Lampe solaire low-tech avec piles réutilisées : 9 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Ce tutoriel vous permet de réaliser une lampe solaire équipée d'un chargeur USB. Il utilise des piles au lithium qui sont réutilisées à partir d'un ordinateur portable ancien ou endommagé. Ce système, avec une journée d'ensoleillement, permet de recharger complètement un smartphone et d'avoir 4 heures de lumière. Cette technologie a été documentée lors d'une escale de l'expédition " Nomade des Mers " sur l'île de Luzong au nord des Philippines. L'association Liter de Lumière a déjà installé ce système depuis 6 ans dans des villages reculés qui n'ont pas accès à l'électricité. Ils organisent également des formations pour les villageois afin de leur apprendre à réparer la lampe solaire (déjà 500 000 lampes installées).

Le tutoriel original, et bien d'autres pour construire des low-technologies, sont disponibles sur le site du Low-tech Lab.

Le lithium est une ressource naturelle dont les stocks sont de plus en plus utilisés pour les voitures électriques, les téléphones et les ordinateurs. Cette ressource s'épuise progressivement au fil du temps. Son utilisation accrue dans la fabrication de batteries est principalement due à sa capacité à stocker plus d'énergie que le nickel et le cadmium. Le remplacement des équipements électriques et électroniques s'accélère et ils deviennent une source de déchets de plus en plus importante (DEEE: Déchets d'équipements électriques et électroniques). La France produit actuellement 14kg à 24kg de déchets électroniques par habitant et par an. Ce taux augmente d'environ 4 % par an. En 2009, seuls 32 % des jeunes français âgés de 18 à 34 ans ont une fois recyclé leurs déchets électroniques. La même année 2009, selon Eco-systèmes, de janvier à septembre 2009, 113 000 tonnes de CO2 ont été évitées grâce au recyclage de 193 000 tonnes de DEEE, l'un des quatre éco-organismes de la filière DEEE.

Cependant, ces déchets ont un potentiel de recyclage élevé. En particulier, le lithium présent dans les cellules des batteries d'ordinateurs. Lorsqu'une batterie d'ordinateur tombe en panne, une ou plusieurs cellules sont défectueuses, mais certaines restent en bon état et peuvent être réutilisées. A partir de ces cellules, il est possible de créer une batterie séparée, qui peut être utilisée pour alimenter une perceuse électrique, recharger votre téléphone ou être connectée à un panneau solaire pour faire fonctionner une lampe. En combinant plusieurs cellules, il est également possible de former des batteries de stockage d'appareils plus grandes.

Étape 1: Outils et fournitures

Fournitures

• Batterie d'ordinateur portable usagée
• Panneau solaire 5V-6V / 1-3W Régulateur de charge et de décharge (ex: Chargeur de batterie Mini Li-ion USB Arduino 4-8V 1A TP4056)
• Convertisseur de tension DC/DC booster DC/DC MT3608 (composant électrique qui va transformer les 3,7 V des batteries en 5 V)
• Lampe LED haute puissance (ex: boutons LED 3W)
• Interrupteur (pour ouvrir le circuit et éteindre la lumière)
• Ruban électrique
• Boîte

Outils

Pour l'extraction des cellules:

• Gants (pour éviter de couper avec le plastique de la batterie de l'ordinateur ou avec les rubans de nickel qui relient les cellules)
• Marteau
• Ciseau
• Pince coupante

Pour construire la lampe elle-même:

• Pistolet à colle (et bâtons de colle)
• Pistolet chauffant ou petite torche
• Scie à bois
• Tournevis

Étape 2: Comment ça marche ?

Ce tutoriel montre comment récupérer des cellules d'ordinateur pour fabriquer une nouvelle batterie. Alimenté par un panneau solaire, ou par un port USB, il vous permettra d'allumer une lampe LED.

Le système fonctionne autour de trois modules:

• le module de réception d'énergie: le panneau solaire et son régulateur de charge
• le module de stockage d'énergie: la batterie
• le module qui restitue l'énergie: la lampe LED et son régulateur de tension

Module de réception d'énergie: panneau photovoltaïque et contrôleur de charge

Le panneau photovoltaïque concentre l'énergie du soleil. Il permet de récupérer son énergie afin de la stocker dans la batterie. Mais attention, la quantité d'énergie reçue par le panneau est irrégulière selon l'heure de la journée, la météo… il est important d'installer un régulateur de charge/décharge entre le panneau et la batterie. Celui-ci sera notamment protégé contre les surcharges.

Module de stockage d'énergie: la batterie

Il est composé de deux piles au lithium récupérées d'un ordinateur. Pour résumer, une batterie est un peu comme une boîte contenant plusieurs batteries: chacune d'elles est une cellule, une unité qui alimente l'appareil par réaction électrochimique.

Les cellules trouvées dans les ordinateurs sont des cellules au lithium. Ils ont tous la même capacité à stocker de l'énergie, mais leur capacité à la fabriquer est différente pour chacun. Pour former une batterie à partir de cellules, il est important qu'elles aient toutes la même capacité à fournir de l'énergie. Il est donc nécessaire de mesurer la capacité de chaque cellule à composer des batteries homogènes.

Module qui restitue l'énergie: la lampe LED, le port USB 5V et son convertisseur de tension

Notre batterie nous fournit une alimentation de 3,7 V et les lampes LED que nous avons utilisées fonctionnent à la même tension. De plus, les ports USB fournissent une tension de 5V. Il faut donc transformer l'énergie des cellules de 3,7V à 5V: à l'aide d'un convertisseur de tension appelé DC/DC booster

Étape 3: Étapes de fabrication

Voici les différentes étapes nécessaires à la fabrication de la lampe:

1. Retrait des cellules de la batterie de l'ordinateur
2. Mesurer la tension des cellules
3. Réalisation des 3 modules (panneau solaire + régulateur de charge batterie LED lumière + régulateur de charge)
4. Relier les 3 modules
5. Construire une boîte
6. Intégration de modules dans la box

Étape 4: Retrait des cellules de la batterie de l'ordinateur

Pour cette partie nous vous proposons de regarder le tutoriel suivant: Recyclage des batteries.

1. Mettez des gants pour protéger vos mains
2. Mettre en place la batterie, et l'ouvrir avec un marteau et un burin
3. Isolez chaque cellule en enlevant toutes les autres parties (comme indiqué sur la photo).

Étape 5: Mesurer la tension des cellules et leur capacité

Mesurer la tension:

Nous commençons par mesurer la tension de chaque cellule afin de vérifier si elles fonctionnent correctement. Toutes les cellules qui ont une tension inférieure à 3V ne pourront pas être utilisées dans ce projet et doivent être recyclées.

A l'aide d'un multimètre, en mode DC, mesurez chaque cellule et vérifiez celle qui est utilisable sur le projet.

Attention: Si la batterie de l'ordinateur semble avoir du liquide à l'extérieur, n'ouvrez pas la boîte, le lithium est nocif à forte dose.

Capacité de mesure:

Pour mesurer la capacité d'une cellule, il faut la charger au maximum puis la décharger. Ces cellules sont à base de lithium et nécessitent un système de charge et de décharge spécifique, généralement la charge maximale est de 4, 2 V et le minimum est de 3 V. Dépasser ces limites endommagera la cellule.

1. Utilisez un PowerBank: il vous permettra de charger plusieurs cellules à la fois avec un port USB.
2. Chargez les cellules et attendez que la charge soit terminée (tout le voyant doit être allumé), cela se fera dans environ 24 heures. (image)

3. Les cellules seront chargées à leur maximum (4, 2V), il faut maintenant les décharger. Vous devez utiliser un Imax B6: un outil qui permet de décharger les cellules et de vérifier leur capacité. Comment utiliser l'outil:

   1. la tension: il vous demandera quel type de cellules vous souhaitez vérifier, vous devez choisir celle au lithium. Il régulera automatiquement la décharge à 3V minimum.
   2. l'intensité: régler sur 1A afin d'avoir une décharge rapide et sécurisée. Dans cette condition, la décharge devrait prendre entre 1 heure et 1 heure et demie.
   3. Connectez l'aimant aux pinces crocodiles, puis connectez-vous à la cellule, l'aimant aide à laisser passer le courant à travers l'Imax B6 vers les cellules. (image)
   4. Décharger les cellules jusqu'à ce qu'elles soient complètement vides.
   5. Notez la capacité sur la cellule. Plus c'est haut, mieux c'est.
   6. Triez vos cellules par capacité: 1800 mA.

Remarque: Il est important de faire des batteries homogènes, avec des cellules qui ont une capacité similaire

Etape 6: Réalisation des 3 Modules Différents

Module 1: Panneau solaire et régulateur de charge

• Utilisez un fil noir et un fil rouge, utilisez une pince pour rayer les fils.
• Soudez le fil rouge sur le côté positif du panneau et le noir sur le côté négatif.
• Le régulateur de charge possède 2 entrées: IN- et IN+ (qui sont indiquées sur le composant): Souder le fil rouge (positif) avec l'entrée IN+ du régulateur de charge et le fil noir (négatif) avec l'entrée IN- (image 5).

Module 2: Batterie

Insérez la pile au lithium dans le support de batterie

Module 3: Convertisseur LED/USB

Le convertisseur de tension DC/DC possède deux entrées et deux sorties: Entrées: VIN + et VIN - / Sorties: OUT + et OUT -. La LED a deux fils d'entrée: un positif et un négatif.

• Prenez deux fils (rouge et noir).
• Soudez le fil rouge avec l'entrée VIN+ du convertisseur de tension et le fil noir avec l'entrée VIN-.
• Attention: La polarité des fils n'est pas indiquée sur la LED. Pour l'identifier, utilisez un ohmmètre. Le fil est positif lorsqu'il affiche une valeur nulle. Lorsqu'il affiche une valeur plus élevée, le fil est négatif.
• Soudez le fil positif de la LED à la sortie OUT+ du convertisseur de tension et le fil négatif de la LED à la sortie OUT-. (image)

Etape 7: Connexion des 3 Modules

Le régulateur de charge possède 2 entrées: IN- et IN+ (qui sont indiquées sur le composant).

1. Souder le fil rouge du panneau solaire (positif) à l'entrée IN+ du régulateur de charge et le fil noir (négatif) à l'entrée IN-.
2. Le régulateur de charge possède 2 entrées: B- et B+ (qui sont indiquées sur le composant). Souder le fil rouge du support de batterie (positif) à l'entrée B+ du régulateur de charge et le fil noir (négatif) à l'entrée B-.
3. Souder le fil rouge (positif) du module convertisseur USB/LED à la sortie OUT+ du régulateur de charge. Souder le fil noir (négatif) à la sortie OUT. Remarque: Le circuit électrique est maintenant fermé et la lumière s'allume.
4. Couper le fil positif reliant le régulateur au convertisseur afin d'ouvrir le circuit et souder l'interrupteur en série. Il servira à ouvrir et fermer le circuit.

Étape 8: Élaboration du dossier - Version 1

Version 1: Tupperware

Ce design est issu d'Open Green Energy, n'hésitez pas à consulter le tutoriel original. Nous le partageons car il semble vraiment intéressant. Cependant, le boîtier doit être adapté à notre circuit, notamment pour la sortie USB. Nous proposerons prochainement notre propre modèle inspiré de ce design.

Étape 9: Construire le cas - Version 2

Version 2: Flacon thermoformé grand format

Ce modèle permet aux circuits d'être totalement étanches, mais nécessite un matériel spécifique:

• Un bidon d'eau de 5L
• Planches de contreplaqué (ou bois brut) entre 1 et 2cm d'épaisseur
• Un taquet, longueur minimum 80cm, largeur entre 3 et 5 cm

Construction des deux bases: Ce sont les deux extrémités de la lampe, la partie supérieure accueille le panneau solaire d'un côté et le circuit électrique de l'autre. L'extrémité inférieure est utilisée pour fermer la lampe et la sceller de manière imperméable.

1. Découpez 2 planches de 15/13cm et 2 planches de 11/13cm.
2. Superposez chaque petit tableau sur un plus grand, en faisant attention à le placer exactement au centre du grand tableau. Chaque paire de planches sera vissée plus tard.

Remarque: Pour l'étanchéité, il est préférable de vernir les planches au préalable.

Construire le moule:

1. Dans le tasseau, découpez 4 portions d'environ 20cm.
2. Placez-les dans chaque coin d'une des petites planches déjà découpées (11/13cm) et vissez chaque portion de tasseau avec la planche.
3. Placez l'autre petite planche à l'autre extrémité des quatre portions et vissez-les de la même manière. Le résultat est un cuboïde de dimensions 11/13/20, qui servira à thermoformer la bouteille en plastique.

Thermoformage de l'enveloppe de la lampe:

1. Découpez le fond de la bouteille de 5L et insérez à l'intérieur du moule verticalement (le côté 20cm du moule doit être parallèle au côté de la bouteille).
2. Chauffer lentement avec un décapant thermique de chaque côté du cuboïde. Le décapant doit être à environ 10 cm du flacon. Si vous ne possédez pas de décapeur thermique, il est possible d'utiliser tout autre type de source de flamme (comme un réchaud à gaz par exemple).
3. Une fois que la bouteille a la même forme que le moule, continuez à chauffer afin d'effacer les motifs de la bouteille et de bien étirer le plastique. Attention à ne pas chauffer trop près du plastique ou trop longtemps au même endroit, sinon des bulles se formeront à la surface du plastique.
4. En laissant la bouteille formée sur le moule, découpez proprement au niveau du moule la partie supérieure de la bouteille, et recoupez la bouteille environ 17cm en dessous.
5. Une fois la découpe effectuée, dévissez les tasseaux de chaque côté du moule afin de séparer le moule du plastique.
6. A chaque extrémité du flacon formé, pliez des languettes de 1 cm de large à 90° vers l'intérieur. Chaque languette doit être biseautée des deux côtés (comme indiqué sur la photo). Les languettes se glisseront entre les deux planches (la grande et la petite) de chaque côté du flacon, pour améliorer l'étanchéité de la lampe. Afin de plier facilement les languettes, tracez un trait fin avec le cutter à l'intérieur de la bouteille et pliez-la à la main.

Fixation du panneau solaire:

1. Placez le panneau sur la plus grande planche, marquez la position des sorties + et - du panneau et percez un trou de 5 mm dans les deux planches. (Si un composant est déjà à cet endroit, le trou doit être déplacé).
2. Mettez les fils du contrôleur de charge dans ces trous et soudez-les aux sorties correspondantes sur le panneau solaire.
3. Pour fixer le panneau, l'idéal est d'utiliser une fine couche de tissu collée à la planche et de coller le panneau sur le tissu (à l'aide de colle forte par exemple).
4. Pour le pied de lampe, répétez la même opération à l'autre extrémité du plastique.
5. Placez la petite planche à l'intérieur de l'enveloppe et vissez-la sur la plus grande planche, avec les 4 languettes en plastique entre les deux planches.
6. Pour assurer l'étanchéité de la prise USB, vous pouvez agrafer un petit morceau de chambre à air de vélo.

N'hésitez pas à poster des questions ou des améliorations auxquelles vous pourriez penser. Et n'oubliez pas de partager votre lampe une fois que vous l'avez fait, avec #solarlamp #lowtechlab !