Czy można uniezależnić kluczowe urządzenia sieciowe od zasilania z sieci energetycznej? Postanowiłem to sprawdzić, budując małą instalację fotowoltaiczną off-grid. W kolejnych artykułach z tej serii opiszę, jak dobrałem komponenty, jakie wyzwania napotkałem i jak system sprawdza się (jeśli wszystko pójdzie po mojej myśli 😊) w codziennym użytkowaniu. Czy uda się osiągnąć pełną niezależność energetyczną dla routera, switcha i innych urządzeń? Zapraszam do lektury!

Z racji coraz większej dostępności różnego rodzaju taniej „chińszczyzny” narodził się pomysł stworzenia prostej, małej instalacji fotowoltaicznej do zasilana mniejszych urządzeń sieciowych. Projekt będę traktował raczej jako bardziej ciekawostkę i próbę nauczenia się czegoś nowego, niż pełnoprawny produkt, choć jeśli rezultat przejdzie najśmielsze oczekiwania nie wykluczam użycia tego w „produkcyjnym” środowisku :).

Z czego składa się najprostsza instalacja PV typu off-grid?

Instalacja taka składa się z kilku elementów blokowych:

• Oczywiście samego panelu PV,
• Regulatora ładowania – to właśnie on zarządza procesem ładowania akumulatora przez panel, plus może kontrolować proces pobierania energii z baterii (zabezpieczenia przeciwzwarciowe itp.),
• Akumulatora – musimy zmagazynować naszę energię, gdy np. nie świeci słońce,
• Inwertera – głównie o nim właśnie porozmiawiamy sobie w dalszej części artukułu.

Części użyte do zbudowania instalacji

Panel PV

Planuję użyć jednego z popularnych paneli o mocy 100W, które to są dostępne do nabycia na różnych portalach. Więcej o nim w kolejnych artykułach.

Akumulator

W roli magazynu energii występuje kwasowy akumulator samochodowy typu Ca-Ca o pojemności 60Ah.

Dotychczas był używany jako bateria dla zasilacza UPS.

Regulator ładowania

Zakupiłem jeden z popularnych modeli dostępnych na znanym chińskim portalu zakupowym. Tutaj wykorzystałem wersję 10A.

O inwerterze

Jest to inwerter samochodowy z pewnej holenderskiej sieci sklepów, domyślnie podłączany jest do gniazda zapalniczki. Producent deklaruje dostępną moc na poziomie 150W.

Dodatkowo do naszej dyspozycji pozostaje złącze USB 3.0 np. do ładowania urządzeń mobilnych.

I tutaj mała uwaga, USB pozostaje aktywne nawet przy wyłączonym przełącznikiem urządzeniu.

Sprawność

Sprawdźmy jak się sprawy mają w praktyce.

W roli akumulatora wystąpi tutaj zasilacz laboratoryjny ustawiony na wartości 12.5V 10A. Tym sposobem dowiemy jaki jest pobór prądu z akumulatora. Zamiast urządzeń do inwertera podłączyłem klasyczną żarówkę 60w – będzie pracować w roli obciążenia. Podłączymy przewody do regulatora, a z regulatora podłączymy inwerter z wtyczką „smart”. Pozwoli to sprawdzić pobór prądu po stronie tego wyższego napięcia.

Po podłączeniu urządzeń sieciowych i uruchomieniu inwertera na akumulatorze pobór prądu wyniósł 5.32A. Po sprawdzeniu smart-wtyczki moc pobierana przez „urządzenia” wyniosła 58.8W. Po krótkich obliczeniach wychodzi że:

12.51V * 5.32A = 66,5532W

Sprawność = 58.8W/66,5532W = ~88%

Czyli sprawność przy takim obciążeniu wyniosła ~88%, lepsza niż podana przez producenta.

Estymacja podtrzymania zasilania i podsumowanie

Po tym jakże „laboratoryjnym” podejściu do pomiarów możemy mniej więcej wyliczyć sprawność takiej konwersji woltażu. Jeśli przyjmiemy idealne warunki (akumulator w pełni naładowany, stały pobór prądu i brak innych strat) to dzieląc pojemność akumulatora z poborem prądu z niego otrzymamy „czas działania”. W tym wypadku wychodzi to nieco ponad 11 godzin. Teoretycznie zaspokaja to nasze potrzeby, ale biorąc pod uwagę mogące wystąpić słabe nasłonecznienie, to może być jednak za niska wartość. W takim wypadku trzeba by było rozważyć zasilanie tylko niekrytycznych elementów sieci, albo zaopatrzenie się w przełącznik, który w razie zaniku zasilania na inwerterze przełączy nas automatycznie na sieć elektryczną.