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International => Italiano => Hardware => Topic started by: GianfrancoPa on Nov 09, 2014, 03:50 pm

Title: Kit fotovoltaico, diodi e risparmio energetico
Post by: GianfrancoPa on Nov 09, 2014, 03:50 pm
Salve a tutti,
da qualche settimana sto conducendo un progetto che deve funzionare a batteria + pannello fotovoltaico 24h/24, per tale ragione sto spingendo al massimo sul risparmio energetico.

Il kit che ho ricevuto è composto da:
- Pannello
- Diodo 1N 5408
- raddrizzatore 7812 12V
- pila 11.1V DC 1000mA

Il diodo è interposto tra il pannello e l'integrato.

Tutta la circuteria in modalità standby, con la sola batteria collegata, consuma circa 0.0033 A/h.
A pieno regime ho un consumo medio di circa 0.035 A/h con picchi di pochissimi secondi di circa 0.3 A/h

Quando collego la batteria al kit di ricarica (al chiuso quindi in assenza di luce solare) noto che il consumo in standby sale a circa 0.006 A/h, come se la corrente ritornasse indietro fino al raddrizzatore.

Se interpongo un altro diodo (1N 4007) tra batteria e raddrizzatore ecco che il consumo ritorna a 0.0033 A/h, consentendomi quindi di ottenere il massimo risparmio energetico.

Purtroppo questo secondo diodo comporta una caduta di tensione di 0.4V circa che dovrebbe causare una minor carica della batteria. Dico bene?

Cosa sapreste consigliarmi per ridurre al massimo i cali di tensione causati da entrambi i diodi?

Grazie mille!!!
Title: Re: Kit fotovoltaico, diodi e risparmio energetico
Post by: leo72 on Nov 09, 2014, 04:41 pm
Se non interponi un diodo sull'uscita dal pannello solare, quando il sole non c'è il pannello ti assorbe corrente dalla batteria scaricandotela.

Io ho sempre adottato un circuito con 3 diodi:

Code: [Select]

          +----------|D3>|-------------+
          |                            |
PANNELLO -+-- |D1>|---+-----|D2>|------+-----UTENZA
                      |
                    BATT

(D1, D2 e D3 sono diodi Schottky con una caduta di 0,2/0,3V).

In questo modo sono sicuro che dal pannello la corrente scorre solo in una direzione, e sia verso l'utenza che verso la batteria: in pieno sole, la corrente passando da D1 e D2 ha una caduta di tensione di circa 0,4/0,6V per cui sempre inferiore a quella che proviene solo da D3. In questo modo in caso di sole la corrente che viene usata è quella del pannello.
Se il sole non c'è, la corrente della batteria alimenta la sola utenza, senza tornare indietro al pannello.

La batteria è vero che si carica alla tensione max meno 0,2/0,3V e che poi viene da questa fornita ad ulteriori 0,2/0,3V in meno ma generalmente una caduta di 0,4/0,6V non mi crea dei grossi problemi. Faccio in modo che il pannello mi eroghi qualcosina in più per bilanciare.
Title: Re: Kit fotovoltaico, diodi e risparmio energetico
Post by: uwefed on Nov 09, 2014, 08:03 pm
Se la batteria é per 11,1V é una batteria al Litio. Quelle hanno neccesstá di un circuito di carica particolare..
Il 7812 non é un radrizzatore ma un stabilizzatore di tensione che ha il suo consumo ed non é adatto per caricare una LiPo. 
Secondo me le Tue conoscenze son troppo basilari per poter progettare l'alimnetazione.
Spiegaci bene il Tuo progetto.

Ciao Uwe
Title: Re: Kit fotovoltaico, diodi e risparmio energetico
Post by: menniti on Nov 09, 2014, 08:11 pm
Mi sa che ha ragione Uwe, a meno che il circuito di controllo della ricarica non sia implementato nella batteria stessa, come avviene alcune volte in prodotti commerciali con batterie "dedicate" (p.es. il TOM TOM)
Title: Re: Kit fotovoltaico, diodi e risparmio energetico
Post by: GianfrancoPa on Nov 09, 2014, 08:25 pm
Grazie per le risposte!

Si, le mie conoscenze sono molto basilari, per tale ragione mi rimetto alla vostra generosità.

Il mio progetto (http://forum.arduino.cc/index.php?topic=254556.15) è costituito da una stazione termometrica che invia i dati per mezzo di uno shield GSM. Uso un Arduino di quelli piccoli che ha un consumo di 0.0004 A in modalità sleep (verificato con multimetro).

In pratica ogni tot minuti il DS3231 lancia un interrupt che sveglia dalla modalità risparmio energetico l'Arduino e con un IRL530 accendo e spegno lo shiedl GSM che in 14 secondi invia il messaggio.

Per trasformare la 12V a 5V utilizzo un Regolatore switching TRACOPOWER TSR 1-2450. Ho fatto una ricerca in rete e avevo letto che gli switching sono i regolatori che consumano meno, anche se costano assai... Ho scelto quello capace di erogare 1A perchè lo shield GSM potrebbe richiederne tanto, anche se per invare un sms al massimo ho visto che tocca circa 0.3A, ma non si sa mai se dovesse esserci poco campo.

In modalità riposo consumo circa 0.0033 A di cui circa 1mA è dovuto dal regolatore, 1mA dal DS3231 e il resto in parte dall'Arduino.
A pieno regime invece consuma mediamente 0.03A con punte di 0.2/0.3A nei due secondi in cui viene inviato l'SMS

Il kit GSM l'ho acquistato già completo di tutti i componenti di cui vi ho parlato, me lo ha fatto avere un amico che li rivende. Purtroppo non ho specifiche riguardo il pannello. Non so dirvi di che tipo sia la batteria, conosco solo il voltaggio e che è avvolta da un nastro blu.

Devo dire che funziona, l'unico problema è che dove abito io di questi periodi prendo il sole dalle 8:30 fino alle 14 ed ho difficoltà a ricaricare per bene la batteria. Spero di aver risolto recuperando questi 0.003A di consumo che si mangiava il 7812.

Proverò ad aggiungere il terzo diodo come consigliato da leo72, mi documenterò su questi Schottky.

Come posso migliorare ancora il tutto?


Title: Re: Kit fotovoltaico, diodi e risparmio energetico
Post by: uwefed on Nov 10, 2014, 12:48 am
Se vuoi spegnere un modula devi interompere il polo positivo e non il negativo. Col IRL530 non riesci a interrompere il positivo.
Ciao Uwe
Title: Re: Kit fotovoltaico, diodi e risparmio energetico
Post by: GianfrancoPa on Nov 10, 2014, 07:17 am
Uhm, eppure riesco a spegnerlo e quando interrompo il collegamento dal multimetro vedo un netto calo nei consumi, difatti se stacco anche il positivo non ottengo ulteriori cali. Forse mi sfugge qualche cosa?

Ho collegato l'IRL530 così:


Code: [Select]


   IRL530
____________
|     |     |
|     |     |
PIN   |     GMD
      |
      |_______GSM Shield______5V




Riguardo la batteria, poichè mi dite che questa batteria LiPo non è performante con il sistema di ricarica che ho utilizzato, cosa sapreste consigliarmi? Conviene cambiare la circuteria oppure la batteria?


Grazie
Title: Re: Kit fotovoltaico, diodi e risparmio energetico
Post by: leo72 on Nov 10, 2014, 07:25 am
Ha ragione Uwe, non si stacca mai l'alimentazione interrompendo la massa ma il positivo, Questo perché togliendo la sola massa molti integrati continuano a funzionare in maniera anomala, disperdendo ad esempio dai pin
Title: Re: Kit fotovoltaico, diodi e risparmio energetico
Post by: GianfrancoPa on Nov 10, 2014, 07:30 am
Forse non noto questi malfunzionamenti perchè non appena spengo lo shield per mezzo dell'IRL530 mando l'arduino in modalità sleep disabilitando (credo) anche i pin che potrebbero dare le anomalie di cui parli, no?
Title: Re: Kit fotovoltaico, diodi e risparmio energetico
Post by: uwefed on Nov 10, 2014, 09:24 am
Che Kit fotovoltaico hai preso?
Ciao Uwe
Title: Re: Kit fotovoltaico, diodi e risparmio energetico
Post by: GianfrancoPa on Nov 10, 2014, 02:10 pm
Purtroppo non posso essere più specifico di quanto già sono stato, non l'ho acquistato su internet ma come dicevo me lo ha fatto avere un amico che lo ha preso da un fornitore.

E' un kit generico da 1A, composto da:

- Pannello
- Diodo 1N 5408
- raddrizzatore 7812 12V
- pila 11.1V DC 1000mA

Al sole il pannello restituisce più o meno 14V.

Piccola domanda: se il raddrizzatore fa uscire 12V, 0.9 V di differenza rispetto il potenziale della batteria bastano per caricare la pila?

Al posto del 7812 cosa posso utilizzare?
Title: Re: Kit fotovoltaico, diodi e risparmio energetico
Post by: uwefed on Nov 10, 2014, 06:44 pm
Non mi é chiaro; fai una foto della batteria lato etichetta.
Ciao Uwe
Title: Re: Kit fotovoltaico, diodi e risparmio energetico
Post by: GianfrancoPa on Nov 10, 2014, 08:06 pm
Foto allegata

EDIT: integro con la foto del piccolo foglio contenente le istruzioni per il montaggio

EDIT 2: non ho resistito ed ho aperto il pacco batteria, effettivamente ci sono dei circuiti dentro! Spero di non averla uccisa... :(

PS come mai non ricevo le notifiche di risposta al topic via mail? Eppure le ho abilitate!
Title: Re: Kit fotovoltaico, diodi e risparmio energetico
Post by: menniti on Nov 11, 2014, 04:24 pm
E' come dicevo io all'inizio... ;)  è una batteria già dotata del sistema di controllo della ricarica, per cui puoi benissimo applicare una normale tensione per caricarla, la differenza di potenziale necessaria dipende dall'integrato usato nello schedino che hai "scoperto" (non hai rotto nulla, ma potevi farne a meno di aprirla perché si vedeva chiaramente nella prima foto che c'era...), in genere basta 1V o anche meno ma ritengo che chi ha messo in piedi il kit abbia opportunamente valutato la componentistica fornita.
Riguardo il Forum ci sono ancora tanti problemi legati alla nuova versione, c'è un Topic apposta, per ora dobbiamo arrangiarci....
Title: Re: Kit fotovoltaico, diodi e risparmio energetico
Post by: menniti on Nov 11, 2014, 04:28 pm
Il diodo messo in quella posizione serve esclusivamente a proteggere il 7812 in caso di inversioni di polarità del pannello solare; se fai le cose con attenzione e stai attento a che ciò non accada puoi invece spostarlo tra OUT e batteria e vedrai che non avrai più alcun ritorno di corrente nel regolatore; peraltro assume anche importanza nei momenti in cui la tensione erogata dal pannello diventa inferiore a quella della batteria. Il diodo però deve essere in questo caso sostituito con uno schottky, in modo da avere una caduta di tensione di 0,2V circa altrimenti potresti avere problemi con la ricarica.
Title: Re: Kit fotovoltaico, diodi e risparmio energetico
Post by: GianfrancoPa on Nov 11, 2014, 05:56 pm
Bene! Ho già ordinato gli scottky, li attendo a breve. Se ho capito bene dici di spostare il diodo tra il regolatore e la batteria: in questo modo chi protegge il regolatore? ovviamente i collegherò i cavi del pannello solare sempre nel verso giusto: questo basta per scongiurare danni??

Al momento la configurazione è la seguente

Code: [Select]

PANNELLO --- |D1>|--------|REGOLATORE|-----|D2>|-----+-----UTENZA
                                                     |
                                                 |BATTERIA|


E non funziona, tiene solo un'ora dopo la scomparsa del sole, magari D2 (non schottky) riduce da 12 a 11.5 la tensione che risulta essere troppo bassa per caricare la batteria. confermi?

Vorrei inoltre applicare quanto consigliato da Leo e da te, se non sbaglio la configurazione dovrebbe essere la sueguente:

Code: [Select]

          +----------|D2>|--------------------+
          |                                   |
PANNELLO -+-- |REGOLATORE|---+-----|D1>|------+-----UTENZA
                             |
                          BATTERIA


                    
Ovviamente diodi tutti scottky. Che ne pensate?

Ho notato inoltre una cosa: quando la batteria raggiunge 9.4V essa smette di funzionare e va a zero. Che sia una protezione del circuito interno?
Title: Re: Kit fotovoltaico, diodi e risparmio energetico
Post by: menniti on Nov 11, 2014, 07:01 pm
Nel primo disegno il D1 lo devi eliminare e fare solo attenzione a non invertire i cavi in uscita dal pannello, altrimenti anche qui perdi circa 0,2V (se parliamo di schottky); tolto questo il regolatore non ha bisogno di alcuna protezione. Per compensare questa perdita puoi aggiungere un altro diodo identico tra il centrale del regolatore (anodo) e GND (catodo).
Il secondo disegno a me non piace perché il D2 alimenta il carico con una tensione non stabilizzata verso l'alto (il minimo sarebbe invece garantito, ma si fa per dire, dalla batteria sottratta la caduta di 0,2V), per cui se il pannello a pieno regime spara 14 V c'è il rischio di fare danni al carico (ma questo devi saperlo tu).
Le LiPo hanno la caratteristica di non erogare più corrente quando vanno sotto soglia quindi il comportamento che noti è normale.
Title: Re: Kit fotovoltaico, diodi e risparmio energetico
Post by: GianfrancoPa on Nov 11, 2014, 07:44 pm
Spero di non abusare troppo della tua pazienza, ma quando dici "Per compensare questa perdita puoi aggiungere un altro diodo identico tra il centrale del regolatore (anodo) e GND (catodo)" che intendi? A quale perdita ti riferisci?

Dopo i 12V utilizzo un regolatore switching TRACOPOWER TSR 1-2450 per portare il tutto a 5V, qui il datasheet: http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0ce7/0900766b80ce7679.pdf (http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0ce7/0900766b80ce7679.pdf)

Secondo te questo regolatore è in grado di reggere la tensione instabile fornita fornita dal pannello? Potrebbe essere interessante prevedere questo collegamento diretto perchè la batteria va out quando la tensione raggiunge i 9.4V mentre questo regolatore può lavorare fino a 6.5V, quindi anche in condizioni di scarsa illuminazione posso ricavare potenza.
Title: Re: Kit fotovoltaico, diodi e risparmio energetico
Post by: menniti on Nov 11, 2014, 07:54 pm
Figurati Gianfranco, siamo qui per divertirci. Ormai ti è chiaro che un diodo in serie ad una tensione provoca una caduta di 0,2 o 0,6 circa in base al tipo di diodo. I regolatori 78xx hanno la caratteristica di aumentare la tensione erogata in uscita se separi il pin centrale dal GND mediante uno o più diodi; nel tuo caso te ne basta uno così in uscita hai 12+0,2=12,2, poi sottrai quella del diodo in serie 12,2-0,2=12 e quindi hai compensato.
Il regolatore è a valle della batteria con lo schema standard, però visto che usi uno step-down a valle allora il diodo diretto tra pannello e switching lo puoi montare, in pratica va bene il secondo disegno; però fai male a pensare di poter avere tutta questa autonomia operativa, quando il pannello lavora in cattive condizioni non è in grado di erogare corrente quindi la tensione che misuri a vuoto si abbatterà all'istante appena ci sarà un minimo di assorbimento di corrente, quindi dubito moltissimo che sotto i 10-11V tu possa strappargli qualcosa.
Title: Re: Kit fotovoltaico, diodi e risparmio energetico
Post by: leo72 on Nov 13, 2014, 08:52 am
Tornando al mio schema, ho premesso che va bene solo se il pannello eroga poco più della tensione della batteria, altrimenti è corretto: si fonde tutto  :D
Io l'ho usato per un sistema passivo con un pannellino che al max dava 6V3 verso un pacco batterie composto da 4 AAA ricaricabili. La tensione nominale è 1V2, quella di carica normalmente è su 1V4. Quindi 1,4*4=5,6. Con il diodo Schottky, avevo in ingresso al MASSIMO dell'esposizione solare 6,3-0,3 = 6V. Quindi poco più della tensione di carica. Volendo, con un comune diodo veloce 1N4148 si ha 0V5 di caduta per cui si arriva a 5V8, ancora più vicini.
In uscita dalla batteria carica avevo 5V6-0V3 = 5V3, tensione retta dagli Atmega e Attiny (reggono fino a 5V5). Qui non ho problemi perché la batteria tende a scaricarsi quindi la tensione torna velocemente intorno ai 4V8/5V.
Title: Re: Kit fotovoltaico, diodi e risparmio energetico
Post by: GianfrancoPa on Nov 15, 2014, 11:02 am
Alla fine ho optato per la configurazione già esistente, ovvero

Code: [Select]

PANNELLO --- |D1>|--------|REGOLATORE|-----|D2>|-----+--------------+-----------UTENZA
                                                     |              |
                                                 |BATTERIA|  |VOLTAGE DIVIDER|


soltanto che ho utilizzato i diodi Schottky come consigliato. La caduta di potenziale si è ridotta parecchio e adesso alla batteria arrivano effettivamente 12V (anzi poco poco di più).

La configurazione sembra funzionare, ha passato la notte. Nel progettino ho previsto anche un voltage divider ed invio la lettura del voltaggio per mezzo dell'SMS, ecco un estratto da quanto ho montato gli Schottky le modifiche (vi mostro solo i dati che interessano):

Code: [Select]

V 11.1 14/11/15 10:15:09
 V 11.1 14/11/15 10:10:09
 V 11.1 14/11/15 10:05:06
 V 11.1 14/11/15 10:00:09
 V 11.0 14/11/15 09:55:09
 V 11.1 14/11/15 09:50:06
 V 10.9 14/11/15 09:45:10
 V 11.0 14/11/15 09:40:09
 V 11.0 14/11/15 09:35:12
 V 11.0 14/11/15 09:30:10
 V 11.0 14/11/15 09:25:09
 V 11.0 14/11/15 09:20:06
 V 11.0 14/11/15 09:15:09
 V 11.0 14/11/15 09:10:09
 V 11.0 14/11/15 09:05:06
 V 11.0 14/11/15 09:00:09
 V 11.0 14/11/15 08:50:06
 V 10.9 14/11/15 08:45:09
 V 10.9 14/11/15 08:40:09
 V 10.9 14/11/15 08:35:07
 V 10.9 14/11/15 08:30:09
 V 10.9 14/11/15 08:25:07
 V 10.9 14/11/15 08:20:11
 
...

 V 10.9 14/11/15 05:55:06
 V 11.0 14/11/15 05:50:09
 V 11.0 14/11/15 05:45:09
 V 11.0 14/11/15 05:40:06
 V 11.0 14/11/15 05:35:09
 V 11.0 14/11/15 05:30:07
 V 11.0 14/11/15 05:25:10
 V 11.0 14/11/15 05:20:09
 V 11.0 14/11/15 05:15:07
 V 11.0 14/11/15 05:10:09
 V 11.0 14/11/15 05:05:09
 V 11.0 14/11/15 05:00:07
 V 11.0 14/11/15 04:55:09
 V 11.0 14/11/15 04:50:09
 V 11.0 14/11/15 04:45:06
 V 11.0 14/11/15 04:40:09
 V 11.0 14/11/15 04:35:09
 V 11.0 14/11/15 04:30:06
 V 11.0 14/11/15 04:25:09
 V 11.0 14/11/15 04:20:09
 V 11.0 14/11/15 04:15:06
 V 11.0 14/11/15 04:10:09
 
...

 V 11.0 14/11/14 22:30:09
 V 11.0 14/11/14 22:25:07
 V 11.0 14/11/14 22:20:09
 V 11.1 14/11/14 22:15:09
 V 11.0 14/11/14 22:10:06
 V 11.1 14/11/14 22:05:10
 V 11.0 14/11/14 22:00:09
 V 11.1 14/11/14 21:55:07
 V 11.0 14/11/14 21:50:09
 V 11.0 14/11/14 21:45:09
 V 11.1 14/11/14 21:40:06
 V 11.1 14/11/14 21:35:10
 V 11.1 14/11/14 21:30:07
 V 11.0 14/11/14 21:25:06
 V 11.0 14/11/14 21:20:09
 V 11.0 14/11/14 21:15:09
 V 11.1 14/11/14 21:10:06
 V 11.1 14/11/14 21:05:09

...


 V 11.1 14/11/14 12:50:10
 V 11.1 14/11/14 12:45:09
 V 11.1 14/11/14 12:40:06
 V 11.1 14/11/14 12:35:09
 V 11.1 14/11/14 12:30:07
 V 11.1 14/11/14 12:25:11
 V 11.0 14/11/14 12:20:09
 V 11.1 14/11/14 12:15:06
 V 11.0 14/11/14 12:10:09
 V 11.0 14/11/14 12:05:09
 V 11.0 14/11/14 12:01:35
 V 11.0 14/11/14 11:55:09
 V 10.9 14/11/14 11:50:09
 V 11.0 14/11/14 11:45:07
 V 11.0 14/11/14 11:40:09
 V 11.0 14/11/14 11:35:09
 V 11.0 14/11/14 11:30:06
 V 11.0 14/11/14 11:25:10
 V 11.0 14/11/14 11:20:09
 V 11.0 14/11/14 11:10:09
 V 11.0 14/11/14 11:05:09
 V 11.0 14/11/14 11:00:06
 V 10.9 14/11/14 10:55:09
 V 11.0 14/11/14 10:50:09
 V 11.0 14/11/14 10:45:09
 V 11.0 14/11/14 10:40:09
 V 11.0 14/11/14 10:35:09
 V 11.0 14/11/14 10:30:06
 V 10.9 14/11/14 10:20:09
 V 11.0 14/11/14 10:15:09
 V 10.9 14/11/14 10:10:09
 V 10.9 14/11/14 10:05:09
 V 10.9 14/11/14 10:00:06
 V 10.8 14/11/14 09:55:09
 V 10.6 14/11/14 09:50:07
 V 10.6 14/11/14 09:45:11
 V 10.6 14/11/14 09:35:06
 V 10.6 14/11/14 09:25:09
 V 10.6 14/11/14 09:20:06
 V 10.6 14/11/14 09:10:09
 V 10.7 14/11/14 09:05:06
 V 10.5 14/11/14 09:00:09
 V 10.4 14/11/14 08:55:09
 V 10.1 14/11/14 08:50:09


Come dicevo il sole, nel luogo dove si trova il pannello, in questo periodo spunta intorno alle 9:00 per andare via intorno le 15:00.

DOMANDA 1: conviene installare qualche diodo nel regolatore 12V come descritto dal professore in modo da fornire più potenza alla batteria? Nelle intenzioni vorrei portare da 5 minuti a 2 minuti l'invio del messaggio, ma ora come ora dubito che riuscirei a passare la notte... sarebbe necessario caricare la batteria (da 1A) quanto più possibile nelle poche ore di luce di cui dispongo.

DOMANDA 2: sebbene in presenza del sole il regolatore fornisca 12V, come mai dal voltage divider leggo il voltaggio della sola batteria ? Essendo in parallelo con il regolatore non dovrei leggere il valore del maggiore tra questo e la batteria?

Grazie!!!  :D  :D  :D
Title: Re: Kit fotovoltaico, diodi e risparmio energetico
Post by: cyberhs on Nov 15, 2014, 11:52 am
Il diodo D1 ha il solo scopo di proteggere il circuito nel caso di inversione dei poli del pannello solare: se sei sicuro del collegamento potresti evitarlo.

Il circuito del regolatore interno alla batteria si assicura che questa venga caricata correttamente (non deve superare la tensione di 12.69V altrimenti potrebbe essere danneggiata).
Title: Re: Kit fotovoltaico, diodi e risparmio energetico
Post by: GianfrancoPa on Nov 15, 2014, 12:22 pm
Allora D1 appena posso lo tolgo.

Uhm, non dovendo superare 12.69V allora al massimo aumenterei fino a 12.4V, ma si avrebbero benefici in termini di ricarica?

Grazie
Title: Re: Kit fotovoltaico, diodi e risparmio energetico
Post by: cyberhs on Nov 15, 2014, 05:46 pm
Non lo so, perché della ricarica si interessa il regolatore interno.