Fuente de alimentación "Combinación": Solar para voltaje + Batería para corriente

Soy bastante nuevo en los circuitos y la electrónica de bricolaje, pero disfruto mucho jugando con mi nueva RaspberryPi y una variedad de componentes. Estoy tratando de alimentar el dispositivo usando unos pocos paneles solares simples que saqué de las luces de jardín LED baratas de Menards.

He combinado tres unidades solares de 2V en serie para generar un total de 6V. El dispositivo RasPi (modelo B+) necesita 5 V a 800 mA (incluidos algunos componentes que he agregado). Si bien espero una iluminación constante y constante (estará adentro bajo luces fluorescentes relativamente brillantes, pero aún no he podido medir su luminosidad ni nada), creo que los paneles solares solo pueden emitir un par de cientos de mA.

Tengo un par de baterías antiguas de Samsung Galaxy, que emiten 3,7 V, 1650 mAh. Mi idea es que una batería cargada (o quizás dos en paralelo) podría proporcionar suficiente corriente, mientras que el panel solar podría mantener el voltaje en el circuito lo suficientemente alto. Pero mi comprensión de las complejidades de los circuitos (especialmente muchos elementos en combinación) es realmente limitada, por lo que no estoy seguro de que esto sea posible.

Mi esperanza es esta: completamente cargadas, dos baterías Samsung en paralelo podrían proporcionar 3300 mAh a 3,7 V, lo que podría suministrar los 800 mA necesarios para RasPi durante poco más de 4 horas. Pero el voltaje es demasiado bajo, así que espero poder "combinar" la corriente de la batería con el suministro de voltaje de 6V del panel solar "aguas arriba" de la RaspberryPi.

También sé que usar la energía solar para cargar la batería es otra cuestión, dadas las necesidades de energía de RasPi. Incluso sin carga, a 1650 mAh, cada batería tardaría 11 horas en cargarse, ¡o 22 para ambas! Así que no estoy demasiado preocupado por eso todavía. Pero por ahora tengo curiosidad por ver qué es posible con las piezas que tengo.

Gracias de antemano por cualquier ayuda o consejo! Avíseme si puedo aclarar o exponer algo de lo que dije.

Al vincular dos publicaciones, encontré que creo que están relacionadas: 1) Múltiples fuentes de energía, cada una para un propósito determinado 2) Proyecto Arduino alimentado por energía solar o batería

No estoy del todo seguro de si abordan mis preguntas, pero estoy trabajando en ello.

Las luces fluorescentes NO sustituyen a la luz solar. Apenas obtendrá corriente de los paneles solares sin luz solar directa. Además, su teoría sobre la conexión de los paneles solares para el voltaje y las baterías para la corriente no funcionará, invalida algunos principios electrónicos básicos. Sin embargo, si puede obtener 8V del panel solar, puede cargar dos 3.7V en serie y regular la salida de 7.2V a 5V. Todo esto se puede hacer con una eficiencia razonable, pero es poco probable que pueda funcionar únicamente con energía solar, solo prolongará la vida útil de la batería.
Gracias por la nota sobre las luces fluorescentes, ¡eso es algo que ni siquiera había considerado! En cuanto al resto, tiene razón, aumentar la energía solar a 8 V y usar las baterías en serie (o simplemente obtener una batería de 5 V) puede ser la mejor manera de avanzar. Pero tu comentario sobre la invalidación de principios básicos era lo que me temía: detalles que no conozco bien. Reflexionaré sobre esto, es posible que lo hayas respondido. ¡Gracias!
@ chaaarlie2, ¿qué principios básicos se violarían? Puedes poner baterías en serie para obtener más voltaje, puedes poner paneles solares en serie para obtener más voltaje... ¿por qué no puedes mezclarlos? (Eso sí, tampoco creo que sea una buena idea).
@GeorgrHerold, no puede tener los paneles solares a 6 V, las baterías paralelas a 3,7 V y el RasPi a 5 V ... simplemente conectándolos entre sí. Si desea que la corriente provenga de las baterías, sus terminales +ve deben tener el mismo potencial que los paneles solares, que proporcionan el voltaje. Puede aumentar el terminal -ve de las baterías en 2,3 V, pero ¿cómo? ¿Una referencia de voltaje potencialmente derrochadora? ¿Una resistencia, con la esperanza de que la corriente a través de ella (es decir, el consumo de corriente de la batería) sea constante en todo momento para proporcionar un voltaje estático? Entonces aún necesita reducir los 6V a 5V para el RasPi.
Una pista cuando alimentas el Pi desde la batería: solo necesita un poco de corriente a 5V. La mayor parte de la corriente se extrae de 3,3 V, seguida de 1,8 V, y también se extrae un poco de 2,5 V. Estos voltajes son generados por reguladores lineales que desperdician una fracción sustancial de la potencia total consumida del Pi. Considere reemplazar al menos el regulador de 3.3V por un regulador de conmutación. Simplemente busque en la web este tema.

Respuestas (3)

Ni siquiera pienses en crear la configuración que acabas de describir. Es jodidamente peligroso.

Si conecta el "paquete de celdas solares" y los dos paquetes de baterías en paralelo sin conectar la Raspberry Pi, obtendrá un bucle. La segunda ley de Kirchhoff explica que la suma de voltajes alrededor de un bucle debe ser cero. En este caso, si comienza a dar la vuelta al bucle en una dirección, encontrará las dos fuentes de alimentación con direcciones opuestas, por lo que ahora su diferencia debe ser cero, por lo que deben tener el mismo voltaje . ¿Serán 6 V (dictados por los paneles solares) o 3,7 V (dictados por los paquetes de baterías)? Sucederá lo siguiente:

  • Inicialmente, sin luz solar, el voltaje común será de 3.7V. No fluye corriente, ya que el panel solar no deja que la corriente fluya hacia atrás (su resistencia se aproxima al infinito). Todo está bien por ahora.
  • Luego aplicas la luz del sol. Los paneles solares intentan aumentar el voltaje a 6V, pero a este voltaje las baterías dejarían pasar mucha más corriente de la que pueden suministrar. Entonces, los paneles bajan su voltaje a 3.7V, pero aun así comienzan a cargar las baterías con los doscientos miliamperios que pueden suministrar, hasta que el voltaje en los paquetes de baterías alcanza los 6V. Y hay una muy buena razón por la que las baterías tienen una potencia nominal de 3,7 V.
  • Si algo aprendí sobre las baterías de iones de litio y de polímero de litio es que son muy fáciles de alterar. Y especialmente no les gusta que les cobren de más . Si están en el interior, volarán su escritorio y quemarán su casa . Si están al aire libre, con gusto encenderán la hierba a su alrededor. Entonces quema tu casa. Las baterías de iones de litio y de polímero de litio no son juguetes. Ni siquiera pienses en ponerlos en un circuito donde haya una mínima posibilidad de que se sobrecarguen.

Conectar la Raspberry Pi antes de la detonación tampoco funcionaría bien. La fuente de alimentación combinada de 3,7 V no es suficiente para la Pi, que luego hará una de las siguientes (no estoy familiarizado con el circuito de alimentación de la Pi):

  • Extrae mucha corriente sobrecalentando la batería, el panel solar y tal vez incluso su propio regulador de voltaje incorporado. No arranca, o incluso si lo hace, con frecuencia se bloquea y se reinicia debido al voltaje inadecuado. Esto continúa hasta que uno de los componentes falla: si es el panel solar, estás a salvo. Si es el Pi, es el escenario de la bomba de tiempo de nuevo. A los paquetes de baterías tampoco les gusta que se descarguen en exceso, pero que yo sepa, no estallan en llamas en ese momento. Simplemente ya no funcionan.
  • No tire de ninguna corriente en absoluto. Entonces es como si no lo conectaras en absoluto. Bomba de tiempo otra vez.

La creación de un circuito que combine de forma segura la energía solar y la batería requiere habilidades electrónicas avanzadas y circuitos dedicados. En su caso, seguiría el consejo de SJ Becker (+1) y compraría un banco de energía (con energía solar) en eBay. El circuito está ahí, prefabricado para usted y puede alimentar su Raspberry Pi por más tiempo del que hubiera tenido su configuración, incluso si funcionara. Sé que no son tan baratos como usar cosas de tu contenedor de piezas, pero definitivamente son más baratos que reemplazar tus muebles quemados.

Además, ¿tiene que funcionar con energía solar?

Editar: algunos paquetes de baterías tienen un circuito de protección incorporado que apaga la alimentación si la batería está sobrecargada, por lo que existe la posibilidad de que su configuración no se encienda, pero simplemente no funcione en absoluto.

En ebay puedes comprar bancos de energía diseñados para cargar teléfonos. Utilizan baterías de 3.7v y un regulador de conmutación. También puede comprarlos sin batería a bajo precio (desde $ 2.50). Una ventaja es que también le permite cargar la batería desde un puerto USB o un adaptador de teléfono. Son baratos, convierten los 3.7v a 5v, pero no todos serán capaces de 800ma. Además, con una carga tan grande, es posible que desee una batería más grande para que funcione por más tiempo. Otra opción es usar una batería sla de 12v y un regulador reductor de conmutación para hacer 5v o un cargador de teléfono para automóvil.

Ok, después de haber jugado con el rpi durante casi 9 años, puedo decir honestamente que lo único alimentado directamente por el riel de 5v son los dispositivos usb (solo modelos 1-3), la CPU es de 1.8v y la CPU io es de 3.3v, ambas derivadas de el carril de 5v. Como se dijo antes, no intente esto con un pi a menos que esté dispuesto a dedicar mucho tiempo a encontrar un paquete / placa de circuito integrado de cargador y fuente de alimentación apropiado.

La ruta más segura es la recomendada por SJ Becker y CharlieHanson. ¿Sabían todos que el rpi tenía un "sombrero" solar y de iones de litio que simplemente se conecta al pi? Los sombreros son probablemente tu ruta más segura.

Como se señaló, NO juegue nunca con baterías de litio, ya que las celdas individuales son extremadamente peligrosas sin la capacitación adecuada. ¡He tenido 2 incendios, uno de ellos estaba en un iónico de Fitbit que se incendió en mi muñeca!