Всем привет! На связи Владимир Мостовой, менеджер по инцидентам компании «Флант». После того как я два дня прожил без электричества из-за аварии на подстанции, я решил, что дома должно быть резервное питание. К тому же оно будет полезно не только при отключении света, но и при выезде на природу. При этом я решил, что самостоятельно соберу источник, так как у меня есть небольшой опыт работы с электроникой, а также много разных инструментов для этого.
В этой статье я расскажу, почему решил сделать именно солнечную станцию, и детально распишу основные её части, а ещё объясню, что понадобится для сборки. Из последней части вы узнаете, как собрать подобный источник энергии. Спойлер: он прошёл мои испытания и отлично работает.
Почему я решил сделать солнечную станцию
Чтобы определиться с характеристиками резервного питания, я решил посмотреть, какие у меня основные потребители энергии дома при отключении электричества и на природе:
-
Основные потребители дома:
ноутбуки (Macbook Pro M1 / Asus VivoBook S433J);
телефон (iPhone 13 mini);
паяльник (FNIRSI HS-01).
-
Основные потребители на природе:
дорожный холодильник (Alpicool);
фонарь налобный (3×18650);
электромотор для лодки (WaterSnake T24).
Это помогло выбрать необходимую мощность резервного питания: не менее 240 W по линии 12 V.
Ещё нужно было определиться с форматом резервного питания. Например, есть бензиновые генераторы:
Но они слишком громоздкие, шумные и требуют обслуживания. Оказавшись без электричества, не очень приятно заниматься прогревом свечей и поиском бензина. Также этот вариант нельзя использовать в квартире.
Ещё один вариант источника питания — инвертор + свинцовый аккумулятор:
Но это тоже будет не лучшим решением в плане удобства. Электроника не очень «рада» модифицированному синусу по линии 220 V, так как слышно, как шумят дроссели в блоке питания ПК, моторы электроинструмента начинают очень противно трещать, а некоторая техника и вовсе отказывается работать. А делать дополнительные крокодилы для разъёма прикуривателя казалось сомнительным вариантом.
В итоге я выбрал солнечную станцию. Во-первых, я живу в южном регионе, где много солнечных дней, и часто езжу на природу, где необходимо электричество. Во-вторых, панели солнечной станции удобно транспортировать, так как они гибкие и складываемые. В-третьих, это экологичный источник энергии.
Для начала я решил посмотреть готовые устройства на AliExpress, Ozon и Wildberries. Но там я не смог найти подходящие варианты, потому что меня смущали следующие моменты:
Несоответствие заявленной ёмкости аккумуляторов. В большинстве случаев непонятно, какие ёмкости используются, в какой компоновке и сколько.
Некачественные платы «мозгов» и инвертора. В большинстве случаев используются платы с недостаточным охлаждением, компонентная база очень дешёвая и ячейки батареи из обычных, не высокотоковых аккумуляторов, а также модифицированный синус, о котором поговорим чуть позже.
Высокая цена. Более-менее адекватные варианты стоят от 35 тысяч рублей, например Wattico Camp 600.
По этой причине я решил сделать солнечную станцию своими руками.
Что использовал для построения солнечной станции
Для построения проекта потребовались:
30 высокотоковых ячеек 18650 от LiitoKala («шоколадки»);
контроллер солнечной панели с поддержкой режима заряда Li-ion батарей;
два разъёма типа «мама» 5,5×2,5;
разъём прикуривателя;
две кнопки с фиксацией;
одна кнопка без фиксации;
прожектор 12 V;
пластиковые холдеры для аккумуляторов 18650;
ящик для инструментов;
блок зарядки от прикуривателя 65 W;
тройник;
солнечная панель;
провода (акустические 2,5 квадрата и 1 квадрат);
бесперебойник (UPS для ПК).
Из инструментов:
паяльник и расходники к нему;
мультиметр;
лабораторный блок питания (FNIRSI DC-6006);
зарядное устройство (iMax B6);
тестер ёмкости (DL24);
осциллограф (FNIRSI DSO Pro);
точечная сварка и расходники к ней;
обжимник и клеммы;
руки из плеч ?.
Теперь разберём основные составляющие станции.
Аккумулятор
Это сердце солнечной станции, хранилище энергии. Для него я выбрал высокотоковые элементы 18650 от LiitoKala, так как раньше я использовал подобные для сборки аккумулятора для электросамоката и портативных аккумуляторов. И они очень хорошо себя показали: соответствуют заявленной ёмкости, хорошо переживают высокотоковые нагрузки, цена не кусается (около 160 рублей за одну ячейку, если брать оптом, пример).
Соединяются батареи по схеме 3s10p:
При сборке нужно обязательно использовать BMS 3s для лития и ампераж не ниже 40 A. Подключаем по следующей схеме:
Если следовать этой сборке, мы получим такую батарею:
Эти аккумуляторы я протестировал в других сборках. Например, есть у меня аккумуляторы, которым уже больше четырёх лет и у которых количество циклов заряд-разряд явно перевалило за тысячу. Также они эксплуатируются под большими токами. Вот пример теста такого такого аккумулятора:
На заряд с 3,0 V аккумулятор потребил 2272 mА. Это хороший показатель, но он не даёт точной картины, так как часть энергии теряется в процессе заряда. Нужно понимать, сколько мы получим с него в итоге.
Теперь проверим, сколько аккумулятор сможет отдать на разряд:
На разряд c отсечкой на 3,0 V аккумулятор отдал ~2100 mAh
Полученные результаты меня полностью устраивают: у меня есть ячейки, которые с момента покупки отдают заявленные 3000 mA, а в процессе эксплуатации за многие годы потеряют лишь >30% от общей емкости. С учётом того, что во время эксплуатации на них не будет таких высоких нагрузок, как на тестируемых, то устройство послужит продолжительное время. Явно дольше, чем тот же свинцовый аккумулятор или сомнительное готовое решение из онлайн-магазина.
Примечание
Продавцы на AliExpress часто указывают космические характеристики для данных ячеек, которые не соответствуют действительности. В этом случае можно проучить продавца, который преувеличивает показателях. Например, у меня есть достаточно мощный тестер ёмкости. Я дал нагрузку из описания товара и, естественно, получил критическую просадку по вольтажу. Получается, что товар не соответствует заявленным характеристикам, поэтому можно открывать спор и смело просить половину стоимости назад.
Контроллер
Я выбрал самый дешёвый и доступный с быстрой доставкой по РФ. Не вижу смысла переплачивать за MPP-контроллер, который будет «выжимать» все соки из солнечной панели. Да и стоимость проекта резко увеличится, как и габариты. Мощность подключаемой солнечной панели не будет выходить за 100 W. Дополнительный плюс — не нужно покупать зарядное устройство для литий-ионной сборки (12,6 V). Такой контроллер сможет зарядить батарею и от блока питания ноутбука на 19 V. Покупал на Ozon по ссылке.
Плата инвертора / бесперебойник
В данном случае нет смысла заказывать сомнительные платы с маркетплейсов, где будет модифицированный синус или несоответствие заявленной мощности (о вреде этих моментов я говорил выше). На том же «Авито» можно найти бесперебойник с мёртвой свинцовой батареей за 300 рублей или бесплатно.
При переделке платы бесперебойника для корректной работы с литием нужно обратить внимание на следующие моменты:
-
Критично низкое напряжение свинцовой батареи гораздо выше, чем у литиевой сборки, значит, нужно «сместить» порог отключения ИБП. Делается это экспериментальным методом с подстроечным резистором. Необходимо выпаивать резисторы в районе операционного усилителя на плате, ставить подстроечный резистор и с помощью лабораторного блока питания «играть» с напряжениями.
Как только будет найден необходимый резистор, останется подобрать нужное сопротивление к вольтажу отключения. В моем случае это было 75 кОм. Но тут, полагаю, можно сильно не заморачиваться и поставить большее сопротивление. Плата BMS при критичной просадке вольтажа уйдёт в защиту и отключит потребитель.
Обычно ИБП уходят в автоотключение спустя 10 минут. На платах предусматривается отключение данного режима. В моём случае — замыкание перемычки JMP1.
Для комфорта советую выпаять бипер, чтобы не бил по ушам.
Как я собирал солнечную станцию
Для сборки нам понадобится ящик для инструментов, который подойдёт по размерам к компонентной базе. Схема сборки следующая:
По этой схеме я собрал следующее устройство:
В местах, где есть ответная часть для клемм, использовались клеммы. А провода между собой соединялись пайкой. Для надёжности я закрепил детали силиконовым герметиком, чтобы избежать замыканий и повреждений при транспортировке.
Так выглядит станция в закрытом виде:
На выходе мы получаем 228 W и что-то похожее на синус. По крайней мере, электроника от данного источника работает отлично и посторонних шумов под нагрузкой замечено не было.
На этом этапе может возникнуть вопрос, почему бы не использовать сразу инвертор, который уже идёт с розеткой, толстыми проводами и информационным дисплеем. Изначально я рассматривал такие внедрения в данную сборку. Но модифицированный синус даёт о себе знать (о проблемах я говорил выше). С текущей платой ИБП такого замечено не было, да и переплачивать за «кота в мешке» с маркетплейсов нет смысла.
В итоге получаем:
питание от прикуривателя для любых потребителей, рассчитанных на работу от данного разъёма: в моём случае это паяльник, зарядка для телефона и ноутбука;
стационарное освещение (прожектор);
источник 220 V — по сути розетка (в моём случае на 600 W, а в пике кратковременно может и больше выдавать);
вывод 12 V на разъём 5,5×2,5 — можно подключать технику, которая работает от 12 V, но не переведена на разъём прикуривателя.
Вот небольшой набор проводов, которые перемещаются вместе с солнечной станцией:
5,5×2,5 — для подключения батареи к солнечной панели;
5,5×2,5 — Type-C для зарядки батареи от блока питания;
5,5×2,5 — 2pin автомобильный разъём (для подключения лодочного электромотора);
5,5×2,5 — «крокодилы» (для прочей техники)
Итоги
Весь проект обошёлся мне в ~11 500 рублей. Точные цены по деталям получились следующими:
30 ячеек 18650 — 4800 рублей, но после спора вышло — 2400 рублей;
контроллер солнечной панели —750 рублей;
два разъёма типа «мама» 5,5×2,5 — 60 рублей;
разъём прикуривателя — 150 рублей;
две кнопки с фиксацией — 60 рублей;
кнопка без фиксации — 30 рублей;
прожектор — 300 рублей;
пластиковые холдеры для аккумуляторов 18650 — 500 рублей;
ящик для инструментов — 900 рублей;
блок зарядки от прикуривателя 65 W — 600 рублей;
тройник — 300 рублей;
солнечная панель — 5200 рублей;
провода, клеммы — 200 рублей;
бесперебойник (UPS для ПК, с неисправной свинцовой батареей) — достался даром.
Эта солнечная станция уже прошла полевые испытания на природе и полностью соответствует моим ожиданиям. Из планируемых доработок хотелось бы добавить разъём Type-С с триггером на 20 V, чтобы не использовать дополнительные переходники при зарядке станции от розетки.
Комментарии (47)
Jury_78
27.08.2024 06:23+4Электроника не очень «рада» модифицированному синусу по линии 220 W,
Может Вольт?
так как слышно, как шумят дроссели в блоке питания ПК, моторы электроинструмента начинают очень противно трещать, а некоторая техника и вовсе отказывается работать.
Когда ПК работает от ИБП, что то я не слышал шума в БП. Для моторов на 220В это и так понятно, что нужен чистый синус.
Yuri0128
27.08.2024 06:23+1Вот те на... ТС, так не любящий "модифицированній синус", хм, получил в результате именно его на выходе своей конструкции, - и уже и БП компа не шумит дросселем и техника не отказывается работать (а попробуй откажи - больше не включат!).
Особенно порадовали акустический провод..... Вот наверно потому дроссель в БП комповом е шумит!!
DustCn
27.08.2024 06:23+2И что будет с этой коробкой при длительной отдаче исходных 240Вт в нагрузку? Где нагрузочное тестирование с тепловизором? Вопрос охлаждения замкнутого пространства пластиковой коробки не проработан.
Yuri0128
27.08.2024 06:23+150 Вт тепловых потерь будут потихоньку все это греть. Что первое стрельнет - тут можно ставки делать. Я на выходной каскад инвертора по 12 вольтам или на транс, если он тама есть.
YMA
27.08.2024 06:23+1Мне на фото не понравился трансформатор рядом с литиевой батареей, ну так, сцыкотно немного. Он же греется при работе. И батарея на больших токах тоже греется...
Yuri0128
27.08.2024 06:23Там транс с UPS BNT-600, он вечно греется при работе, сопли потихоньку поплывут. На 240 Вт не так что-б и сильно, но ХЗ если долго будет работать. Ну и в УПСе надо-бы проверить транзисторы силовые на предмет напряжения включения на затворе, - а то всяко бывает. Лучше поменять на что-то современное и настоящее. Ибо при нагрузке батарея провалиться может до 8 вольт (ТС и так порезал ограничение по низу, а на какую напругу там БМС настроена - ХЗ), сопротивление канала несколько возрастет и транзисторы дружно сгорят на работе.
merkel
27.08.2024 06:23Публика неистовствует и требует второй части с испытанием зарядки от солнечной панели, разряда холодильником за ночь.
Yuri0128
27.08.2024 06:23А что там с холодильникком не так? Он тянет 60 Вт а ночи летом короткие...4 часа *60=240 Вт, ну вот почти хватает... :)
voldemar_d
27.08.2024 06:23Вспоминается анекдот, как русские приехали к чукчам в гости, и после охоты и катания на оленях сказали: ну, а теперь водочки, и в баньку!
Чукчи говорят: какую баньку? Мы в реке моемся.
Русские спрашивают: а зимой как? Чукчи: да сколько её, этой зимы-то?
merkel
27.08.2024 06:23+1у меня на меньшем аккуме холодос продержался сутки без подзарядки. Холодос в экономичном режиме с парой аккумуляторов холода внутри. Так он работает далеко не постоянно, но это ночью. Летом же на солнце холодос шпарит компрессором почти все время. Пополнение его аккумулятора идет от панели на 100 ватт, при угле падения 90°. Вот и интересно с практической точки зрения, успевает ли панель за день пополнять батарею, или, например, нужно их две?
valdemorte Автор
27.08.2024 06:23Абсолютно верно, компрессор не 24/7 качает. Если это холодильник на элементах Пельтье - возможно и будет постоянно потребление, но в моем сценарии компрессорный.
По поводу заряда от солнечной панели в сценарии использования "На природе / солнечный день / отвлекаешься 3-4 раза на релокацию панели под солнечные лучи" - вполне хватает.
На текущий момент две панели, одна на 100w от "знаменитого" бренда xinpuguang и Dokio на 200w. Обе гибкие, комфортные в транспортировке. Беру с собой панель на 100w, вполне хватает на все и вся. Вижу в комментариях есть спрос на характеристики / эффективность панели, но с учетом меняющихся факторов (КПД / облачность / широта / чистота панелей / угол установки / положение солнца и т.д) - эти сухие цифры ничего не дадут. Скажу так - на мои хотелки данной станции хватает, панель успевает заряжать батарею за солнечный цикл в летнее время.
oraclejob
27.08.2024 06:23Какой смысл делать батарею из ячеек, если есть аккумуляторы на 30-50Ач?
valdemorte Автор
27.08.2024 06:23+1Хм, вариации: Pb (свинцовый), Li-ion и LiFePO4
Для себя выделил следующее:
Свинцовый - это тяжело, это нельзя разряжать в ноль, это нужно обслуживать (если обычный аккум). Если брать AGM / GEL - становится сильно дороже.
Li-ion - мой вариант, но тут слишком много вариаций. Брать готовые варианты очень опасно, т.к. это может быть низкокачественная ячейка (не высокотоковая, перемаркированная, с низкой емкостью, с песком.. *подчеркнуть нужное*). Потому собрал батарею из проверенных ячеек.
LiFePO4 - слишком хорошо и слишком дорого. Не вписывается в концепцию "дешево и решает вопрос". Но, если бы собирал станцию с бОльшим бюджетом, то конечно бы выбрал данную технологию аккумов.
Grey83
27.08.2024 06:23+2Есть ещё литий-титанат, для которого и bms с контроллерами заряда продаются.
Эти аккумы обычно изначально на мощных потребителей рассчитаны (и изначально имеют клеммы для их присоединения).Yuri0128
27.08.2024 06:23Вот как раз это и будет "сильно дороже", как и писал ТС
Nikobraz
27.08.2024 06:23Зато в отличие от LiFePo4 они умеют при минусовой температуре заряжаться, но конечно сильно дороже. Планирую такое для гаража в деревне построить.
Yuri0128
27.08.2024 06:23Ну, тут да, титанат можно адекватно заряжать при температуре ниже 0 Цельсия. Но, с известными ограничениями, и LiFePo4 можно, только сильно уж малым током (еще и зависящим от химии конкретной батарейки). Но такое, конечно, людям нельзя советовать ибо моментом убьют батарею.
oraclejob
27.08.2024 06:23+2LiFePO4 на больших емкостях стоят столько же сколько свинцовые, я перешел на них в домашнем резервном питании.
Yuri0128
27.08.2024 06:23Если брать AGM / GEL - становится сильно дороже.
Ну так AGM - тот же свинцовый, только с матом из стекловолокна, все как для свинца + если кальциевая батарея (а других сейчас и нету) - то потребуется периодически гнать напряжение выше, до 15.5 - 16 вольт для "обслуживания". Гелевые настоящие - такии сильно дороже, но 2000 циклов 0,25/0,85.
Li-ion - мой вариант,
ну ведь не зря сильно не рекомендуется ставить на солнечные станции. Даже китайцы туда литий-титанат ставят... Ну, в крайнем случае, лити-железофосфат (сейчас и натриевые потихоньку уже)... Вы в своей батарее не сможете адекватно осуществлять контроль за ее состоянием (вы сами это указали), да и по факту так и есть.
LiFePO4 - слишком хорошо
наверное это был-бы самый лучший вариант, не сильно так уж дороже литий-онного. Тяжелее в 2 раза - факт, но безопаснее ну просто намного... Да и циклов (если новые ячейки брать) 3000-4000 0,25/0,85, что в условиях частого переключение себя отобъет довольно быстро.
tbp2k5
27.08.2024 06:23+1А как/где вы находите " проверенные ячейки " ? Тестовая закупка ? Надежный магазин ? Поделитесь пожалуйста.
valdemorte Автор
27.08.2024 06:23Тестовая закупка. Проверяю емкость, корректно ли держит большие токи, маркировку, но также по хорошему еще необходимо проверять внутреннее сопротивление. Если все устраивает, то закупаю по 10шт в несколько заказов.
Tonwins
27.08.2024 06:23+1Было бы хорошо, получить тесты зарядки данного устройства от солна при условиях идеальной погоды и не очень.
Yuri0128
27.08.2024 06:23+2Тут хотя-бы фотку панели или ее параметры на худой случай. Ибо 100 ватная панель за световой день точно выдаст 240 Вт. Так что батарейка бу заряжена.
merkel
27.08.2024 06:23Простите за душнилово, но 100 ваттная панель не может выдать 240 ватт, потому что она 100 ваттная а не 240 ваттная. Если все-таки имеются в виду ватт-часы, то и тут бабка на двое сказала, теоретически, конечно в идеальных условиях панель выдаст за 2.4 часа. Но на практике выдаваемая мощность будет меньше, это при том, что потребителей никто выключать не будет, и в батарейку складываться будут далеко не все вырабатанные панелькой "ватты". Так что вопрос не праздный.
bbs12
27.08.2024 06:23Использовал похожий контроллер для зарядки 3 литиевых банок 18650, подключенных последовательно, он почему-то перезарядил их до 4.7V на банку, хотя в настройках выставил ограничение не более 12V.
Советую зарядить полностью от солнца и проверить напряжение на отдельной банке, а то вдруг полыхнет.
valdemorte Автор
27.08.2024 06:23Странное поведение. У себя тестировал, корректно отрабатывает заряд (режим 1B2 на контроллере), хоть и стоит BMS, но все равно перестраховывался, контролировал этот момент.
voldemar_d
27.08.2024 06:23Получается, что товар не соответствует заявленным характеристикам, поэтому можно открывать спор и смело просить половину стоимости назад.
И что, реально деньги возвращают? Есть опыт?
Tomasina
27.08.2024 06:23В-третьих, это экологичный источник энергии.
Ну да, ну да... При производстве одной панели в природу выбрасывается столько загрязнений, что выработка самой панели в течение ее срока (25 лет) не окупает расходы по восстановлению.
voldemar_d
27.08.2024 06:23Где про это подробнее почитать можно? Какие именно загрязнения выбрасываются, на каких этапах процесса?
RigidStyle
Вообще не понятна претензия к инвертору, который дает "модифицированный синус", особенно на фоне того, что по итогу автор пихает в станцию инвертор, который дает модифицированный синус.
Что бы получить нормальный (более-менее) синус, нужно взять более менее нормальный инвертор. А не вот то, что на фотке в начале статьи. И не будет ни шума дросселей, ни других "тресков" электромоторов.
valdemorte Автор
Спасибо, что поправили, синус и правда модифицированный. И да, действительно инвертор из начала статьи отвратительного качества, очень)) Однако, ИБПшный выходит бесплатно или около того и решает вопрос "шума / тресков", именно к этому вел.
Качественный и проверенный инвертор, сильно ударил бы по стоимости самоделки, старался сделать из доступных материалов в низком бюджете.
vvzvlad
Так зачем упирать на синус, если и там и там качество синусоиды зависит от инвертора? Так и сказали бы, что хотели солнечную батарею, а не заряжать свинцовый аккумулятор, которого надолго не хватит.
frt123
У меня больше вопросов к "свинцовый аккумулятор" в той связке. У свинцовых в идеальных условиях 400-600 полных циклов заряд-разряд а в режиме "резервное питание" из-за глубокого разряда этих циклов становится значительно
Yuri0128
Ну так берите тяговые или HR серию - у них все несколько лучше. Или гелевые - там еще краше.