Oficina con pilas. Sistema solar con paneles solares y turbina eólica con conmutación automática Este / Oeste: 11 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

El proyecto:

Una oficina de 200 pies cuadrados debe funcionar con baterías. La oficina también debe contener todos los controladores, baterías y componentes necesarios para este sistema. La energía solar y eólica cargará las baterías. Existe un pequeño problema de tener solo opciones de montaje en tierra oeste y este para los paneles solares con una casa alineada de norte a sur directamente entre los paneles. La orientación de la casa genera mucha sombra en los paneles laterales este y oeste durante todo el día.

El banco de baterías principal del sistema (24v 100AH) soluciona el problema de las cortinas y se carga con energía solar desde el amanecer hasta el atardecer para un refrigerador, congelador y computadora. El banco de baterías secundario más pequeño (24V 35AH) se carga con los mismos paneles solares (a la sombra y en la hora pico de sol) más una turbina eólica. El banco de baterías más pequeño es para monitores / cámaras de sistema de seguridad de 12 voltios, televisores, luces y ventiladores.

Este Instructable se centrará principalmente en 4 puntos clave:

1. Configuración del panel solar este y oeste: dos cadenas de paneles que tendrán diferentes niveles de voltaje según la hora del día y una forma de superar este problema. Protección de la batería. Uso de un interruptor de transferencia automática y cómo construir uno propio con dos componentes simples para protegerlo contra las baterías que se agotan. Agregar una turbina eólica a un sistema solar en caso de largos períodos de días sin sol. Instalación de todo el sistema del controlador y las baterías dentro del área de la oficina. El espacio de piso utilizado es de 2.6 pies cuadrados.

Partes:

2 baterías de 100 AH Banco de baterías principal - Conectado en serie haciendo 24 voltios a 100 AH usando una barra colectora para todas las conexiones negativas

2 baterías de 35AH Banco de baterías secundario - Conectado en serie haciendo 24 voltios a 35AH usando una barra colectora para todas las conexiones negativas

Inversor de 24 voltios Inversor de 2000 vatios para hacer funcionar aparatos de 120 vac

Cable de calibre 6 que va desde el banco de baterías principal hasta el fusible de 100 amperios y la barra colectora negativa

Fusible de 100 amperios para entre el inversor y el banco de baterías de 24 v

Interruptor de transferencia automática para proteger el banco de baterías de 24v 100AH de niveles bajos de voltaje

Controlador solar de 40 amperios, 1200 vatios, entrada fotovoltaica máxima de 150 voltios

2do controlador solar Para el banco de baterías de 24 voltios 35AH Entrada fotovoltaica máxima de 100 voltios

Paneles solares 8 de estos serían básicamente los mismos que en este sistema

Los cables con conectores son costosos pero fáciles de conectar para distancias más cortas (10 awg)

El extensor de 8 awg con conectores es caro pero fácil de conectar para distancias más largas (8 awg)

Conectores de panel para hacer sus propios cables

Relé Este / Oeste para cambiar entre las dos cadenas de paneles solares

Temporizador digital para controlar el relevo Este / Oeste

Relé de estado sólido para hacer su propio interruptor de corte de batería baja (para la batería 35AH)

Dispositivo de protección de bajo voltaje para controlar el relé de estado sólido (protegiendo la batería 35AH)

Convertidor de 24 voltios a 12 voltios para hacer funcionar los elementos de 12 voltios de los principales bancos de baterías de 24 voltios si es necesario

Interruptor de cuchilla DPDT x 2 para indicar qué banco de baterías está conectado a la caja de fusibles de 12 voltios y para cambiar entre energía eólica y solar para el banco de baterías de 24v 35AH.

Caja de fusibles de 12 voltios para distribuir y proteger todos los dispositivos de 12 voltios

Cable de conexión de calibre 10 junto con otro rollo de cable que tenía previamente

Herramienta de engarzado junto con orejetas para crear una gran cantidad de cables de longitud personalizada. Debería haber tenido un juego diferente de orejetas

Aerogenerador para largos períodos sin sol en un corte de energía: conectado al banco de baterías de 24v 35AH con segundo controlador solar

Interruptor de cuchilla TPDT para el sistema de ruptura del aerogenerador con 3 resistencias para la ruptura

2 gabinetes en rack de audio de madera para los componentes principales de todo el sistema, manteniendo la huella de hasta 2.6 pies cuadrados. Los tenía usados desde hace mucho tiempo.

4 cubiertas de plexiglás para los componentes internos del sistema. Los había usado desde hace mucho tiempo.

Paso 1: Los paneles del lado oeste

Los primeros 4 paneles se instalaron hace unos meses en el lado oeste.

Estos son paneles Renogy de 12 voltios y 100 vatios. Actualmente no están disponibles, pero como referencia estaban en Amazon.

La hora del día en la imagen con el gato Charlie es alrededor de las 3:40 pm. Los paneles solares están atados a dos postes de 12 '. Esos dos postes de 12 'se montan en la plataforma, primero perforando dos orificios en el costado de la plataforma y luego deslizando los postes en los orificios de la plataforma. Los otros extremos de los postes de 12 'están atornillados a dos postes más cortos de 5' plantados en el suelo. En la parte inferior de los postes de 5 'hay placas metálicas cuadradas horizontales de 8 . Es imposible que el viento las levante del suelo. Tuve la suerte de encontrar los postes de 5' y realmente no puedo agregarles un enlace.

Es muy fácil limpiar los paneles que se montan tan bajo.

Estos paneles solares están conectados al relé comenzando con 30 pies de cable de extensión de 8 awg, más otros 30 pies de cable de 10 awg.

Paso 2: Los paneles del lado este

Aquí hay 4 paneles solares más de 12v 100watt en el lado este alrededor de las 3:30 pm. Fueron instalados el 18/10/20.

Los paneles se montan en la plataforma con un poste de montaje de antena parabólica horizontal y luego con dos postes de 12 pies y 1.5 , bridas y algunos bloques de cemento con piezas de ladrillo al final (ver fotos).

¡Los cables para el lado oeste cuestan casi tanto como un panel solar! Quería probar algo más barato para los cables del lado este de 50 pies. Recordé este truco de un video de youtube sobre el uso de cables de extensión normales, cortando los extremos y atando los tres cables. Entonces, usé un cable de extensión de 100 pies y funciona bien. El tamaño del cable terminó siendo aproximadamente de calibre 10 para los dos cables de 50 pies que hice. Con el voltaje más alto (80v) proveniente de los paneles, este tamaño de cable debería estar bien. sin demasiadas pérdidas por ahora. Utilicé este kit adaptador de 9 en 12AWG para conectar los extremos de los cables de 50 pies a los paneles solares con conectores giratorios.

Paso 3: Los controladores solares y el relé: cambio de los paneles del lado este y oeste

Los controladores solares:

El controlador solar principal Epever de 40 amperios Este controlador es para cargar el banco de baterías de 24v 100AH. Este controlador tiene un voltaje máximo de entrada del panel solar de 150 voltios. La potencia máxima de entrada del panel es 1200 (ahora el límite para este sistema).

El controlador solar secundario Epever de 40 amperios Este controlador es para cargar el banco de baterías de 24v 35AH. El cargador tiene una entrada máxima de panel solar de 100 voltios (ahora el límite para este sistema) y una potencia máxima de entrada de 1, 500. También hay una turbina eólica con su controlador que ayuda a cargar este banco de baterías.

El relevo:

La mitad del relé DPDT (bipolar y doble tiro) se usa para cambiar entre los 4 paneles solares este y 4 oeste, conectándolos al controlador principal. La otra mitad del relé conmuta los paneles solares para el controlador secundario. A continuación, se indica a qué hora de conmutación está configurada para todos los días de la semana:

7 am a 12 pm El temporizador digital enciende el RELÉ de 80 amperios que conecta / cambia los 4 paneles del lado este al controlador de carga principal (y el banco de baterías de 24v 100AH). Nota: El relé está consumiendo aproximadamente 6 vatios de energía del sistema durante estas 6 horas. Los 4 paneles del lado oeste también están conmutados al controlador de carga secundario en este momento (cargando el banco de baterías de 24v 35AH). Debe haber una buena potencia de carga de 10 am a 1 pm desde los paneles oeste. 12 pm a 7 am El temporizador digital apaga el RELÉ que conecta / cambia los 4 paneles del lado oeste al controlador de carga principal. El relé ahora está tomando cero energía del sistema. Los 4 paneles del este también están conmutados al controlador de carga secundario en este momento. Debería ser una buena carga durante otras 2 horas (de 13:00 a 15:00).

Consulte la imagen del relé para obtener información sobre el cableado y el diagrama del circuito principal en el paso 9.

Los cables negativos de las cadenas de paneles solares este y oeste se unen y van a un interruptor de corte antes de conectarse a las entradas negativas de los controladores solares. Tenía el interruptor de corte negativo por ahí y lo agregué. Esto no se refleja en el dibujo principal. Cualquier tipo de interruptor de alto amperaje debería funcionar bien, pero no es necesario.

Paso 4: El inversor y el banco de baterías principal de 24 voltios y 100 Ah

Actualmente, el banco de baterías principal está compuesto por dos baterías de 12 voltios 100AH en serie que forman un banco de baterías de 24 voltios 100AH. Se utiliza un inversor de 24 V y 2000 vatios para alimentar un refrigerador, congelador, computadoras o microondas. Hay un fusible de 100 amperios entre el inversor y el banco de baterías principal. Para estos elementos de 120vac, hay una regleta que sale del interruptor de transferencia automática.

El sistema utiliza baterías selladas y no debe tener fugas de gas hidrógeno. Tenía un detector de co2 y leí que también detectarán gas hidrógeno, así que lo instalé. Pronto se agregará un sistema de ventilación.

Paso 5: Guardar el banco de baterías principal de 24 voltios 100AH de bajo voltaje

El interruptor de transferencia automática de 50 A y 5500 vatios de Spartan cuesta alrededor de $ 115. También sería divertido construir uno.

Puede preestablecer el nivel de voltaje bajo de la batería con esto para cortar automáticamente toda la energía que se usa del inversor de 2000 vatios. Luego cambia la energía de los elementos de A / C a la red eléctrica, asegurando que las baterías no se agoten más allá del nivel de peligro. No puedes notar el cambio instantáneo.

Este dispositivo dejará que las baterías se carguen a un punto alto establecido, antes de regresar a la energía de la batería nuevamente. El dispositivo consume constantemente 6 vatios de energía cuando se cambia al modo de energía del inversor.

Es fácil de conectar. Simplemente conecte el inversor a la entrada etiquetada "inversor". Conecte los aparatos que normalmente se habrían conectado a su inversor a la sección de "salida". Conecte la energía de su casa a la sección "energía pública". Por último, conecte el banco de baterías de su sistema solar principal (después del fusible) a la sección "batería". Las tres tierras del A / C se conectan juntas en una mini barra colectora separada. Consulte el diagrama del circuito principal.

Paso 6: El banco de baterías secundario de 24v 35AH. Agregar una turbina eólica y el interruptor para energía solar o eólica

El controlador solar secundario de este sistema solar y el banco de baterías de 24v 35AH mantienen los paneles solares en uso todo el tiempo. Debido a la configuración este / oeste, la mayor parte de la energía del panel solar va al banco de baterías de 100AH y menos energía al banco de baterías de 35AH (que necesita menos). El banco de baterías de 35AH se puede cambiar a energía eólica durante todas las horas de sol fuera de las horas pico.

La turbina eólica A / C se agregó principalmente para el peor de los casos de cortes de energía prolongados y muchos días nublados. Debe haber suficiente energía eólica para mantener cargados los teléfonos celulares y computadoras portátiles junto con algunos elementos de 12 voltios en funcionamiento (radio, televisión y luces).

El kit de turbina eólica Yaegarden 400W de $ 130 con controlador de Amazon parecía un buen negocio después de una pequeña investigación. Viene con un controlador de carga de batería de 12v / 24v.

Usé un soporte en ángulo para ayudar a montar la turbina en un poste. Puede quitar la parte central de la antena principal de este soporte y usar ese orificio para atornillar a uno de los 4 orificios de la pieza circular de montaje de la turbina (ver fotos).

En la parte superior del gabinete del sistema, hay un monitor de video conectado a una cámara que apunta a la turbina eólica. Es genial ver lo que sucede con la velocidad de la turbina mientras mira los medidores. También es divertido ver la ruptura en acción.

Para cambiar del modo de carga solar o eólica, se utiliza la mitad de un interruptor de cuchilla DPDT. Los cables de tierra del cargador solar y del controlador / cargador de viento están conectados a las barras colectoras de tierra del sistema principal

Es bueno tener un sistema de freno para evitar que las palas giren cuando la turbina no está cargando las baterías.

El interruptor TPDT se usa para cambiar del modo de funcionamiento al modo de interrupción. Esto se hace primero conectando los 3 cables de A / C provenientes de la turbina eólica a la sección común del interruptor. La rotura (tres resistencias de 100 vatios y 10 ohmios) está en el lado A del interruptor y el controlador de viento está en el lado B del interruptor.

Paso 7: la caja de fusibles de 12 voltios, el interruptor del banco de baterías y el convertidor de 24 V a 12 V

La mitad de un interruptor DPDT dirige la energía desde el banco de baterías principal de 24v 100AH o el banco de baterías secundario de 24v 35AH al convertidor de CC de 24 voltios a 12 voltios.

La salida de 12 voltios del convertidor está conectada a la entrada de la caja de fusibles de 12 voltios.

Para distribuir la energía de 12 voltios, actualmente hay tres cajas de proyectos de circuito pequeño con voltímetros digitales instalados junto con conectores tipo banana que salen de la caja de fusibles. Ya soplé un fusible. ¡Siempre es bueno tener fusibles!

Aquí hay una imagen de una barra de bloque de terminales conectada a la caja de 12 voltios con enchufes tipo banana. La placa de circuito es un amplificador de audio de 12 voltios para el sistema de televisión. El temporizador digital para el relé también está conectado a la caja de fusibles.

Paso 8: Salvar el banco de baterías secundario de subtensión

Para el banco de baterías de 24v 35AH, solo se necesitan dos elementos para construir su propio dispositivo de protección de batería de bajo voltaje.

1. El controlador de descarga de carga de batería de litio TeOhk XY-CD60. NOTA * la etiqueta del diagrama de cableado de esta unidad es incorrecta. Ábrelo y mira las marcas en la placa de circuito.

2. Un relé regular de alto amperaje o un relé de estado sólido.

Cuando el controlador TeOhk XY-CD60 detecta un voltaje bajo preestablecido, activará el relé para desconectar la batería de todas las cargas. Vea el diagrama del circuito principal.

Si está utilizando baterías de litio, puede dejar que se agoten hasta aproximadamente el 80% (creo). Pero si utiliza baterías AGM / selladas o de plomo-ácido, nunca debe dejar que las baterías bajen del 50%. He leído para no dejar que las baterías selladas de 12 voltios bajen de 11,2 voltios (22,4 v para dos baterías en serie).

Paso 9: Diagrama del circuito principal

Diagrama de circuito dibujado a mano especial.

Paso 10: Prueba de interruptor de panel Este-Oeste desde el amanecer hasta las 2:00 p. M

Va a ser un gran día afuera. 54 grados ahora a las 8 am. El amanecer de hoy fue a las 6:58 am.

El viento es bastante fuerte. Actualmente, el banco de baterías de 24v 35AH está a 25,4 voltios. Mantendremos encendida la turbina eólica de ese banco de baterías todo el día y veremos cómo está más tarde. [Terminó a 26,0 voltios]

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

Prueba de conmutación manual Este / Oeste:

Prueba de las 8:00 am. Con el controlador solar en el lado este, la lectura es 27.6v @ 1.5 amperios o 41 vatios.

Si cambio manualmente el controlador a los paneles oeste, solo obtenemos una lectura de 27.5v @.1 amperios o 2.75 vatios.

Los resultados de la prueba a lo largo del día:

8:00 am >> este = 41 vatios oeste = 2,75 vatios

9:00 am >> este = 78 vatios oeste = 7 vatios

11:00 am >> este = 120 vatios oeste = 80 vatios

12:18 pm >> este 99 vatios oeste 105 vatios

2:00 pm >> este 153 vatios oeste 168 vatios

Queremos que el banco de baterías principal utilice el lado de mayor potencia en todo momento. Por lo tanto, parece que en algún momento alrededor de las 12 p.m. está bien apagar el relé y cambiar a los paneles del oeste

Paso 11: Puesta de sol - Nivel de voltaje

Con los paneles solares cableados de la serie 4, las baterías se cargarán casi hasta el atardecer. Obtuvimos unos 26 voltios de los paneles del oeste cuando se tomó esta imagen (no mucha corriente).

Vote por este proyecto en el concurso de baterías.

¡Gracias!

José