Instalação solar fotovoltaica (PV) para campista DIY: 7 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

A seguir está um tutorial sobre como instalar um sistema solar fotovoltaico (PV) para um trailer, van ou trailer faça você mesmo. Os exemplos, fotos e vídeos mostrados são específicos para o trailer deslizante personalizado que estou construindo para minha picape de 6 pés, mas eles devem oferecer uma orientação para qualquer pessoa que tente fazer um tipo semelhante de instalação solar. Muitas das etapas e componentes do sistema podem ser excessivamente complicados ou desnecessários para o tipo de instalação que você está executando. Siga cada etapa e inclua componentes a seu critério. A segurança, entretanto, NÃO é opcional! NÃO trabalhe com fios QUENTES !! Todos os circuitos devem ter algum tipo de proteção contra falhas (fusíveis / disjuntores) e recursos de isolamento.

Etapa 1: Dimensionando o Sistema

O primeiro passo para configurar um sistema solar fotovoltaico (PV) para um trailer ou RV é calcular quanta energia será consumida por todos os dispositivos elétricos a serem conectados. As suposições devem ser feitas sobre quantas horas por dia cada dispositivo estará operando (consumindo energia). Devido à perda de energia ao converter de corrente contínua de 12 volts (DC) para corrente alternada de 120 volts (AC), é recomendado evitar o uso de dispositivos de 120 Vca sempre que possível e, em vez disso, use dispositivos de 12 V DC.

A informação mais importante é determinar os amperes (A) que serão consumidos por cada dispositivo e por quantas horas (h) ele operará, pois os tamanhos das baterias são fornecidos em amperes-hora (Ah). É sempre uma boa idéia superestimar as horas para ter certeza de que o tamanho do banco de baterias será adequado. Certos dispositivos exigirão alimentação de 120 Vca, entretanto, um inversor ainda será necessário. Ao determinar o consumo de energia necessário para dispositivos de 120 Vca, uma boa regra prática é assumir uma eficiência de conversão de 80% para o inversor. A energia retirada de um dispositivo de 120 VCA geralmente pode ser encontrada na fonte de alimentação ou no próprio dispositivo. É mostrado um exemplo de onde encontrar a potência na fonte de alimentação e como calcular o consumo de energia de 12 V para dois laptops.

Uma vez que os requisitos totais de energia tenham sido determinados, as capacidades da bateria podem ser escolhidas para atender a essas demandas de energia (o exemplo acima mostra que eu precisaria de 305 Ah por dia). Os tamanhos (potência) dos painéis solares também podem ser determinados calculando os watts-hora de energia produzida pelos painéis (suponha dez horas de sol por dia) e convertendo-os em amperes-hora dividindo por 12V. Uma tabela está incluída com os dispositivos e requisitos de energia para o trailer que estou construindo. Recomenda-se configurar uma planilha com as equações fornecidas para facilitar o dimensionamento do sistema.

A próxima etapa é criar um diagrama de fiação e determinar quais dispositivos podem / devem estar em circuitos compartilhados ou ter seu próprio circuito isolado.

Etapa 2: Crie um diagrama de fiação

O diagrama de fiação não precisa ser feito em software de computador com fotos reais dos dispositivos a serem conectados, como no exemplo. O diagrama de fiação pode ser desenhado à mão e palavras, números ou um sistema de codificação (por exemplo, AC para ar condicionado ou FB10 para caixa de fusíveis-10A) podem ser usados no lugar de imagens. É imperativo que o diagrama seja claramente compreensível para qualquer pessoa que possa estar trabalhando no sistema.

O sistema consiste em alguns componentes necessários: 1. Painéis solares (conectados em paralelo [(+) a (+) e (-) a (-)] para 12 V, ou em série [(+) a (-)] para tensões mais altas).2. Controlador de carga (controla a entrada de volts e amperes nas baterias para evitar sobrecarga / danos).3. Banco de baterias (se estiver usando mais de uma bateria de 12 V, conecte todas as baterias em paralelo, designando uma bateria principal para todas as outras conexões - controlador de carregamento, inversor e circuitos de 12 V devem ser conectados apenas à bateria principal, não às baterias secundárias). 4 Chaves de segurança / fusíveis (conectados em linha para desligar a energia em emergências ou para trabalhar no sistema).5. Caixa de fusíveis (usada para dispositivos de 12 V para evitar o consumo excessivo de energia que pode danificar o sistema ou outros dispositivos).6. Inversor (converte a alimentação de 12 Vcc em 120 Vca).7. Dispositivos elétricos (conectados a 12 Vcc ou 120 Vca conforme necessário).

No mínimo, interruptores de corte (de preferência combinados com um fusível) devem ser conectados entre os painéis solares e o controlador de carregamento, bem como entre as baterias e os dispositivos elétricos primários (caixa de fusíveis e inversor). Neste exemplo, o inversor vem com um fusível e tem um interruptor embutido localizado na parte traseira do dispositivo, portanto, um interruptor de corte separado não é necessário. Para maior segurança, outro interruptor de corte pode ser instalado entre o controlador de carregamento e as baterias, permitindo o isolamento completo de quaisquer componentes do sistema, se desejado. Os interruptores de segurança devem sempre ser instalados na linha de tensão positiva que conecta os componentes.

Circuitos compartilhados ou circuitos isolados: decidir quais linhas elétricas colocar no mesmo circuito ou quais manter em seu próprio circuito depende inteiramente de você. Você pode isolar as linhas elétricas por sua localização (dianteira, traseira, etc), a quantidade de amperagem ou o tipo de circuito (luzes, bombas de água, tomadas de 12 V, etc). Dispositivos que puxam grandes quantidades de amperagem devem ser isolados em seu próprio fusível. Eu recomendo que qualquer dispositivo com mais de 5 amperes seja colocado em um circuito isolado. Dispositivos que puxam menos amperes podem ser combinados em circuitos compartilhados. Apenas certifique-se de colocá-los em um fusível que exceda a amperagem total possível se todos os dispositivos forem alimentados simultaneamente. Por exemplo, as luzes LED de 12 V (das quais são 12 no total) puxam 3 W de potência cada, o que significa que consomem 0,25 A de corrente (3 W / 12 V = 0,25 A). Supondo que todos os LEDs estejam ligados ao mesmo tempo, o total de amperes seria 0,25A * 12 = 3A. Com esta como a amperagem máxima consumida por todos os LEDs, é seguro colocar todas as luzes mais uma pequena ventoinha (0,25A) para o banheiro (totalizando 3,25A) juntos em um circuito de 5A (fusível na caixa de fusíveis). Nota: Os tamanhos de fusíveis padrão geralmente consistem em 5, 10, 15 e 20 amperes. Certifique-se de não exceder as capacidades de amperagem de cada porta na caixa de fusíveis, bem como a amperagem total da caixa de fusíveis (por exemplo, a caixa de fusíveis que estou usando tem 8 portas, pode lidar com 30 A por porta e 100 A no total). Primeiro determine quantos dispositivos serão combinados em seu próprio circuito antes de decidir qual tamanho (número de portas) da caixa de fusíveis comprar.

Uma vez que o diagrama de fiação é apresentado, todos os componentes são considerados e os dispositivos de segurança necessários são incluídos, a instalação pode começar.

Etapa 3: instalar a fiação (desconectada)

Além de instalar os fios dos painéis solares para o local central para os componentes elétricos primários (controlador de carregamento, baterias, caixa de fusíveis, inversor, etc.), esta etapa pode ser ignorada se uma instalação de fiação completa não for necessária. Se a instalação for em um trailer ou trailer totalmente construído, por exemplo, a instalação de fios pode nem mesmo ser possível. Para o trailer que estou construindo do zero, no entanto, eu queria pontos de venda diferentes em determinados locais do campista. No entanto, isso não é necessário e pode ser deixado ao seu critério.

Para a fiação entre os componentes principais (bateria, circuitos de bateria 12V, inversor de bateria, etc.), certifique-se de usar um fio grande (estou usando bitola 4) que pode lidar facilmente com qualquer amperagem que esteja passando por ele. Para fiação de 12 V, certifique-se de usar um fio que possa lidar com a amperagem e a distância das linhas. Estou usando o medidor 10, o que pode ser um pouco exagerado, mas é melhor prevenir do que remediar.

Instalar a fiação e as tomadas é uma etapa opcional. Todas as conexões podem ser feitas na caixa elétrica central. Um filtro de linha / protetor de sobretensão pode ser conectado ao inversor e todos os dispositivos de 120 V podem ser conectados a ele. Tomadas de 12 V (plugues de isqueiro) podem ser conectadas diretamente à caixa de fusíveis (ou barramento de 12 V se fusíveis em linha estiverem incluídos, que eram para tomadas de 12 V que comprei).

Instale toda a fiação, interruptores e tomadas. NÃO conecte nenhum dos fios na caixa elétrica central ou nos painéis solares. As conexões PODEM ser feitas nos receptáculos de uso final (tomadas e dispositivos) e interruptores para luzes e dispositivos (NÃO interruptores de interrupção). Todos os fios não conectados nos pontos finais devem ser tampados para evitar eletrocussão, uma vez conectados na caixa elétrica central.

Nem todo dispositivo precisa de sua própria linha para retornar à caixa elétrica central. Se o dispositivo estiver no mesmo circuito (fusível) na caixa elétrica, as linhas podem ser divididas na junção mais próxima ao local do dispositivo para reduzir o comprimento total do fio elétrico necessário. O circuito para as luzes LED discutidas no diagrama de fiação, por exemplo, pode ser emendado na mesma linha. Para dividir as linhas, cortei as linhas e, em seguida, conectei uma terceira linha a elas usando terminais em anel, uma porca e um parafuso com uma arruela de travamento. Certifique-se de isolar qualquer fio exposto (especialmente para a linha direta) com fita isolante ou tubo termorretrátil.

Para a fiação de 120 Vca, optei por canibalizar um cabo de extensão de 50 pés, cortando-o em comprimentos menores para passar em cada tomada, pois essa era a opção mais barata. Se o custo não for uma preocupação, no entanto, é recomendado o uso de fiação adequada para instalações elétricas residenciais.

Etapa 4: Tomadas de fiação e interruptores

A fiação elétrica padrão de 120 Vca normalmente consiste em três fios (fase, neutro e terra). A fiação padrão é: preta = quente; branco = neutro; fio verde / desencapado = terra. A parte traseira de uma tomada elétrica terá conexões de parafuso. Normalmente, apenas o "quente" (geralmente cor de latão) é rotulado, o lado oposto (geralmente cor de aço) é a conexão neutra e o aterramento é designado por um parafuso verde.

Para fiação de 12 Vcc, qualquer cor de fio pode ser usada, mas o padrão é: vermelho = quente; preto = chão. Ao conectar os terminais traseiros das tomadas de 12 Vcc, conecte o fio vermelho a (+) e o fio preto a (-). Para a maior parte da fiação de 12 V, as conexões são feitas com terminais tipo espada de "desconexão rápida" para permitir a conexão ou desconexão rápida e fácil de dispositivos e tomadas. A caixa de fusíveis adquirida também vem com conexões de "desconexão rápida". Para conexões que nunca ou raramente seriam desconectadas, como divisões de parede interna ou conexões de aterramento, foram usados terminais em anel.

Ao conectar um interruptor LIGA / DESLIGA para luzes ou outro dispositivo, o fio quente deve ser cortado e conectado aos dois terminais de parafuso adjacentes (o interruptor conecta os dois terminais na posição LIGADO). Embora não seja 100% necessário, é recomendável conectar o fio terra ao parafuso verde da chave sem quebrar (descascar uma pequena seção do fio sem cortá-la). Um interruptor ON / OFF padrão para alimentação de 120 V CA funcionará para um circuito de 12 V. Um switch dimmer de 120 Vca, no entanto, não funcionará para circuitos de 12 V, pois a resistência é muito alta.

Chave Dimmer 12V (* tentativa por sua própria conta e risco *): Para diminuir os LEDs 12V, um potenciômetro de 10k-ohm (resistor variável) com posições ON / OFF foi usado. *** Esta opção NÃO é recomendada a menos que você esteja familiarizado com os potenciômetros e como eles funcionam. *** Um potenciômetro padrão tem três terminais (1, 2 e 3), enquanto o potenciômetro ON / OFF tem 5 terminais (o 3 padrão mais 2 na parte traseira). Os dois terminais traseiros (4 e 5) atuam como um interruptor ON / OFF padrão (conectado na posição ON e desconectado na posição OFF). 1. Conecte um dos terminais traseiros (4) diretamente ao terminal padrão central (2). 2. Conecte uma extremidade do fio "quente" cortado ao outro terminal traseiro (5) e 3. Conecte a outra extremidade do fio "quente" cortado ao terminal padrão (3) que mede ~ 10k ohms [para o terminal central (2)] quando o seletor está na posição OFF. 4. O terminal oposto (1) medirá ~ 0 ohms na posição OFF e deve ser conectado diretamente ao terminal central (2).

Eu soldei conectores tipo espada de "desconexão rápida" nos terminais para os fios "quentes" (3 e 5).

Com toda a fiação instalada, você pode começar a fazer as conexões na caixa elétrica central.

Etapa 5: Conexões de fios na caixa elétrica central

*** AVISO *** *** AVISO ***

*** TODOS OS INTERRUPTORES DE MATANÇA DEVEM ESTAR NAS POSIÇÕES ABERTA / DESLIGADA ***

Comece conectando as linhas provenientes dos painéis solares (painéis solares NÃO conectados) ao controlador de carregamento, certificando-se de instalar um interruptor de corte em linha para a conexão positiva. Conecte todos os fios ao controlador de carregamento, mas NÃO faça as conexões à bateria ou aos painéis solares ainda. Mais uma vez, certifique-se de que o interruptor kill está na posição aberto / desligado.

Instale os fios do banco de baterias ao inversor (para 120 Vca) e o interruptor de corte na caixa de fusíveis principal (para 12 Vcc), mas NÃO conecte os fios às baterias. Mais uma vez, certifique-se de que o interruptor kill está na posição aberto / desligado.

Conecte todos os fios de aterramento de 12 V ao mesmo barramento de aterramento. Depois que todos os fios de aterramento estiverem conectados, os fios positivos agora podem ser conectados aos fusíveis apropriados. Certifique-se de conectar os fios corretos, etiquetando-os durante a instalação ou rastreando-os com um dispositivo de toner.

Assim que todas as conexões de 12 V forem feitas, comece a conectar os fios de 120 V. Este processo é muito mais simples, pois o inversor de energia vai lidar com a carga de 120 Vca e todas as tomadas podem estar no mesmo circuito. Primeiro, conecte todos os fios terra (verdes), depois os fios neutros (brancos), seguidos pelos fios quentes (pretos). A ordem de conexão não é extremamente importante quando não há energia nas linhas, mas é melhor ter o hábito de conectar os fios terra primeiro.

Se estiver usando mais de uma bateria, você pode conectar as baterias juntas neste ponto (criando um banco de baterias), mas NÃO conecte a bateria principal a nenhum outro componente (controlador de carga, inversor, circuitos de 12 V, etc.). Use um fio grande (estou usando bitola 4) para conectar as baterias.

Etapa 6: instalar e conectar painéis solares

Instale os painéis solares no local desejado. Construí uma estrutura para prender os painéis em vez de montá-los diretamente no telhado. A moldura será então fixada ao telhado por meio de travas e travas, que permitirão ajustar o ângulo e o rolamento dos painéis quando estacionários para maximizar a absorção solar. Se este método for usado, certifique-se de prender adequadamente os painéis antes de viajar novamente.

Cubra os painéis solares com um cobertor (ou outra coisa) para evitar que a luz atinja os painéis e a eletricidade seja produzida.

Conecte os painéis solares em paralelo para um sistema de 12 V: 1. Conecte os fios do terminal de aterramento (-) para cada painel juntos.2. Conecte os fios do terminal positivo (+) para cada painel juntos.3. Conecte os terminais de aterramento (-) ao fio apropriado que leva ao controlador de carregamento. Conecte os terminais positivos (+) ao fio apropriado que conduz ao controlador de carregamento. ** Mais uma vez, certifique-se de que o interruptor kill está na posição OPEN / OFF antes de fazer esta conexão.5. Remova a cobertura / manta dos painéis. Para os painéis Renogy usados neste tutorial, os conectores MC4 são pré-instalados, portanto, nenhum fio fica exposto.

Etapa 7: Faça as conexões finais e ligue o sistema

É hora de fazer as conexões finais e ligar o sistema. Antes de fazer as conexões, certifique-se de que todos os interruptores de interrupção estejam na posição ABRIR / DESLIGAR.

Conecte o controlador de carregamento, o inversor de energia e os fios do barramento de 12 V ao banco de baterias. (Se estiver usando mais de uma bateria, designe uma bateria principal para conectar a outros componentes. Não conecte uma bateria ao controlador de carregamento e outra ao inversor ou caixa de fusíveis) 1. Conecte o fio de aterramento (-) do controlador de carregamento, inversor e barramento de aterramento de 12 V ao terminal de aterramento (-) da bateria principal.2. Conecte o fio positivo (+) do controlador de carregamento, inversor e barramento de 12 V / caixa de fusíveis ao terminal positivo (+) da bateria principal. Feche o interruptor kill entre o controlador de carregamento e o banco de bateria (se instalado).3. Feche o interruptor de desligamento entre os painéis solares e o controlador de carregamento. Feche o interruptor de corte entre o banco de bateria e o barramento de 12 V ou caixa de fusíveis. Vire (feche) a chave na parte traseira do inversor para a posição ON.6. Teste tomadas, interruptores e outros dispositivos para garantir que funcionam corretamente. ** Se algo não estiver funcionando corretamente, abra todos os interruptores antes de solucionar o problema ** Tente refazer as linhas ou verifique se há furos / rupturas onde os fios se prendem aos pinos. Certifique-se de que todas as conexões estejam bem firmes e com bom contato.

Parabéns!!

Agora você tem um sistema solar fotovoltaico totalmente instalado e operacional para o seu trailer, van ou RV!