DIY(27):太阳能给鱼缸供电的完美方案

王志勇 发表于 2020年11月05日 10:06

本文有几处应用技巧是全网首发(在应用上有小发明的成份)。我的100W太阳能板买了一年多,因为时间的关系一直没来得及安装。需要用到的配件,图片在后面的博文中陆续上传。实际应用中,100W太阳能板如果不够用,可以2~3块并联。太阳能板价格也越来越低,100W单晶全新,2015年时最低270元,去年200,现在降到170元。

已有的传统方案是太阳能板+太阳能控制器+铅酸或锂电池+逆变器转220V交流电。实际的应用中,太阳能控制器会坏,逆变器(交流款)的空载消耗大(约21W)。所以,本文重新做了几个方案。本方案不仅能给鱼缸24小时免费供电,也能给电脑、手机充电器、路由器等家用电器供电。特别是那些使用300W~500W加热棒的大鱼缸,一年能省一千多元

逆变器
首先,需要采购逆变器。网上的逆变器,主要有3种:车载220V直流逆变器(功率100W-200W,价格非常便宜),220V修正弦波逆变器(大功率,价格中等),220V纯正弦波逆变器(大功率,价格贵)。

其实还有第4种,DC-DC升压板,效率最高,组装灵活,这种最便宜,一个几块钱~十几块钱。这种升压板,我在某宝上找了几个月,目前单个升压板能升到的最高电压是97V直流,实测最高97.6V(高精度电压表测量)。

(以前只能找到最高80V直流的。)

网上也有一种能升到45V~390V直流电的,这种我买过,刚开始好用。通电几次就坏了,测量了一下电压,高达几百伏,也调不了,这一种是厂家的设计缺陷。

DC-DC升压板,升到220V,目前市面上是没有的。

所以,本文采用第1种(车载220V直流逆变器)、第4种(97V的升压板)。

97V的升压板,是我关注了好几个月,前几天才到货的,测试之后,非常惊喜,因为这个几块钱的东西,能把太阳能板转成高压电。

97V的升压板,这种产品目前还没有型号,淘宝关键词:升压板 90V 100W
如果搜索97V,搜索不到,只能搜90V。

车载220V直流逆变器、97V的升压板这2种的转换效率比较高(这2种的转换效率实测差不多),大约只多消耗5W~10W,它们的空载消耗比交流逆变器小得多。

加热原理
原有的加热棒,用水泥电阻+温控开关来代替。水泥电阻,是一种非常理想的放热元件,而且非常便宜,比如20W的水泥电阻大约1元一个(含邮费)。

DIY时,水泥电阻的2脚,一定要用热缩管+热熔胶密封起来,不能让它遇到水。

水泥电阻的阻值,用U2÷R=功率来计算,阻值由电压决定。

储存电的介质,铅酸电池就不建议考虑,一是特别重、价格贵,二是寿命短,全新的铅酸电池使用2年就报废。建议组装锂电池,锂电池使用8年~15年以上一般没有问题。

锂电池的容量,取决于水泥电阻的功率,比如50W的总功率,就要考虑它连续放电10小时以上的情况,需要500瓦时,能存半度电,大约需要27节波士顿锂电池,成本在130元~270元。

锂电池的串联电压任意,3串,6串、7串,14串都可以。

比如3串,最高电压是4.2V×3=12.6V,水泥电阻的阻值是12.6×12.6÷50=3.1752欧,可以选3.2Ω、或3.3Ω,或者2个6.6Ω并联。

6串,则最高电压是25.2V,则水泥电阻选用12.7008Ω,因为没有这种阻值,就用15Ω代替。

充电方案
很多人想到用恒压恒流板直接给锂电池充电,这种板一是电流难以调节,二是质量不一定都稳定,电流的调节容易失效。一旦电流调节失效,锂电池充电的电流过大,会有隐患。

这里就要用到上述的第1种、第4种逆变器,直接接太阳能电池板,然后再连接普通的220V转直流的锂电池充电器。

第1种:车载220V直流逆变器
太阳能电池板的输出电压在12V~23V。车载220V直流逆变器分为12V和24V两种,建议用24V的,24V的保护电压是19V~28V,当太阳能板的电压低于19V时,直流逆变器不工作。

这时,先给太阳能板接一个150W的DC-DC升压板,使之一直到24V,然后再接220V直流逆变器,升24V的目的是防止逆变器的低压保护

直流逆变器输出的电压,实测一台是空载直流311V,另一台是空载直流270V。通上几W~几十W的设备后,直流逆变器的电压马上稳定在直流220V或直流227V。

直流逆变器,直接连接AC锂电池充电器,给锂电池组充电。

AC锂电池充电器,就是锂电池常用的220V交流电的充电器,这种充电器在直流70V、80V的时候也能工作。

大部分手机充电器也能在直流输入70V、80V~110V下正常工作,这是因为充电器里的电源板是宽电压,完美支持这个电压。

第4种:97V的DC-DC升压板
用97V的DC-DC升压板,代替220V直流逆变器。

97V的DC-DC升压板,输入范围是10V~32V直流,输出是60V~97V直流。把输出调到接近最大的97.5V,然后用97.5V,连接AC锂电池充电器,给锂电池组充电。

关于97V的直流电压
起初我最早的方案是计划用3组太阳能板,每组升压到73.3V~80V,升压后再串联,得到220V~240V直流,这个方案想了一年多。

其实不需要这样麻烦。用上述的第1种(220V直流逆变器),或第4种(97V升压板),只需一组太阳能板即可。

关于220V直流电
对于阻性负载,例如加热器、电烙铁、卤素灯,220V的交流电、直流电用起来没有区别。电烙铁如果用311V直流电,电压就太高,烙铁芯会直接烧断。

对于整流电路,比如电脑的电源、手机充电器、AC-DC电源、电视机电源等等,220V直流是偏低的。因为220V交流经过整流后,产生的是220V×1.414≈311V直流电,用万用表测量输出的电容,实测也是311V左右。

对于整流电路,220V直流电等效于220V÷1.414≈155.6V交流电。

但因为这些电源大多数是宽电压,220V直流电也能正常用,220V输入不分正负极,整流电路里的二极管能自动转换。

所以折中一下,我原来计划的是组装240V直流电,它等效于169.7V交流电,阻性负载等效于240V交流电。同时,240V直流也能直接给电烙铁、卤素灯使用,因为我这边的220V市电实测是230V~240V交流电。

现在发现车载220V直流逆变器这个神器之后,接上几瓦的负载,电压就稳定在220V~227V,所以也不用折腾升压、3组串联到240V了。因为3组串联,还要做3组太阳能板、或3组锂电池,非常麻烦,现在只要做1组。

车载直流逆变器,有约30%的用户评价里说好用,另外有很多人说不好用,是因为交流感性负载不能用(比如交流电用的电机,如风扇、鱼缸过滤器、打氧器、抽油烟机等等)。其余的,很多电器都正常用,例如带有AC-DC电源板的电器如电脑、笔记本电脑、显示器、手机充电器等等,以及阻性负载如电烙铁、加热器、卤素灯、白炽灯。(卤素灯、白炽灯的重要性在本文最后。)

我的台式机能用车载220V直流逆变器正常开机,前提是24V输入的功率要足够。

车载直流逆变器质量就有等验证。

电压过低,有个坏处是有些电器上的某个元件会发热严重,导致电器损坏。所以对于一些比较贵的家用电器,就慎用220V直流电。

但是,如果电器是使用AC-DC,一般就没事,最多就是AC-DC坏,其它电路不会坏。因为80V~220V直流电,输出的DC电压和功率,和220V交流电时是一样的,所以手机充电器、路由器、台式机电脑、笔记本电脑、平板电脑、使用220V直流电一般不会有事。如果不放心,在使用220V直流电时,测量一下AC-DC电源的输出电压

加热器的连接方案
加热器的材料全部采用水泥电阻。做2组加热器,一组是直接连接锂电池,用于夜间的加热,阻值要根据锂电池的电压计算。

另外一组,是白天加热,不通过锂电池,而是直接从太阳能取电,这是为了大幅度延长锂电池寿命。
为了使电压稳定,要用220V直流逆变器(或97V升压板),连接一个220V AC转12V DC的普通电源板,把220V直流、或97V直流转成12V直流,再连接水泥电阻。

鱼缸过滤器和增氧器
上述的方案,可以轻松解决加热、照明的问题,可以24×365免费供电。

但是,220V直流电连接过滤器、增氧器,电机都不工作,因为这是交流感性负载。
增氧器,可以换成12V直流增氧器。
过滤器,市面上没有12V直流的。这个只能从家用220V交流取电,或者用交流逆变器。

交流逆变器的缺点是没有小功率的规格,空载消耗大、风扇噪音大。

卤素灯、白炽灯的作用
我家鱼缸摆放的地方,没有阳光直射、阳光散射,这种情况下,鱼100%会得白点病。
十几年前,我一直用40W白炽灯泡在鱼缸里的方法,用它模拟阳光,这时鱼不会得白点病,而且能起到加热的作用。因为网上40W的12V白炽灯比较贵,可以用卤素灯代替,把卤素灯密封,泡在鱼缸里,每天照一定的时间。

另外,鱼缸需要养清道夫,能吃掉很多的细菌。清道夫是夜行动物,白天一般不动,晚上一关灯就开始工作。

7条评论:
1   摄影博客 2020-11-05 21:37
控制好温度,小心把鱼煮了。

自由勇 2020-11-06 09:47
需要加温控开关。

2   夜 2020-11-07 03:24
勇哥能留个联系方式么?很多问题都想请教
3   CcChen 2020-11-07 10:29
折算整套设备的造价和使用寿命周期,还不如直接接市电性价比高。

自由勇 2020-11-07 11:59
太阳能还是比较实用的。最大的成本,是布线、接线,要做很多的测试,使用中需要考虑的一些因素,这些时间成本,所以用太阳能板的人少之又少。

一些比较耗电的电器,比如鱼缸加热棒、挖矿机、大范围的白天室内照明,用太阳能就很合算。

如果不配电池存电的话,整套设备约6~8个月可回本,之后的电都是免费的。
组装电池的话,约8个月~1年半回本。

因为现在的太阳能板价格降低了很多,电池也可以用更廉价的锂电池方案。

太阳能板标称使用寿命25年,实际超过30年应该还能用。

我家的120L太阳能热水器用了19年,现在还是一样好用,每天都有用不完的热水。

4   心灵博客 2020-11-14 21:12
锂电池使用8到15年以上一般没有问题????

自由勇 2020-11-14 22:05
是的,锂电池的寿命相当长。只要不过放,尽量不满电长期保存。
理论的浅充浅放大约有几千个循环(3000)。
使用5~8年应该至少还有一半~百分之七八十以上的容量。

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