¿Puedo cargar una batería de accionamiento de garaje de 24 V con un par de paneles solares de 12 V?

Question

Tengo un Hormann Actuador de puerta de garaje Promatic Akku, ya que mi garaje no tiene electricidad de red. En general estoy muy impresionado con lo bien que funciona. Desafortunadamente, mientras que dura alrededor de dos meses entre la carga, que da casi ninguna notificación acerca de cuando la carga de la batería se está agotando.

Me gustaría que durara más entre carga y carga, así que hace un tiempo compré unos cargadores solares de baja potencia. Mi preocupación es que pueda haber algo que se me haya pasado por alto en la ingenua forma en que pretendo cablearlos.

Fondo

La unidad de batería Hormann (abajo a la derecha en la imagen) tiene un par de tomas XLR, por lo que puede conectar el cable de alimentación del actuador en cualquiera de ellas. Supongo que el propio cargador solar de Hormann (ridículamente caro y no disponible en el Reino Unido) se conecta a la otra toma. Internamente, hay un par de baterías de descarga profunda 12v conectados en serie.

Atrib. Hormann .

Cuando está completamente cargado, el módulo de la batería mide 26,3v y el actuador se niega a funcionar cuando el voltaje baja a 23,3v.

Los paneles solares que tengo son de sólo 1w, pero llevan un diodo integrado. Se vendieron como recargadores solares de baterías de 12v, y la investigación que hice en su momento sugirió que una potencia tan pequeña debería contar como carga de goteo de las baterías, por lo que la sobrecarga no debería ser un problema. Sin embargo, he observado que el voltaje en circuito abierto bajo la luz del sol puede alcanzar los 18v.

En uno de los paneles el diodo está fundido, por lo que cualquier consejo sobre su sustitución también sería útil. (Quité el diodo viejo, pero estaba pegado en caliente al panel y al quitarlo se rayó parte del identificador, supongo que es una 1N4007 sin embargo).

Cómo pretendo cablearlos

Así que, ingenuamente, iba a cablear ambos paneles en serie, tal y como están cableadas las baterías, a través de un enchufe XLR y dejarlos conectados permanentemente.

También estoy considerando si no sería mejor dejar el diodo fuera del segundo panel y simplemente cablear los dos paneles juntos con un solo diodo entre ellos.

Mis preocupaciones

Suponiendo un raro día de verano británico, sé que a sólo 1w @ 18v significa una corriente bastante baja a la batería, pero ¿podría 36v de un par de paneles dañar el circuito del actuador? Supongo que al estar conectado a la batería bajará ese voltaje hasta justo por encima del voltaje de la batería, pero estaría bien saberlo con seguridad.

Además, cuando el actuador consume corriente, consume bastantes vatios durante 20-30 segundos. ¿Podrían las células solares ser de alguna manera dañado? Mirando la hoja de datos del diodo, parece que cada uno de los diodos sería más que capaz de hacer frente a la corriente y los voltajes que estamos hablando.

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He revisado los célula solar etiquetada y carga de baterías preguntas, pero ninguna de las que he encontrado parece responder a mis inquietudes.

Answer 1

pero ¿podrían los 36v de un par de paneles dañar los circuitos del actuador?

Así que esto es lo que hay. Las baterías de plomo se parecen eléctricamente a una fuente/sumidero de tensión con una pequeña resistencia en serie, y el nivel de tensión depende del estado de carga. 2V/celda (hay 6 celdas en serie en una batería de 12V) es nominal, y si no recuerdo mal, su voltaje de circuito abierto es algo así como 1,9V en vacío, 2,1V lleno. Eso cubre el 90% de su comportamiento.

Teniendo esto en cuenta, la especificación "1W@18V" del panel solar no va a ser capaz de "ganar" contra la batería, y el voltaje del panel solar se bajará al voltaje de la batería, entregando probablemente 0,055A (=1W/18V) a cualquiera que sea el voltaje de la batería.

Sin embargo, cuando una batería se llena por completo, su resistencia en serie aumenta drásticamente, y el voltaje también, hasta que hay suficiente voltaje para iniciar la electrólisis del fluido y se produce la generación de H2 y O2 en los terminales y la pérdida del electrolito. Una batería de plomo-ácido, dependiendo del tipo + fabricante, tiene una cierta tasa de recombinación de H2 + O2 => electrolito que puede soportar; si se electroliza a una corriente superior a esa, se produce una pérdida permanente de electrolito (+por lo tanto, pérdida de capacidad).

Así pues, existe una corriente segura que puede suministrarse a una batería de plomo-ácido de forma continua, en la que su propia autodescarga debida a la electrólisis equilibra la corriente de carga. Depende de la fabricación y la construcción. Yo no me preocuparía por una tasa de carga C/10 o C/20 (donde C = la corriente necesaria para descargar una batería en 1 hora). Las baterías de las puertas de garaje tienen probablemente una capacidad superior a 1Ah, por lo que debería estar seguro con una corriente de carga de 55mA.

SIN EMBARGO -- probablemente pondría un (diodo zener y resistencia en serie) en paralelo con cada batería, siendo el diodo zener de unos 14V y la resistencia de unos 10 ohmios más o menos, de modo que impida que los terminales de la batería se carguen demasiado.

Además: si puedes, conecta cada panel solar a cada batería (y conserva los diodos), en lugar de conectar el par de paneles en serie a las baterías en serie, es decir, intenta conectar las tomas centrales. Haciendo esto, cargarás cada batería independientemente. De lo contrario, lo que puede arruinar la vida de la batería es si los voltajes de las baterías divergen -- la que tiene el voltaje más alto tenderá a sobrecargarse, mientras que la otra tenderá a sobredescargarse y no cargarse completamente.

Answer 2

Resumen:

• Cuando funcione en Oxford, Inglaterra, el cargador proporcionará ganancias útiles en el tiempo entre recargas durante más de 6 meses al año.

• Los cargadores pueden utilizarse tal cual (con dos en serie conectados directamente a la batería de 24 V). Conectar uno a cada batería es viable, pero la tasa de carga es tan pequeña que la ganancia en el equilibrio de la batería de hacer esto es poco probable que sea útil.

• Un diodo 1N400x funcionará bien (para paneles de menos de 10 vatios).

• Si utiliza dos paneles en serie, sólo necesitará un diodo; si lo desea, puede puentear el diodo del segundo panel.

• Las baterías no deben descargarse en profundidad, a pesar de que están "clasificadas para descarga profunda" si desea obtener la máxima vida útil de la batería. La desconexión existente de 23,3 V probablemente está preparada para satisfacer esta necesidad.

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Se desconoce el tamaño en AH de la batería - se supone 2 x 7AH "brick" - puede ser mayor.
Tamaño del panel fotovoltaico = 2 x 1 vatio nominal.

Ajuste los resultados a continuación según corresponda si las baterías tienen más o menos de 7 Ah cada una.

Stop Press: Este sitio ofrece un

• "Batería recargable de intercambio WA 24, 10 Ah para Promatic - Akku completo con soporte"

por "sólo" 213 euros.
Suponiendo que el original también 10 Ah entonces las cifras que figuran a continuación deben incrementarse en 1,5 aproximadamente en términos de capacidad. Las tasas de carga de los paneles fotovoltaicos de 1W son aún menos perjudiciales. Me plantearé revisar esta respuesta a la luz de este "conocimiento" a su debido tiempo.

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En absolutamente maravilloso sitio Gaisma que proporciona mucha información útil sobre insolación (niveles de sol, precipitaciones, velocidad del viento y mucho más) procedente de miles de sitios de todo el mundo, informa de que las horas de sol diarias medias mes a mes en Oxford, Inglaterra, de enero a diciembre son:

Insolación, kWh/m²/día = "Horas de sol".

• Mes / media de horas de sol al día
  Ene 0,67
  Feb 1.23
  Mar 2.23
  Abr 3.39
  Mayo 4.39
  Jun 4.64
  Jul 4.66
  Ago 3.99
  Sep 2.76
  1,59 de octubre
  Nov 0,82
  Dic 0,50

Es decir, 4,66 en julio y 0,5 en diciembre.

Esa es la media diaria de vatios hora que obtendrías por vatio de panel fotovoltaico EN EL MEJOR DE LOS CASOS.

Una batería de 12 V proporciona nominalmente unos 12 vatios hora por amperio hora de capacidad. Así que un "ladrillo" 7AH dará 84 vatios hora.

En un BUEN día de julio, un panel de 1 W le proporcionará una producción de 4,66 Wh o, en 24 horas, una media de 0,2 vatios. Así que para cargar completamente una batería de 84 Wh a este ritmo (suponiendo una eficiencia del 100%) se necesitarían 84/0,2 = 420 horas, es decir, el ritmo de carga medio en el verano inglés de Oxford con el panel bien orientado es de C/420. Incluso cuando se carga a plena potencia durante el día, la tasa es de 1 vatio/84 Wh = C/84.

C/100 sería una carga lenta muy modesta para una batería de plomo-ácido, así que teniendo en cuenta las suposiciones de 1 panel de 1 vatio por cada batería de 7 Ah (2 baterías, 2 paneles), podría dejarse en su lugar sin problemas.

Lo bueno es que dices que actualmente la batería dura "unos 2 meses entre carga y carga". 60 días x 24 horas = 1440 horas. Así que la media la tasa de descarga de la batería será superada por la producción del panel en julio. De hecho, para que la tasa media descienda a, digamos, C/1200 (teniendo en cuenta algunas ineficiencias), la tasa media de insolación diaria tendría que descender a 4,66 x 420/1200 ~= 1,6 kWh/día (o 1,6 horas de sol/día). Esta tasa se supera en los 9 meses que van de marzo a octubre, ambos inclusive. Como antes, esto supone un panel de 1 W en buen estado y baterías de 7Ah 12V. La tasa de carga efectiva real será inferior porque el panel tiene una potencia nominal de 1 vatio o lo que sea en el punto de potencia óptimo. Murphy dice que el Vmp del panel y el voltaje de la batería serán normalmente diferentes. También hay pérdidas en la eficiencia de conversión, pero el plomo-ácido tiene una eficiencia de corriente bastante buena (corriente de salida/corriente de entrada) - probablemente 80% - 90%. A tasas de carga bajas (como esta) la eficiencia energética también es bastante buena. (A tasas de carga más altas, la tensión en los terminales aumenta debido a la caída de tensión a través de la resistencia interna). Supongamos que la eficiencia de conversión es del 80%.

Todo lo anterior debería poder utilizarse para calcular cómo funcionará otra batería Ah y otro panel Wattage en un mes determinado.

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Nota: aunque su batería sea de ciclo profundo, cárguela antes de que se agote. La vida útil mejorará. El cargador solar también le ayudará.

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El consejo de utilizar un Zener como protección contra sobretensiones es bueno, pero se puede construir fácilmente un dispositivo de corte mucho más agudo si se desea. Un regulador de derivación TL431, 4 resistencias y un MOSFET de canal P o un transistor PNP harán un regulador de pinza de voltaje diseñable, tanta disipación como permita el transistor y una "rodilla" de voltaje muy aguda. Más sobre esto si lo desea.

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Me interesaría mucho saberlo:

¿Ah de cada batería?
Por potencia del panel.
Tipo de panel (¿silicio amorfo o cristalino o ...?)

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¿Energía por apertura?
Corriente de funcionamiento del motor
¿Vataje del motor?

Sólo estimaciones - véanse los supuestos más abajo.

Supongamos:

• 24V x 10 Ah.

• 80% de la capacidad disponible gracias a la protección contra descargas profundas.

• 3 x (apertura + cierre) al día. Esto permite 2 veces en todos los días y varias veces en fines de semana, etc.

• 30 segundos de apertura o cierre.

• 60 días entre recargas

10 Ah x 80% = 8Ah.

Tiempo de funcionamiento por carga = 1/2 minuto x 2 operaciones x 3 al día x 60 días = 180 minutos.
Digamos 200 minutos.

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

2,4 A x 24 V ~= 100 vatios o ~~= motor de 1/8 CV

Energía por apertura ~~~= 2,4A x 24V x 30 segundos =~ 1800 vatios-segundo = 1800 julios
\= 0,5 vatios hora.

Comprobación de cordura:

Capacidad de la batería = 8Ah x 24 V =~ 200 Wh
Acciones = 200 / 0,5 = 400
~= 6/día
\= 3 x (abrir+cerrar)
así que la cordura está bien :-)

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Información Gaisma para Oxford:

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Información para el usuario:

Una respuesta de un usuario eliminada proporcionaba información sobre la experiencia en el "mundo real" con el mismo producto o uno similar. Decían:

• He utilizado 2 paneles solares de 5W con un regulador de 5W para alimentar mi propia puerta de garaje Hormann. Los paneles solares están montados en el techo plano del garaje. Ha mantenido mi batería completamente cargada durante los meses de verano. Antes de instalar tuve que recargar cada 2 meses como el OP.

• Coste total alrededor de 40 libras usando paneles/regulador comprados en eBay, metacrilato para el montaje, etc. Vale la pena hacerlo uno mismo