Free energy или как сделать ночник на ионисторах и солнечной батарее

    Привет geektimes! В предыдущей части было рассказано про тестирование батареи ионисторов, наконец настало время использовать их куда-нибудь. По результатам предыдущего теста выяснилось, что от батареи 6х500F на полной яркости светодиодная лента горит примерно 10 минут. Этого разумеется мало, поэтому решено было сделать ночник — на малой яркости света вполне надолго хватит. Что из этого получилось, подробности под катом.

    Для начала под спойлером небольшое дополнение о самой батарее ионисторов.

    Спойлер
    В моем случае батарея из 6 ионисторов и платы защиты была заказана на eBay и выглядела примерно так:

    image

    Увы, продавец не озаботился хорошей упаковкой посылки, 2 транзистора на плате от удара при пересылке вообще лопнули, и защита разумеется, не работала. Напряжение на ионисторе не должно превышать 2.7В, в реале замеры показали разброс значений на заряженной плате от 0.8 до 3.5В, что разумеется никуда не годится. Я получил частичный refund от продавца и заказал новую protection board отдельно, плата выглядит примерно так:



    Новая плата оказалась даже удобнее в использовании, например на ней есть светодиоды, показывающие что конкретный ионистор уже заряжен (на предыдущих версиях платы многие допаивали их самостоятельно).

    Тестирование батареи ионисторов зарядным током всего лишь в 2.5А показало 2 важных момента:
    — Принцип работы платы защиты состоит в «сбрасывании» излишков напряжения на резисторах при напряжении ионистора выше 2.7В. Излишки очевидно, вырабатываются в тепло. Так вот, уже при 2.5А и резисторы и транзисторы на плате были такие горячие, что держать палец было реально горячо.
    — Резисторы на плате не успевают «сбрасывать» напряжение даже при таком небольшом токе — напряжение на заряженном ионисторе доходило до 3.3В, и лишь через 1-2 минуты начинало снижаться. Возможно имеет место некий гистерезис, сказать сложно, но факт есть факт, защита этой платы далеко не 100%.

    Из этого следует важный вывод: хотя сами ионисторы теоретически могут держать очень большие зарядные токи, данная плата защиты (ее полное название Super Capacitor Balance Protection Board) в лучшем случае рассчитана на зарядные токи 1-2А. Поэтому слова в описании платы «Maximum charge current (A): unrestricted» скорее всего, «небольшое» китайское преувеличение — если подать на плату например, 20А, то балансировочные резисторы на плате скорее всего просто испарятся. Однако, при зарядке малыми токами, проблем с балансировкой скорее всего не будет.

    Мне было интересно подключить их к солнечной батарее, из чего получился описанный ниже прототип ночника. Ночью в квартире темно, а слабое фоновое освещение как раз будет кстати.

    «Профи» из нижеописанного вряд ли узнают что-то новое, ну а начинающим возможно будет интересно.

    Заряд


    Для заряда использовались 3 купленные на ебее китайские солнечные панели можностью 1.5Вт и напряжением 9В каждая (цена вопроса $3.99/шт). На холостом ходу они действительно выдавали около 10В, ток КЗ при освещении через оконное стекло около 100мА. На самом деле 3 штуки оказалось ни то ни се, т.к. 30В для зарядки 16-вольтовой батареи много, надо брать либо 2 либо 4. Панели подключены к ионисторам последовательно через мощный диод (нужен для того, чтобы ионисторы не разряжались через панели ночью). Конечно подключение через диод — не самый эффективный способ снятия энергии с батарей, это не MPPT и даже не PWM, зато дешево и надежно.

    В тестовом варианте вся конструкция из 3х батарей, приклеенных скотчем к коробке от печенья, и диода, выглядит так:



    Как показала практика, даже в солнечный день диод не греется (разряженная батарея ионисторов фактически эквивалентна короткому замыканию для солнечных панелей). В ясную погоду уже к середине дня батарея ионисторов заряжается до 15В, затем это напряжение примерно так и держится до вечера. Окна выходят на восток и солнце светит только утром, так что во второй половине дня панели служат скорее для компенсации саморазряда.

    Разряд


    Для ночника были задействованы следующие компоненты:

    1) Три 1-Вт светодиода теплого свечения (цена вопроса 1$ за 10шт)



    2) Драйвер светодиодов с поддержкой CC-CV (цена вопроса 2$)



    В отличии от обычных батареек, ионисторы разряжаются линейно, так что напряжение на них меняется в широких пределах, поэтому необходим led-драйвер. Драйвер должен иметь регулируемый ток, это важно, в противном случае светодиоды будут гореть только на полную мощность, и получится фонарик а не ночник. В моем случае вращением потенциометра я выставил комфортный уровень яркости, который получился примерно на уровне обычной свечи.

    На столе это выглядит примерно так:



    3) Наконец, чтобы «это» стало ночником, было куплено фотореле, с длинным названием DC 5-18V Solar Light Control Switch Module Controller Night Work/ day Off (цена вопроса $4.59).



    Есть 2 варианта реле, Night Work/day Off и наоборот, важно не перепутать. В общем-то и вся конструкция, вход фотореле подключаем к ионисторам, выход фотореле подключается к драйверу светодиодов. Уровень освещенности для срабатывания реле можно отрегулировать находящимся внутри подстроечным резистором.

    Результаты


    Система оказалась работоспособной и вполне удобной. Вечером, примерно в 22 часа, светодиоды загораются, накопленного за день заряда хватает на 4-6 часов, утром заряд начинается снова. Тут важно напомнить, что в отличии от литиевых или свинцовых аккумуляторов, число циклов ионисторов в идеале практически неограниченно, так что о количестве циклов или «эффекте памяти» можно не думать (на практике, как и электролитический конденсатор, ионистор с годами конечно может потерять емкость). В общем, получился вполне компактный для домашнего использования ночник на бесплатной солнечной энергии.

    Об экономической эффективности разумеется, речи не идет — на данный момент ионисторы примерно в 10 раз дороже обычных аккумуляторов и имеют в 10 раз меньшую плотность энергии (вт*ч/кг). Однако за счет возможности отдачи больших токов, возможности заряда и разряда при минусовых температурах и практически неограниченного числа циклов, они весьма интересны и перспективны. Ну и разумеется, всегда интересно протестировать что-то новое.

    В дальнейшем планируется протестировать заряд и разряд ионисторов на разных нагрузках. Stay tuned.

    Средняя зарплата в IT

    110 500 ₽/мес.
    Средняя зарплата по всем IT-специализациям на основании 6 970 анкет, за 2-ое пол. 2020 года Узнать свою зарплату
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее
    Реклама

    Комментарии 14

      +1
      Free energy или как сделать ночник

      замах на рубль, удар на копейку(с)
        +1
        Ну а чем не free energy :)
        Я получил гипотетически «вечный» девайс на бесплатной солнечной энергии с неограниченным количеством циклов (в реале понятно что ничего вечного не бывает), где не надо думать ни о глубине разряда, ни о количестве циклов, ни об эффекте памяти.

        Понятно что об экономической целесообразности речи не идет, хотя собственно, я ее не считал.
          +1
          с неограниченным количеством циклов

          В каком то описании на ионисторы видел количество циклов 500.
          Интересно бы посмотреть на даташит этих
          +2
          Добавлю кстати, в названии конечно есть определенный стеб над изобретателями «вечняков», «экономителей энергии» и прочей ненаучной хрени (хотя я вполне ценю энтузиазм этих людей, если он искренний а не заведомый обман), ну в моих опытах по крайней мере, никакого противоречия с законами физики нет.
        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
            +2
            При цене $3.49/шт делать ионисторы самому скорее всего невыгодно, проще у китайцев купить.

            А так да, цель эксперимента разумеется, научно-познавательная. Ну и может кому-то еще это интересно кроме меня :)
              +1
              Получился светильник, который невозможно купить, а это дорого стоит в любом случае. Да и читать такие статьи интересно.

              Совершенно невозможно купить :)
              Задачу решает один NiMH формата АА на 2000mAh, я из всей параллельной гирлянды оставил 3 светодиода и сделал ночник под подоконником детской.
              Третий год, полет нормальный, хватает на всю ночь даже в дождливые дни.
              0
              Я так и не понял, какие преимущества ионисторов Вы использовали в домашнем ночнике, работу при минусовых температурах? Тогда я Вам сочувствую искренне.
                0
                В отличие от аккумуляторов, для ионисторов обещается практически бесконечное число циклов заряда/разряда. В этом плане они довольно-таки перспективны.

                Интересно было бы их еще проверить на большие отдаваемые токи, но у меня нет таких нагрузок (разве что сварку сделать, но нужды в ней у меня нет).
                  0
                  Даже это преимущество тут совершенно бессмысленно. Если взять тот же литий, но с запасом по емкости, чтобы эксплуатировать его в диапазоне, скажем, 30-70%, а не 0-100%, то количество его циклов взлетит до нескольких тысяч. В таком режиме его в этом ночнике минимум лет на 10 хватит. Вряд ли ионисторы будут более вечные, у них деградация со временем тоже идет даже без циклов.
                    0
                    Имхо срок службы ионистора примерно соответствует сроку службы электролитического конденсатора. Понятно что со временем они тоже портятся, но не настолько быстро, чтобы думать об этом при покупке тех или иных бытовых приборов.
                0
                Что за снобизм, окупиться или нет. Это разве важно? Автор кайфанул от самого процесса и результата. Что все тут роботы, которые только оптимально живут и делают? Я тоже могу просидеть с паяльником вечер, чиня какую-то копеечную вещь, а не просто заказать её на али.
                  0
                  Как быстро начнут деградировать солнечные панели?
                    0
                    image

                    При комнатной температуре за стеклом, думаю они меня переживут.

                  Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                  Самое читаемое