Bureau alimenté par batterie. Système solaire avec panneaux solaires à commutation automatique est/ouest et éolienne : 11 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Le projet:

Un bureau de 200 pieds carrés doit être alimenté par batterie. Le bureau doit également contenir tous les contrôleurs, batteries et composants nécessaires à ce système. L'énergie solaire et éolienne chargera les batteries. Il y a un léger problème de n'avoir que des options de montage au sol ouest et est pour les panneaux solaires avec une maison alignée nord/sud directement entre les panneaux. L'orientation de la maison provoque beaucoup d'ombre sur les panneaux latéraux est et ouest tout au long de la journée.

La batterie principale du système (24v 100AH) résout le problème d'ombre et est chargée à l'aide de l'énergie solaire du lever au coucher du soleil pour un réfrigérateur, un congélateur et un ordinateur. Le plus petit groupe de batteries secondaires (24V 35AH) est chargé par les mêmes panneaux solaires (à l'ombre et aux heures de pointe du soleil) plus une éolienne. Le plus petit banc de batteries est destiné aux moniteurs/caméras du système de sécurité 12 volts, à la télévision, aux lumières et aux ventilateurs.

Ce Instructable se concentrera principalement sur 4 points clés:

1. Configuration des panneaux solaires est et ouest - deux chaînes de panneaux qui auront des niveaux de tension différents selon l'heure de la journée et une façon de surmonter ce problème.2. Protection de la batterie. Utilisation d'un commutateur de transfert automatique et comment construire le vôtre avec deux composants simples pour vous protéger contre les batteries faibles.3. Ajout d'une éolienne à un système solaire en cas de longues périodes de jours sans soleil.4. Installation de l'ensemble du système de commande et des batteries à l'intérieur du bureau. L'espace au sol utilisé est de 2,6 pieds carrés.

Les pièces:

Batteries 2 x 100 AH Banque de batteries principales - Branchées en série produisant 24 volts @ 100 AH en utilisant une barre omnibus pour toutes les connexions négatives

2 batteries 35AH Banque de batteries secondaires - Branchées en série produisant 24 volts @ 35AH en utilisant une barre omnibus pour toutes les connexions négatives

Onduleur 24 volts Onduleur 2000 watts pour faire fonctionner des appareils 120 vac

Fil de calibre 6 allant du groupe de batteries principal au fusible de 100 ampères et à la barre omnibus négative

Fusible de 100 A entre l'onduleur et le groupe de batteries 24 V

Commutateur de transfert automatique pour protéger le groupe de batteries 24v 100AH contre les niveaux de tension inférieurs

Contrôleur solaire 40 ampères, 1200 watts, entrée PV max 150 volts

2ème contrôleur solaire Pour le banc de batteries 24 volts 35AH 100 volts max entrée pv

Panneaux solaires 8 d'entre eux seraient fondamentalement les mêmes que dans ce système

Les fils avec connecteurs sont chers mais faciles à brancher pour des distances plus courtes (10 awg)

L'extension 8 awg avec connecteurs est chère mais facile à brancher pour de plus longues distances (8 awg)

Connecteurs de panneau pour fabriquer vos propres câbles

Relais Est/Ouest pour la commutation entre les deux chaînes de panneaux solaires

Minuterie numérique pour contrôler le relais Est/Ouest

Relais à semi-conducteurs pour créer votre propre interrupteur de coupure de batterie faible (pour la batterie 35AH)

Dispositif de protection basse tension pour contrôler le relais à semi-conducteurs (protégeant la batterie 35AH)

Convertisseur 24 volts à 12 volts pour faire fonctionner les éléments 12 volts des banques de batteries principales 24v si nécessaire

Interrupteur à couteau DPDT x 2 pour indiquer quel groupe de batteries est connecté à la boîte à fusibles 12 volts et pour basculer entre l'éolien et le solaire pour le groupe de batteries 24v 35AH.

Boîte à fusibles 12 volts pour distribuer et protéger tous les appareils 12 volts

Fil de raccordement de calibre 10 avec un autre rouleau de fil que j'avais auparavant

Outil de sertissage avec cosses pour créer de nombreux câbles de longueur personnalisée. J'aurais dû avoir un autre jeu de cosses

Éolienne pendant de longues périodes sans soleil lors d'une panne de courant - connectée au groupe de batteries 24v 35AH avec 2ème contrôleur solaire

Interrupteur à couteau TPDT pour le système de coupure d'éolienne utilisant 3 résistances pour la coupure

2 armoires de rack audio en bois pour les principaux composants du système tout en gardant l'empreinte au sol à 2,6 pieds carrés. J'en avais utilisé il y a longtemps.

4 couvercles en plexiglas pour les composants internes du système. Avait-il utilisé il y a longtemps.

Étape 1: Les panneaux latéraux ouest

Les 4 premiers panneaux ont été installés il y a quelques mois du côté ouest.

Ce sont des panneaux Renogy 12 volts 100 watts. Ils sont actuellement indisponibles, mais pour référence, ils étaient sur Amazon.

L'heure de la journée sur la photo avec Charlie le chat est vers 15h40. Les panneaux solaires sont attachés à deux poteaux de 12'. Ces deux poteaux de 12 pi sont montés sur le pont, d'abord en perçant deux trous sur le côté du pont, puis en glissant les poteaux dans les trous du pont. Les autres extrémités des poteaux de 12' sont boulonnées à deux poteaux plus courts de 5' plantés dans le sol. Au bas des poteaux de 5' se trouvent des plaques de métal carrées horizontales de 8 . Il est impossible que le vent se soulève du sol. J'ai eu la chance de trouver les poteaux de 5' et je ne peux pas vraiment leur ajouter de lien.

Il est très facile de nettoyer les panneaux montés si bas.

Ces panneaux solaires sont connectés au relais en commençant par 30 pieds de fil d'extension de 8 awg, plus un autre câble de 30 pieds de 10 awg.

Étape 2: Les panneaux du côté est

Voici 4 autres panneaux solaires 12v 100watts du côté est vers 15h30. Ils ont été installés le 18/10/20.

Les panneaux sont montés sur le pont avec un poteau de montage d'antenne parabolique horizontal, puis en utilisant deux poteaux de 12 pieds 1,5 , des attaches et des parpaings avec des morceaux de brique à la toute fin (voir photos).

Les câbles du côté ouest coûtent presque autant qu'un panneau solaire ! Je voulais essayer quelque chose de moins cher pour les câbles du côté est de 50 pieds. Je me suis souvenu de cette astuce d'une vidéo youtube sur l'utilisation de rallonges ordinaires, la coupe des extrémités et l'attache des trois fils ensemble. J'ai donc utilisé une rallonge de 100 pieds et cela fonctionne très bien. La taille du fil a fini par être d'environ 10 jauges pour les deux câbles de 50 pieds que j'ai fabriqués. Avec la tension plus élevée (80v) provenant des panneaux, cette taille de fil devrait être correcte. sans trop de perte pour l'instant. J'ai utilisé ce kit adaptateur 9 en 12AWG pour connecter les extrémités des fils de 50 pieds aux panneaux solaires avec des connecteurs torsadés.

Étape 3: Les contrôleurs solaires et le relais - Commutation des panneaux latéraux est et ouest

Les contrôleurs solaires:

Le contrôleur solaire principal Epever 40 AmpCe contrôleur sert à charger le groupe de batteries 24v 100AH. Ce contrôleur a une tension d'entrée de panneau solaire maximale de 150 volts. La puissance d'entrée maximale du panneau est de 1 200 (maintenant la limite pour ce système).

Le contrôleur solaire secondaire 40 Amp EpeverCe contrôleur sert à charger le groupe de batteries 24v 35AH. Le chargeur a une entrée de panneau solaire maximale de 100 volts (maintenant la limite pour ce système) et une puissance d'entrée maximale de 1 500. Il y a aussi une éolienne avec son contrôleur aidant à charger ce groupe de batteries.

Le relais:

La moitié du relais DPDT (bipolaire bidirectionnel) est utilisée pour basculer entre les 4 panneaux solaires est et 4 ouest, en les connectant au contrôleur principal. L'autre moitié du relais commute les panneaux solaires pour le contrôleur secondaire. Voici à quoi est réglée l'heure de commutation pour chaque jour de la semaine:

7h00 à 12h00 La minuterie numérique allume le RELAIS 80 AMP qui connecte/commute les 4 panneaux du côté est au contrôleur de charge principal (et au banc de batteries 24v 100AH). Remarque: le relais consomme environ 6 watts de puissance du système pendant ces 6 heures. Les 4 panneaux latéraux ouest sont également commutés sur le contrôleur de charge secondaire à ce moment (chargement du groupe de batteries 24v 35AH). Il devrait y avoir une bonne puissance de charge de 10h à 13h depuis les panneaux ouest. De 12h à 7h La minuterie numérique éteint le RELAIS qui connecte/commute les 4 panneaux du côté ouest au contrôleur de charge principal. Le relais ne prend maintenant aucune alimentation du système. Les 4 panneaux est sont également commutés sur le contrôleur de charge secondaire à ce moment-là. La charge devrait être bonne pendant encore 2 heures (13h00 à 15h00).

Voir l'image du relais pour les informations de câblage ainsi que le schéma de circuit principal à l'étape 9.

Les fils négatifs des chaînes de panneaux solaires est et ouest sont attachés ensemble et vont à un interrupteur avant de se connecter aux entrées négatives des contrôleurs solaires. J'avais l'interrupteur de coupure négatif qui traînait et je viens de l'ajouter. Cela n'est pas reflété dans le dessin principal. Tout type de commutateur à ampli élevé devrait fonctionner correctement, mais ce n'est pas nécessaire.

Étape 4: La batterie principale et l'onduleur 24Volt 100AH

Actuellement, le parc de batteries principal est composé de deux batteries 12 volts 100 Ah en série, ce qui en fait un banc de batteries 24 volts 100 Ah. Un onduleur 24v 2000 watts est utilisé pour alimenter un réfrigérateur, un congélateur, des ordinateurs ou un four à micro-ondes. Il y a un fusible de 100 ampères entre l'onduleur et la batterie principale. Pour ces articles 120vac, il y a une multiprise qui sort du commutateur de transfert automatique.

Le système utilise des batteries scellées et ne doit pas laisser échapper d'hydrogène gazeux. J'avais un détecteur de co2 et j'ai lu qu'ils détecteraient également l'hydrogène gazeux, alors je l'ai installé. Un système de ventilation sera ajouté prochainement.

Étape 5: Sauvegarder le banc de batteries principal 24 volts 100AH de la basse tension

Le commutateur de transfert automatique 50A 5500 Watt de Spartan coûte environ 115 $. Ce serait amusant d'en construire un aussi.

Vous pouvez prérégler le faible niveau de tension de la batterie afin de couper automatiquement toute l'alimentation utilisée par l'onduleur de 2000 watts. Il commute ensuite l'alimentation des éléments de climatisation sur l'alimentation du réseau, ce qui nous permet d'éviter que les batteries ne se déchargent au-delà du niveau de danger. Vous ne pouvez pas remarquer le basculement instantané.

Cet appareil laissera ensuite les batteries se charger jusqu'à un point élevé, avant de revenir à l'alimentation par batterie. L'appareil consomme en permanence 6 watts de puissance lorsqu'il passe en mode d'alimentation onduleur.

C'est facile à brancher. Connectez simplement l'onduleur à l'entrée étiquetée "onduleur". Connectez les appareils qui auraient normalement été connectés à votre onduleur à la section « sortie ». Connectez l'alimentation de votre maison à la section « puissance publique ». Enfin, connectez le parc de batteries de votre système solaire principal (après le fusible) à la section "batterie". Les trois masses A/C se connectent ensemble sur une mini-barre séparée. Voir le schéma du circuit principal.

Étape 6: Le banc de batteries secondaire 24v 35AH. Ajout d'une éolienne et du commutateur pour l'énergie solaire ou éolienne

Le contrôleur solaire secondaire de ce système solaire et la banque de batteries 24v 35AH maintiennent les panneaux solaires en service tout le temps. En raison de la configuration est/ouest, la majeure partie de l'énergie du panneau solaire va au groupe de batteries 100AH et moins d'énergie va au groupe de batteries 35AH (qui en a besoin de moins). Le banc de batteries 35AH peut être commuté sur l'énergie éolienne pendant toutes les heures creuses du soleil.

L'éolienne A/C a été principalement ajoutée pour le pire des cas de pannes de courant prolongées et de nombreux jours nuageux. Il devrait y avoir suffisamment d'énergie éolienne pour garder les téléphones portables et les ordinateurs portables chargés ainsi que quelques éléments de 12 volts (radio, télévision et lumières).

Le kit d'éolienne Yaegarden 400W à 130 $ avec contrôleur d'Amazon ressemblait à une bonne affaire après un peu de recherche. Il est livré avec un contrôleur de charge de batterie 12v/24v.

J'ai utilisé un support d'angle pour aider à monter la turbine sur un poteau. Vous pouvez retirer la partie centrale de l'antenne principale de ce support et utiliser ce trou pour le boulonner à l'un des 4 trous de la pièce circulaire de montage de la turbine (voir photos).

Tout en haut de l'armoire du système, il y a un moniteur vidéo connecté à une caméra dirigée vers l'éolienne. C'est super de voir ce qui se passe avec la vitesse de la turbine en regardant les compteurs. C'est aussi amusant de voir la pause en action.

Pour passer du mode de charge solaire ou éolienne, la moitié d'un interrupteur à couteau DPDT est utilisé. Les fils de terre du chargeur solaire et du contrôleur/chargeur éolien sont reliés à la ou aux barres omnibus de terre du système principal

Il est bon d'avoir un système de freinage pour empêcher les pales de tourner lorsque la turbine ne charge pas les batteries.

Le commutateur TPDT permet de passer du mode marche au mode pause. Cela se fait d'abord en connectant les 3 fils A/C provenant de l'éolienne à la section commune de l'interrupteur. La coupure (trois résistances de 100 watts 10 ohms) se trouve du côté A du commutateur et le contrôleur de vent est du côté B du commutateur.

Étape 7: La boîte à fusibles 12 volts, le commutateur de batterie et le convertisseur 24v à 12v

La moitié d'un commutateur DPDT dirige l'alimentation du groupe de batteries principal 24v 100AH ou du groupe de batteries secondaire 24v 35AH vers le convertisseur 24 volts à 12 volts CC.

La sortie 12 volts du convertisseur est connectée à l'entrée de la boîte à fusibles 12 volts.

Pour distribuer l'alimentation 12 volts, il existe actuellement trois petits boîtiers de projet de circuit avec des voltmètres numériques installés ainsi que des prises de style banane partant de la boîte à fusibles. J'ai déjà grillé un fusible. C'est toujours bien d'avoir des fusibles !

Voici une image d'une barre de bornier connectée à la boîte 12 volts avec des fiches bananes. Le circuit imprimé est un amplificateur audio 12 volts pour le système de télévision. La minuterie numérique du relais est également connectée à la boîte à fusibles.

Étape 8: Sauvegarder le banc de batteries secondaire de la sous-tension

Pour le banc de batteries 24v 35AH, seulement deux éléments sont nécessaires pour construire votre propre dispositif de protection de batterie contre les sous-tensions.

1. Le contrôleur de décharge de charge de batterie au lithium TeOhk XY-CD60. REMARQUE* l'autocollant du schéma de câblage sur cet appareil est erroné. Ouvrez-le et regardez les marques sur le circuit imprimé.

2. Un relais régulier à haute intensité ou un relais à semi-conducteurs.

Lorsque le contrôleur TeOhk XY-CD60 détecte une basse tension prédéfinie, il déclenche le relais pour déconnecter la batterie de toutes les charges. Voir le schéma du circuit principal.

Si vous utilisez des batteries au lithium, vous pouvez les laisser se vider à environ 80% (je pense). Mais si vous utilisez des batteries de type AGM/Scellé ou au plomb, vous ne devez jamais laisser les batteries descendre en dessous de 50 %. J'ai lu qu'il ne fallait pas laisser les batteries scellées de 12 volts descendre en dessous de 11,2 volts (22,4 volts pour deux batteries en série).

Étape 9: Schéma du circuit principal

Schéma de circuit spécial dessiné à la main.

Étape 10: Lever du soleil à 14 h 00 Test du commutateur de panneau est-ouest

Ça va être une belle journée dehors. 54 degrés maintenant à 8h du matin. Le lever du soleil aujourd'hui était à 6h58.

Le vent est assez fort. Actuellement, le banc de batteries 24v 35AH est à 25,4 volts. Nous garderons l'éolienne allumée pour ce groupe de batteries toute la journée, et nous verrons ce qu'il en est plus tard. [Fin à 26,0 volts]

14/11/20, système principal (banc de batteries 24v 100AH)

Test de commutation manuelle Est / Ouest:

Essai à 8h00. Avec le contrôleur solaire basculé du côté est, la lecture est de 27,6 V à 1,5 ampères ou 41 watts.

Si je bascule manuellement le contrôleur sur les panneaux ouest, nous n'obtenons qu'une lecture de 27,5 V à 0,1 ampères ou 2,75 watts.

Les résultats des tests tout au long de la journée:

8h00 >> est = 41 watts ouest = 2,75 watts

9h00 >> est = 78 watts ouest = 7 watts

11h00 >> est = 120 watts ouest = 80 watts

12h18 >> est 99 watts ouest 105 watts

14h00 >> est 153 watts ouest 168 watts

Nous voulons que le parc de batteries principal utilise à tout moment la puissance la plus élevée. Donc, il semble que vers midi, il est bon de couper le relais et de passer aux panneaux ouest

Étape 11: Coucher de soleil - Niveau de tension

Avec les panneaux solaires câblés de la série 4, les batteries se chargeront presque jusqu'au coucher du soleil. Nous recevions environ 26 volts des panneaux ouest lorsque cette photo a été prise (pas beaucoup de courant).

Veuillez voter pour ce projet dans le concours Battery Powered.

Merci!

Joe