Llum solar de baixa tecnologia amb bateries reutilitzades: 9 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Aquest tutorial us permet fer una làmpada solar equipada amb un carregador USB. Utilitza cèl·lules de liti que es reutilitzen des d’un ordinador portàtil vell o malmès. Aquest sistema, amb un dia de llum solar, pot carregar completament un telèfon intel·ligent i tenir 4 hores de llum. Aquesta tecnologia s'ha documentat durant una escala de l'expedició "Nomade des Mers" a l'illa de Luzong, al nord de Filipines. L’associació Liter of Light ja ha instal·lat aquest sistema des de fa 6 anys en pobles remots que no tenen accés a l’electricitat. També organitzen formació per als vilatans per ensenyar-los a arreglar la làmpada solar (ja hi ha instal·lades 500.000 làmpades).

El tutorial original i molts altres per construir tecnologies baixes estan disponibles al lloc web del laboratori de tecnologia baixa.

El liti és un recurs natural les existències del qual s’utilitzen cada vegada més per a cotxes elèctrics, telèfons i ordinadors. Aquest recurs s’està esgotant gradualment amb el pas del temps. El seu ús augmentat en la fabricació de bateries es deu principalment a la seva capacitat d’emmagatzemar més energia que el níquel i el cadmi. La substitució d’equips elèctrics i electrònics s’accelera i s’està convertint en una font de residus cada cop més important (DEEE: residus d’aparells elèctrics i electrònics). Actualment, França produeix de 14 a 24 kg de residus electrònics per habitant i any. Aquesta taxa augmenta al voltant d’un 4% anual. El 2009, només el 32% dels joves francesos d'entre 18 i 34 anys han reciclat els residus electrònics. El mateix any 2009, segons Eco-sistemes, de gener a setembre de 2009 es van evitar 113.000 tones de CO2 mitjançant el reciclatge de 193.000 tones de DEEE, una de les quatre organitzacions ecològiques del sector DEEE.

No obstant això, aquests residus tenen un alt potencial de reciclatge. En particular, el liti present a les cèl·lules de les bateries de l’ordinador. Quan la bateria de l'ordinador falla, una o més cel·les són defectuoses, però algunes romanen en bon estat i es poden reutilitzar. A partir d’aquestes cèl·lules és possible crear una bateria independent, que es pot utilitzar per alimentar una broca elèctrica, recarregar el telèfon o connectar-se a un panell solar per fer funcionar una làmpada. Combinant diverses cel·les, també és possible formar bateries d’emmagatzematge de dispositius més grans.

Pas 1: Eines i subministraments

Subministraments

• Bateria d'ordinador portàtil usada
• Panell solar 5V-6V / 1-3W Regulador de càrrega i descàrrega (per exemple: 4-8V 1A Mini Li-ion USB Arduino Battery Charger TP4056)
• Convertidor de tensió CC / CC Booster CC / CC MT3608 (component elèctric que transformarà els 3,7 V de les bateries en 5 V)
• Làmpada LED d'alta potència (ex: boutons LED 3W)
• Interruptor (per obrir el circuit i tallar la llum)
• Cinta elèctrica
• Caixa

Eines

Per a l'extracció de cèl·lules:

• Guants (per evitar tallar amb el plàstic de la bateria de l'ordinador o amb les cintes de níquel que connecten les cel·les)
• Martell
• Cisell
• Alicates de tall

Per construir la llum:

• Pistola de cola (i pals de cola)
• Pistola calefactora o torxa petita
• Serra de fusta
• Tornavís

Pas 2: Com funciona?

Aquest tutorial mostra com recuperar cèl·lules d’ordinador per crear una bateria nova. Alimentat per un panell solar o per un port USB, us permetrà encendre una làmpada LED.

El sistema funciona al voltant de tres mòduls:

• el mòdul de recepció d’energia: el panell solar i el seu controlador de càrrega
• el mòdul d’emmagatzematge d’energia: la bateria
• el mòdul que retorna l'energia: la làmpada LED i el seu regulador de voltatge

Mòdul de recepció d’energia: panell fotovoltaic i controlador de càrrega

El panell fotovoltaic concentra l'energia del sol. Permet recuperar la seva energia per emmagatzemar-la a la bateria. Però aneu amb compte, la quantitat d'energia que rep el panell és irregular segons l'hora del dia, la climatologia … és important instal·lar un regulador de càrrega / descàrrega entre el panell i la bateria. Això estarà protegit contra la sobrecàrrega, entre altres coses.

Mòdul d’emmagatzematge d’energia: la bateria

Està compost per dues cèl·lules de liti recuperades d’un ordinador. Per dir-ho en poques paraules, una pila és com una caixa que conté diverses piles: cadascuna d’elles és una cèl·lula, una unitat que subministra energia al dispositiu per reacció electroquímica.

Les cèl·lules que es troben als ordinadors són cèl·lules de liti. Tots tenen la mateixa capacitat d’emmagatzemar energia, però la seva capacitat per produir-la és diferent per a cadascun. Per formar una bateria a partir de cèl·lules és important que totes tinguin la mateixa capacitat per lliurar energia. Per tant, cal mesurar la capacitat de cada cel·la per compondre bateries homogènies.

Mòdul que proporciona energia: el llum LED, el port USB de 5V i el seu convertidor de tensió

La nostra bateria ens subministra energia de 3,7 V i les làmpades LED que hem utilitzat funcionen al mateix voltatge. A més, els ports USB proporcionen una tensió de 5V. Per tant, hem de transformar l’energia de la cèl·lula de 3,7 V a 5 V: mitjançant un convertidor de tensió anomenat reforçador CC / CC

Pas 3: Etapes de fabricació

Aquests són els diferents passos necessaris per construir la làmpada:

1. Extracció de les cel·les de la bateria de l'ordinador
2. Mesureu la tensió de les cel·les
3. Realització dels 3 mòduls (panell solar + regulador de càrrega bateria llum LED + regulador de càrrega)
4. Enllaç dels 3 mòduls
5. Construint una caixa
6. Integració de mòduls a la caixa

Pas 4: treure les cel·les de la bateria de l'ordinador

Per a aquesta part, us recomanem que consulteu el següent tutorial: Reciclatge de bateries.

1. Poseu-vos guants per protegir-vos les mans
2. Col·loqueu la bateria al seu lloc i obriu-la amb un martell i un cisell
3. Aïlleu cada cel·la traient les altres parts (com es mostra a la foto).

Pas 5: mesureu la tensió de les cèl·lules i la capacitat tèrmica

Mesureu la tensió:

Comencem mesurant el voltatge de cada cel per comprovar si funcionen correctament. Totes les cel·les amb un voltatge inferior a 3V no es podran utilitzar en aquest projecte i haurien de ser reciclades.

Mitjançant un multímetre, en mode CC, mesureu cada cel·la i comproveu la que es pugui utilitzar per al projecte.

Tingueu cura: si la bateria de l'ordinador sembla tenir líquid a l'exterior, no obriu la caixa, ja que el liti és perjudicial en dosis elevades.

Capacitat de mesura:

Per mesurar la capacitat d’una cèl·lula, hem de carregar-la al màxim i després descarregar-la. Aquestes cèl·lules es basen en liti i necessiten un sistema de càrrega i descàrrega específic, normalment la càrrega màxima és de 4, 2 V i la mínima de 3V. Superar aquests límits danyarà la cèl·lula.

1. Utilitzeu un PowerBank: us permetrà carregar moltes cel·les alhora amb un port USB.
2. Carregueu les cel·les i espereu fins que es completi la càrrega (tota la llum hauria d’estar encesa), es farà en unes 24 hores. (imatge)

3. Les cel·les es carregaran al màxim (4, 2V), ara les hem de descarregar. Heu d’utilitzar un Imax B6: una eina que permet descarregar les cel·les i comprovar-ne la capacitat. Com s'utilitza l'eina:

   1. el voltatge: us preguntarà quin tipus de cel·les voleu comprovar, heu de triar la de liti. Regularà automàticament la descàrrega a 3V com a mínim.
   2. la intensitat: ajustada a 1A per obtenir una descàrrega ràpida i segura. En aquesta condició, la descàrrega ha de trigar entre 1 hora i 1 hora i mitja.
   3. Connecteu l’imant als clips de cocodril i, a continuació, connecteu-vos a la cel·la, l’imant us ajudarà a deixar passar el corrent a través de l’Imax B6 a les cel·les. (imatge)
   4. Descarregueu les cel·les fins que estiguin completament buides.
   5. Tingueu en compte la capacitat de la cel·la. Com més alt millor.
   6. Ordeneu les vostres cel·les per capacitat: 1800 mA.

Observació: és important fer bateries homogènies, amb cèl·lules que tinguin una capacitat similar

Pas 6: Realització dels 3 mòduls diferents

Mòdul 1: panell solar i regulador de càrrega

• Utilitzeu un fil negre i un vermell, utilitzeu una pinça per ratllar els cables.
• Soldeu el cable vermell al costat positiu del tauler i el negre al costat negatiu.
• El regulador de càrrega té 2 entrades: IN- i IN + (que s’indiquen al component): soldeu el fil vermell (positiu) amb l’entrada IN + del regulador de càrrega i el fil negre (negatiu) amb l’entrada IN (imatge 5)).

Mòdul 2: Bateria

Introduïu la cel·la de liti al suport de la bateria

Mòdul 3: convertidor LED / USB

El convertidor de tensió CC / CC té dues entrades i dues sortides: Entrades: VIN + i VIN - / Sortides: OUT + i OUT -. El LED té dos cables d’entrada: un positiu i un negatiu.

• Agafeu dos cables (vermell i negre).
• Soldeu el cable vermell amb l’entrada VIN + del convertidor de tensió i el cable negre amb l’entrada VIN.
• Precaució: la polaritat del cable no està indicada al LED. Per identificar-lo, utilitzeu un ohmímetre. El cable és positiu quan mostra un valor nul. Quan mostra un valor superior, el cable és negatiu.
• Soldeu el cable positiu LED a la sortida OUT + del convertidor de tensió i el cable negatiu LED a la sortida OUT. (imatge)

Pas 7: Connexió dels 3 mòduls

El regulador de càrrega té 2 entrades: IN- i IN + (que s’indiquen al component).

1. Soldeu el fil vermell del panell solar (positiu) a l'entrada IN + del regulador de càrrega i el fil negre (negatiu) a l'entrada IN.
2. El regulador de càrrega té 2 entrades: B- i B + (que s’indiquen al component). Soldeu el fil vermell del suport de la bateria (positiu) a l’entrada B + del regulador de càrrega i el fil negre (negatiu) a l’entrada B.
3. Soldeu el cable vermell (positiu) del mòdul convertidor USB / LED a la sortida OUT + del regulador de càrrega. Soldeu el cable negre (negatiu) a la sortida OUT. Observació: el circuit elèctric ja està tancat i la llum s’encén.
4. Talleu el fil positiu que connecta el regulador al convertidor per obrir el circuit i soldeu l'interruptor en sèrie. S'utilitzarà per obrir i tancar el circuit.

Pas 8: construir el cas: versió 1

Versió 1: Tupperware

Aquest disseny prové d'Open Green Energy, no dubteu a consultar el tutorial original. Ho compartim perquè sembla realment interessant. No obstant això, la carcassa s’ha d’adaptar al nostre circuit, en particular per a la sortida USB. Properament proposarem el nostre propi model inspirat en aquest disseny.

Pas 9: Construir el cas: versió 2

Versió 2: ampolla termoformada de grans dimensions

Aquest model permet que els circuits siguin completament impermeables, però requereix material específic:

• Una llauna d’aigua de 5 litres
• Taulers de fusta contraxapada (o fusta crua) d’entre 1 i 2cm de gruix
• Una mordassa, de llargada mínima de 80 cm, d'amplada entre 3 i 5 cm

Construcció de les dues bases: són els dos extrems de la llum, la part superior acull el panell solar per un costat i el circuit elèctric per l’altre. L’extrem inferior s’utilitza per tancar la làmpada i segellar-la impermeablement.

1. Retalla 2 taules de 15 / 13cm i 2 taules d’11 / 13cm.
2. Recobriu cada tauler petit en un de més gran, prestant atenció per col·locar-lo al centre exacte del tauler gran. Cada parell de taules es cargolarà més endavant.

Observació: per a la impermeabilitat, és millor envernissar les taules prèviament.

Construint el motlle:

1. A la graella, retalleu 4 porcions d’uns 20cm.
2. Col·loqueu-los a cada cantonada d’una de les tauletes ja tallades (11 / 13cm) i cargoleu cada porció de tacs amb el tauler.
3. Col·loqueu l’altra tauleta a l’altre extrem de les quatre porcions i cargoleu-les de la mateixa manera. El resultat és un cuboide de les dimensions 11/13/20, que s’utilitzarà per termoformar l’ampolla de plàstic.

Termoformat del sobre de la làmpada:

1. Retalleu la part inferior de l'ampolla de 5 litres i introduïu-la dins del motlle verticalment (el costat de 20 cm del motlle hauria de ser paral·lel al costat de l'ampolla).
2. Escalfeu lentament amb un separador tèrmic a cada costat del cuboide. El separador ha d’estar a uns 10 cm de l’ampolla. Si no teniu un separador tèrmic, és possible utilitzar qualsevol altre tipus de font de flama (com per exemple un escalfador de gas).
3. Un cop l’ampolla tingui la mateixa forma que el motlle, continueu escalfant per esborrar els patrons de les ampolles i estirar correctament el plàstic. Aneu amb compte de no escalfar fins a apropar-se al plàstic o massa temps al mateix lloc, en cas contrari es formaran bombolles a la superfície del plàstic.
4. Deixant l'ampolla formada al motlle, talleu netament el nivell del motlle amb la part superior de l'ampolla i torneu a tallar l'ampolla uns 17cm per sota.
5. Un cop fet el tall, descargoleu els tacs de cada costat del motlle per tal de separar el motlle del plàstic.
6. A cada extrem de l'ampolla formada, plegar llengüetes d'1 cm d'ample a 90 ° cap a l'interior. Cada pestanya ha de ser bisellada per les dues cares (com es mostra a la foto). Les llengüetes relliscaran entre les dues taules (la gran i la petita) a cada costat de l'ampolla, per millorar el tancament de la llum. Per plegar fàcilment les pestanyes, traqueu una línia fina amb el tallador a l'interior de l'ampolla i plegueu-la amb la mà.

Fixació del panell solar:

1. Col·loqueu el tauler al tauler més gran, marqueu la posició de les sortides + i - del panell i practiqueu un forat de 5 mm a les dues taules. (Si hi ha algun component en aquest lloc, s'ha de moure el forat).
2. Introduïu els cables del controlador de càrrega en aquests forats i soldeu-los a les sortides corresponents del panell solar.
3. Per fixar el panell, l'ideal és utilitzar una fina capa de tela enganxada al tauler i enganxar el panell sobre el teixit (per exemple, amb cola forta).
4. Per a la base de la làmpada, repetiu la mateixa operació a l’altre extrem del plàstic.
5. Col·loqueu el tauler petit a la part interior del sobre i enrosqueu-lo al tauler més gran, amb les 4 pestanyes de plàstic entre les dues taules.
6. Per assegurar el tancament del connector USB, podeu grapar un petit tub de bicicleta innnertube.

No dubteu a publicar qualsevol dubte o millora que pugueu pensar. I no us oblideu de compartir la vostra làmpada un cop ho hàgiu fet, amb #solarlamp #lowtechlab.