Jak jsem se rozhodl využívat energii Slunce Ke svým projektům se dostanu vždycky nějakou oklikou nebo díky neschopnosti udržet myšlenku, což se ve světě internetových prohlížečů stává docela často. Znáte to, něco vás zaujme, otevřete link, čtete – něco vás zaujalo, otevřete link … a najednou zjistíte, že jste v desáté úrovni zanoření, Inception hadr. Něco podobného se mi stalo, když jsem hledal informace o úsporném modu platformy Arduino. Řadou asociací jsem dostal k Arduinu napájeném sluncem, fotovoltaickým článkům a k solárním elektrárnám. Už od mala mě fascinoval ten kousek křemíku v kalkulačce, díky kterému to celé magicky fungovalo bez baterky. Fotovoltaický, někdy nazýván také solární, článek. Úžasný to vynález. Díky fotovoltaickému jevu, který mimochodem podrobně vysvětlil až Albert Einstein, fotovoltaický článek může převádět sluneční záření přímo na elektrický proud. Stará Casio kalkulačka - zdroj pocketcalculatorshow.com Bohužel, v nedávných letech vzhledem k mizerné práci Parlamentu, mediální manipulaci a lobbingu, dostal pojem fotovoltaika silně negativní nálepku. Laik si ihned asociuje velkopodnikatele, kteří zaberou pole a natahují ruce pro dotace a příspěvky, které platíme my, všichni ostatní odběratelé. 2012 1 Čvc
Transcript
Jak jsem se rozhodl využívat energii Slunce
Ke svým projektům se dostanu vždycky nějakou oklikou nebo díky neschopnosti udržet myšlenku, což se ve světě internetových prohlížečů stává docela často. Znáte to, něco vás zaujme, otevřete link, čtete – něco vás zaujalo, otevřete link … a najednou zjistíte, že jste v desáté úrovni zanoření, Inception hadr.Něco podobného se mi stalo, když jsem hledal informace o úsporném modu platformy Arduino. Řadou asociací jsem dostal k Arduinu napájeném sluncem, fotovoltaickým článkům a k solárním elektrárnám.Už od mala mě fascinoval ten kousek křemíku v kalkulačce, díky kterému to celé magicky fungovalo bez baterky. Fotovoltaický, někdy nazýván také solární, článek. Úžasný to vynález. Díky fotovoltaickému jevu, který mimochodem podrobně vysvětlil až Albert Einstein, fotovoltaický článek může převádět sluneční záření přímo na elektrický proud.
Stará Casio kalkulačka - zdroj pocketcalculatorshow.com
Bohužel, v nedávných letech vzhledem k mizerné práci Parlamentu, mediální manipulaci a lobbingu, dostal pojem fotovoltaika silně negativní nálepku. Laik si ihned asociuje velkopodnikatele, kteří zaberou pole a natahují ruce pro dotace a příspěvky, které platíme my, všichni ostatní odběratelé.
Problémy ale nastaly až poté, co v roce 2005 za vlády TyVíšKoho s vejcem na hlavě, schválil parlament Zákon o podpoře využívání obnovitelných zdrojů. Pod legislativní zmetek se podepsali zástupci KSČM, KDU-ČSL, US-DEU a ČSSD a díky nesmyslně nastavému systému dotací spustili lavinu událostí, která nevyhnutelně vedla k dojení státních prostředků díky garancím výkupních cen.
No to jsem odbočil. Pro nezasvěcené to vyvolává dojem, fotovoltaika je zlá a špatná. Není.
Právě naopak. Fotovoltaika je geniální způsob získávání energie – čistý, tichý, bezúdržbový obnovitelný zdroj. A když se nad tím zamyslíme naprosto selským rozumem, je to základní zdroj energie planety už od jejího vzniku před 4 miliardami let. A další 4 miliardy let ještě bude. Co může být jistějšího, než že zítra vyjde opět Slunce?Samozřejmě nesouhlasím s masivními elektrárnami na polích a s jakýmikoli dotacemi. Jsem pro střešní instalace a pro využití JINAK NEVYUŽITÝCH ploch. Jsem pro lokální spotřebu vyrobené energie.
Solární domy - zdroj ekobydleni.eu
Prostudoval jsem mnoho zdrojů o fotovoltaických článcích, ukládání energie a celé mě to začalo velmi zajímat. Opět asociace, tentokrát soběstačnost, decentralizace, diverzifikace zdrojů. Vždycky jsem tajně doufal ve svůj dům, který bude plně soběstačný a maximálně efektivní.
A tak vznikl nápad, že si zkusím vytvořit malý testovací solární systém.V bytě. V Praze. A s co nejnižšími prostředky. Ostatně jenom praxí se člověk něco skutečně naučí. A zcela jistě se to bude do budoucna hodit
Jak jsem vysvětlil v minulém článku, rozhodl jsem se začít využívat energii slunce. Chamtivost ČEZu neustále zvyšuje ceny elekřiny a tak se bude hodit i snížení spotřeby elektrické energie z klasické distribuční sítě.
Princip ostrovního systému
Venku máte fotovoltaické panely, které převádí sluneční záření na stejnosměrný proud. Tato elektrická energie je vedena do solárního regulátoru, který energii transformuje a ukládá ji lokálně do připojeného akumulátoru. Pokud je akumulátor již plný, použije se přebytková energie rovnou pro připojené spotřebiče. Jakmile Slunce zapadne nebo není svit dostatečný, využívají spotřebiče energii uloženou v akumulátoru.Pro spotřebiče, které nepracují s nízkým napětím je nutné ještě pořídit měnič.Základním parametrem off-grid instalace je, že není spojená s klasickou distribuční sítí. Energii si vyrobíte a spotřebujete.
Ostrovní systém (off-grid) - zdroj www.solarenvi.cz
Realizace
Konkrétní realizace ostrovního systému silně závisí na tom, k čemu má sloužit a v jaké části planety se buduje. Pokud musí zásobovat nějaké spotřebiče nonstop a jejich běh je kritický (vodní pumpa, lednice apod.) musí se systém dostatečně výrazně naddimenzovat, aby v akumulátorech byl vždy dostatek energie i přes případné oblačné dny. Důležité je také umístění fotovoltaických panelů, jejichž výkon závisí na poloze. A to jak geografické poloze (Evropa vs rovník) tak i relativní poloze (natočení, úhel od slunce).
Můj ostrovní systém bude maličký a není kritický. Obejdu se bez něj nyní a obejdu se bez něj i tehdy, když bude 5 dní v řadě zataženo.Bydlím v bytě v Praze, což přináší první problém a tím je místo pro panely. Nemám balkon. Nemám terasu. Nemám volnou střechu. Přesto si myslím, že je možné najít řešení.Musím vybrat vhodný a levný regulátor, zvolit vhodný akumulátor a tak dále a tak dále.V následujícím seriálu článku popíšu výběr a výrobu komponent tohoto systému
Malý fotovoltaický ostrovní systém – výroba panel �
Minule jsem se zmínil, že bydlím v bytě bez balkonu. Místo pro panely je tedy hodně omezené. V podstatě jediný využitelný prostor je venkovní parapet nebo kolmá stěna mezi okny. Náš panelový dům byl zrovna aktuálně zateplen a nechci/nesmím zatím zasahovat do fasády, tudíž jsem zvolil venkovní parapet.Využitelná plocha parapetu je 230 x 28 cm. S tím se dá něco zvládnout.Druhý a důležitější parametr je orientace domu. Mám to štěstí, že mám okna směřovány na jih. Náš dům je od jižního směru vychýlen pouze o 17° na západ.Literatura uvádí, že ideální umístění panelů je jižní směr, možno s odchýlením 10 až 15° na západ. Ideální sklon panelů je 35 až 45° od vodorovné roviny.Začal jsem se dívat po nabídce fotovoltaických panelů s rozměry maximálně 200x40cm, které by tak umožnily umístění za okno na parapet a bohužel jsem zjistil, že nabídka je hodně omezená. Pokud už se takový najde, má mizivý výkon a poměr výkon/cena je tragicky nízký. Příklad –
Po prohlídce eshopů jsem narazil také na web Filutova dílna, kde jsem našel inspiraci a rozhodl se, že si panely postavím sám na míru.
Vlastní fotovoltaické panely
Nejprve je potřeba obstarat fotovoltaické články. Ty se dají koupit na eBay, ale i na našem českém Aukru. Podle referencí jsem vybral uživatele honzasjo, který v té době nabízel velké i poloviční fotovoltaické články za rozumnou cenu.
Základní velikost fotovoltaického článku je 157 x 157mm:
Jeden článek má nominální napětí pouze 0.55 – 0.6V. Při zatížení napětí klesá například k 0.45 V. Při zahřívání Sluncem může ještě napětí mírně klesnout.Panel se proto standardně sestavuje ze 36 článků, tak aby napětí článků v serii bylo vždy nad 12V.
U = 36 * 0.45 = 16,2 V.
Je proto naprosto normální, že na nezatíženém (nepřipojeném) panelu naměříme napětí naprázdno v hodnotě cca 20V.
Existují i články o polovině velikosti, tedy 156 x 78mm (případně 156 x 71mm apod.):
Můj fotovoltaický článek má 156 x 71 mm
Pro výrobu mého panelu jsem zvolil tuto poloviční velikost. Plné čtvercové jsou pro mne příliš velké. Napětí těchto článků je shodné s velkými. Snižuje se pouze proud, který články dokáží produkovat.
Zapojení a stavba panelu
Potřebuji 36 článků v serii. Když vezmu v potaz požadovanou výslednou velikost panelu, můžu uvažovat uskupení:1 řada po 36 článcích2 řady po 18 článcích3 řady po 12 článcích
Nejlépe mi vychází uskupení dvou řad po 18 článcích. Jedna řada je neprakticky dlouhá a tři řady už by znamenaly šířku kolem 50cm.Sestavil jsem si modelovou šablonu, abych si lépe dokázal představit reálnou velikost (2 bílé papíry představují články):
Modelová šablona panelu
Kromě 5mm mezery mezi články je ještě potřeba nechat na okrajích mezeru pro izolační silikon, aby se panel dal utěsnit a byl odolný vůči povětrnostním podmínkám.
Krycí materiál
Články samotné jsou v podstatě velmi levné, náklady narůstají při sestavování panelu a zejména při ochraně extrémně křehkých článků proti okolnímu světu. Nejprve jsem uvažoval, že bych články uzavřel mezi plexiskla. Nicméně musíme si uvědomit, že panel je v zimě vystavem hlubokému mrazu, v létě extrémnímu horku a tak se prostě musí počítat i s teplotní délkovou roztažností materiálu. Pro menší teplotní rozdíly můžeme vztah mezi změnou délky a změnou teploty přiblížit lineární závislostí, tedy zapsat ve tvaru
ΔL = L * α * ΔT
Nejrozšířenější sklo má součinitel délkové teplotní roztažnosti roven cca 9*10^-6 K^-1. Plexisklo potom cca 8*10^-5 K^-1 (tedy o cca 1 řád větší).
Dilatace, neboli prodloužení, je v případě skla ΔL = L * α * ΔT = 1.47 * (9 * (10^(-6))) * 60 = 0.0007938 tedy 0.8 mm. V případě plexiskla můžeme díky rozdílu součinitele o cca jeden řád říci, že prodloužení bude o řád větší, tedy až 8mm ! Pokud by byly články pevně uchyceny k desce, došlo by zřejmě na slunci k jejich roztrhání. Zakoupil jsem proto sklo o rozměru 147 x 36cm. Vrchní krycí o tloušťce 4mm a spodní o tloušťce 3mm. Ještě než jsem se skleněnými tabulemi dorazil domů, uvědomil jsem si, že to asi nebyl úplně dobrý nápad. Nepočítal jsem totiž s tím, že sklo je pružné a při tomto rozměru se dost výrazně prohýbá. V následujících dnech se mi to rozleželo v hlavě a koupil jsem si „sklénářské kolečko“, tedy řezák na sklo. Skleněné tabule jsem sice s obavami, ale nakonec bez větších potíží,rozřízl na poloviny o rozměru 73,5 x 36 cm.S tímto rozměrem se daleko lépe manipuluje a prohyb je již minimální. Budu mít tedy 2 nezávislé panely, které se spojí do serie.
Letování
První krok při zapojování je naletování sběrnicových pásků na články. Předpokládal jsem, že to půjde celkem rychle. Bohužel při prvních pokusech se ukázalo, že to není vůbec jednoduché. Pásky se jednodušše nepřichytili k povrchu článku. Ať jsem je prohříval sebevíc, nešlo to. Zlepšení přineslo až jemné oškrábání bílé krycí vrstvy a nanesení cínu pod pásek. I přes opatrnou práci jsem se nevyvaroval obětí:
Zlomený fotovoltaický článek
Přibližně po deseti článcích jsem postup zkodonalil a práce již šla rychleji, ale přesto je časově náročná. Musíte pracovat velice jemně a obezřetně, stačí neopatrný pohyb nebo ťuknutí a článek se poškodí.
Moje fotovoltaické články mají na vrchní straně 2 sběrnice, existuji i články se 3 sběrnicemi. Nepleťte si toto s polaritou. Celá vrchní strana, tedy obě sběrnice, je záporný mínus pól. Celá spodní strana článku je potom kladný plus pól.
Pásky jsem letoval po celé délce sběrnice, aby připadné odchlípnutí na jednom místě, neovlivnilo funkci panelu. Naletování všech sběrnicových pásků z jedné strany (celkem tedy 32 x 2 = 64 kusů) mi trvalo cca 5 hodin (včetně vývoje postupu a dvou nezdarů).
Po naletování všech pásků přišla na řadu kontrola kvality. Pod silnou lampou jsem u všech článků změřil hodnoty napětí a proudu – pro případ zjištění poničených článků – aby celá serie nebyla degradována jedním chybným článkem.
Všechny články jsou v pořádku, skvěle, můžeme je letovat do serie. Z vrchní strany prvního článku na spodní stranu druhého článku. Z vrchní strany druhého článku na spodní stranu třetího a tak dále.
Když byly články připraveny a pevně sletovány do serie, musel jsem vymyslet způsob vymezení krycího skla, aby jeho váha nerozdrtila články. Při nákupu tmelu jsem v obchodě narazil na Spárovací křížky, které se používají při pokládání dlaždic. Skvěle se pro tuto úlohu hodí, jsou vysoké asi 2 mm a jsou pevné – perfektně vymezí mezeru pro druhé sklo.
Když bylo všech 12 křížků pevně přilepeno vteřinovým lepidlem, mohl jsem přistoupit k uzavření panelu. K tomu jsem použilMS Unifix – jednosložkový lepící a těsnící tmel, na bázi MS polymeru. Vytvrzuje vulkanizací vzdušné vlhkosti, vytváří vysokopevnostní, elastický spoj.
Pro nás důležité parametry – je odolný vlhku a vodě, povětrnostním vlivům a UV záření. Přilne na různé stavební materiály, včetně nesavých, a jejich vzájemné kombinace.
Tepelná odolnost –40 / +90°C (po vytvrzení). Ideální.
Poté jsem nechal panel asi 3 dny vytvrdit, na sluníčku nechal panel zahřát, aby zmizela vlhkost a zatmelil poslední otvor.
Tak a máme to, jeden panel o 18 článcích je hotov. Teď už jenom zopakovat postup, vyrobit druhý panel a mám zdroj energie v mém systému Celkově to bude 62W.
Malý fotovoltaický ostrovní systém – testování panel � a celkové náklady
Naposledy jsem popsal výrobu prvního panelu. Dnes doplním pár obrázků ze stavby druhého panelu. Původně to měl být jeden velký dlouhý panel, ale pro lepší manipulaci a kvůli prohybu skla jsem se rozhodl udělat raději 2 menší panely.
Fotovoltaický článek (poloviční) s vodivými páskami na sběrnicích
Cenově je to tedy velice přijatelné, horší je pracnost a časová náročnost. Přesně jsem hodiny nepočítal, ale odhaduji to na 12 hodin práce. Člověk musí postupovat opatrně a dávat pozor na každý pohyb s článkem nebo pájkou. Při tmelení doporučuji používat rukavice a ochranné brýle. To platí i při manipulaci se sklem.
První testování panelů na slunci
Po vytvrzení tmelu jsem panely poprvé otestoval na slunci. Chvíle napětí, zda se při stavbě něco nepokazilo. Panely mají správné napětí a produkují elektický proud! Paráda
Malý fotovoltaický ostrovní systém – akumulátor a úschova energie
Energii, kterou vyrobí solární panely, je samozřejmě možné ihned spotřebovat, ale daleko častější je nutnost tuto energii uchovat pro pozdější použití. Přeci jenom, doma svítíte většinou až když nesvítí slunce. Nebo jste přes den v práci a počítač si pustíte až když přijdete v podvečer domů.
Výběr akumulátoru
Existuje celá řáda typů akumulátorů. Pravděpodobně nejpoužívanějším typem akumulátorů v ostrovních fotovoltaických systémech jsou olověné akumulátory s kyselinou uvnitř. Nejsou ale zdaleka nejvhodnější, spíš nejlevnější na pořízení. O olověných akumulátorech psát nebudu, to již udělali jiní – Jaký trakční akumulátor. Ale nepodlehněte dojmu, že to je jediná možnost. Jak se zde dočtete dále, jsou lepší cesty. Olověný jsem si nevybral a vysvělím proč.
Při používání jakéhokoli akumulátoru v solárním systému musíme zvážit tyto parametry:
• pořizovací cena• životnost, která ale téměř zcela závisí na dalším bodě a to je• průměrná hloubka vybíjení (% DOD = depth of discharge)• odolnost vůči prostředí
I já jsem na začátku zvažoval pořízení nějakého bezúdržového olověného akumulátoru, technologie VLRA (valve-regulated lead–acid). Tak se označují ventilem řízené olověné akumulátory. Elektrolyt je nasáknut ve skelné vatě (označení AGM) nebo je zahuštěný ve formě gelu. Největší problém je ovšem cyklické používání, které velmi výrazně zkracuje životnost.
Cyklické používání a životnost
Jako jeden cyklus akumulátoru se označuje jedno vybití a nabití (obvykle ze 100% na 20% a znovu na 100%). Při hodnocení vhodnosti akumulátoru musíme být opatrní. Výrobce může inzerovat, že životnost je například 8 let, ale drobným písmem uvede, že to platí při hloubce vybíjení 10-20%. Jinými slovy ze 100Ah aku smíte vybít maximálně 20Ah a pak musí následovat opět dobití na plnou kapacitu.Při tak lehkém vybíjení je pravděpodobně možné dosahnout inzerované životnosti. Tento způsob provozu je ale velmi vzdálen reálnému.
Počet cyklů, hloubka vybíjení a životnost akumulátoru jsou propojené veličiny. Je-li akumulátor každý den vybíjen z 50%, vydrží déle, než když je vybíjen z 80%. Když bude hloubka vybíjení vysoká, například 90%, nemusí olověná baterie vydržet ani 2 roky.
Graf znázorňující vztah mezi hloukou vybití v procentech (osa x) a počtem cyklů, které baterie zvládne (osa y) (zdroj windsun.com)
Z těchto zkušeností jasně vyplývá, že pokud bych chtěl použít olověné akumulátory, musel bych plánovanou kapacitu navýšit minimálně 4x, abych zajistil průměrnou hloubku vybití cca 25%, v takovém případě by akumulátor mohl vydržet i 2000 cyklů = 5+ let každodenního provozu.
Z nákupní ceny 2350,- Kč za 45Ah je ale rázem 4x 2350 = 9400,- Kč. A nelze přehlédnout ani hmotnost takové hromady olova, odhadem 60kg. Jednotlivé typy olověných akumulýtorů se samořejmě můžou lišit, některé mohou být kvalitnější a vydrží více, ale v obecné rovině platí výše uvedené.
V průběhu nabíjení mohou také vznikat v akumulátoru nebezpečné plyny a skrz ventil se uvolnit do okolí. Jelikož budu mít akumulátor v bytě, rád bych se tomuto typu vyhnul.
Lithium na scéně – LiFeYPO4
Když jsem procházel forum energetické nezávislosti MyPower.cz, narazil jsem i na zkratku LiFeYPO4. Lithium-železo-fosfátový (LiFePO4) akumulátor (také označovaný „LFP“) je zcela nový druh akumulátoru, který byl objeven výzkumnou skupinou na Texaské univerzitě v roce 1996.
A vlastnosti totoho typu mě přímo nadchnuly:
• životnost 4000 až 8000 cyklů! (i poté pouze pokles kapacity na přibližně 80%!)• schopnost dodávat vysoký proud při špičkových odběrech• téměř zde neexistuje samovybíjení• nízká výrobní cena• neobsahuje žádné toxické látky, jedy, žíraviny nebo kyseliny• dostupnost železa• vynikající tepelná stabilita• bezpečnost – nevznikají žádné plyny• vysoká specifická kapacita (170 mAh / g)• nemají paměťový efekt
Nákupní cena za 1W uchované energie je mírně vyšší, ale je to kompenzováno daleko delší životností a uvedenými vlastnostmi.
Takto vypadají jednotlivé články akumulátoru. Jeden článek má nominální napětí 3.2V.Cena za článek LiFeYPO4 (3.2V/40Ah) je přibližně 1400Kč. Pro 12V akumulátor potřebujeme 4 takové články.
Články LiFeYPO4, napětí 3.2V a nominální kapacita 40Ah
Pro svůj malý ostrovní systém jsem se rozhodl pro LiFeYPO4. V dalším článku popíšu jejich pořízení, sestavení článků do 12V packu a iniciační nabíjení.
Sestavení LiFePO4 akumulátoru a inicia �ní nabíjení
Pozor! Při práci s akumulátory dbejte zvýšené opatrnosti! Za žádných okolností nezkratujte svorky akumulátoru. Výstupní napětí 12V je sice bezpečné, ale proudy při zkratování svorek jsou obrovské, hrozí riziko požáru nebo popálenin. Vždy si přečtěte všechny instrukce před použitím. Používejte ochranné pomůcky. Za případné újmy nebere autor žádnou zodpovědnost. Vše děláte jen na vlastní nebezpečí. Pokud nevíte, co přesně děláte, raději se obraťte na odborníka.
V minulém článku jsem se rozhodl pro používání LiFeYPO4 akumulátorů. Pro můj malý solární systém bude stačit akumulátor o kapacitě 40Ah. V nabídce prodejce i4wifi se sice nabízí přímo hotový 12V akumulátor LiFePO Battery 12V/40Ah, ale ten uvnitř obsahuje 4 samostatné články v serii, které se dají koupit zvlášť. Vnější obal se nedá otevřít a pro přístup k článkům by se musel obal poničit.
LiFeYPO4 12V 40Ah pack (zdroj i4wifi.cz)
Pro lepší kontrolu nad celým akumulátorem je proto vhodné pořídit samostatné články. Pro balancing je to dokonce nutnost, ale o tom později.Zakoupil jsem tedy 4 samostatné články GWL/Power: WB-LYP40AHA LiFeYPO4 (3.2V/40Ah).
K sestavení do 12V packu je nutné zakoupit i měděné konektorové propojky pro příslušnou velikost článků. Balíček s propojkami obsahuje 4x měděnou propojku a 8x sadu šroubu a podložek:
Měděné propojky LiFePo článků - propojka, šroub, podložka a druhá rozpěrná podložka
Jak se chovat k LiFePo aneb není akumulátor jako akumulátor
LiFePO4 nebo LiFeYPO4 (s příměsí prvku yttrium) jsou speciální napájecí články a neodborným použitím může dojít k nevratnému poškození článku. Proto je nutné o nich něco vědět.Základní fakta:
Nominální napětí článku 3.2V (3.1 – 3.3V)Maximální napětí článku 4.25VMinimální napětí článku 2.5VBezpečné maximální napětí článku 4.0V (3.9V)Bezpečné minimální napětí článku 2.8V
Při používání článku je nutné za všech okolností dodržet tyto hranice. Při překročení napětí 4.25V dochází k poškozování baterie a ke ztrátě záruky. Při hlubokém vybíjení pod 2.5V dochází opět k poškozování baterie a k trvalým změnám uvnitř článku.
Bezpečnost
Velkou výhodou je bezpečnost LiFePo článků. I při hodně hrubém přebíjení nehrozí nebezpečí výbuchu nebo jiné vylomeniny. Článek se může nafouknout a ohřát, ale není nebezpečný. Nesmí se samozřejmě dále používat.
článek LiFePO4 zničený a nafouknutý přebíjením - zdroj Flickr
Iniciační nabíjení LiFeYPO4
Jeden z rozdílů oproti olověným akumulátorům. Nové baterie LFP/LFYP jsou z sice výroby částečně nabity, ale před prvním použitím LiFeYPO4 článku je bezpodmínečně nutné provést iniciační (počáteční) nabíjení. Říkám tomu oživení.
Toto prvotní nabíjení by mělo být provedeno proudem maximálně 0.5C, a to na napěťovou úroveň maximálně 4V na článek. Velikost nabíjecího a vybíjecího proudu se často označuje pomocí násobku kapacity baterie – písmenem C (jednotkou je 1/h). Pro článek o kapacitě 40Ah je parametr C = 40A. Polovina C a tedy maximální nabíjecí proud je prozatím 20A. Ideální nabíjecí proud je menší, z mých informací by to mělo být cca 0.1C, v mém případě tedy 4A. Toto samozřejmě platí pouze pro iniciační nabíjení!
Jak provést iniciační nabíjení článku LiFeYPO4
Iniciační nabíjení by se mělo provádět po jednotlivých článcích, ale je možné nabíjet paralelně více článků (za předpokladu, že máte dostatečný zdroj proudu). Pamatujte na to, že u paralelního zapojení je napětí stejné, ale proud se dělí mezi všechny články. Pro nabíjení 4 článků po 4A je nutný zdroj min 16A. Iniciační nabíjení je možné provádět jakýmkoli zdrojem proudu, ale nejlepší je použít inteligentní nabíječku. Pro svoje články jsem si zapůjčil (a později i zakoupil) nabíječku Turnigy Accucel-6 50W 6A. Jedná se o modelářskou nabíječku, která podporuje LiPo/LiFe akumulátory až do 6 článků v serii, NiMH/NiCd až do 15 článků v serii a olověné akumulátory v rozmezí 2-20V. Nabíječka je inteligetní, hlídá úrovně napětí pomocí mikroprocesoru, umožňuje nastavení nabíjecího proudu 0-6A, umí články i vybíjet a balancovat. Má specifické nabíjecí programy. Sečteno, podtrženo, moc šikovná věcička za 23 dolarů z HobbyKingu.
Na nabíječce jsem nastavil typ aku na LiFe (tím se automaticky zvolí i cílové napětí 3.6V), nabíjecí proud 4A. Žádný balancernení prozatím potřeba, protože se o to postará Turnigy nabíječka. (respektive připojení toho balaneceru by bylo kontraproduktivní, protože by při 3.6V už začal hnát proud do těch balančních odporů). Počet článků se nastaví na jeden, tedy 1S. Provádím iniciační nabítí po jednom článku.
Někde se uvádí, že plné nabití se provádí až do 4V na článek, ale to není rozhodující. Důležité je vědět, jaký algoritmus se pro LiFePo používá. Jedná se o nabíjení stylem constant-current / constant-voltage. Nejprve se konstantním proudem postupně zvedá napětí až do zvolené hranice, což může být 3.6, 3.8 nebo klidně 4V a poté co se dosahne této hodnoty se postupně pomalu začne snižovat nabíjecí proud tak, aby článek udržoval tu danou hodnotu napětí. Proud se snižuje tak dlouho, dokud ho článek absorbuje a zůstává na cílovém napětí. Takže plného dobití dosahnete naprosto korektně i při 3.6V.
LiFeYPO4 článek připraven pro iniciační nabíjení pomocí nabíječky Turnigy Accucel-6
Nabíjení jednoho článku trvalo cca 246min a do článku se uložilo 15680mAh. Nominální kapacita je 40Ah, tedy z výroby byly nabité na cca 25Ah, což je +-60%.Poznámka: skutečná kapacita článků může být vyšší než uvádí prodejce, to je jedna z příjemných skutečností Dokonce se kapacita může po několika cyklech mírně zvětšit.
Konec iniciačního nabíjení - detail nabíječky Turnigy Accucel-6
Co mě překvapilo je, že po odpojení nabíjení napětí nezůstává na cílové hodnotě. Po pár hodinách se ustálí hodnota napětí článku zpátky na nominální hodnotě 3.3 – 3.4V.
Zde je průběh napětí na LFP článku číslo 3 při nabíjení. Data zachycoval logger CellLog 8S o kterém bude jeden z dalších článků.
nabíjení článku LiFeYPO (3.2V/40Ah) pomocí Turnigy Accucel - program LiFe / proud 5A
Po zapnutí nabíječky se provádí nabíjení v režimu constant-current, tedy zvoleným proudem v plné výši (4A). Jak je vidět, po dosažení napětí 3.6V se už napětí dál nezvyšuje a nabíječka přistoupí do fáze constant-voltage a udržuje toto napětí (s malými odchylkami – zuby), přičemž proud začne pomalu omezovat až do nuly, kde se nabíjení ukončí. Nabíječka začne pípat a ukáže nápis FULL.
Toto nabíjení jsem opakoval pro zbývající 3 články.Po dokončení nabíjení bylo jejich napětí shodné na setinu voltu – to jenezbytný předpoklad pro sestavení článků do packu.Teď můžu složit celý 12V pack.
Schematické znázornění - články v serii vytvoří 12V akumulátor
Propojení článků zařídí měděné propojky. Je dobré články postavit na nějakou společnou pevnou podložku, aby se s packem dalo manipulovat.
Zbývá dořešit balancing, což je taková specialita. O tom už ale příště.
Balancování LiFePO4 akumulátoru
Pozor! Při práci s akumulátory dbejte zvýšené opatrnosti! Za žádných okolností nezkratujte svorky akumulátoru. Výstupní napětí 12V je sice bezpečné, ale proudy při zkratování svorek jsou obrovské, hrozí riziko požáru nebo popálenin. Vždy si přečtěte všechny instrukce před použitím. Používejte ochranné pomůcky. Za případné újmy nebere autor žádnou zodpovědnost. Vše děláte jen na vlastní nebezpečí. Pokud nevíte, co přesně děláte, raději se obraťte na odborníka
V ideálním případě není balancování LiFePO4 článků vůbec potřeba. Články umístěné v rámci společného akumulátoru se vybíjí i nabíjí shodnými proudy a tak by měla zůstat jejich kapacita naprosto shodná.
Odchylky kapacity jednotlivých článků se během dlouhodobého používání mohou zvětšovat až na nebezpečnou hranici. Jedná se o stav, kdy například první z článků je již plně nabit, ale ostatní články ještě absorbují energii. Dobíjení pokračuje, ale první článek je již přebíjen, což snižuje jeho životnost a při dlouhodobém používání může znamenat až zničení článku. Pro kontrolu jednotlivých článků by se měl používat tzv. Battery Management System (BMS). Battery Management System (BMS) je název pro monitorovací a sledovací zařízení, které kontroluje a zaznamenává stav jednotlivých článků nebo baterií. Pro zajištění správné funkčnosti a pro případ uplatnění záruky je třeba články a baterie během provozu monitorovat. Při zjištění výchylky nebo nesprávné funkce článku nebo baterie je nutné takový článek/baterii vyřadit z provozu.
Jedna z variant je například GWL/Power: Simple Battery Management pro 4 články (12V/60A). Pořizovací hodnota ale není nízká a vyžaduje další komponenty. Při iniciačním nabíjení jsem nabil inteligentní nabíječkou všechny články na stejnou úroveň, což je základní předpoklad před sestavením do packu.
Pro svůj systém jsem hledal nějakou levnější variantu balancování, protože v mém případě nebudu používat vysoké nabíjecí proudy.
Úplně základní modul je GWL/Power: Cell Balancing Module (3.60V- 1.7A). Za cena 66,- Kč ovšem nelze očekávat všespásný balancovací systém.
Funkce levného CBM spočívá čistě v ochraně proti přebíjení. Jeden modul je určen pro jeden článek. Jakmile napětí článku dosahne 3.6V, začne se nabíjecí proud omezovat pomocí velkých rezistorů, které tuto energii jednoduše spálí a přemění na odpadní teplo. Jakmile napětí článku klesne pod release-voltage 3.5V je balanční modul opět odpojen. Pozor ale na balanční proud – modul CBM1 zvládne maximálně 1.7A! Pro velké nabíjecí proudy se musí připojit paralelně více těchto modulů.
Základní fakta CBM:
Balanční napětí hraniční 3.60 V (+/- 0.05V)Balanční napětí uvolňovací 3.50 V (+/- 0.05V)Balanční proud 0 – 1.7AVlastní spotřeba méně než 20 mikro ATeplota rezistorů až 85°C
Malý fotovoltaický ostrovní systém umístění panelů
Jak jsem dříve popsal, nakonec jsem se rozhodl pro 2 samostatné panely, abych s nimi mohl lépe manipulovat. Panely chci umístit na venkovní parapet, proto jsem zhotovil dřevěný rámeček, který je bude držet pohromadě. Uvažoval jsem i o hliníkových profilech, ale na jejich spojování nejsem zařízený.
Dneska oslavuji malý, ale přesto hezký, milník. Slunce skrze můj solární systém vyrobilo energii 10kWh. Solární regulátor – vyrobeno 10kWh (773Ah*13,2V = 10204Wh)
Solární regulátor - vyrobeno 10kWh (773Ah*13,2V = 10204Wh)
(přepočet je nepřesný, protože se napětí mění, ale střední hodnota je 13,2V)
Odhaduji, že ze sítě jsem ušetřil určitě 3x tolik, tzn 30kWh, protože svítím LED svítidly místo žárovek a netopím u elektroniky transformátory, které klidně polovinu spotřeby přemění na odpadní teplo. Je to skutečně hřejivý pocit. Věřím, že někdy v budoucnu si veškerou potřebnou energii dokáži vyrobit skrze naše skvělé Slunce
![russell-davidson.arts.mcgill.ca · rplusu^"o[suj£jkr[yw¤ jkv±yw¤ j ywr[ j®^fv±yw¤ j vwj9¥;i jkl s 1 ... [l \"n5^"l s9^" ^ h r[y 1 vwr[s9j9n9_gafl hznx^" £j§nxi \"\"jkn]ywrp^"l](https://static.dokumenty.site/doc/80x56/5eb473066307cd211c0c176e/russell-rplusuosujjkryw-jkvyw-j-ywr-jfvyw-j-vwj9i-jkl.jpg)
