Cómo construir una batería solar Powerwall al estilo Tesla

En este artículo del día de hoy les enseñaremos a realizar su propia Powerwall solar al estilo Testa a través de la utilización de baterías 18650 recicladas de computadoras portátiles. En pocas palabras, esto no solo te ayudará a ahorrar en facturas de electricidad de una forma un poco más inteligente, sino que también te permitirá almacenar la energía para su uso posterior. A su vez, dicho muro eléctrico es confiable, seguro y equivale a una fracción del costo de un Powerwall Tesla Original.

Cómo construir una Powerwall solar al estilo Tesla

Paso uno: encuentre baterías de computadoras portátiles y ábralas

Algunos de los aficionados al bricolaje encuentran este paso un tanto complicado. Encontrar baterías de computadoras portátiles con celdas 18650 para reciclar puede ser complicado. Me acerqué a algunas tiendas de computación, pero la mayoría parecía desinteresada en venderme los paquetes viejos. No estoy seguro si es por un tema de salud y seguridad, o por que se reciclan mucho y no estaba enterado. Sin embargo, después de encontrar a las personas adecuadas a través de algunos grupos de Facebook, pude obtener un suministro constante de baterías de computadoras portátiles. Al principio, compré 20Kgs de baterías sin saber lo que obtendría. Pero luego pasé a comprar 30kgs, 40kg y más recientemente 60kgs. A continuación se muestra el desglose de la cantidad de celdas (o también llamadas pilas) utilizables que obtuve de estas baterías de computadoras portátiles antiguas.

 

Todas tienen sus propios métodos para separar los paquetes de las baterías de computadoras portátiles, sin embargo, diré que la seguridad es primordial aquí. Lo último que deseamos hacer es abrir la tira de níquel o, peor aún, cortar una o dos celdas. (Dicho esto, es bastante difícil hacer esto a menos que seas súper descuidado).

Sugeriría comprar los siguientes artículos:

  • Pinza de presión Vice Grips
  • Cortadores laterales pequeños y afilados
  • Guantes
  • Protección para los ojos

El fin abrir las baterías de las notebooks es sacar las celdas (o pilas) 18650 que llevan dentro. Una vez que las tengamos sueltas y listas para comenzar, podemos analizar si son adecuadas para nuestro Powerwall. Teniendo en cuenta que estas baterías provienen de baterías viejas de computadoras portátiles, realmente no sabemos en qué estado se encuentran, debemos “procesarlas” para determinar la capacidad de cada una.

Paso dos: procese un montón de celdas

Una vez que haya comenzado su viaje de creación del Powerwall casero, sin duda necesitará procesar celdas a granel para separar lo bueno de lo malo. Hay muchas maneras de lograr este resultado, sin embargo, le daré un resumen de cómo lo hago comúnmente (Y una guía básica del presupuesto requerido para el procesamiento). Esta parte es seguramente la parte más tediosa.

NOTA: Si decide realizar una pared de alimentación de 48v 10-12kwh por ejemplo, entonces necesitará 1400 celdas como mínimo. Ese numero puede no sonar como muchas, sin embargo, después de eliminar las pilas defectuosas, pronto descubrirá que lleva bastante tiempo.

Los pasos que sigo para procesar celdas es el siguiente. Primero comprobaré el voltaje de cada celda. Si una celda extraída directamente de una batería de computadora portátil está a 2V, entonces irá a la pila para cargarse / descargarse en la Powerwall. Si la celda está por debajo de dos voltios, colocaré la celda en otra pila que requerirá un cargador específico para que vuelvan a su estado optimo (¿Realmente pueden revivirse?)

Aquellas celdas que pasen la prueba de 2 voltios, se colocarán en los soportes unidos a los cargadores TP-4056. Estos pequeños cargadores de litio son muy económicos y resultan ser una forma ideal de cargar las baterías viejas. Puede conseguirlos muy baratos en eBay o MercadoLibre en paquetes de 10-20. En mi caso adquirí 20.

Una vez que las celdas se cargan al voltaje máximo, se introducen en los cargadores Opus para una prueba de descarga. Esto nos dará la capacidad restante de las mismas. Básicamente, asegura que la celda esté a 4.20v, descarga la batería a 3 voltios, registra la capacidad en miliamperios-hora (mAh), luego carga la batería nuevamente a 4.20v lista para la próxima prueba.

Una vez que conocemos la capacidad restante de una celda, la escribimos en el costado de la misma para referencia futura y también anotamos el voltaje de corriente en ese momento. Luego, las celdas se colocan en tinas agrupadas por capacidad y se dejan reposar durante un mínimo de una semana. La razón de esto es que queremos identificar cualquier celda que no pueda mantener su voltaje. Estos se conocen como “autodescargadoras”. No queremos una celda en nuestros paquetes que no pueda retener una carga / voltaje. Esto puede tener efectos significativos en nuestra powerwall una vez construida.

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Paso tres: prepare las celdas procesadas para empaquetar

Dependerá de muchos factores sobre cómo procederás con la construcción de tus paquetes. Cada elección tendrá pros y contras. Vaya con el método que mejor se adapte a su cantidad de pilas y a sus habilidades. En mi caso, una vez que clasifiqué y obtuve las 1400 celdas de calidad, las organizaré en 14 paquetes de 100 celdas (14S100P). Esto me dará una Powerwall de potencia nominal de 48v alrededor de los 10-12kWh.

Entonces, ¿dónde estoy parado ahora? Bueno, he procesado aproximadamente 60Kgs de baterías de computadoras portátiles recicladas. Establecí mis límites para que las celdas ingresen a mi pared a 2000 mAh. Actualmente tengo 4 paquetes con 100 celdas en cada paquete. Si bajo mis estándares a 1800 mAh, probablemente podría tener un quinto paquete, pero por ahora, planeo mantener los 2000 mAh mágicos para mi pared.

Paso cuatro: Construcción de un gabinete eléctrico

Tener una ubicación adecuada para su Powerwall es probablemente una de las consideraciones más importantes de toda la construcción. Como se mencionó anteriormente, si las baterías de litio no se tratan correctamente, podría terminar en un desorden y no importa cuántos extintores tenga, el fuego de la batería de litio consumirá todo a su paso. Si no me crees, ¡mire algunos de los videos existentes en youtube!.

En mi caso decidí hacerlo en el cobertizo, por supuesto. El mismo no está lo suficientemente lejos de mi casa para mi gusto, pero tengo que trabajar con lo que tengo. A su vez, compré un bonito gabinete eléctrico por $ 150. Estos son muy resistentes y están hechos de acero. El color naranja no fue por elección, sino por el precio, ¿quién soy yo para quejarme? El gabinete es lo suficientemente grande como para que quepa nuestra primera configuración 14S100P, con espacio para duplicarlo en una fecha posterior. También tengo la idea de realizar un flujo de aire de arriba a abajo en el gabinete en algún momento.

Luego, realicé una estructura casera en la pared. Mi plan ahora es utilizar algunos canales en C ranurados para montar el inversor y los componentes en la pared. Esto me permitirá ocultar parte del cableado, manteniendo la integridad estructural del gabinete y la pared. Todavía necesito analizar la gestión de cables y cómo / dónde montar todos los demás equipos asociados.

Pasemos al tema del aislamiento. Como estamos trabajando desde un cobertizo de jardín común, tuve que aislar el techo del cobertizo. Estaba haciendo demasiado calor en el interior para albergar todos estos componentes. Terminé comprando algunas láminas de espuma en la ferretería local y monté un pequeño respiradero solar de 200 mm. Parece mantener la temperatura estable. Incluso en días de 40 grados C, parece estar bien por dentro. Planeo conectar algunos sensores de temperatura a futuro. También un poco más de ventilación. Trae el aire fresco de la parte inferior y lo ventea por la parte superior.

Paso cinco: Clasificación y apilamiento de paquetes

Por lo que he leído, ordenar las celdas en paquetes iguales puede ser crucial para toda la configuración. El objetivo es tener la misma capacidad (o muy similar) en cada paquete. Pero cómo hacemos eso? bueno, hay un par de métodos. La primera y posiblemente la más precisa es usar un software en línea llamado “rePackr” que se encuentra aquí. Con esta herramienta, la idea es descubrir la capacidad que tiene cada 18650 y te indica en qué paquete colocarlas. Prácticamente las clasifica para que cada paquete sea lo más parecido posible. La desventaja es que debe escribir o cortar y pegar el valor de cada celda. Cuando su Powerwall contiene más de 1400 baterías, esto puede convertirse en un dolor de cabeza.

El método que elegí usar fue un poco más arcaico, pero se ha demostrado que también funciona. Clasifiqué todas las baterías en grupos de 50 mAh. Por ejemplo, las celdas que tienen una capacidad de 2050 mAh a 2100 mAh se agruparían todas juntas. Hice esto con todas las pilas restantes. Creo que terminé con 20 grupos. A partir de aquí, fue bastante fácil tomar una de cada grupo y llenar los paquetes para que se mezclaran de manera uniforme. Los resultados estarán en la prueba del paquete, solo entonces sabré lo cerca que estuve.

Paso seis: Gestión de la batería y seguridad

Bien, ahora tenemos nuestros paquetes y necesitamos algunos accesorios de hardware adicionales para asegurarnos de que los paquetes de baterías sean tan seguros como podamos. El primer elemento utilizado es un Sistema de gestión de batería (BMS). El BMS que elegimos fue la configuración de Batrium Watchmon. Este parece ser el BMS de referencia para los powerwalls caseros en este momento. Parecen estar haciendo bastante desarrollo en el hardware y el software, que siempre es bueno. Si desea ver más de sus artículos, diríjase al sitio web aquí. En pocas palabras, Batrium BMS controla los estados de carga y el equilibrio de los paquetes. Es importante controlar esto, ya que no queremos sobrecargar las baterías y también queremos que cada paquete se descargue y recargue de manera equilibrada.

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El BMS funciona conectando “Longmons” a cada paquete. Estos son pequeños trozos de hardware que unen cada paquete y proporcionan la retroalimentación al controlador Watchmon. Los Longmons son los trabajadores y hacen el equilibrio, monitorean las temperaturas y algunas otras partes interesantes. El BMS, con la ayuda de algunos relés, también se puede utilizar para activar un disparo similar a un disyuntor. Este básicamente cortará cualquier uso de las baterías durante un estado de falla. Por ejemplo, si la temperatura supera un parámetro establecido, el BMS puede desencadenar el disparo y se cortará todo el uso de las baterías. Esta es solo una de las características de seguridad que tengo la intención de implementar.

Ademas de dicho disyuntor, también tenemos algunos fusibles grandes. Utilizarán estos últimos (160A HRC) en un desconector / aislador. A 12 dls por fusible y 50 dls por el soporte, no se podrá tener una mejor protección del circuito. Por lo tanto, no solo se fusionará cada una de las baterías, sino que también se cubrirá todo el paquete.

Paso siete: Soldadura de las celdas

Primeramente, opté por detectar la soldadura del cable de fusibles en los lados positivo y negativo de cada celda individual. Mi razonamiento detrás de esto fue que las celdas provienen de lotes desconocidos y, aunque probé cada una individualmente, todavía no confiaba en ellas. Hubiera sido una historia diferente si no obtuviera las baterías de paquetes de computadoras portátiles recicladas. El cable del fusible que escogí estaba alrededor de la marca 32AWG y está estañado con cobre. Este cable me dio un consumo de 2 amperios. Si una celda individual extrae 2 amperios, tengo muchos problemas de todos modos.

Estaba bastante claro desde el principio que necesitaba practicar las soldaduras por puntos. Agarré un paquete de 20 baterías descargadas y fui a la ciudad. Lo más importante que diré es que no necesita mucha energía para soldar por puntos alambre de cobre estañado 32AWG. Dejé la soldadora por puntos con 2 pulsos y solo puse la potencia hasta 5 o 6 en el dial. La otra técnica que necesita práctica es el posicionamiento de las puntas del soldador. Puede colocar ambas puntas en el cable y soldar o poner una punta en el cable y otra en la superficie de la batería. De todos modos, noté que a altas potencias las puntas de soldadura serían mucho más altas si colocaran ambas puntas en el cable. Encontrará que el cable se romperá en la soldadura si está bajo tensión.

Paso ocho: Diseño de gabinete

Mi intención inicial era tener los paquetes de baterías colocados verticalmente. Sentí que esto era mucho más fácil para la vista y para el mantenimiento (era más fácil entrar y salir). Sin embargo, con el tamaño de los gabinetes y el tamaño de mi paquete de baterías, no me quedaba mucho espacio si tuviera que colocar dos bancos. El gabinete era lo suficientemente profundo como para colocarlos horizontalmente y resulta que utiliza el espacio mucho mejor. Todavía tengo mucho espacio para más bancos cuando sea necesario (aunque dudo que vaya a soldar más paquetes en el corto plazo). Todavía usé los montajes verticales, pero los coloqué y monté en la ranura en V. Esto detendrá el movimiento de los paquetes si por alguna razón tenemos un terremoto o alguien se choca con el gabinete.

Paso nueve: Protección lateral del paquete de celdas

Siguiendo con nuestro Powerwall casero, llegamos a otro paso donde seguiremos sumando un poco de protección y seguridad. ¿Has oído hablar del dicho “Mantenlo simple y seguro”? bueno, en este caso, estoy apuntando MUY alto. No solo estoy tratando de proteger la fusión en el costado de los paquetes, sino que también he decidido incorporar los siguientes elementos: voltímetro, etiquetado del paquete de celdas, algunos respiraderos y un Longmon (BMS). He decidido usar acrílico transparente de 3 mm y hacer una carcasa de tipo híbrida. A continuación encontrará un archivo con el diseño del mismo. Puede cambiarlo una vez que haga el corte con láser, pero tendrá que esperar hasta los siguientes pasos para ver cómo resulta.

NOTA: En caso de que alguien quisiera saber cómo salió el primer corte de las cubiertas de protección lateral, eche un vistazo a las imágenes a continuación. Todavía requiere algunos ajustes, pero realmente no lo sabré hasta que intente montar los paquetes correctamente.

¡En realidad pensé que después de terminar las soldaduras (las 2400 de ellas) había terminado! Solo me faltaba conectar las celdas, ¿verdad? No, estaba claramente equivocado. Los pasos que aún quedan son realmente largos. En mi mente, había terminado. Como verá a continuación, todavía hay que resolver el tema del BMS, tuve que equilibrar todos los paquetes de celdas y también instalar el panel solar.

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Paso diez: Comencemos con el BMS

Como se mencionó en otros pasos, terminé comprando el kit Batrium Watchmon 4 14S con placa de expansión. Se compone de la unidad principal y los Longmons que se unen a cada paquete de pilas. Estos últimos cuidan el voltaje de cada paquete, básicamente quema el exceso de energía para mantener cada uno equilibrado entre sí. Los Longmons también tienen algunas otras funciones, como el monitoreo temporal y la transmisión de esta información al Watchmon. Busque información sobre el último Watchmon 5 para obtener un enfoque más centralizado de la administración de la batería.

Terminé encontrando un par de recipientes con el frente transparente y monté el BMS adentro en un riel DIN. Originalmente pensé que iba a montar el equipo en la misma pared que el inversor, pero después de pensar y preocuparme por quedarme sin espacio, decidí montarlo en el gabinete mismo. Esta parte fue probablemente la más compleja de la compilación, pero es bastante fácil de hacer una vez que tenga todas las partes.

Paso once: Instalación de los paneles solares

Después de mucho procrastinar, me decidí por el inversor Goodwe GW5048D-ES. Es un inversor híbrido de 5Kw y tiene muchas de las características que necesitaba. El primero es un cargador de 48v adecuado para las baterías. La especificación del cargador es de hasta 60v @ 100A de carga / descarga. A 48v eso es mucha corriente. Creo que primero lo ejecutaré a 50A. La otra ventaja de usar este inversor es la funcionalidad de “copia de seguridad”. Tiene una función de tipo UPS incorporada en la que puede cambiar a batería durante un corte de energía. Todavía no estoy seguro de si voy a usar esto, pero otros inversores requieren hardware separado para que esto suceda.

En cuanto a los paneles solares, terminé obteniendo una buena oferta en algunos paneles Link Energy de 315w. Ahora, muchos pros y contras para una marca menos conocida, sin embargo, mis principales consideraciones fueron; Deben considerarse paneles de nivel 1, deben estar en la lista aprobada por la CCA y deben tener una buena garantía que se pueda ejecutar directamente en su país. Parecían marcar todas estas casillas, así que apreté el gatillo.

Mención rápida sobre la bandeja de cables y el cobertizo

Parece que muchas personas no instalan exactamente sus inversores en un cobertizo pequeño. Tenía que estar seguro de que podría mantener el espacio fresco, todo el cableado asociado en el cobertizo de forma segura y ser accesible para el gabinete de la batería. Pasé una bandeja de cable de 75 mm por un muro de hormigón y me metí en el cobertizo. Luego instalé una caja grande para actuar como una glándula. Esto debería permitir una expansión futura y poner / encender las luces de Navidad según sea necesario. Por ultimo cubrí la bandeja del cable con un poco de chapa de color crema.

Paso doce: Instalación del disyuntor

El disyuntor (en mi caso ZJ Beny Trip Shunt) también lo instalé de manera similar al BMS. Es un ajuste apretado, pero si es cuidadoso podrá obtener la entrada / salida del cable de 35 mm2. El mismo se controla directamente desde un relé en la placa de expansión Watchmon 4. He instalado una fuente de alimentación Meanwell DC-DC para alimentar 24vdc del disyuntor (a través del relé).

Cuando Watchmon activa el relé debido a una “falla crítica”, activará el disparo y hará que el interruptor ZJ Beny se apague. Fue interesante notar que durante mis pruebas, se me pidió que apagara la alimentación de 24vdc antes de poder reiniciar la unidad. Esto tenía sentido, pero me tomó un tiempo darme cuenta.

Paso trece: Montaje de la batería en el gabinete

Intenté construir algunas fundas para los paquetes de celdas, pero terminé descartando esta idea y optando por algo un poco más simple. ME decidí por usar un cortador láser y un enrutador para hacer un estante permanente con protección lateral. La base acrílica de 6 mm se tiene lugar para 7 celdas y el acrílico de 3 mm se usó para encajar en la base como protección lateral. Pegué todas estas partes juntas usando pegamento acrílico y parece ser muy sólido. Este montaje me permite desconectar una batería y simplemente deslizarla directamente para trabajar en ella. No tendré que perder el tiempo desarmando el último diseño.

¿Y ahora qué?

Además de terminar el cableado en el gabinete BMS y pasar el cable de la batería al inversor, estamos listos para ver cómo interactúa el BMS Batrium con el CANbus.


Ya tenemos nuestro Powerwall casero al estilo Tesla listo para comenzar a utilizar. Déjenos fotos y videos de cuales fueron sus resultados en la parte inferior de nuestro artículo. Si tiene alguna pregunta o no entendió alguno de los pasos descritos con anterioridad, no dude en consultarnos.

Hasta pronto!!!