Lampada solare a bassa tecnologia con batterie riutilizzate: 9 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Questo tutorial ti permette di realizzare una lampada solare dotata di un caricatore USB. Utilizza celle al litio che vengono riutilizzate da un laptop vecchio o danneggiato. Questo sistema, con un giorno di sole, può caricare completamente uno smartphone e avere 4 ore di luce. Questa tecnologia è stata documentata durante uno scalo della spedizione "Nomade des Mers" sull'isola di Luzong nella parte settentrionale delle Filippine. L'associazione Liter of Light ha già installato questo sistema da 6 anni in villaggi remoti che non hanno accesso all'elettricità. Organizzano anche corsi di formazione per gli abitanti del villaggio per insegnare loro come riparare la lampada solare (già 500.000 lampade installate).

Il tutorial originale, e molti altri per costruire tecnologie a bassa tecnologia, sono disponibili sul sito Web di Low-tech Lab.

Il litio è una risorsa naturale le cui scorte sono sempre più utilizzate per auto elettriche, telefoni e computer. Questa risorsa si sta gradualmente esaurendo nel tempo. Il suo maggiore utilizzo nella produzione di batterie è dovuto principalmente alla sua capacità di immagazzinare più energia rispetto al nichel e al cadmio. La sostituzione delle apparecchiature elettriche ed elettroniche sta accelerando e sta diventando una fonte di rifiuti sempre più importante (DEEE: Rifiuti di apparecchiature elettriche ed elettroniche). La Francia attualmente produce da 14 a 24 kg di rifiuti elettronici per abitante all'anno. Questo tasso aumenta di circa il 4% all'anno. Nel 2009, solo il 32% dei giovani francesi di età compresa tra i 18 ei 34 anni ha riciclato i propri rifiuti elettronici. Nello stesso anno 2009, secondo Eco-systèmes, da gennaio a settembre 2009, sono state evitate 113.000 tonnellate di CO2 attraverso il riciclo di 193.000 tonnellate di DEEE, una delle quattro eco-organizzazioni del settore DEEE.

Tuttavia, questi rifiuti hanno un alto potenziale di riciclaggio. In particolare, il litio presente nelle celle delle batterie dei computer. Quando una batteria del computer si guasta, una o più celle sono difettose, ma alcune rimangono in buone condizioni e possono essere riutilizzate. Da queste celle è possibile creare una batteria separata, che può essere utilizzata per alimentare un trapano elettrico, ricaricare il telefono o essere collegata a un pannello solare per azionare una lampada. Combinando più celle è anche possibile formare accumulatori di dispositivi più grandi.

Passaggio 1: strumenti e forniture

Forniture

• Batteria per laptop usata
• Pannello solare 5V-6V / 1-3W Regolatore di carica e scarica (es: Mini caricabatterie USB Arduino Li-ion 4-8V 1A TP4056)
• Convertitore di tensione DC/DC booster DC/DC MT3608 (componente elettrico che trasformerà i 3,7 V delle batterie in 5 V)
• Lampada LED ad alta potenza (es: pulsanti LED 3W)
• Interruttore (per aprire il circuito e spegnere la luce)
• Nastro elettrico
• Scatola

Utensili

Per l'estrazione delle cellule:

• Guanti (per evitare di tagliare con la plastica della batteria del computer o con i nastri di nichel che collegano le celle)
• Martello
• Scalpello
• Pinze da taglio

Per costruire la lampada stessa:

• Pistola per colla (e stick di colla)
• Pistola riscaldante o piccola torcia
• Sega per legno
• Cacciavite

Passaggio 2: come funziona?

Questo tutorial mostra come recuperare le celle del computer per creare una nuova batteria. Alimentato da un pannello solare, o da una porta USB, ti permetterà di accendere una lampada a LED.

Il sistema funziona attorno a tre moduli:

• il modulo di ricezione dell'energia: il pannello solare e il suo regolatore di carica
• il modulo di accumulo di energia: la batteria
• il modulo che restituisce l'energia: la lampada LED e il suo regolatore di tensione

Modulo di ricezione dell'energia: pannello fotovoltaico e regolatore di carica

Il pannello fotovoltaico concentra l'energia del sole. Permette di recuperare la sua energia per immagazzinarla nella batteria. Ma attenzione, la quantità di energia ricevuta dal pannello è irregolare a seconda dell'ora del giorno, delle condizioni meteorologiche… è importante installare un regolatore di carica/scarica tra il pannello e la batteria. Questo sarà protetto contro il sovraccarico, tra le altre cose.

Modulo di accumulo di energia: la batteria

È composto da due celle al litio recuperate da un computer. Per dirla in poche parole, una batteria è un po' come una scatola contenente più batterie: ognuna di esse è una cella, un'unità che fornisce energia al dispositivo per reazione elettrochimica.

Le celle che si trovano nei computer sono celle al litio. Hanno tutti la stessa capacità di immagazzinare energia, ma la loro capacità di produrla è diversa per ciascuno. Per formare una batteria dalle celle è importante che tutte abbiano la stessa capacità di fornire energia. È quindi necessario misurare la capacità di ogni cella di comporre batterie omogenee.

Modulo che rende l'energia: la lampada a LED, la porta USB 5V e il suo convertitore di tensione

La nostra batteria ci fornisce una potenza di 3,7 V e le lampade a LED che abbiamo utilizzato funzionano alla stessa tensione. Inoltre, le porte USB forniscono una tensione di 5V. Occorre quindi trasformare l'energia della cella da 3,7V a 5V: utilizzando un convertitore di tensione chiamato DC/DC booster

Fase 3: Fasi di produzione

Ecco i diversi passaggi necessari per costruire la lampada:

1. Rimozione delle celle dalla batteria del computer
2. Misurare la tensione delle celle
3. Realizzazione dei 3 moduli (pannello solare + luce LED batteria regolatore di carica + regolatore di carica)
4. Collegamento dei 3 moduli
5. Costruire una scatola
6. Integrazione dei moduli nella scatola

Passaggio 4: rimozione delle celle dalla batteria del computer

Per questa parte ti suggeriamo di guardare il seguente tutorial: Riciclo delle batterie.

1. Indossa i guanti per proteggere le mani
2. Metti in posizione la batteria e aprila con un martello e uno scalpello
3. Isolare ogni cella rimuovendo ogni altra parte (come mostrato nella foto).

Passaggio 5: misurare la tensione delle celle e la loro capacità

Misurare la tensione:

Iniziamo misurando la tensione di ogni cella per verificare se funzionano correttamente. Tutte le celle che hanno una tensione inferiore a 3V non potranno essere utilizzate in questo progetto e dovrebbero essere riciclate.

Utilizzando un multimetro, in modalità DC, misurare ogni cella e verificare quelle utilizzabili dal progetto.

Attenzione: se la batteria del computer sembra contenere del liquido all'esterno, non aprire la confezione, il litio è dannoso in dosi elevate.

Capacità di misura:

Per misurare la capacità di una cella, dobbiamo caricarla al massimo e poi scaricarla. Queste celle sono a base di litio e necessitano di un sistema di carica e scarica specifico, di solito la carica massima è di 4, 2 V e quella minima di 3 V. Superare quei limiti danneggerà la cellula.

1. Usa un PowerBank: ti permetterà di caricare più celle contemporaneamente con una porta USB.
2. Carica le celle e attendi che la carica sia completa (tutte le spie dovrebbero essere accese), sarà fatto in circa 24 ore. (Immagine)

3. Le celle saranno cariche al massimo (4, 2V), ora dobbiamo scaricarle. Dovresti usare un Imax B6: uno strumento che permetta di scaricare le celle e verificarne la capacità. Come utilizzare lo strumento:

   1. la tensione: ti chiederà che tipo di celle vuoi controllare, dovresti scegliere quella al litio. Regolerà automaticamente la scarica a 3V minimo.
   2. l'intensità: impostata su 1A per avere una scarica rapida e sicura. In questa condizione, la scarica dovrebbe durare tra 1 ora e 1 ora e mezza.
   3. Collega il magnete alle pinze a coccodrillo, quindi collegalo alla cella, il magnete aiuta a far passare la corrente attraverso l'Imax B6 alle celle. (Immagine)
   4. Scaricare le celle fino a quando non sono completamente vuote.
   5. Annotare la capacità sulla cella. Più alto è, meglio è.
   6. Ordina le tue celle per capacità: 1800 mA.

Nota: è importante creare batterie omogenee, con celle di capacità simile

Step 6: Realizzazione dei 3 Diversi Moduli

Modulo 1: pannello solare e regolatore di carica

• Usa un filo nero e uno rosso, usa una pinza per spellare i fili.
• Saldare il filo rosso sul lato positivo del pannello e quello nero sul lato negativo.
• Il regolatore di carica ha 2 ingressi: IN- e IN+ (che sono indicati sul componente): Saldare il filo rosso (positivo) con l'ingresso IN+ del regolatore di carica e il filo nero (negativo) con l'ingresso IN- (immagine 5).

Modulo 2: Batteria

Inserire la cella al litio nel supporto della batteria

Modulo 3: Convertitore LED / USB

Il convertitore di tensione DC/DC ha due ingressi e due uscite: Ingressi: VIN + e VIN - / Uscite: OUT + e OUT -. Il LED ha due fili di ingresso: uno positivo e uno negativo.

• Prendi due fili (rosso e nero).
• Saldare il filo rosso con l'ingresso VIN+ del convertitore di tensione e il filo nero con l'ingresso VIN-.
• Attenzione: la polarità del filo non è indicata sul LED. Per identificarlo, utilizzare un ohmmetro. Il filo è positivo quando visualizza un valore nullo. Quando mostra un valore più alto, il filo è negativo.
• Saldare il filo positivo del LED all'uscita OUT+ del convertitore di tensione e il filo negativo del LED all'uscita OUT-. (Immagine)

Step 7: Collegamento dei 3 Moduli

Il regolatore di carica ha 2 ingressi: IN- e IN+ (che sono indicati sul componente).

1. Saldare il filo rosso del pannello solare (positivo) all'ingresso IN+ del regolatore di carica e il filo nero (negativo) all'ingresso IN-.
2. Il regolatore di carica ha 2 ingressi: B- e B+ (che sono indicati sul componente). Saldare il filo rosso del portabatteria (positivo) all'ingresso B+ del regolatore di carica e il filo nero (negativo) all'ingresso B-.
3. Saldare il filo rosso (positivo) del modulo convertitore USB/LED all'uscita OUT+ del regolatore di carica. Saldare il filo nero (negativo) all'uscita OUT. Nota: Il circuito elettrico ora è chiuso e la luce si accende.
4. Tagliare il filo positivo che collega il regolatore al convertitore per aprire il circuito e saldare l'interruttore in serie. Servirà per aprire e chiudere il circuito.

Passaggio 8: creazione del caso - Versione 1

Versione 1: Tupperware

Questo design ha origine da Open Green Energy, non esitare a consultare il tutorial originale. Lo condividiamo perché sembra davvero interessante. Tuttavia, la custodia deve essere adattata al nostro circuito, in particolare per l'uscita USB. Prossimamente proporremo un nostro modello ispirato a questo disegno.

Passaggio 9: costruzione del caso - Versione 2

Versione 2: Bottiglia termoformata di grandi dimensioni

Questo modello permette ai circuiti di essere completamente impermeabili, ma richiede materiale specifico:

• Una tanica da 5 litri
• Pannelli di compensato (o legno grezzo) di spessore compreso tra 1 e 2 cm
• Una tacchetta, lunghezza minima 80 cm, larghezza tra 3 e 5 cm

Costruzione delle due basi: Queste sono le due estremità della lampada, quella superiore ospita da un lato il pannello solare e dall'altro il circuito elettrico. L'estremità inferiore viene utilizzata per chiudere la lampada e sigillarla in modo impermeabile.

1. Ritagliare 2 tavole da 15/13 cm e 2 tavole da 11/13 cm.
2. Sovrapporre ogni tavola piccola su una più grande, facendo attenzione a posizionarla esattamente al centro della tavola grande. Ogni coppia di tavole verrà avvitata in seguito.

Nota: Per l'impermeabilità, è meglio verniciare le tavole in anticipo.

Costruire lo stampo:

1. Nella tacchetta, ritaglia 4 porzioni di circa 20 cm.
2. Posizionali in ogni angolo di una delle assi piccole già tagliate (11/13 cm) e avvita ogni porzione di tacchetto con l'asse.
3. Posizionare l'altra tavoletta all'altra estremità delle quattro porzioni e avvitarle allo stesso modo. Il risultato è un parallelepipedo di dimensioni 11/13/20, che servirà per termoformare la bottiglia di plastica.

Termoformare l'involucro della lampada:

1. Ritagliare il fondo della bottiglia da 5 litri e inserirla nello stampo verticalmente (il lato dello stampo di 20 cm deve essere parallelo al lato della bottiglia).
2. Riscaldare lentamente con uno stripper termico su ciascun lato del cuboide. L'estrattore dovrebbe trovarsi a circa 10 cm di distanza dalla bottiglia. Se non si dispone di uno stripper termico, è possibile utilizzare qualsiasi altro tipo di fonte di fiamma (come ad esempio una stufa a gas).
3. Una volta che la bottiglia ha ottenuto la stessa forma dello stampo, continuare a scaldare per cancellare i motivi della bottiglia e allungare adeguatamente la plastica. Fare attenzione a non scaldare troppo vicino alla plastica o troppo a lungo nello stesso punto, altrimenti si formeranno bolle sulla superficie di plastica.
4. Lasciando la bottiglia formata sullo stampo, tagliare di netto a livello dello stampo la parte superiore della bottiglia, e tagliare di nuovo la bottiglia circa 17 cm più in basso.
5. Una volta eseguito il taglio, svitare i tacchetti su ciascun lato dello stampo per separare lo stampo dalla plastica.
6. A ciascuna estremità della bottiglia formata, piegare le linguette larghe 1 cm a 90° verso l'interno. Ogni linguetta deve essere smussata su entrambi i lati (come mostrato nella foto). Le linguette scivoleranno tra le due tavole (la grande e la piccola) ai lati della bottiglia, per migliorare la tenuta della lampada. Per piegare facilmente le linguette, traccia con il taglierino una linea sottile all'interno della bottiglia e piegala con la mano.

Fissaggio del pannello solare:

1. Posizionare il pannello sulla tavola più grande, segnare la posizione delle uscite + e - del pannello e praticare un foro di 5 mm in entrambe le tavole. (Se qualche componente è già in questo posto, il foro deve essere spostato).
2. Metti i fili del regolatore di carica in questi fori e saldali alle uscite corrispondenti sul pannello solare.
3. Per attaccare il pannello, l'ideale è usare un sottile strato di tessuto incollato al pannello e incollare il pannello sul tessuto (usando una colla forte per esempio).
4. Per la base della lampada, ripetere la stessa operazione all'altra estremità della plastica.
5. Posiziona la tavola piccola all'interno della busta e avvitala alla tavola più grande, con le 4 linguette di plastica tra le due tavole.
6. Per garantire la tenuta della presa USB, puoi pinzare un piccolo pezzo di camera d'aria della bicicletta.

Non esitare a postare qualsiasi domanda o miglioramento a cui potresti pensare. E non dimenticare di condividere la tua lampada una volta che l'hai fatto, con #solarlamp #lowtechlab !