Солнечная батарея в автомашине

Я редко езжу на машине. Машина - Prius, и у него две батареи: силовая (часть гибридной системы) и обыкновенный автомобильный АКБ на 45-50Ач. Этот самый АКБ и стал был моей головной болью в течении нескольких лет. Он успевает разрядиться между моими поездками! Особенно в зимнее время. Один раз я его заморозил до состояния покойничка. Пришлось покупать новый (-5 килорублей в 2018-ом). В другой раз он едва не потерялся, но после отогрева удалось его вытащить с того света. И вот моя идея, реализованная на практике: когда я не езжу, АКБ подпитывается солнечной батареей. И все работает :)

Подробнее о ситуации

Под "редко езжу" я понимаю раз в 7-10 дней по часу максимум. Если без пробок. А обычно я подгадываю время, чтобы в час пик не попасть.

Почему аккумулятор вообще разряжается? Потому что на нем висит сигналка. И хотя я проверял ее потребление и оно в пределах нормы, заявленной производителем, это не меняет того факта, что потребитель есть. Еще в машине заложена своя логика, которая тоже тянет энергию с АКБ некоторое время, при этом без подзарядки.

Чтобы зарядить такую батарейку, нужно ездить на машине часто или долго.. а лучше и то и другое. И я пробовал ездить без конкретной цели, только для подзарядки. Это не помогает. Машина не мотоцикл, не интересно в ней просто так ехать куда-то по два часа в день :)

Допустима версия, что в машине хреновый аккумулятор. Может быть. Но он вообще-то новый был, когда я зимой его едва не пролюбил. А тот, что был до него, точно так же терял заряд. Так что в версию бракованного АКБ я не особо верю.

Этой зимой я держу на балконе АКБ от мотоцикла, 14Ач, без потребителя. Это моя "контрольная группа" в эксперименте. И с ним ничего критического не происходит, потеря вольтажа незначительная. 3 месяца на балконе (октябрь-декабрь), и все еще 13В.

Итак, обычное решение в описанной ситуации: снимать АКБ с машины и держать дома. Ну или хотя бы отключить от потребителей. Учитывая, что мотоциклетная батарейка сейчас живет в тех же условиях, могло бы хватить и отключения. Но тут проблема в конструкции самой машины. АКБ у нее в багажнике, а не в моторном отсеке. И чтобы вытащить оттуда батарейку, нужно раскидать часть обшивки, креплений и воздуховода. На морозе.

Поставить обратно - еще хуже, т.к. без батарейки дверь багажника не открывается (спасибо инженерам Toyota за такую засаду). Мне приходится ключом открывать водительскую дверь, через салон открывать заднюю пассажирскую дверь, потом откидывать сиденье и лезть на карачках в багажник, чтобы нащупать рычажок для открытия двери багажника. После подключения еще нужно настроить часы, радио, стеклоподъемники. На практике это очень неудобно и выполнять такую процедуру постоянно - напрягает.

Порядком заколебавшись с такими танцами, прошлой зимой я проездил с проводами прикуривания в салоне, прокинутыми из багажного отсека. Вешал АКБ на крокодилы, чтобы не таскать его в багажник. Опасно, неудобно и все на проводюльках, как-будто это Жигули, не Prius.

И вот, этой зимой я успешно тестирую солнечную батарею. Кладу ее на торпедо, кабель к клеммам АКБ проложил под обшивкой. Убрать/подключить зарядку с батареи - дело одной минуты. И при этом не приходится обесточивать всю машину. Затея прошла испытание экстримально низкой температурой. Два дня давило -40-44С, до и после - 36С, а зарядка все равно идет!

Минус в решении конечно тоже есть: приходится снег с лобового стекла сметать периодически :) Хотя даже под снегом солнечная батарея работает и обычно этого достаточно. До -25С я особо и не парюсь за зарядку.

По габаритам не угадал. Хотел хранить ее в багажнике, не влазит. Мощность правильная, нужно было купить складную.

Виды моей поделки

Кабели уложены в ПВХ трубах

Контроллер крепится к отдельной металлической пластине

Подключение АКБ. IEC-320-C14 - это тип вилки "папа", как в блоке питания компа. "C13" в конце - это мама.

Вам наверно интересно, почему я не прикрепил батарею на крышу, как на фотке в начале статьи? Это определенно было бы удобнее, ее не нужно убирать. Причины две, и первая из них - география. Мы живем в Росссии, все что не приварено к стене - воруется. А не получится украсть, нужно испортить. Я не жалуюсь, страна хорошая. Просто люди в ней - гавно. Вторая причина - деградация элементов. Дожди, снеги, дорожная пыль - все это заметно быстрее прикончит батарею, размещенную на крыше, нежели лежащую под стеклом на время зарядки.

Технические детали

"Солнечная батарея" - это панель с кремниевыми элементами + контроллер. Все можно купить на AliExpress.

Солнечная панель (батарея)

Выбор батареи не особо сложный. Но нужно проверять заявленную мощность.

Например, та, что я купил - 18VDFSP-100M:

Максимальная мощность (Pmax): 100 Вт
Максимальное напряжение питания (Vmp): 18В
Максимальный ток питания (Imp):5.56A

18В х 5.56А = 100.08Вт - похоже на правду.

Количество ячеек тоже должно соответствовать заявленной мощности. Их можно посчитать на фотографиях или в описании найти. 18v100W, 4*9 = 36 ячеек, допустим, похоже на правду. У других продавцов 100-120Вт батареи тоже на 36 ячейках.

Там же продается 16VDFSP-100M

Максимальная мощность (Pmax): 100 Вт
Максимальное напряжение питания (Vmp): 16В
Максимальный ток питания (Imp):6.5A

16В х 6.5А = 104Вт. Порядок. Но тут у меня сомнения в другом месте. Количество ячеек 16v100W, 4*8 = 32. Т.е. мощность та же, а площадь меньше. Но и продавец в описании указал:

Когда панель солнечных батарей 16v электрически проводна, требования к интенсивности солнечного света выше, чем 18В.

Я предполагаю, понимать нужно так: 16-вольтовая ячейка слабее по выдаваемому напряжению, чем 18-вольтная, хотя силу тока она выдает больше. И поэтому для одинаковой эффективности на 16-вольтную батарею нужно подавать более интенсивный свет, чем на 18-вольтную. Или иными словами: при одинаковом освещении батарей, 16-вольтная будет менее эффективна, чем 18-вольтная.

А вот это сильно похоже на брехню:

Максимальная мощность: 120 Вт
Рабочее напряжение: 18 в
Рабочий ток: пик около 4.5A-5.5A
36 ячеек

Считаем, 18В x 5.5А = 99Вт - т.е. даже в оптимистичном прогнозе нет тут 120Вт.

Параметры моей панели:

DokioSolar - это хорошие панели. И это не реклама, а личное мнение. Я купил гибкую панель себе и стеклянную панель отцу для его нужд. В обеих версиях панели прекрасно работают. Хотя не могу сказать, какой у них КПД. Просто использую то, что есть.

Батарея дорогая. Но еще дороже покупать новый АКБ каждый раз, когда заморозил предыдущий.

Зачем 22.5В с панели (Open Circuit Voltage), когда подключаемый АКБ всего 12В? Ведь для зарядки достаточно 14.5В. А вот зачем: 22 вольта панель выдает в идеальных условиях. Речь про прямые солнечные лучи и нулевую деградацию элементов. И так и есть, я проверял. Снял с новой панели 25В направив ее к Солнцу. Но в обычных условиях вольтаж ниже. И вот чтобы батарея все еще работала, ее делают с запасом по вольтажу. Это правильный подход. Моя панель даже под снегом в пасмурную погоду тянет 15-17 вольт. Конечно при еще худших условиях показатель снижается, но зато не требуется ловить солнце, чтобы она хотя бы на минимуме выполняла задачу :)

Кстати, она работает даже от светодиодного источника света. Хотя и не выдает минимально полезный вольтаж.

Контроллер

Выбор оказался непростым в отличие от панели.

Ликбез про типы контроллеров (On/Off, PWM, MPPT) - Часть 1 и Часть 2.

Али завален одинаковыми контроллерами, но в разных корпусах. Сходство легко вычисляется по примерам экрана. Так что тут нет никакой разницы, что покупать. Фактически они делятся на "до 30А" и "от 40А". Старшие модели немного больше и имеет доп.радиатор снаружи. И вроде бы старшие могут показывать текущий заряд (заряд АКБ? Или стекающий с СБ?), но я не увидел на примерах, как это выглядит.

Так же полно подделок под MPPT: в синем корпусе, в оранжевом. MPPT в них - это наглая ложь, почитайте отрицательные комментарии к товару. И отдельно - мутный вариант с оговоркой, что это не 100% MPPT. Выглядит, как попытка натянуть сову на глобус.

Проблема с подделками в том, что потом будет крайне сложно доказать в споре, что это PWM, а не MPPT. Продавец включит дуру и скажет, что ничего в ваших замерах не понимает. Короче, лучше не брать дешевое говно, если нужен именно MPPT контроллер. MPPT контроллер не может стоить 1.5-2тр.. Он значительно дороже. Я думаю, не меньше 5тр. В РФ находил предложения за 20+т.р. и не уверен, адекватная цена или нет.

Во второй статье ликбеза приведены MPPT контроллеры фирмы Beijing Epsolar Technology. Я нашел их на AliExpress - дешевый Epever MPPT, профессиональный EPsolar Tracer4215BN. Глубже не копал, подлинность не установлена.

Я остановил свой выбор на безымянном PWM контроллере за 400р. Девайс настолько китайский, что даже инструкция на английском - непонятная. Купил на 30А. Мне достаточно было 10А, но я решил не полагаться на предел, китайцы по-любому завышают показатели на товаре. Хотя я не уверен, есть ли разница в реализации между 10А и 30А. В общем, взял верхний предел ценовой категории.

Добавил к контроллеру отдельный вольтметр:

Он служит для двух целей. Во-первых, ЖК-экран контроллера замерзает и мониторить его неудобно. Во-вторых, через мой вольтметр можно узнать напряжение, стекающее с солнечной батареи без подключения АКБ.

Этот момент нужно пояснить. Контроллер ничего не показывает, пока к нему не подключен аккумулятор. Т.е. он работает только от АКБ. Так же контроллер вообще никогда не показывает, какое напряжение выдает панель, только напряжение а аккумуляторе.

Я подключил вольтметр на клеммы панели (пара слева). Но оказалось, и на них напряжение аккумулятора, а не панели, хотя он подключен на средней паре! И вот чтобы увидеть текущий вольтаж панели, нужно отсоединить АКБ от контроллера. Контроллер выключится, но мой вольтметр будет работать, пока напряжение в его диапазоне.

Кабель

Нужен силовой кабель большого сечения, так завлено в спецификации батареи. 12 AWG, в системе СИ это 3.3мм2. Нихрена себе. Но замечу, что на батарею с завода был припаян кабель меньшего сечения (2.5мм2), т.е. производитель сам же нарушает свои требования. В моем же случае кабель должен быть еще и в морозоустойчивой изоляции. Я долго шарился в инете в поисках правильного расчета сечения по напряжению и силе тока. И формулы нашел разные, и обоснования. Короче, взял в итоге КГ-ХП 2х1.0. Потестировал, не греется. Считаю, этого достаточно.