Biuro na baterie. Układ słoneczny z automatycznym przełączaniem paneli słonecznych wschód/zachód i turbina wiatrowa: 11 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Projekt:

Biuro o powierzchni 200 stóp kwadratowych musi być zasilane bateryjnie. Biuro musi również zawierać wszystkie kontrolery, baterie i komponenty potrzebne do tego systemu. Energia słoneczna i wiatrowa będzie ładować akumulatory. Istnieje niewielki problem polegający na tym, że panele słoneczne mają tylko opcje montażu na ziemi zachodniej i wschodniej z domem ustawionym na północ/południe bezpośrednio między panelami. Orientacja domu powoduje, że przez cały dzień jest dużo cienia zarówno po stronie wschodniej, jak i zachodniej.

Główny zespół akumulatorów systemu (24 V 100 AH) rozwiązuje problem zacienienia i jest ładowany energią słoneczną od wschodu do zachodu słońca dla lodówki, zamrażarki i komputera. Mniejszy wtórny bank akumulatorów (24V 35AH) jest ładowany przez te same panele słoneczne (w cieniu i szczytowym okresie nasłonecznienia) oraz turbinę wiatrową. Mniejszy zestaw akumulatorów jest przeznaczony do 12-woltowych monitorów/kamer systemu bezpieczeństwa, telewizora, świateł i wentylatorów.

Ten Instruktaż skupi się głównie na 4 kluczowych punktach:

1. Konfiguracja paneli słonecznych wschód i zachód - dwa ciągi paneli, które będą miały różne poziomy napięcia w zależności od pory dnia i jeden sposób na rozwiązanie tego problemu.2. Ochrona baterii. Korzystanie z automatycznego przełącznika transferu i jak zbudować własny z dwoma prostymi komponentami, aby chronić przed wyczerpaniem się baterii.3. Dodanie turbiny wiatrowej do systemu słonecznego w przypadku długich okresów bezsłonecznych dni.4. Instalacja całego systemu kontrolera i baterii wewnątrz powierzchni biurowej. Użyta powierzchnia podłogi wynosi 2,6 stopy kwadratowej.

Części:

Akumulatory 2 x 100 AH Główny zespół akumulatorów - połączony szeregowo, tworzący 24 V przy 100 Ah za pomocą szyny zbiorczej dla wszystkich połączeń ujemnych

2 x akumulatory 35AH Dodatkowy zespół akumulatorów - połączony szeregowo, tworzący 24 V @ 35AH za pomocą szyny zbiorczej dla wszystkich połączeń ujemnych

Inwerter 24 V Inwerter 2000 W do obsługi urządzeń 120 VAC

Przewód o przekroju 6 biegnący od głównego akumulatora do bezpiecznika 100 A i ujemnej szyny zbiorczej

Bezpiecznik 100 A między falownikiem a baterią akumulatorów 24 V

Automatyczny przełącznik transferu do ochrony banku akumulatorów 24v 100AH przed zbyt niskimi poziomami napięcia

Solar Controler 40 A, 1200 W, 150 V maks. wejście pv

Drugi sterownik słoneczny Do zestawu akumulatorów 24 V 35AH 100 V maks. wejście pv

Panele słoneczne 8 z nich byłoby w zasadzie takie same jak w tym systemie

Drut ze złączami jest drogi, ale łatwy do podłączenia na krótsze odległości (10 awg)

Przedłużacz 8 awg ze złączami jest drogi, ale łatwy do podłączenia na większe odległości (8 awg)

Złącza panelowe do tworzenia własnych kabli

Przekaźnik wschód/zachód do przełączania między dwoma ciągami paneli słonecznych

Zegar cyfrowy do sterowania przekaźnikiem wschód/zachód;

Przekaźnik półprzewodnikowy do tworzenia własnego wyłącznika niskiego poziomu baterii (dla baterii 35AH)

Urządzenie chroniące przed niskim napięciem do sterowania przekaźnikiem półprzewodnikowym (ochrona akumulatora 35AH)

Konwerter 24 V na 12 V do zasilania 12 V elementów z głównych akumulatorów 24 V w razie potrzeby

Przełącznik nożowy DPDT x 2, aby wskazać, który zestaw akumulatorów jest podłączony do 12-woltowej skrzynki bezpieczników i przełączać między wiatrem a energią słoneczną dla zestawu akumulatorów 24v 35AH.

Skrzynka bezpieczników 12 V do dystrybucji i ochrony wszystkich urządzeń 12 V

Przewód przyłączeniowy o kalibrze 10 wraz z inną rolką drutu, który miałem wcześniej

Narzędzie do zaciskania wraz z końcówkami do tworzenia wielu kabli o niestandardowych długościach. Powinien mieć inny zestaw uszy

Turbina wiatrowa na długie okresy braku słońca w przypadku awarii zasilania - podłączona do zestawu akumulatorów 24v 35AH z drugim kontrolerem słonecznym

Przełącznik nożowy TPDT do systemu hamowania turbiny wiatrowej wykorzystujący 3 rezystory do hamowania

2 drewniane szafy rack na sprzęt audio dla głównych komponentów całego systemu, utrzymując powierzchnię do 2,6 metra kwadratowego. Miałem te używane dawno temu.

4 osłony z pleksi na wewnętrzne elementy systemu. Czy te używane od dawna.

Krok 1: Panele West Side

Pierwsze 4 panele zostały zainstalowane kilka miesięcy temu po zachodniej stronie.

Są to 12-woltowe, 100-watowe panele Renogy. Obecnie są niedostępne, ale w celach informacyjnych były na Amazon.

Pora dnia na zdjęciu z kotem Charliem to około 15:40. Panele słoneczne są owinięte na dwóch 12-metrowych słupach. Te dwa 12' maszty są montowane do pokładu, najpierw przez wywiercenie dwóch otworów w boku pokładu, a następnie wsunięcie masztów w otwory w pokładzie. Drugie końce 12' słupków są przykręcone do dwóch krótszych 5' słupków wbitych w ziemię. Na dole 5-calowych słupków znajdują się poziome 8-calowe kwadratowe metalowe płytki. Nie jest możliwe, aby wiatr uniósł się z ziemi. Po prostu udało mi się znaleźć 5-calowe słupki i naprawdę nie mogę dodać do nich linku.

Bardzo łatwo jest wyczyścić tak nisko zamontowane panele.

Te panele słoneczne są podłączone do przekaźnika, zaczynając od 30 stóp przedłużacza 8 awg, plus kolejne 30 stóp kabla 10 awg.

Krok 2: Panele wschodnie

Oto 4 kolejne panele słoneczne 12V 100W po wschodniej stronie około 15:30. Zostały zainstalowane 18.10.20.

Panele są montowane do pokładu za pomocą poziomego słupka do montażu anteny satelitarnej, a następnie za pomocą dwóch słupów o długości 12 stóp 1,5 cala, wiązań i kilku bloków żużlowych z kawałkami cegieł na samym końcu (patrz zdjęcia).

Kable po stronie zachodniej kosztują prawie tyle samo, co panel słoneczny! Chciałem spróbować czegoś tańszego dla kabli po stronie wschodniej o długości 50 stóp. Przypomniałem sobie tę sztuczkę z filmu na youtube o używaniu zwykłych przedłużaczy, odcinaniu końcówek i wiązaniu ze sobą trzech przewodów. Użyłem więc przedłużacza o długości 100 stóp i działa dobrze. Skończyło się na tym, że rozmiar drutu wynosił około 10 dla obu kabli o długości 50 stóp, które wykonałem. Przy wyższym napięciu (80v) pochodzącym z paneli, ten rozmiar przewodu powinien być w porządku. na razie bez większych strat. Użyłem tego zestawu adaptera 9 In 12AWG do podłączenia końców 50-metrowych przewodów do paneli słonecznych za pomocą skręcanych złączy.

Krok 3: Kontrolery słoneczne i przekaźniki - przełączanie paneli wschodnich i zachodnich

Kontrolery słoneczne:

Główny sterownik słoneczny 40 Amp Epever Ten sterownik służy do ładowania zestawu akumulatorów 24 V 100AH. Ten sterownik ma maksymalne napięcie wejściowe panelu słonecznego 150 woltów. Maksymalna moc wejściowa panelu wynosi 1200 (obecnie limit dla tego systemu).

Wtórny sterownik słoneczny 40 Amp Epever Ten sterownik służy do ładowania zestawu akumulatorów 24 V 35AH. Ładowarka ma maksymalne napięcie wejściowe panelu słonecznego 100 V (obecnie limit dla tego systemu) i maksymalną moc wejściową 1500. Istnieje również turbina wiatrowa z kontrolerem pomagającym naładować ten zestaw akumulatorów.

Przekaźnik:

Jedna połowa przekaźnika DPDT (podwójny biegun podwójnego rzutu) służy do przełączania między 4 wschodnimi i 4 zachodnimi panelami słonecznymi, łącząc je z głównym sterownikiem. Druga połowa przekaźnika przełącza panele słoneczne dla kontrolera wtórnego. Oto, na jaki czas przełączania jest teraz ustawiony dla każdego dnia tygodnia:

7 rano do 12 po południu Zegar cyfrowy włącza PRZEKAŹNIK 80 A, który łączy/przełącza 4 panele po wschodniej stronie z głównym kontrolerem ładowania (i baterią akumulatorów 24 V 100AH). Uwaga: Przekaźnik pobiera około 6 watów mocy z systemu przez te 6 godzin. W tym czasie 4 panele zachodnie są również przełączane na dodatkowy kontroler ładowania (ładowanie zestawu akumulatorów 24v 35AH). Powinna być dobra moc ładowania od 10 rano do 1 po południu z zachodnich paneli. 12:00 do 7 rano. Zegar cyfrowy wyłącza PRZEKAŹNIK, który łączy/przełącza 4 panele po stronie zachodniej z głównym kontrolerem ładowania. Przekaźnik pobiera teraz zerową moc z systemu. W tym czasie 4 wschodnie panele są również przełączane na dodatkowy kontroler ładowania. Powinno być dobre ładowanie przez kolejne 2 godziny (od 13:00 do 15:00).

Patrz rysunek przekaźnika, aby uzyskać informacje o okablowaniu oraz główny schemat obwodu w kroku 9.

Przewody ujemne ze wschodnich i zachodnich ciągów paneli słonecznych są powiązane ze sobą i przechodzą do wyłącznika przed podłączeniem do ujemnych wejść sterowników słonecznych. Miałem ujemny wyłącznik odcinający i właśnie go dodałem. Nie znajduje to odzwierciedlenia na głównym rysunku. Każdy przełącznik typu high amp powinien działać dobrze, ale nie jest potrzebny.

Krok 4: Główny akumulator 24 V 100AH i falownik

Obecnie główny bank akumulatorów składa się z dwóch akumulatorów 12 V 100AH połączonych szeregowo, tworząc bank akumulatorów 24 V 100AH. Inwerter 24V 2000W służy do zasilania lodówki, zamrażarki, komputerów lub kuchenki mikrofalowej. Pomiędzy falownikiem a głównym akumulatorem znajduje się bezpiecznik 100 A. W przypadku tych elementów 120vac z przełącznika automatycznego transferu wychodzi listwa zasilająca.

System wykorzystuje zamknięte akumulatory i nie powinien wyciekać wodór. Miałem detektor co2 i przeczytałem, że wykryją też gazowy wodór, więc go zainstalowałem. Wkrótce zostanie dodany system wentylacji.

Krok 5: Oszczędzanie głównego banku akumulatorów 24 V 100AH przed niskim napięciem

Automatyczny przełącznik zasilania 50A 5500 W firmy Spartan kosztuje około 115 USD. Fajnie byłoby też je zbudować.

Możesz wstępnie ustawić niski poziom napięcia akumulatora, aby automatycznie odciąć całą energię używaną z falownika 2000 W. Następnie przełącza zasilanie elementów klimatyzacji na zasilanie sieciowe, zapewniając, że oszczędzamy baterie przed wyczerpaniem się poza poziom zagrożenia. Nie można zauważyć natychmiastowego przełączenia.

To urządzenie pozwoli następnie naładować akumulatory do najwyższego poziomu, zanim ponownie powróci do zasilania akumulatorowego. Urządzenie stale pobiera 6 watów mocy po przełączeniu w tryb zasilania falownika.

Łatwo się podłączyć. Wystarczy podłączyć falownik do wejścia oznaczonego „falownik”. Podłącz urządzenia, które normalnie byłyby podłączone do falownika, do sekcji „wyjście”. Podłącz zasilanie domu do sekcji „energia publiczna”. Na koniec podłącz główny bank baterii systemu solarnego (za bezpiecznikiem) do sekcji „bateria”. Wszystkie trzy uziemienia A/C są połączone ze sobą na oddzielnej mini szynie zbiorczej. Zobacz główny schemat obwodu.

Krok 6: Dodatkowy bank akumulatorów 24v 35AH. Dodanie turbiny wiatrowej i przełącznika na energię słoneczną lub wiatrową

Drugi sterownik słoneczny tego układu słonecznego i zestaw akumulatorów 24 V 35AH utrzymują panele słoneczne w użyciu przez cały czas. Ze względu na konfigurację wschód/zachód większość energii panelu słonecznego trafia do banku akumulatorów 100AH, a mniej energii trafia do banku akumulatorów 35AH (który potrzebuje mniej). Bank akumulatorów 35AH można przełączyć na energię wiatrową podczas pozaszczytowego czasu słonecznego.

Turbina wiatrowa klimatyzacji została dodana głównie na wypadek najgorszego scenariusza, czyli długich przerw w dostawie prądu i wielu pochmurnych dni. Powinno być wystarczająco dużo energii wiatru, aby naładować telefony komórkowe i laptopy oraz kilka urządzeń 12 V (radio, telewizor i oświetlenie).

Zestaw turbiny wiatrowej Yaegarden 400W za 130 USD z kontrolerem od Amazon wyglądał na dobrą ofertę po niewielkich badaniach. Jest wyposażony w kontroler ładowania akumulatora 12v / 24v.

Do montażu turbiny na słupie użyłem kątownika. Możesz usunąć główną część środkową anteny z tego wspornika i użyć tego otworu do przykręcenia do jednego z 4 otworów okrągłego elementu mocującego turbinę (patrz zdjęcia).

Na samym szczycie szafy systemowej znajduje się monitor wideo połączony z kamerą skierowaną na turbinę wiatrową. Wspaniale jest zobaczyć, co się dzieje z prędkością turbiny, patrząc na liczniki. Fajnie jest też zobaczyć przerwę w akcji.

Aby przełączyć się z trybu ładowania słonecznego lub wiatrowego, używana jest połowa przełącznika nożowego DPDT. Przewody uziemiające ładowarki słonecznej i kontrolera/ładowarki wiatrowej są podłączone do głównej szyny uziemiającej systemu

Dobrze jest mieć system hamulców, aby łopatki nie obracały się, gdy turbina nie ładuje akumulatorów.

Przełącznik TPDT służy do zmiany z trybu pracy na tryb przerwy. Odbywa się to najpierw poprzez podłączenie 3 przewodów A/C wychodzących z turbiny wiatrowej do wspólnej sekcji przełącznika. Przerwa (trzy 100-watowe rezystory 10 omów) znajduje się po stronie A przełącznika, a sterownik wiatru znajduje się po stronie B przełącznika.

Krok 7: Skrzynka bezpieczników 12 V, przełącznik baterii akumulatorów i konwerter 24 V na 12 V

Połowa przełącznika DPDT kieruje zasilanie z głównego zestawu akumulatorów 24 V 100AH lub drugiego zestawu akumulatorów 24 V 35AH do konwertera 24 V na 12 V DC.

Wyjście 12 V konwertera jest podłączone do wejścia 12 V skrzynki bezpieczników.

Aby rozprowadzić 12-woltową moc, obecnie są zainstalowane trzy małe skrzynki projektowe z cyfrowymi woltomierzami oraz gniazda typu banan wychodzące ze skrzynki bezpieczników. Przepaliłem już jeden bezpiecznik. Zawsze dobrze mieć bezpieczniki!

Oto zdjęcie listwy zaciskowej podłączonej do skrzynki 12 V za pomocą wtyczek bananowych. Płytka drukowana to 12-woltowy wzmacniacz audio do systemu telewizyjnego. Cyfrowy zegar przekaźnika jest również podłączony do skrzynki bezpieczników.

Krok 8: Oszczędzanie dodatkowego banku akumulatorów przed zbyt niskim napięciem

W przypadku zestawu akumulatorów 24v 35AH potrzebne są tylko dwa elementy, aby zbudować własne urządzenie zabezpieczające akumulator pod napięciem.

1. Kontroler rozładowania baterii litowej TeOhk XY-CD60. UWAGA* naklejka ze schematem okablowania na tym urządzeniu jest nieprawidłowa. Otwórz go i spójrz na oznaczenia na płytce drukowanej.

2. Przekaźnik o wysokim natężeniu prądu lub przekaźnik półprzewodnikowy.

Gdy kontroler TeOhk XY-CD60 wykryje wstępnie ustawione niskie napięcie, uruchomi przekaźnik, aby odłączyć akumulator od wszystkich obciążeń. Zobacz główny schemat obwodu.

Jeśli używasz baterii litowych, możesz pozwolić im rozładować się do około 80% (chyba). Ale jeśli używasz akumulatorów typu AGM/Sealed lub kwasowo-ołowiowych, nigdy nie powinieneś dopuszczać, aby spadły poniżej 50%. Czytałem, aby nie dopuścić, aby zamknięte akumulatory 12 V spadły poniżej 11,2 V (22,4 V dla dwóch akumulatorów w szeregu).

Krok 9: Schemat obwodu głównego

Specjalny ręcznie rysowane schemat obwodu.

Krok 10: Test przełącznika panelu wschód-zachód od wschodu do 14:00

Zapowiada się wspaniały dzień na zewnątrz. 54 stopnie teraz o 8 rano. Dziś wschód słońca był o 6:58.

Wiatr jest dość silny. Obecnie bank akumulatorów 24v 35AH ma napięcie 25,4 woltów. Przez cały dzień będziemy mieć włączoną turbinę wiatrową dla tej baterii akumulatorów, a później zobaczymy, jak będzie. [Skończyło się na 26,0 V]

14.11.20, system główny (zestaw akumulatorów 24v 100AH)

Test ręcznego przełączania wschód/zachód:

8:00 test. Gdy sterownik słoneczny jest przełączony na stronę wschodnią, odczyt wynosi 27,6 v @ 1,5 ampera lub 41 watów.

Jeśli ręcznie przełączę kontroler na panele zachodnie, otrzymamy tylko odczyt 27,5 V @ 0,1 ampera lub 2,75 wata.

Wyniki testu w ciągu dnia:

8:00 >> wschód = 41 watów zachód = 2,75 watów

9:00 >> wschód = 78 watów zachód = 7 watów

11:00 >> wschód = 120 watów zachód = 80 watów

12:18 >> wschód 99 watów zachód 105 watów

14:00 >> wschód 153 waty zachód 168 watów

Chcemy, aby główny bank akumulatorów zawsze wykorzystywał stronę o najwyższej mocy. Wygląda więc na to, że około godziny 12 można wyłączyć przekaźnik i przełączyć się na zachodnie panele

Krok 11: Zachód słońca - poziom napięcia

W przypadku przewodowych paneli słonecznych serii 4 akumulatory ładują się prawie do zachodu słońca. Kiedy robiono to zdjęcie, pobieraliśmy około 26 woltów z zachodnich paneli (mało prądu).

Zagłosuj na ten projekt w konkursie na baterie.

Dziękuję!

Joe