Солнечная панель под стеклом автомобиля

Мне всегда было интересно прикоснуться к возобновляемой энергии. Но чтобы не наломать дров сходу собрав электростанцию для дома, предпочел пощупать в живую совсем маленький комплект, любезно проданный братьями китайцами. Запитывать какую-нибудь лампочку уличного освещения не представляет особого интереса, да и требует дополнительных расходов в виде покупки аккумулятора. 

И в этот момент, на почве периодических поездок кемпингом в Крым, а именно возникающего страха проглядеть и посадить АКБ во время стоянки, на ум приходит идея. Её по какой-то причине мало освещают в рунете. Заключается она в компенсации разряда свинцово-кислотного аккумулятора в автомобиле Ravon R4 путём установки солнечной панели где-либо под стеклами, а для особо отважных — на крыше кузова. А в идеале даже была надежда на небольшой подзаряд, но обо всём этом далее.

Комплект солнечной панели и PWM-контроллера для заряда АКБ

С AliExpress был заказан набор солнечная панель + контроллер. 

Заказ солнечной панели. $27 на момент оплаты.

Бреду в описании лота значения не придаем. Предварительный гуглёж и отзывы говорят о том, что стоит рассчитывать на 10Вт 15Вт с панели таких физических размеров. Меня это устраивало, больше выбирал по наличию в наборе присосок и доставки с Российских складов.

Получаем заказ, распаковываем:

В моем случае продавец догадался контроллер присобачить отдельно от непосредственно панели. Частенько их пакуют вместе и получаем деформацию.

Упаковка не сказать, что самая надежная, но доставку пережить смогла. В отзывах можно найти примеры с повреждением уголков панельки, но на работоспособность особо это не сказывалось. 

Распаковываем комплект и наблюдаем:

Злополучный комплект солнечной панели и контроллера с АлиЭкспресс.

Монокристаллическая панель из четырех ячеек, предположительно в сумме на 10Вт 15Вт, PWM-контроллер W88‑C на 30 ампер, наборы проводов для подключения, четыре присоски для стекла и два карабина.

Панель, очевидно, не больше 10 ватт 15 ватт по всем косвенным признакам. Под прямым солнцем с встроенного в неё USB-порта удалось снять 1.2 ампера при 5 вольтах. Возможно, она бы могла дать и больше, но у меня не было под рукой резистора для большой нагрузки, воспользовался подручным девайсом.

Ток короткого замыкания проверить было так же нечем. Замерил ток КЗ при относительной солнечности. Получил 0.92А при 18.8В, что дает нам ~17.3Вт:

Так что я слегка промахнулся в ожидаемой мощности, она оказалась даже больше. Но это при нормальном использовании, а никак не при моём кейсе под автомобильным стеклом.

Панель в естественной среде обитания

Стикер на контроллере:

PWM W88‑C Solar Charge Controller

Гласит нам о возможности работы с панелями с номинальным напряжением 12 и 24 вольт и максимальной нагрузкой в 30 ампер. Особо зацикливаться на возможных амперах не стоит, разница между 10–20-30А версиями лишь в количестве параллельно распаянных мосфетов:

Отличия 10А и 30А версий контроллера.

Потому можно взять 10А версию и компенсировать нехватку собственными силами. А в рамках данного проекта так вообще десятки достаточно с огромнейшим запасом. Всей площади кузова автомобиля не хватит чтобы снять с панелей ток превышающий данную величину. Просто разница в цене между этими вариантами была меньше доллара, взял с запасом на будущее 30А.

Установка на заднее стекло автомобиля Ravon R4

На момент рождения идеи толком не нашел никакой информации об эффективности солнечных элементов под стеклами автомобилей. Тот факт, что на стекле кобальта указаны 70% светопропускания оптимизма не прибавляли. Я специально выбирал панель чтобы и не совсем маленькая как в карманных калькуляторах была, но и выдавала необходимый минимум с учетом всех недостатков монтажа внутри автомобиля и в целом кейса использования. Не всегда получится парковать автомобиль задней частью к югу без тени, да и стекло имеет свойство пачкаться.

В итоге спустя два дня эксплуатации тестовой установки могу сделать вывод, что с выбором размеров не ошибся. Скорее даже стоило подыскать более широкую модель, ибо замеры замерами, а в живую на стекле оказалось сильно много свободного места. Ну или взять такую же, запараллелить их и разместить по краям стекла, оставив обзор в середине.

Без мультиметра замерять было неудобно, потому подключил зарядное устройство Вымпел-37 и воспользовался им как вольтметром. Благо он имеет диапазон измерений входного напряжения от 8 до 23 вольт. Правда таскаться с такой бандурой оказалось неудобно, потому из фотографий есть только такая:

С частичной тенью напряжение на панели 15.6 вольт.

Максимум удалось получить 16.9 вольт, но в отзывах к лоту были фотографии и с 21в напряжения холостого хода, потому нет смысла в этой проверке и идем уже цеплять панель к стеклу.

Момент волнительный, ибо могло оказаться так, что через стекло панель выдаст напряжение меньше, чем необходимое для заряда АКБ. Но подобного не произошло, и даже через засранное с обеих сторон заднее стекло автомобиля заветный светодиод на панели загорелся красным, а на USB портах встроенного в панель DC-DC преобразователя даже появился небольшой ток.

Накидываем клеммы вольтметра на приклеенную к стеклу панель и получаем очень хорошие для нас значения — 16.9 вольт под ясным небом и относительно правильным углом панели к солнцу:

16.9 вольт с панели под стеклом

С предварительной работоспособностью разобрались, а не имея в момент установки мультиметра единственным способом проверить наличие хоть какого-нибудь тока остается только подключение контроллера к аккумулятору автомобиля.

Да, многие скажут, что маломощную панель можно кинуть напрямую к АКБ через диоды и по-своему окажутся правы. Вероятнее всего, что даже при 18–21В напряжения холостого хода на панелях при подключении к АКБ даст нормальные для него ~13В на клеммах. Но мой кейс использования комплекта подразумевает демонтаж из автомобиля в кемпинг на отдыхе, а там уже окажется весьма к стати функционал ограничения разряда АКБ по нижнему порогу. Ну и у PWM-контроллера есть такая особенность как заряд импульсами, некоторые “иксперты” высказывают мнение, что в таком применении достигается эффект десульфатации кислотно-свинцового аккумулятора. В итоге не вижу проблем на всякий случай подключить всё это добро через контроллер.

Потребление контроллера ночью, без солнечной энергии составляет 7.5мА:

Собственное потребление PWM-контроллера

Потребление всего автомобиля в дежурном режиме вместе с подключенным контроллером плавает в районе 50–60мА:

Потребление всего автомобиля в дежурном режиме.

Как видим, на фоне всего потребления расходуемый ток контроллером невелик, и дневной заряд полученный с энергии солнца с лихвой перекрывает расход не только самого контроллера, но и всех дежурных потребителей, таких как GSM-сигнализация, дистанционный центральный замок или OBD-сканнер. Но не будем забегать вперед и вернемся к монтажу контроллера.

На данный момент, не до конца изучив эффективность всей этой установки, капитального монтажа производить я не буду. 

Начинаем с отмывания изнутри заднего стекла. Обезжириваем место крепления присосок, нагреваем и цепляем нашу солнечную панельку:

Сначала проверял работоспособность контроллера подключив его к прикуривателю. Как тестовый вариант пойдет, но на Chevrolet Cobalt и Ravon R4 напряжение на прикуривателе присутствует только при соответствующем положении ключа в замке зажигания и после на протяжении 10 минут. Это исправимо, в одной из статей я рассказывал об установке перемычки в салонном реле. Но мы не располагаем такой уж прям огромной мощностью солнечной энергии, чтобы растрачиваться ею на всякие постоянно запитанные видеорегистраторы, магнитолы и зарядные устройства для мобильных устройств. А значит надо искать, где же взять в нашем автомобиле постоянные 12в напрямую с АКБ.

Учитывая возможную временность установки, особо закапываться с точкой подключения не стал и подцепился на клемму в коробке предохранителей. Там же подключена у меня самостоятельно установленная сигнализация СтарЛайн и на протяжении уже почти двух лет никаких проблем с ней не возникало.

Берем плюс с клеммы на коробке предохранителей, а минус — с болта на кузове.

За клеммник а‑ля Wago не бейте и скорейшего пожара моему автомобилю желать не надо :) Просто напоминаю, что всё это ВРЕ-МЕН-НО, вот.

Минус взял там же с какого-то болта на кузове. На фотке выше видно обе точки подключения.

Далее прокидываем провод к задней полке. По-хорошему стоит сделать это через левый порог, но опыт прошлого вскрытия его для установки камеры заднего вида показал, что защелки имеют свойство ломаться. А значит идем по наитупейшему варианту и просто кидаем провод по салону. Если спустя время вся установка оправдает себя, то переделаю уже как положено.

Напрашивается установить контроллер с обратной стороны полки на металлические усилители кузова, но сейчас контроллер требует к себе периодического внимания на время тестирования, потому оставим на видном месте.

Остается только соблюсти правильную последовательность подключение контроллера. Обратимся к одному из многочисленных переводов на русский язык:

Руководство пользователя солнечного контроллера. Можно увеличить нажав по изображению.

Нас интересует пункт Подключение контроллера. Буквально на каждом шагу твердят о необходимости в первую очередь подключать АКБ, затем солнечную панель и только потом нагрузку (при необходимости). Не являясь знатоком схемотехники, утверждать что-либо об этом требовании не могу. Возможно, что это связано с возможностью контроллера работать с двумя напряжениями — 12 и 24, и потому ему необходимо сначала определить какой тип аккумулятора к нему подключен. 

В свою очередь могу сказать, что имел неосторожность допустить пропажу соединения контроллера с АКБ и на протяжении часа подключение было только солнечной панели к контроллеру. На первый взгляд каких-то повреждений или отклонений в работе не обнаружил. 

Подключаем АКБ, убеждаемся, что на контроллере загорелась его иконка и напряжение. Далее подключаем солнечную панель (на самом деле можно любой источник питания, но там есть нюансы). Если её напряжение преобладает над АКБ, то загорится иконка солнечной панели и если напряжение АКБ не превышает указанную в настройках верхнюю границу, то процесс зарядки будет отображаться мигающей стрелкой.

Касательно обзора в зеркало заднего вида:

Не всё так плохо.

Не сказать, что обзор как-то пострадал. При особом желании можно сдвинуть панель в любую из сторон, но я предпочитаю симметричность удобству :) После фотографии я сместил её просто максимально близко к дублирующему стоп-сигналу и развернул коннектором к низу, чтобы позже произвести скрытый монтаж проводки.

Оставшиеся два пина для подключения нагрузки я не использую, пригодятся лишь при установке в кемпинге — от него буду подключать необходимые потребители для контроля напряжения при разрядке. Но серьезную нагрузку по типу инверторов 12v-220v подключать только напрямую к клеммам АКБ. 

USB-порты на контроллере коммутируются так же режимом нагрузки. Потому сразу проверил, не увеличивается ли потребление самого контроллера при оном (на дисплее загорается иконка лампочки в правой части). Нет, ток оказался тот же — в пределах 8мА независимо от режима нагрузки. Значит особо не заморачиваемся и игнорируем его состояние.

Эффективность установки солнечной панели 15Вт под стеклом автомобиля

Цель этого мероприятия — компенсировать потребление автомобиля с учетом сигнализаций и прочих мелочей. На фотографиях выше есть замер на клемме АКБ — приблизительно 50мА ток постоянно снимается с аккумулятора в дежурном режиме автомобиля Ravon R4.

Путем нехитрой математики получаем, что расход у нас 12в * 0.05A = 0.6Вт.

На выходе из контроллера максимум, который мне удалось зафиксировать — это 580мА при напряжении 12.6В. 12.6 * 0.58 = ~7Вт снимается через автомобильное стекло:

0.58A при 12.6В уходит в бортовую сеть автомобиля, и возможно, что даже на аккумулятор.

Не имея нормального амперметра, на скорую руку записал таймлапс с подключенным мультиметром в разрыв подключения АКБ к контроллеру солнечной панели:

Стабильные 200mA в пасмурную погоду, а при появлении солнца ток с контроллера вырастает до 580mA. Осталось дождаться хорошей погоды для полноценных тестов.

Как видим, в осеннюю пасмурную погоду хотя бы несчастные 0.1−0.2 ампера уходят в бортовую сеть автомобиля. Путем грубой математики получаем, что это уже в четыре раза перекрывает постоянный расход автомобиля. Перекрывается и дневное потребление и ночное. В нашем южном регионе преобладает солнечная погода, потому в теории АКБ больше не будет разряжаться со стороны потребителей. Разве что ему свойственен какой-либо саморазряд? Тут я не знаток.


Замерил в более солнечную погоду напряжение холостого хода и ток короткого замыкания ПОД СТЕКЛОМ:

16.72В * 0.48А = ~8.02Вт

Умножаем напряжение холостого хода панели на ток короткого замыкания и получаем ровно 8Вт мощности с панели установленной таким образом. Это в два раза меньше, чем под открытым небом с направленной панелью на солнце. Я не берусь утверждать, что именно стекло даёт такую разницу, всё таки немало важно чтобы панель была направлена под прямым углом к источнику света. Но в конечном итоге нас интересует именно эксплуатация на автомобиле, потому да, эффективность панели в машине в ДВА РАЗА НИЖЕ.


У меня на сайте интегрирован мониторинг напряжения АКБ в онлайн режиме уже на протяжении двух лет. Продублирую сюда график напряжения за последние сутки:

Косвенно, благодаря ему я уже вижу эффект от работы солнечной панели в первые дни её установки. Днем напряжение АКБ вместо привычного постепенного падения при длительной стоянке напротив — слегка растет. Но на данный момент я не готов утверждать, что таким образом происходит ИМЕННО ЗАРЯД АКБ. Возможно, что ему требуется куда большие значения, нежели те которыми располагаю я с этой солнечной станцией. Тут покажет только время.

На практике заряд продолжает идти почти вплоть до заката. Индикация заряда пропадает буквально за десять минут до исчезновения солнца. Хотя светодиод на панели и продолжает гореть, но напряжение на клеммах говорит нам “хватит вам на сегодня”.


Еще из недавних наблюдений: попробовал отклеить панель от стекла и просто кинуть на полку — напряжение и ток снизились незначительно, в рамках погрешности. Скорее даже солнечный свет поменял свою интенсивность в этот момент. Потому можно рассматривать и такой вариант установки, сохранив при этом обзор в зеркало заднего вида. Разве что при этом будут упущен момент, когда автомобиль стоит к солнцу боком, и приклеенная к стеклу панель хоть незначительный, но давала бы ток, а лежащая на панели упустит такой момент.

Эффективность данной солнечной панели снаружи автомобиля

Ну и неплохо бы понять, сколько всё таки мы теряем солнечных лучиков на автомобильном стекле.

Снимаем панель, предварительно закидываем на крышу и подключаем напрямую без контроллера.

Вываливаем всё добро наружу

Берем другой провод из комплекта с вилкой для прикуривателя, ибо не хотелось трогать уже подключенный контроллер. Убеждаемся, что всё правильно и напряжение присутствует:

Всего лишь 16.7В по причине неоптимального угла панели к солнцу

Напряжение холостого хода слегка ниже должного, но это по причине просто кинутой на крышу панели без наведения на солнце. Далее при замере тока буду целиться, потому не придаем значения.

Подключаем вилку в прикуриватель, видим, что напряжение в бортовой сети немного вырастает. Далее разрываем любой провод от панели и подключаемся амперметром (мультиметром в соответствующем режиме):

Получаем те же самые 0.9А как и при коротком замыкании. Напряжение в бортовой сети в момент подключения выросло с 12.2В до 12.6В, т.е. теория о подключении панели напрямую подтверждается — это работает. А если панель маломощная, то и никакой перезаряд с кипячением аккумулятору не грозит. Но я предпочту оставить в этой цепи контроллер, ибо двигатель нет-нет, но заводится, и напряжение в бортовой сети вырастает.

Условимся, что потребление стартера 100А в час. В минуту получаем 1.66А/ч. Даже не пересчитывая в секунды, представив самый худший сценарий где нам нужно крутить его пускай половину из этого времени, потребуется всего 0.8А/ч. Еще какая-то часть уйдет на зажигание и бензонасос. Из этого следует, что допустив разряд аккумулятора ниже возможности завести двигатель, нам будет достаточно такую солнечную панель в ясный день подключить к АКБ для подзарядки буквально на один час. И в теории двигатель уже должен будет завестись. 

Малоприменимая в реальности математика, но тем не менее — интересная :)

Зачем это всё? Не проще ли просто произвести обслуживание АКБ или купить новый?

Проще. И так сделать будет правильнее. Вся выше описанная затея просто эксперимента ради. Попытка применить куда-либо маломощную солнечную панель с практической пользой.

Повторюсь лишь в том, что русский интернет не особо располагает опытом “подстекольного” использования панелей, в основном люди делают как положено — монтажом на крыше. Вот и было решено попробовать самому, да поделиться с вами.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.