Escritório alimentado por bateria. Sistema Solar Com Comutação Automática Painéis Solares Leste / Oeste e Turbina Eólica: 11 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:34

O projeto:

Um escritório de 200 pés quadrados precisa ser alimentado por bateria. O escritório também deve conter todos os controladores, baterias e componentes necessários para este sistema. As energias solar e eólica carregam as baterias. Há um pequeno problema de apenas ter opções de montagem no solo oeste e leste para os painéis solares com uma casa alinhada norte / sul diretamente entre os painéis. A orientação da casa causa muita sombra nos painéis do lado leste e oeste ao longo do dia.

O banco de bateria principal do sistema (24v 100AH) supera o problema de sombra e é carregado com energia solar do nascer ao pôr do sol para uma geladeira, freezer e computador. O banco de baterias secundário menor (24V 35AH) é carregado pelos mesmos painéis solares (na sombra e no horário de pico do sol) mais uma turbina eólica. O banco de bateria menor é para monitores / câmeras de sistema de segurança de 12 volts, tv, luzes e ventiladores.

Este Instructable focará principalmente em 4 pontos principais:

1. Configuração do painel solar leste e oeste - duas cadeias de painéis que terão níveis de tensão diferentes dependendo da hora do dia e uma maneira de superar este problema.2. Proteção da bateria. Usando um interruptor de transferência automática e como construir o seu próprio com dois componentes simples para proteger contra o esgotamento das baterias.3. Adicionar uma turbina eólica a um sistema solar em caso de longos períodos de dias sem sol.4. Instalação de todo o sistema de controlador e baterias dentro da área de escritório. O espaço ocupado é de 2,6 pés quadrados.

Partes:

2 x baterias de 100 AH Banco de baterias principal - enganchado em série fazendo 24 volts @ 100AH usando um barramento para todas as conexões negativas

2 baterias de 35AH Banco de baterias secundário - Conectado em série fazendo 24 volts @ 35AH usando um barramento para todas as conexões negativas

Inversor de 24 volts, inversor de 2.000 watts para operar aparelhos de 120 vac

Fio de bitola 6 que vai do banco de bateria principal ao fusível de 100 A e barramento negativo

Fusível de 100 Amp entre o inversor e o banco de baterias de 24v

Chave de transferência automática para proteger o banco de baterias 24v 100AH de níveis de baixa tensão

Solar Controler 40 amp, 1200 watts, 150 volts entrada pv máx.

2º controlador solar para o banco de bateria de 24 volts 35AH entrada pv máx. De 100 volts

Painéis solares 8 deles seriam basicamente os mesmos que neste sistema

Fios com conectores são caros, mas fáceis de conectar para distâncias mais curtas (10 awg)

Extensores 8 awg com conectores são caros, mas fáceis de conectar para distâncias mais longas (8 awg)

Conectores de painel para fazer seus próprios cabos

Relé leste / oeste para alternar entre as duas cordas do painel solar

Temporizador digital para controlar o relé Leste / Oeste

Relé de estado sólido para fazer seu próprio interruptor de corte de bateria fraca (para bateria 35AH)

Dispositivo de proteção de baixa tensão para controlar o relé de estado sólido (protegendo a bateria 35AH)

Conversor de 24 volts para 12 volts para operar os itens de 12 volts dos bancos de baterias principais de 24 volts, se necessário

Chave faca DPDT x 2 para direcionar qual banco de bateria está conectado à caixa de fusíveis de 12 volts e para alternar entre energia eólica e solar para o banco de bateria 24v 35AH.

Caixa de fusíveis de 12 volts para distribuir e proteger todos os dispositivos de 12 volts

Fio de conexão de calibre 10 junto com outro rolo de fio que eu tinha anteriormente

Ferramenta de crimpagem junto com as alças para criar muitos cabos de comprimento personalizado. Devia ter um conjunto diferente de alças

Turbina eólica por longos períodos sem sol em uma queda de energia - conectada ao banco de baterias 24v 35AH com segundo controlador solar

Chave faca TPDT para o sistema de interrupção da turbina eólica usando 3 resistores para a interrupção

2 gabinetes de rack de áudio de madeira para todos os componentes principais do sistema, mantendo a área ocupada por 2,6 pés quadrados. Eu tinha usado isso há muito tempo.

4 tampas de acrílico para os componentes internos do sistema. Eu tinha usado isso há muito tempo.

Etapa 1: os painéis do lado oeste

Os primeiros 4 painéis foram instalados há alguns meses no lado oeste.

Estes são painéis Renogy de 12 volts e 100 watts. Eles estão indisponíveis no momento, mas para referência, eles estavam na Amazon.

A hora do dia na foto com o gato Charlie é por volta das 15h40. Os painéis solares são amarrados em dois postes de 12 '. Esses dois postes de 12 'são montados no convés, primeiro fazendo dois orifícios na lateral do deck e, em seguida, deslizando-os nos orifícios do deck. As outras extremidades dos postes de 12 'são aparafusadas a dois postes de 5' mais curtos plantados no solo. Na parte inferior dos postes de 5 'estão placas de metal quadradas horizontais de 8 . Elas são impossíveis para o vento levantar do solo. Eu apenas tive sorte em encontrar os postes de 5' e não consigo realmente adicionar um link a eles.

É muito fácil limpar os painéis montados tão baixos.

Esses painéis solares são conectados ao relé começando com 30 pés de fio de extensão de 8 awg, mais outros 30 pés de cabo de 10 awg.

Etapa 2: os painéis do lado leste

Aqui estão mais 4 painéis solares de 12v 100 watts no lado leste por volta das 15h30. Eles foram instalados em 18/10/20.

Os painéis são montados no convés com um poste de montagem de antena parabólica horizontal e, em seguida, usando dois postes de 12 pés e 1,5 , gravatas e alguns blocos de concreto com pedaços de tijolo nas extremidades (veja as fotos).

Os cabos para o lado oeste custam quase tanto quanto um painel solar! Eu queria tentar algo mais barato para os cabos de 50 pés do lado leste. Lembrei-me deste truque de um vídeo do youtube sobre o uso de cabos de extensão regulares, cortando as pontas e amarrando os três fios condutores. Então, usei um cabo de extensão de 30 metros e funcionou bem. O tamanho do fio acabou sendo cerca de 10 para ambos os cabos de 50 pés que fiz. Com a tensão mais alta (80 V) proveniente dos painéis, esse tamanho de fio deve ser o.k. sem muita perda por agora. Usei este 9 In 12AWG Adapter Kit para conectar as pontas dos fios de 15 metros aos painéis solares com conectores de torção.

Etapa 3: os controladores e relé solares - alternando os painéis do lado leste e oeste

Os Controladores Solares:

O controlador solar principal Epever de 40 Amp; Este controlador é para carregar o banco de bateria 24v 100AH. Este controlador tem uma tensão máxima de entrada do painel solar de 150 volts. A potência máxima de entrada do painel é 1, 200 (agora o limite para este sistema).

O controlador solar Epever secundário de 40 Amp; este controlador é para carregar o banco de baterias 24v 35AH. O carregador tem entrada máxima de 100 volts no painel solar (agora o limite para este sistema) e potência máxima de entrada de 1,500. Há também uma turbina eólica com seu controlador ajudando a carregar este banco de baterias.

O Relé:

Metade do relé DPDT (double pole double throw) é usada para alternar entre os 4 painéis solares leste e 4 oeste, conectando-os ao Controlador Principal. A outra metade do relé troca os painéis solares para o controlador secundário. Veja como o tempo de troca está definido agora, para todos os dias da semana:

7h às 12h O Timer Digital liga o RELÉ de 80 AMP que conecta / alterna os 4 painéis do lado leste para o Controlador de Carga Principal (e banco de bateria 24v 100AH). Nota: O relé está consumindo cerca de 6 watts de energia do sistema durante essas 6 horas. Os 4 painéis do lado oeste também são alternados para o Controlador de carga secundária neste momento (carregando o banco de baterias 24v 35AH). Deve haver uma boa potência de carregamento das 10h às 13h nos painéis oeste.12h às 7h. O temporizador digital desliga o RELAY que conecta / alterna os 4 painéis do lado oeste para o controlador de carga principal. O relé agora está consumindo energia zero do sistema. Os 4 painéis leste também são alternados para o Controlador de carga secundária neste momento. Deve ser um bom carregamento por mais 2 horas (13h às 15h).

Consulte a imagem do relé para obter informações sobre a fiação, além do diagrama do circuito principal na etapa 9.

Os fios negativos das cordas do painel solar leste e oeste são amarrados juntos e vão para um interruptor de corte antes de conectar às entradas negativas dos controladores solares. Eu estava com o interruptor de corte negativo e apenas o adicionei. Isso não se reflete no desenho principal. Qualquer tipo de switch de alto amplificador deve funcionar bem, mas não é necessário.

Etapa 4: Banco de bateria principal 24Volt 100AH e inversor

Atualmente, o banco de baterias principal é composto por duas baterias de 12 volts 100AH em série, formando um banco de baterias de 24 volts 100AH. Um inversor de 24v 2000 watts é usado para alimentar uma geladeira, freezer, computadores ou forno de micro-ondas. Há um fusível de 100 A entre o inversor e o banco de bateria principal. Para esses itens de 120 VAC, há um filtro de linha saindo da chave de transferência automática.

O sistema usa baterias seladas e não deve vazar gás hidrogênio. Eu tinha um detector de co2 e li que eles também detectam gás hidrogênio, então o instalei. Um sistema de ventilação será adicionado em breve.

Etapa 5: salvando o banco de bateria principal de 24 volts 100AH da baixa tensão

A chave de transferência automática 50A 5500 Watt da Spartan custa cerca de US $ 115. Seria divertido construir um também.

Você pode pré-definir o nível de baixa tensão da bateria para cortar automaticamente toda a energia usada no inversor de 2.000 watts. Em seguida, ele alterna a energia para os itens de A / C para a energia da rede, garantindo que evitaremos que as baterias acabem além do nível de perigo. Você não pode notar a mudança instantânea.

Este dispositivo permitirá então que as baterias sejam carregadas até um ponto alto definido, antes de retornar à alimentação da bateria novamente. O dispositivo consome constantemente 6 watts de energia quando alternado para o modo de energia do inversor.

É fácil de conectar. Basta conectar o inversor à entrada identificada como "inversor". Conecte os aparelhos que normalmente seriam conectados ao seu inversor na seção "saída". Conecte a energia da sua casa à seção "energia pública". Por último, conecte o banco de baterias do sistema solar principal (após o fusível) à seção "bateria". Todos os três aterramentos do A / C se conectam em um mini-barramento separado. Veja o diagrama do circuito principal.

Etapa 6: Banco de baterias secundárias de 24v 35AH. Adicionando uma turbina eólica e a chave para energia solar ou eólica

O controlador solar secundário deste sistema solar e o banco de baterias 24v 35AH mantêm os painéis solares em uso o tempo todo. Devido à configuração leste / oeste, a maior parte da energia do painel solar vai para o banco de baterias 100AH e menos energia vai para o banco de baterias 35AH (que precisa de menos). O banco de baterias 35AH pode ser alternado para energia eólica durante todo o horário de pico do sol.

A turbina eólica A / C foi adicionada principalmente para o pior cenário de longas interrupções de energia e muitos dias nublados. Deve haver energia eólica suficiente para manter telefones celulares e laptops carregados, juntamente com alguns itens de 12 volts funcionando (rádio, tv e luzes).

O kit de turbina eólica Yaegarden de 400 W com controlador da Amazon de US $ 130 parecia um bom negócio depois de um pouco de pesquisa. Ele vem com um controlador de carga de bateria 12v / 24v.

Usei um suporte angular para ajudar a montar a turbina em um poste. Você pode remover a parte central da antena principal deste suporte e usar esse orifício para parafusá-lo em um dos 4 orifícios da peça circular de montagem da turbina (veja as fotos).

No topo do gabinete do sistema, há um monitor de vídeo conectado a uma câmera apontada para a turbina eólica. É ótimo ver o que está acontecendo com a velocidade da turbina enquanto olha os medidores. Também é divertido ver a pausa em ação.

Para alternar do modo de carga solar ou eólica, metade de uma chave faca DPDT é usada. Os fios de aterramento do carregador solar e do controlador / carregador eólico são ligados ao (s) barramento (s) de aterramento do sistema principal

É bom ter um sistema de freios para evitar que as pás girem quando a turbina não estiver carregando as baterias.

A chave TPDT é usada para mudar do modo de execução para o modo de pausa. Isso é feito primeiro conectando os fios de 3 A / C vindos da turbina eólica à seção comum do interruptor. O intervalo (três resistores de 100 watts e 10 ohm) está no lado A da chave, e o controlador de vento está no lado B da chave.

Etapa 7: a caixa de fusíveis de 12 volts, a chave do banco de baterias e o conversor de 24v para 12v

Metade de uma chave DPDT direciona a energia do banco de baterias principal de 24v 100AH ou do banco de baterias secundárias de 24v 35AH para o conversor de 24 volts para 12 volts DC.

A saída de 12 volts do conversor é conectada à entrada da caixa de fusíveis de 12 volts.

Para distribuir a energia de 12 volts, existem atualmente três pequenas caixas de projeto de circuito com voltímetros digitais instalados junto com tomadas tipo banana que saem da caixa de fusíveis. Já queimei um fusível. É sempre bom ter fusíveis!

Aqui está uma foto de uma barra de bloco de terminais conectada à caixa de 12 volts com plugues banana. A placa de circuito é um amplificador de áudio de 12 volts para o sistema de tv. O temporizador digital para o relé também está conectado à caixa de fusíveis.

Etapa 8: salvando o banco de baterias secundárias da subtensão

Para o banco de bateria 24v 35AH, apenas dois itens são necessários para construir seu próprio dispositivo de proteção de bateria de subtensão.

1. O controlador de descarga de carga da bateria de lítio TeOhk XY-CD60. NOTA * o adesivo do diagrama de fiação nesta unidade está errado. Abra-o e observe as marcações na placa de circuito.

2. Um relé regular de alta amperagem ou relé de estado sólido.

Quando o controlador TeOhk XY-CD60 detecta uma tensão baixa predefinida, ele aciona o relé para desconectar a bateria de todas as cargas. Veja o diagrama do circuito principal.

Se você estiver usando baterias de lítio, pode deixá-las esgotar até cerca de 80% (eu acho). Mas se você estiver usando baterias do tipo AGM / Selada ou de chumbo-ácido, nunca deve deixar as baterias ficarem abaixo de 50%. Eu li para não permitir que baterias seladas de 12 volts fiquem abaixo de 11,2 volts (22,4 V para duas baterias em série).

Etapa 9: Diagrama do circuito principal

Diagrama de circuito desenhado à mão especial.

Etapa 10: Teste do interruptor do painel leste-oeste das 14h00 às 14h00

Vai ser um ótimo dia lá fora. 54 graus agora às 8h. O nascer do sol hoje foi às 6h58.

O vento está muito forte. Atualmente, o banco de baterias de 24v 35AH está em 25,4 volts. Manteremos a turbina eólica ligada para aquele banco de baterias o dia todo e veremos como fica mais tarde. [Terminou em 26,0 volts]

14/11/20, sistema principal (banco de bateria 24v 100AH)

Teste de comutação manual leste / oeste:

Teste das 8h00. Com o controlador solar comutado para o lado leste, a leitura é 27,6 V @ 1,5 amperes ou 41 watts.

Se eu mudar manualmente o controlador para os painéis oeste, teremos apenas uma leitura de 27,5 V @ 0,1 amperes ou 2,75 watts.

Os resultados do teste ao longo do dia:

8h00 >> leste = 41 watts oeste = 2,75 watts

9h00 >> leste = 78 watts oeste = 7 watts

11h00 >> leste = 120 watts oeste = 80 watts

12h18 >> leste 99 watts oeste 105 watts

14h >> leste 153 watts oeste 168 watts

Queremos que o banco de baterias principal use o lado de maior potência em todos os momentos. Então, parece que por volta das 12h é bom desligar o relé e mudar para os painéis oeste

Etapa 11: Pôr do Sol - Nível de Tensão

Com os painéis solares com fio da série 4, as baterias serão carregadas quase até o pôr do sol. Estávamos recebendo cerca de 26 volts dos painéis oeste quando esta foto foi tirada (sem muita corrente).

Vote neste projeto no concurso movido a bateria.

Obrigado!

Joe