Batteriebetriebenes Büro. Sonnensystem mit automatischer Ost / West-Sonnenkollektoren und Windkraftanlage - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

Das Projekt:

Ein 200 Quadratmeter großes Büro muss batteriebetrieben sein. Das Büro muss auch alle Controller, Batterien und Komponenten enthalten, die für dieses System benötigt werden. Solar- und Windkraft laden die Batterien auf. Es gibt ein kleines Problem, dass nur West- und Ost-Bodenmontageoptionen für die Solarmodule vorhanden sind, wenn ein Haus nach Norden/Süden direkt zwischen den Modulen ausgerichtet ist. Die Ausrichtung des Hauses verursacht den ganzen Tag über viel Schatten auf der Ost- und Westseite.

Die Hauptbatteriebank des Systems (24V 100AH) überwindet das Schattenproblem und wird von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang mit Sonnenenergie für einen Kühlschrank, Gefrierschrank und Computer geladen. Die kleinere Sekundärbatteriebank (24V 35AH) wird von denselben Sonnenkollektoren (im Schatten und zur Hauptsonnenzeit) plus einer Windkraftanlage geladen. Die kleinere Batteriebank ist für 12-Volt-Sicherheitssystemmonitore/Kameras, Fernseher, Lichter und Lüfter.

Dieses Instructable konzentriert sich hauptsächlich auf 4 wichtige Punkte:

1. Ost- und West-Solarpanel-Konfiguration - zwei Reihen von Panels, die je nach Tageszeit unterschiedliche Spannungspegel haben, und eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen.2. Batterieschutz. Verwenden eines automatischen Umschalters und wie Sie Ihren eigenen mit zwei einfachen Komponenten bauen, um sich vor schwachen Batterien zu schützen.3. Hinzufügen einer Windkraftanlage zu einer Solaranlage bei langen sonnenlosen Tagen.4. Installation des gesamten Controller-Systems und der Batterien im Bürobereich. Die genutzte Nutzfläche beträgt 2,6 Quadratmeter.

Teile:

2 x 100 AH Batterien Hauptbatteriebank - In Reihe geschaltet, um 24 Volt @ 100 AH mit einer Sammelschiene für alle negativen Verbindungen zu erzeugen

2 x 35AH-Batterien Sekundärbatteriebank - In Reihe geschaltet, um 24 Volt @ 35AH mit einer Sammelschiene für alle negativen Verbindungen zu erzeugen

24-Volt-Wechselrichter 2000-Watt-Wechselrichter zum Betreiben von 120-VAC-Geräten

6-Gauge-Kabel, das von der Hauptbatteriebank zur 100-A-Sicherung und der negativen Sammelschiene verläuft

100-Ampere-Sicherung für zwischen dem Wechselrichter und der 24-V-Batteriebank

Automatischer Transferschalter zum Schutz der 24-V-100AH-Batteriebank vor Unterspannung

Solar Controler 40 Ampere, 1200 Watt, 150 Volt max. PV-Eingang

2. Solarregler Für die 24 Volt 35AH Batteriebank 100 Volt max. PV-Eingang

8 davon wären im Grunde die gleichen wie in diesem System

Kabel mit Steckern sind teuer, aber für kürzere Entfernungen leicht anzuschließen (10 AWG)

8 AWG-Extender mit Anschlüssen sind teuer, aber für längere Distanzen einfach anzuschließen (8 AWG)

Panel-Steckverbinder zur Herstellung eigener Kabel

Ost/West-Relais zum Umschalten zwischen den beiden Solarpanel-Strings

Digitaler Timer zur Steuerung des Ost/West-Relais

Halbleiterrelais zum Herstellen eines eigenen Schalters zum Abschalten der Batterie (für die 35AH-Batterie)

Niederspannungsschutzgerät zur Steuerung des Halbleiterrelais (zum Schutz des 35AH-Akkus)

24-Volt-zu-12-Volt-Wandler, um bei Bedarf die 12-Volt-Artikel von den 24-V-Hauptbatteriebänken zu betreiben

DPDT-Messerschalter x 2, um festzulegen, welche Batteriebank mit dem 12-Volt-Sicherungskasten verbunden ist, und um zwischen Wind und Sonne für die 24-V-35AH-Batteriebank umzuschalten.

12-Volt-Sicherungskasten zur Verteilung und zum Schutz aller 12-Volt-Geräte

10 Gauge Anschlussdraht zusammen mit einer anderen Drahtrolle, die ich zuvor hatte

Crimpwerkzeug zusammen mit Kabelschuhen, um viele Kabel mit benutzerdefinierten Längen herzustellen. Hätte einen anderen Satz Ösen bekommen sollen

Windturbine für längere Zeit ohne Sonne bei Stromausfall - angeschlossen an die 24v 35AH Batteriebank mit zweitem Solarregler

TPDT-Messerschalter für das Bremssystem der Windkraftanlage mit 3 Widerständen für die Bremse

2 Holz-Audio-Rack-Schränke für die Hauptkomponenten des gesamten Systems, wodurch die Stellfläche auf 2,6 Quadratfuß reduziert wird. Ich hatte diese vor langer Zeit benutzt.

4 Plexiglasabdeckungen für die internen Systemkomponenten. Habe diese vor längerer Zeit benutzt.

Schritt 1: Die West Side Panels

Die ersten 4 Paneele wurden vor einigen Monaten auf der Westseite installiert.

Dies sind 12-Volt-100-Watt-Renogy-Panels. Sie sind derzeit nicht verfügbar, aber als Referenz waren sie bei Amazon.

Die Tageszeit auf dem Bild mit der Katze Charlie ist gegen 15:40 Uhr. Die Sonnenkollektoren sind an zwei 12 'Polen gebunden. Diese beiden 12' Stangen werden am Deck montiert, indem zuerst zwei Löcher in die Seite des Decks gebohrt und dann die Stangen in die Decklöcher geschoben werden. Die anderen Enden der 12' Stangen sind mit zwei kürzeren 5' Stangen verschraubt, die in den Boden gepflanzt sind. An der Unterseite der 5' Stangen befinden sich horizontale 8 quadratische Metallplatten. Sie können vom Wind nicht aus dem Boden gehoben werden. Ich hatte nur Glück, die 5' Stangen zu finden und kann ihnen nicht wirklich eine Verbindung hinzufügen.

Die so tief montierten Paneele lassen sich sehr leicht reinigen.

Diese Sonnenkollektoren werden an das Relais angeschlossen, beginnend mit einem 9 m langen Verlängerungskabel von 8 awg, plus einem weiteren 9 m langen 10 awg-Kabel.

Schritt 2: Die East Side Panels

Hier sind gegen 15:30 Uhr 4 weitere 12-V-100-Watt-Solarmodule auf der Ostseite. Sie wurden am 18.10.20 installiert.

Die Paneele werden mit einer horizontalen Satellitenschüssel-Montagestange am Deck montiert und dann mit zwei 12-Fuß-1,5-Zoll-Stangen, Kabelbindern und einigen Betonblöcken mit Ziegelstücken ganz am Ende (siehe Bilder).

Die Kabel für die Westseite kosten fast so viel wie ein Solarpanel! Ich wollte etwas billigeres für die 50-Fuß-Ostseitenkabel ausprobieren. Ich erinnerte mich an diesen Trick aus einem Youtube-Video über die Verwendung von normalen Verlängerungskabeln, das Abschneiden der Enden und das Zusammenbinden der drei Drahtleitungen. Also habe ich ein 100-Fuß-Verlängerungskabel verwendet und es funktioniert gut. Die Drahtgröße betrug für beide der 50-Fuß-Kabel, die ich hergestellt habe, etwa 10 Gauge. Mit der höheren Spannung (80 V), die von den Paneelen kommt, sollte diese Drahtgröße in Ordnung sein. vorerst ohne allzu große Verluste. Ich habe dieses 9 In 12AWG Adapter-Kit verwendet, um die Enden der 50-Fuß-Drähte mit Twist-On-Steckverbindern an die Sonnenkollektoren anzuschließen.

Schritt 3: Die Solarregler & Relais - Umschalten der Ost- und Westseitenplatten

Die Solarregler:

Der Epever-Hauptsolarcontroller mit 40 AmpereDieser Controller dient zum Aufladen der 24-V-100AH-Batteriebank. Dieser Controller hat eine maximale Eingangsspannung von 150 Volt für das Solarpanel. Die maximale Eingangsleistung des Panels beträgt 1.200 (jetzt die Grenze für dieses System).

Der sekundäre 40-Ampere-Epever-SolarcontrollerDieser Controller dient zum Aufladen der 24-V-35AH-Batteriebank. Das Ladegerät hat eine maximale Eingangsleistung von 100 Volt für das Solarpanel (jetzt die Grenze für dieses System) und eine maximale Eingangsleistung von 1.500. Es gibt auch eine Windkraftanlage mit ihrem Controller, die beim Aufladen dieser Batteriebank hilft.

Das Relais:

Eine Hälfte des DPDT-Relais (doppelpoliger Doppelwurf) wird verwendet, um zwischen den 4 Ost- und 4 West-Solarmodulen umzuschalten und sie mit dem Hauptcontroller zu verbinden. Die andere Hälfte des Relais schaltet die Sonnenkollektoren für den Sekundärregler. So ist die Schaltzeit jetzt für jeden Wochentag eingestellt:

7.00 bis 12.00 Uhr Der digitale Timer schaltet das 80-AMP-RELAIS ein, das die 4 Bedienfelder der Ostseite mit dem Hauptladeregler (und der 24-V-100AH-Batteriebank) verbindet/schaltet. Hinweis: Das Relais zieht für diese 6 Stunden etwa 6 Watt Leistung aus dem System. Die 4 Westseitenplatten werden zu diesem Zeitpunkt auch auf den sekundären Laderegler geschaltet (Laden der 24V 35AH Batteriebank). Von 10 bis 13 Uhr sollte von den Westpanels eine gute Ladeleistung vorhanden sein. 12:00 bis 7:00 Uhr Der digitale Timer schaltet das RELAY aus, das die Westseiten 4 Panels mit dem Hauptladeregler verbindet/schaltet. Das Relais nimmt jetzt keine Leistung vom System. Die 4 Ostpanels werden zu diesem Zeitpunkt auch auf den sekundären Laderegler umgeschaltet. Das Aufladen sollte für weitere 2 Stunden (13:00 bis 15:00 Uhr) gut sein.

Siehe das Relaisbild für Verdrahtungsinformationen sowie den Hauptschaltplan in Schritt 9.

Die negativen Drähte von den östlichen und westlichen Solarpanel-Strings werden zusammengebunden und gehen zu einem Trennschalter, bevor sie an die negativen Eingänge der Solarregler angeschlossen werden. Ich hatte den negativen Cutoff-Schalter herumliegen und ihn einfach hinzugefügt. Dies spiegelt sich nicht in der Hauptzeichnung wider. Jeder Schalter mit hohem Verstärker sollte gut funktionieren, wird aber nicht benötigt.

Schritt 4: Die 24Volt 100AH Hauptbatteriebank und der Wechselrichter

Derzeit besteht die Hauptbatteriebank aus zwei 12-Volt-100-AH-Batterien in Reihe, die eine 24-Volt-100-AH-Batteriebank bilden. Ein 24V 2000 Watt Wechselrichter wird verwendet, um einen Kühlschrank, Gefrierschrank, Computer oder Mikrowelle mit Strom zu versorgen. Zwischen Wechselrichter und Hauptbatteriebank befindet sich eine 100-A-Sicherung. Bei diesen 120vac-Artikeln kommt eine Steckdosenleiste vom automatischen Umschalter.

Das System verwendet versiegelte Batterien und sollte kein Wasserstoffgas austreten. Ich hatte einen CO2-Detektor und habe gelesen, dass sie auch Wasserstoffgas erkennen, also habe ich ihn installiert. Ein Belüftungssystem wird in Kürze hinzugefügt.

Schritt 5: Speichern der Hauptbatteriebank mit 24 Volt 100AH von Niederspannung

Der 50A 5500 Watt Automatic Transfer Switch von Spartan kostet etwa 115 US-Dollar. Es würde auch Spaß machen, einen zu bauen.

Damit können Sie den niedrigen Batteriespannungspegel voreinstellen, um automatisch den gesamten Stromverbrauch des 2000-Watt-Wechselrichters zu unterbrechen. Es schaltet dann den Strom für die Klimaanlagen auf Netzstrom um, um sicherzustellen, dass die Batterien nicht über die Gefahrenstufe hinaus entladen werden. Sie können die sofortige Umschaltung nicht bemerken.

Dieses Gerät lässt dann die Batterien bis zu einem eingestellten Höchstpunkt aufladen, bevor es wieder zur Batterieleistung zurückkehrt. Das Gerät verbraucht konstant 6 Watt Leistung, wenn es in den Wechselrichter-Leistungsmodus geschaltet wird.

Es ist einfach anzuschließen. Schließen Sie den Wechselrichter einfach an den mit "Wechselrichter" bezeichneten Eingang an. Schließen Sie im Bereich „Ausgang“die Geräte an, die normalerweise an Ihrem Wechselrichter angeschlossen wären. Schließen Sie Ihren Hausstrom an den Abschnitt "öffentlicher Strom" an. Schließen Sie zuletzt die Batteriebank Ihres Hauptsolarsystems (nach der Sicherung) an den Abschnitt "Batterie" an. Alle drei A/C-Masse sind auf einer separaten Mini-Sammelschiene miteinander verbunden. Siehe Hauptschaltplan.

Schritt 6: Die sekundäre 24-V-35AH-Batteriebank. Hinzufügen einer Windkraftanlage und des Schalters für Solar oder Wind

Der sekundäre Solarregler und die 24-V-35AH-Batteriebank dieses Solarsystems halten die Sonnenkollektoren die ganze Zeit im Einsatz. Aufgrund der Ost/West-Konfiguration geht der größte Teil der Leistung des Solarmoduls an die 100-AH-Batteriebank und weniger Leistung an die 35-AH-Batteriebank (die weniger benötigt). Die 35-AH-Batteriebank kann während der gesamten Sonnenzeit außerhalb der Spitzenzeiten auf Windkraft umgeschaltet werden.

Die A/C-Windturbine wurde hauptsächlich für ein Worst-Case-Szenario mit langen Stromausfällen und vielen bewölkten Tagen hinzugefügt. Es sollte genügend Windkraft vorhanden sein, um Handys und Laptops aufzuladen, zusammen mit ein paar 12-Volt-Geräten (Radio, Fernseher und Licht).

Das $ 130 Yaegarden 400W Wind Turbine Kit mit Controller von Amazon sah nach ein wenig Recherche nach einem guten Deal aus. Es kommt mit einem 12v / 24v Batterieladeregler.

Ich benutzte eine Winkelhalterung, um die Turbine an einer Stange zu montieren. Sie können das Hauptantennenmittelteil von dieser Halterung entfernen und dieses Loch zum Anschrauben an eines der 4 Löcher des kreisförmigen Turbinenmontagestücks verwenden (siehe Bilder).

Ganz oben im Systemschrank befindet sich ein Videomonitor, der mit einer auf die Windkraftanlage gerichteten Kamera verbunden ist. Es ist toll zu sehen, was mit der Turbinendrehzahl los ist, während man auf die Zähler schaut. Es macht auch Spaß, die Pause in Aktion zu sehen.

Um vom Solar- oder Windlademodus zu wechseln, wird ein halber DPDT-Messerschalter verwendet. Die Erdungsdrähte des Solarladegeräts und des Windreglers/Ladegeräts sind an die Erdungsschiene(n) des Hauptsystems angeschlossen

Es ist gut, ein Bremssystem zu haben, um zu verhindern, dass sich die Rotorblätter drehen, wenn die Turbine die Batterien nicht auflädt.

Der TPDT-Schalter wird verwendet, um vom Betriebsmodus in den Unterbrechungsmodus zu wechseln. Dies geschieht zuerst, indem die 3 A/C-Kabel, die von der Windkraftanlage kommen, an den gemeinsamen Abschnitt des Schalters angeschlossen werden. Die Unterbrechung (drei 100-Watt-10-Ohm-Widerstände) befindet sich auf der A-Seite des Schalters und der Windregler befindet sich auf der B-Seite des Schalters.

Schritt 7: Der 12-Volt-Sicherungskasten, der Batteriebankschalter und der 24-V-zu-12-V-Wandler

Die Hälfte eines DPDT-Schalters leitet Strom entweder von der Hauptbatteriebank mit 24 V 100 AH oder der sekundären Batteriebank mit 24 V 35 AH zum 24-Volt-zu-12-Volt-Gleichstromwandler.

Der 12-Volt-Ausgang des Wandlers wird mit dem 12-Volt-Sicherungskasteneingang verbunden.

Um den 12-Volt-Strom zu verteilen, gibt es derzeit drei kleine Stromkreis-Projektboxen mit digitalen Voltmetern, die zusammen mit Bananenbuchsen vom Sicherungskasten aus installiert sind. Ich habe schon eine Sicherung durchgebrannt. Sicherungen sind immer gut!

Hier ist ein Bild einer Klemmleiste, die mit Bananensteckern an die 12-Volt-Box angeschlossen ist. Die Platine ist ein 12-Volt-Audioverstärker für das TV-System. Die Vorwahluhr für das Relais ist auch an den Sicherungskasten angeschlossen.

Schritt 8: Speichern der Sekundärbatteriebank vor Unterspannung

Für die 24-V-35AH-Batteriebank werden nur zwei Elemente benötigt, um Ihr eigenes Unterspannungs-Batterieschutzgerät zu bauen.

1. Der TeOhk XY-CD60 Lithium-Batterie-Lade-Entlade-Controller. HINWEIS* Der Schaltplanaufkleber an diesem Gerät ist falsch. Öffnen Sie es und sehen Sie sich die Markierungen auf der Platine an.

2. Ein normales Relais mit hoher Amperezahl oder ein Halbleiterrelais.

Wenn der TeOhk XY-CD60-Controller eine voreingestellte Unterspannung erkennt, löst er das Relais aus, um die Batterie von allen Lasten zu trennen. Siehe Hauptschaltplan.

Wenn Sie Lithiumbatterien verwenden, können Sie diese auf etwa 80% entladen (glaube ich). Wenn Sie jedoch AGM/versiegelte oder Blei-Säure-Batterien verwenden, sollten Sie die Batterien niemals unter 50% sinken lassen. Ich habe gelesen, dass versiegelte 12-Volt-Batterien nicht unter 11,2 Volt gehen dürfen (22,4 V für zwei Batterien in Reihe).

Schritt 9: Hauptschaltplan

Spezieller handgezeichneter Schaltplan.

Schritt 10: Sonnenaufgang bis 14 Uhr Ost-West-Panel-Schaltertest

Es wird ein toller Tag draußen. 54 Grad jetzt um 8 Uhr morgens. Der Sonnenaufgang war heute um 6:58 Uhr.

Der Wind ist ziemlich stark. Derzeit liegt die 24-V-35AH-Batteriebank bei 25,4 Volt. Wir werden die Windturbine für diese Batteriebank den ganzen Tag eingeschaltet lassen und sehen, wie es später ist. [Ende bei 26,0 Volt]

14.11.20, Hauptsystem (24V 100AH Batteriebank)

Manueller Umschalttest Ost / West:

8:00 Uhr testen. Wenn der Solarregler auf die Ostseite geschaltet ist, beträgt der Messwert 27,6 V @ 1,5 Ampere oder 41 Watt.

Wenn ich den Controller manuell auf die Westpanels umschalte, erhalten wir nur einen Messwert von 27,5 V @ 0,1 Ampere oder 2,75 Watt.

Die Testergebnisse im Laufe des Tages:

8:00 Uhr >> Ost = 41 Watt West = 2,75 Watt

9:00 Uhr >> Ost = 78 Watt West = 7 Watt

11:00 Uhr >> Ost = 120 Watt West = 80 Watt

12:18 Uhr >> Ost 99 Watt West 105 Watt

14:00 Uhr >> Ost 153 Watt West 168 Watt

Wir möchten, dass die Hauptbatteriebank immer die höchste Wattleistung verwendet. Es sieht also so aus, als wäre es gegen 12 Uhr in Ordnung, das Relais abzuschalten und zu den Westpanels zu wechseln

Schritt 11: Sonnenuntergang - Spannungspegel

Mit den kabelgebundenen Solarmodulen der Serie 4 werden die Batterien fast bis zum Sonnenuntergang aufgeladen. Wir bekamen ungefähr 26 Volt von den Westpaneelen, als dieses Bild aufgenommen wurde (nicht viel Strom).

Bitte stimmen Sie für dieses Projekt im batteriebetriebenen Wettbewerb ab.

Vielen Dank!

Joe