusibili a 12 volt.

Per distribuire l'alimentazione a 12 volt, ci sono attualmente tre scatole per progetti di piccoli circuiti con voltmetri digitali installati insieme a jack a banana che partono dalla scatola dei fusibili. Ho già bruciato un fusibile. È sempre bene avere i fusibili!

Ecco un'immagine di una barra della morsettiera collegata alla scatola da 12 volt con spine a banana. Il circuito è un amplificatore audio a 12 volt per il sistema tv. Anche il timer digitale per il relè è collegato alla scatola dei fusibili.

Passaggio 8: salvare il banco batterie secondario dalla sottotensione

Per il banco batterie 24v 35AH, sono necessari solo due elementi per costruire il proprio dispositivo di protezione della batteria sottotensione.

1. Il controller di scarica della batteria al litio TeOhk XY-CD60. NOTA* l'adesivo dello schema elettrico su questa unità è sbagliato. Aprilo e guarda i segni sul circuito.

2. Un relè normale ad alto amplificatore o un relè a stato solido.

Quando il controller TeOhk XY-CD60 rileva una bassa tensione preimpostata, attiverà il relè per scollegare la batteria da tutti i carichi. Vedere lo schema del circuito principale.

Se stai usando batterie al litio, puoi lasciarle scaricare fino a circa l'80% (credo). Ma se si utilizzano batterie di tipo AGM/sigillate o al piombo, non si dovrebbe mai lasciare che le batterie scendano al di sotto del 50%. Ho letto di non lasciare che le batterie sigillate da 12 volt scendano al di sotto di 11,2 volt (22,4 volt per due batterie in serie).

Passaggio 9: schema del circuito principale

Schema circuitale disegnato a mano speciale.

Passaggio 10: test dell'interruttore del pannello est-ovest dall'alba alle 14:00

Sarà una fantastica giornata fuori. 54 gradi ora alle 8 del mattino. L'alba di oggi è stata alle 6:58.

Il vento è piuttosto forte. Attualmente il banco batterie 24v 35AH è a 25,4 volt. Terremo accesa la turbina eolica per quel banco di batterie tutto il giorno e vedremo come va più tardi. [Finito a 26,0 volt]

14/11/20, Sistema principale (banco batterie 24v 100AH)

Test di commutazione manuale est/ovest:

8:00 prova. Con il controller solare spostato sul lato est, la lettura è 27,6 V @ 1,5 A o 41 watt.

Se cambio manualmente il controller sui pannelli ovest, otteniamo solo una lettura di 27,5 V a 0,1 ampere o 2,75 watt.

I risultati dei test durante la giornata:

8:00 >> est = 41 watt ovest = 2,75 watt

9:00 >> est = 78 watt ovest = 7 watt

11:00 am >> est = 120 watt ovest = 80 watt

12:18 >> est 99 watt ovest 105 watt

14:00 >> est 153 watt ovest 168 watt

Vogliamo che il banco di batterie principale utilizzi sempre il lato con il wattaggio più alto. Quindi, sembra che intorno alle 12:00 vada bene spegnere il relè e passare ai pannelli ovest

Passaggio 11: Tramonto - Livello di tensione

Con i pannelli solari cablati della serie 4, le batterie si caricheranno quasi fino al tramonto. Stavamo ricevendo circa 26 volt dai pannelli ovest quando è stata scattata questa foto (non c'è molta corrente).

Si prega di votare per questo progetto nel concorso Battery Powered.

Grazie!

Joe