Posso carregar com segurança uma bateria de atuador de garagem de 24V com um par de painéis solares de 12v?

Eu tenho um atuador de porta Hormann Promatic Akku Garage, pois minha garagem não possui eletricidade. De um modo geral, estou muito impressionado com o quão bem funciona. Infelizmente, enquanto dura cerca de dois meses entre o carregamento, quase não dá aviso sobre quando a carga da bateria está ficando baixa.

Gostaria que durasse mais tempo entre as cargas, então, há algum tempo, comprei alguns carregadores solares de baixa potência. Minha preocupação é que possa haver algo que eu perdi da maneira ingênua que pretendo ligar.

fundo

A unidade de bateria Hormann (parte inferior direita da imagem) possui um par de soquetes XLR, para que você possa conectar o cabo de alimentação do atuador em qualquer um deles. Presumo que Hormanns possua (ridiculamente caro e não esteja disponível no Reino Unido) plugues solares no outro soquete. Internamente, existem duas baterias de 12V de descarga profunda conectadas em série.

^{Attrib. Hormann .}

Quando totalmente carregado, o módulo da bateria mede 26,3v e o atuador se recusa a trabalhar quando a tensão cai para 23,3v.

Os painéis solares que tenho são de apenas 1w, mas têm um diodo integral. Eles foram vendidos como recarregadores solares de bateria de 12V, e a pesquisa que fiz na época sugeria que uma potência tão pequena deveria contar como carregamento lento das baterias, portanto, o carregamento excessivo não deveria ser um problema. Observo, porém, que a tensão do circuito aberto sob luz solar intensa pode chegar a 18V.

Em um dos painéis, o diodo é queimado, portanto, qualquer conselho sobre sua substituição também seria útil (removi o diodo antigo, mas estava quente colado no painel e removi-o riscado parte do ID, acho que é um 1N4007 embora).

Como pretendo conectá-los

Então, ingenuamente, eu estava indo para conectar os dois painéis em série, assim como as baterias estão conectadas, através de um plugue XLR e deixá-los conectados permanentemente.

Também estou considerando se seria melhor deixar o diodo fora do segundo painel e apenas conectar os dois painéis com um único diodo entre eles.

Minhas preocupações

Assumindo um raro dia de verão britânico, sei que a apenas 1w @ 18v significa uma corrente bastante baixa para a bateria, mas 36v de um par de painéis podem danificar o circuito do atuador? Suponho que, ao ser conectado à bateria, a tensão caia para um pouco acima da tensão da bateria, mas seria bom saber com certeza.

Além disso, quando o atuador está realmente consumindo corrente, ele está consumindo alguns watts por 20 a 30 segundos. As células solares poderiam ser danificadas? Observando a folha de dados dos diodos, parece que cada um dos diodos seria mais do que capaz de lidar com a corrente e as tensões de que estamos falando.

Analisei as questões relevantes relacionadas a células solares e sobre carregamento de baterias , mas não as que consigo encontrar parecem abordar minhas preocupações.

mas 36v de um par de painéis pode danificar o circuito do atuador?

Então aqui está o negócio. As baterias de chumbo-ácido parecem eletricamente uma fonte / fonte de tensão com uma resistência em série pequena, com o nível de tensão em função do estado de carga. 2V / célula (existem 6 células em série em uma bateria de 12V) é nominal, e se bem me lembro, a tensão do circuito aberto é algo como 1,9V vazio, 2,1V cheio. Isso cobre 90% do seu comportamento.

Considerando que, a especificação "1W a 18V" do painel solar não poderá "vencer" a bateria, e a tensão do painel solar será reduzida para a tensão da bateria, fornecendo provavelmente 0,055A (= 1W / 18V) na tensão da bateria.

Quando uma bateria fica completamente cheia, no entanto, sua resistência em série aumenta drasticamente e a tensão aumenta, até que haja tensão suficiente para iniciar a eletrólise do fluido e você obter geração de H2 e O2 nos terminais e perda do eletrólito. Uma bateria de chumbo-ácido, dependendo do fabricante do tipo +, possui uma certa taxa de recombinação de H2 + O2 => eletrólito que pode suportar; se você eletrolisar a uma corrente mais alta que isso, isso levará à perda permanente de eletrólitos (+ portanto, perda de capacidade)

Portanto, existe uma corrente segura que pode ser fornecida a uma bateria de chumbo-ácido continuamente, onde sua própria descarga automática devido à eletrólise equilibra a corrente de carga. Depende da fabricação + construção. Eu não me sentiria preocupado com uma taxa de carga C / 10 ou C / 20 (onde C = a corrente necessária para descarregar uma bateria em 1 hora). As baterias da porta da garagem provavelmente têm capacidade> 1Ah, portanto você deve estar seguro com a corrente de carregamento de 55mA.

No entanto - eu provavelmente colocaria um (diodo zener e resistor em série) em paralelo com cada bateria, o diodo zener sendo de cerca de 14V e o resistor de talvez 10 ohms ou mais, para impedir que os terminais da bateria sejam carregados muito longe.

Além disso: se possível, conecte cada painel solar a cada bateria (e mantenha os diodos), em vez do par de painéis em série conectados às baterias em série - ou seja, tente conectar as torneiras centrais. Ao fazer isso, você carregará cada bateria de forma independente. Caso contrário, o que pode arruinar a vida útil da bateria é se as tensões da bateria divergirem - aquela com tensão mais alta tenderá a ficar sobrecarregada, enquanto a outra tenderá a ficar sobrecarregada e não completamente carregada.

Resumo:

• Quando operado em Oxford, Inglaterra, o carregador fornecerá ganhos úteis no tempo entre a recarga por mais de 6 meses do ano.

• Os carregadores podem ser usados ​​como estão com segurança (com dois em série conectados diretamente através da bateria de 24V). A conexão de uma em cada bateria é viável, mas a taxa de carga é tão pequena que é improvável que o ganho no equilíbrio da bateria seja útil.

• Um diodo 1N400x funcionará bem (para painéis com menos de 10 watts).

• Se você usar dois painéis em série, precisará apenas de um diodo - você pode ignorar o diodo no segundo painel, se desejar.

• As baterias não devem ser descarregadas profundamente, mesmo que tenham uma "classificação de descarga profunda" se você desejar uma vida útil máxima da bateria. O recorte de 23,3V existente provavelmente está organizado para atender a essa necessidade.

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O tamanho em AH da bateria desconhecida - suponha que 2 "7AH" tijolo "- possa ser maior.
Tamanho do painel fotovoltaico = 2 x 1 Watt nominal.

Ajuste os resultados abaixo de acordo se as baterias tiverem mais ou menos que 7 Ah cada.

Stop Press: Este site oferece uma

• "Bateria de troca recarregável WA 24, 10 Ah para Promatic - Akku completa com suporte"

por um 'mero' 213 euros!
Assumindo que o original também tenha 10 Ah , os números abaixo precisam ser aumentados em cerca de 1,5 em termos de capacidade. As taxas de carga dos painéis fotovoltaicos de 1W são ainda menos suscetíveis de serem prejudiciais. Considerarei revisar esta resposta à luz desse 'conhecimento' no devido tempo.

O site absolutamente maravilhoso de Gaisma, que fornece muitas informações úteis sobre insolação (níveis de luz do sol, precipitação, velocidade do vento e muito mais) de milhares de sites em todo o mundo, recomenda que a média diária de horas de sol por mês em Oxford na Inglaterra, de janeiro a dezembro, seja:

Insolação, kWh / m² / dia = "horas de sol"

• Mês / média de horas de sol por dia
  jan 0,67
  fev 1,23
  mar 2,23
  abr 3,39
  mai 4,39
  jun 4,64
  jul 4,66
  ago 3,99
  set 2,76
  out 1,59
  nov 0,82
  dez 0,50

ou seja, 4,66 em julho e 0,5 em dezembro.

Essa é a média diária de horas em watts que você obteria por Watt de painel fotovoltaico no melhor dos casos.

Uma bateria de 12V fornece nominalmente cerca de 12 Watt / hora por amp / hora de capacidade. Portanto, um "tijolo" de 7 Ah dará 84 Watt por hora.

Em um bom dia de julho, um painel de 1 W fornece uma saída de 4,66 Wh ou mais de 24 horas, com uma média de 0,2 Watts. Portanto, para carregar completamente uma bateria de 84 Wh nessa taxa (assumindo 100% de eficiência), levaria 84 / 0,2 = 420 horas. ou seja, a taxa média de cobrança no inglês de Oxford no meio do verão com o painel bem orientado é de C / 420. Mesmo ao carregar a potência máxima durante o dia, a taxa é de 1 Watt / 84 Wh = C / 84.

O C / 100 seria uma carga lenta modesta para uma bateria de chumbo-ácido, de acordo com as premissas de painel de 1 x 1 Watt por bateria de 7Ah (2 baterias, 2 painéis) que poderiam ser deixadas no local sem problemas.

A boa notícia é que você diz que atualmente a bateria dura "cerca de 2 meses entre as cargas". 60 dias x 24 horas = 1440 horas. Então a médiaa taxa de descarga da bateria será excedida pela saída do painel em julho. De fato, para que a taxa média caia para dizer C / 1200 (permitindo algumas ineficiências), a taxa média diária de insolação precisaria cair para 4,66 x 420/1200 ~ = 1,6 kWh / dia (ou 1,6 horas de sol / dia). Essa taxa é excedida nos 9 meses de março a outubro, inclusive. Como antes, isso pressupõe um painel de boas condições de 1 W e baterias de 7Ah 12V. A taxa efetiva de carga efetiva será menor porque o painel está classificado em 1 Watt ou o que for no ponto de energia ideal. Murphy diz que o painel mpp e a voltagem da bateria geralmente serão diferentes. Há também perdas de eficiência de conversão, mas o chumbo-ácido tem uma eficiência atual muito boa (saída atual / entrada atual) - provavelmente 80% - 90%. A taxas de carga baixas (assim), a eficiência energética também é bastante boa. (A taxas de carga mais altas, a tensão do terminal aumenta devido à queda de tensão através da resistência interna). Suponha que você obtenha 80% de eficiência de conversão para calcular.

Todas as opções acima devem poder ser usadas para determinar como alguma outra bateria Ah e outro painel de potência funcionarão em um determinado mês.

Nota: mesmo que a bateria seja de ciclo profundo, carregue-a antes de fazer um ciclo profundo. A vida vai melhorar. O carregador solar também ajudará isso.

O conselho sobre o uso de um zener como proteção contra sobretensão é bom, mas você pode criar facilmente um dispositivo de corte muito mais nítido, se desejar. Um regulador de derivação TL431, 4 resistores e um transistor MOSFET ou PNP do canal P formarão um regulador de grampo de tensão projetável, com tanta dissipação quanto o transistor permitir e um "joelho" de tensão muito acentuado. Mais sobre isso, se desejar.

Eu ficaria muito interessado em saber:

Ah classificação de cada bateria?
Por potência do painel.
Tipo de painel (silício amorfo ou cristalino ou ...?)

Energia por abertura?
Corrente de operação do
motor Potência do motor?

Guesstimates only - veja as suposições abaixo.

Presumir:

• 24V x 10 Ah.

• 80% da capacidade disponível devido à proteção contra descarga profunda.

• 3 x (abertura + fechamento) por dia. Isso permite 2 vezes em todos os dias e várias vezes nos finais de semana etc.

• 30 segundos de tempo de abertura ou fechamento.

• 60 dias entre recargas

10 Ah x 80% = 8Ah.

Tempo de operação por carga = 1/2 minuto x 2 operações x 3 por dia x 60 dias = 180 minutos.
Diga 200 minutos.

Consumo atual = 8 Ah x 60 minutos / hora / 200 minutos = 2,4A

2,4A x 24V ~ = 100 Watts ou ~~ = motor de 1/8 HP

Energia por abertura ~~~ = 2,4A x 24V x 30 segundos = ~ 1800 Watt-segundo = 1800 Joule
= 0,5 Watt hora.

Verificação de sanidade:

Capacidade da bateria = 8Ah x 24 V = ~ 200 Wh
Então, ações = 200 / 0,5 = 400
~ = 6 / dia
= 3 x (abrir + fechar)
para verificar a sanidade OK :-)

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Informação de Gaisma para Oxford:

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Informação do usuário:

Uma resposta de usuário excluída forneceu algumas informações sobre a experiência do 'mundo real' com o mesmo produto ou produto similar. Eles disseram:

• Usei 2 painéis solares de 5W com um regulador de 5W para alimentar minha própria porta da garagem Hormann. Os painéis solares são montados no telhado plano da garagem. Manteve minha bateria totalmente carregada durante os meses de verão. Antes da instalação, eu tinha que recarregar a cada 2 meses como OP.

• Custo total em torno de £ 40 usando painéis / regulador do eBay, Perspex para montagem etc. Vale a pena fazer você mesmo