Lâmpada solar de baterias de lítio restauradas

Low-tech Lab

https://wiki.lowtechlab.org/wiki/Lampe_solaire_%C3%A0_batteries_lithium_r%C3%A9cup%C3%A9r%C3%A9es/pt

Dernière modification le 25/07/2022

Difficulté

Easy Facile

Durée

2 hour(s) heure(s)

Coût

10 EUR (€)

Description

Este tutorial permite a fabricação de uma lâmpada solar equipada com um carregador USB, usando células de lítio recuperadas de baterias usadas de laptop. Esse sistema permite, com um dia de recarga ao sol, recarregar totalmente um telefone celular e ainda gerar cerca de 4 horas de luz.

Sommaire

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Introduction

O lítio é um recurso natural cujos estoques são cada vez mais usados em carros elétricos, telefones e computadores. Ele é um recurso natural que se esgota gradualmente longo do tempo. O intenso uso do lítio na fabricação de baterias deve-se principalmente à sua capacidade de armazenar mais energia do que o níquel e o cádmio. A substituição de equipamentos elétricos e eletrônicos está se acelerando e eles estão se tornando uma fonte cada vez mais preocupante de resíduos (chamados de WEEE: Waste Electrical and Electronic Equipment). A França produz, atualmente, entre 14kg a 24kg de lixo eletrônico por habitante a cada ano. Essa taxa aumenta cerca de 4% anualmente. Em 2009, apenas 32% dos jovens franceses de 18 a 34 anos reciclaram seu lixo eletrônico. Neste mesmo ano de 2009, segundo a Eco-systems, entre janeiro e setembro de 2009, poderia ter sido evitada a emissão de 113.000 toneladas de CO2 por meio da reciclagem de 193.000 toneladas de DEEE, uma das quatro eco-organizações do sector dos DEEE.

Porém, esses dejetos têm um alto potencial de reciclagem. Em particular, é possível encontrar e reutilizar o lítio presente nas células das baterias dos computadores. Quando uma bateria de computador não funciona mais, é porque uma ou mais células estão com defeito, embora algumas permaneçam em boas condições e sejam reutilizáveis. A partir dessas células é possível criar uma bateria separada, a qual pode ser usada para alimentar uma furadeira elétrica, recarregar o celular ou até mesmo ser conectada a um painel solar para acender uma lâmpada. Ao se associar várias células, também é possível formar baterias de armazenamento de dispositivos maiores.

O design da lâmpada solar é inspirado em um sistema documentado pela expedição "Nomad des Mers" na ilha de Luzong, no norte das Filipinas. A associação "Liter of Light" vem instalando sistemas semelhantes há quase 6 anos em aldeias sem eletricidade, e também tem organizado treinamentos para permitir que os moradores consertem as lâmpadas de forma independente (500.000 lâmpadas já foram instaladas).

(Lembre-se de ativar as legendas do vídeo, todos os detalhes estão lá!)

Youtube

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Matériaux

• Baterias de laptop usadas (Li-ion 18650)

• Suportes de bateria Li-ion 18650

• Painel solar 5V-6V/ 1-3W

• Controlador de carga e descarga (ex: 4-8V 1A Módulo de Carregador de Carga Bateria Mini Li-ion USB Arduino TP4056)

• Conversor de voltagem: DC/DC booster MT3608 (componente elétrico que transformará os 3,7V das baterias em 5V)

• Lâmpada LED (ex : LED boutons 3W máx)

• Interruptor (para desligar o circuito e desligar a lâmpada)

• Fita elétrica

• Caixa (material de acordo com o modelo escolhido, veja etapas 7 ou 8)

Outils

Para a extração de células:

• Luvas (para não se cortar com o plástico da bateria do computador ou com as fitas de níquel que conectam as células)
• Martelo
• Formão
• Alicate de corte

Para a fabricação da lâmpada:

• Pistola de cola quente (e bastões de cola)
• Soprador térmico, secador de cabelo ou mini-maçarico
• Serra tico-tico
• Chave de fenda

Récupération de batteries/fr

Étape 1 - Funcionamento

Este tutorial mostra como recuperar células de computador, para se refazer uma nova bateria. Alimentada por um painel solar, ou por uma porta USB, ela conseguirá acender uma lâmpada LED.

O sistema funciona em três módulos:

• o módulo de recepção de energia: o painel solar e seu controlador de carga

• o módulo de armazenamento de energia: a bateria

• o módulo que produz a energia: a lâmpada LED e seu regulador de tensão

Módulo de recepção de energia: painel fotovoltaico e controlador de carga

O painel fotovoltaico concentra a energia do sol. Ele recupera sua energia para depois armazená-la na bateria. Mas tenha cuidado: a quantidade de energia recebida pelo painel é irregular, conforme a hora do dia, do clima... É importante instalar um controlador de carga/descarga entre o painel e a bateria. Assim esta ficará protegida, entre outras coisas, contra a sobrecarga.

Módulo de armazenamento de energia: a bateria

É composta por duas células de lítio recuperadas de um computador. Para simplificar ao extremo, pode-se dizer que uma bateria é quase como um estojo que contivesse várias pilhas: cada uma destas é uma célula, uma unidade que fornece corrente ao dispositivo por reação eletroquímica.

As células encontradas em computadores são células de lítio. Todos elas têm a mesma capacidade de armazenar energia, no entanto, sua capacidade de liberá-la é diferente em cada caso. Para formar uma bateria a partir de células, é importante que todas tenham a mesma capacidade de liberar energia. Portanto, é necessário medir a capacidade de cada uma das células para compor baterias homogêneas.

Módulo que gera energia: a lâmpada LED, a porta USB 5V e seu conversor de voltagem

Nossa bateria fornece corrente de 3,7V e as lâmpadas LED que usamos operam nessa mesma tensão. Além disso, as portas USB fornecem uma tensão de 5V. Portanto, precisamos transformar a energia da célula de 3,7 V para 5 V: usando um conversor de voltagem chamado DC/DC booster

Étape 2 - Etapas de fabricação

1) Extração de células da bateria do computador

2) Medição de voltagem da célula

3) Realização dos 3 módulos:

• painel solar + controlador de carga

• bateria

• regulador de voltagem + lâmpada LED

4) Conexão dos 3 módulos:

• o painel solar e seu regulador

• bateria

• a lâmpada e seu regulador de voltagem

5) Construção da caixa

6) Integração dos módulos na caixa

Étape 3 - Extração de células da bateria do computador

Quanto a esta parte, convidamos você a consultar o tutorial "Recuperação de baterias"

• Ponha luvas para proteger as mãos

• Fixe a bateria em um torno, para que ela fique imobilizada, e com a ajuda de um martelo e um formão abra-a. (Imagem 1)

• Separe cada célula: desencape as células com o alicate de corte, para remover-lhe todos os outros componentes. (Imagem 2)

Étape 4 - Medição da voltagem e da capacidade da célula

Quanto a esta parte, convidamos você a consultar o tutorial "Recuperação de baterias"

Medição da voltagem:

Começamos medindo a voltagem das células, para sabermos se ainda estão funcionando. As células com tensão inferior a 3V não são recuperáveis.

• Usando um voltímetro em modo de corrente contínua, meça a tensão/voltagem das células e marque aquelas que são reutilizáveis.

Atenção: Se houver vazamento de células (visível fora da bateria do computador), não as desmonte: altas doses de lítio são perigosas para a saúde.

Medição de capacidade:

Para medir a capacidade de uma célula, é preciso carregá-la ao máximo e em seguida descarregá-la. Nossas células são feitas de lítio, e o lítio precisa ser carregado e descarregado corretamente, sendo a carga máxima de 4,2V e a carga mínima de 3V. Exceder esses limites danificará as células.

• Pegue um Power Bank: um dispositivo que permite carregar várias células ao mesmo tempo através de uma porta USB.

• Ponha as células para carregar e espere que a carga esteja completa (todas as luzes estarão acesas), e espere cerca de 24 horas. (Imagem 3)

• Estando todas as células estão carregadas ao máximo (4,2 V), agora devem ser descarregadas.

• Pegue um Imax B6: um dispositivo para descarregar as células uma a uma e calcular sua capacidade de liberar energia.

• Regular o dispositivo:

• a voltagem: quando você for perguntado sobre o tipo de bateria que deseja carregar, escolha células de lítio. A tensão será então ajustada automaticamente para 3V (a descarga não ficará abaixo de 3V).

• a amperagem: ajuste para 1A para que a descarga seja rápida e segura o suficiente. Nestas condições conte aproximadamente de 1h a 1h30 para a descarga.

• Conecte os ímãs de neodímio às garras-jacaré; depois conecte-os às células. Os ímãs são usados para passar a corrente entre o Imax B6 e as células. (Imagem 4)

• Descarregue a célula até que a descarga esteja completa.

• Observe a capacidade da célula. Quanto maior a capacidade da célula de liberar energia, melhor.

• Classifique as células: <1000 mAh, entre 1000 e 1300, 1300 e 1500 e >1800 mAh.

Nota: É importante fazer baterias homogêneas com células que tenham aproximadamente a mesma capacidade.

Étape 5 - Construção de cada um dos 3 módulos

Módulo 1: Painel solar e controlador de carga

• Pegue dois fios, um vermelho e um preto, desencape-os com um alicate.

• Solde o fio vermelho no pólo positivo do painel solar e o fio preto no pólo negativo.

• O controlador de carga possui 2 entradas: IN- e IN+ (indicadas no componente)

• Solde o fio vermelho (positivo) no polo IN+ do controlador de carga e o fio preto (negativo) no polo IN-. (Imagem 5)

Se você é iniciante, pode visitar este tutorial que explicará os princípios básicos da soldagem: https://www.youtube.com/watch?v=8oGjG9uyYq8.

Módulo 2: Bateria

• Insira a célula de lítio no suporte da bateria.

Módulo 3: LED /conversor USB

O conversor de tensão DC/DC possui duas entradas e duas saídas:

Entradas: VIN+ e VIN- / Saídas: OUT+ e OUT-

• Pegue dois fios (vermelho e preto).

• Solde o fio vermelho na entrada VIN+ do regulador de voltagem e o fio preto na entrada VIN-.

O LED tem dois fios de entrada, um fio positivo e um fio negativo.

Atenção: A polaridade dos fios não é indicada no LED. Para descobrir, pegue um ohmímetro. Quando indica um valor zero, o fio é positivo. Quando indica um valor alto, é o fio negativo.

Veillez à ce que la tension de fonctionnement de la LED soit autour de 4V, sinon ajouter une résistance en série pour abaisser la tension (typiquement d'environ 2 Ohms pour abaisser de 1 V).

• Souder le fil positif de la LED à la sortie OUT + du convertisseur de tension et le fil négatif à la sortie OUT -. (image 7)

Étape 6 - Liaison des 3 modules

Le régulateur de charge possède 2 entrées : IN - et IN + (qui sont indiquées sur le composant).

• Souder le fil rouge du panneau solaire (positif) au pôle IN + du régulateur de charge et le fil noir (négatif) au pôle IN -.

• Le régulateur de charge possède 2 entrées : B - et B+ (qui sont indiquées sur le composant)

• Souder le fil rouge du porte batterie (positif) au pôle B + du régulateur de charge et le fil noir (négatif) au pôle B-.

• Souder le fil rouge (positif) du module convertisseur USB/LED au pôle OUT+ du régulateur de charge et le fil négatif (noir) au pôle OUT- Remarque :' Le circuit est alors fermé et la lumière s’allume.

• Couper le fil positif qui relie le régulateur au convertisseur pour ouvrir le circuit, et y souder l’interrupteur en série. Celui-ci permettra d’ouvrir et de fermer le circuit. Le type de commutation de notre interrupteur est On-Off-On : on soude donc le fil rouge provenant de la lampe avec le bras du milieu (Off), et le fil rouge provenant du régulateur de charge sur une branche du côté (On).

Étape 7 - Construction du boitier - Version 1

Version 1 : Tupperware

Ce design est celui de Open Green Energy, n'hésitez pas à consultez le tutoriel d'origine . Il nous parait très intéressant, c'est pourquoi nous le partageons. Néanmoins, il faudrait adapter le boitier à notre circuit, notamment pour la sortie USB. Nous proposerons notre propre modèle inspiré de ce design prochainement.

Étape 8 - Construction du boitier - Version 2

Version 2 : Bouteille Thermoformée grand format

Ce modèle permet l'étanchéité des circuits mais nécessite du matériel spécifique présenté ci-dessous.

• Un bidon de 5L d’eau
• Des planches de contreplaqué (ou bois brute) d’épaisseur entre 1 et 2cm
• Un tasseau de 80 cm minimum (largeur entre 3 et 5cm)

Fabrication des deux socles :

Il s’agit des deux extrémités de la lampe, la supérieur accueillant le panneau solaire d’un côté et le circuit électrique de l’autre, l’inférieur servant juste à refermer la lampe tout en l’étanchéifiant.

• Découper2 planches de 15/13cm et 2 planches de 11/13cm. Positionner sur chaque grande planche une petite en prenant soin de bien les centrer. Chaque couple sera vissé plus tard.

Pour l’étanchéité il est préférable de vernir les planches au préalable.

Fabrication du moule :

• Découper dans le tasseau 4 tronçons d’une vingtaine de centimètres. Les positionner aux 4 coins des petites planchettes découpées plus haut (les 11/13 cm) et les visser tête de vis côté planchette. De l’autre côté positionner l’autre planchette et la visser de la même manière. On obtient ainsi un parallélépipède de dimensions 11/13/20 qui servira à thermoformer la bouteille en plastique (voir photo).

Thermoformage de l’enveloppe de la lampe :

• Découper le fond de la bouteille de 5L et y insérer le moule verticalement (le côté de 20cm dans la longueur de la bouteille)

• Chauffer doucement au décapeur thermique (ou à défaut au sèche-cheveux) chaque face du rectangle (le décapeur doit être à environ 10 cm de la bouteille). Une fois que la bouteille a pris la forme du modèle, continuer à chauffer pour effacer les motifs et bien tendre le plastique.

Si vous ne disposez pas d'un décapeur thermique, toute autre source de flamme pourra être utilisée. On peut par exemple placer le plastique au dessus d'un réchaud à gaz et le faire tourner.

• En laissant la bouteille déformée sur le moule, couper proprement au ras du moule le haut de la bouteille et refaire une découpe propre à environ 17 cm de la première.

• Une fois les découpes effectuées, dévisser les tasseaux des deux côtés afin de pouvoir démouler la forme (le retrait du plastique aura provoqué un serrage important du moule).

• A chaque extrémité de la bouteille déformée, replier à 90° vers l’intérieur des languettes d’une largeur d’environ 1 cm biseautées de chaque côté (voir photo). Celles-ci viendront s’immiscer entre les deux planchettes de chaque socle afin d’améliorer l’étanchéité de la lampe. Pour pouvoir plier correctement les languettes, tracer une fine ligne au cutter à l’intérieur puis plier à la main.

Une fois le corps de la lampe terminé, il ne manque plus qu’à intégrer le circuit électrique.

Intégration du circuit électrique :

• Pour cela, reprendre une des petites planchettes utilisées pour le moule (11/13cm) et y visser tous les composants comme désiré, sachant qu’un minimum de symétrie permet de garantir l’équilibre de l’objet (voici en photo un exemple de disposition). Attention à bien fixer le port USB et l'interrupteur, afin qu'ils ne bougent pas lorsqu'ils seront manipulés

• A l’aide d’un marqueur tracer sur l’enveloppe en plastique l’emplacement du bouton ON/OFF et de la prise USB
• et faire les trous correspondant.

• Placer la planche avec le circuit à l’intérieur de l’enveloppe en plastique puis visser une des planches de 15/13cm dessous en prenant soin de bien coincer les languettes entre les deux planches

Fixation du panneau solaire :

• Placer le panneau sur la grande planchette, déterminer l’emplacement des sorties + et – du panneau et faire un trou d’environ 5mm à cet endroit dans les deux planchettes (vérifier qu’aucun composant n’est à cet endroit auquel cas il faudra décaler le trou suffisamment).

• Faire passer les fils venant du contrôleur de charge dans ce trou et les souder aux sorties correspondantes.

• Pour coller l’idéal est d’utiliser un tissu fin collé à la planchette puis d’y coller le panneau (à la super glu par exemple).

• Pour le socle de la lampe faire de même de l’autre côté ; placer la petite planchette à l’intérieur de l’enveloppe puis y visser la grande en prenant soin de coincer les languettes entre les deux.

• Pour l’étanchéité de la prise USB, agrafer un petit rectangle de chambre à air de vélo sur l'extérieur, pour couvrir l'ouverture du port.

Étape 9 -

Vous avez deux minutes ? Que vous souhaitiez ou non réaliser cette low-tech, votre réponse à ce formulaire nous aiderait à améliorer nos tutos. Merci d'avance pour votre aide !

Comme tout le travail du Low-tech Lab, ce tutoriel est participatif, n'hésitez pas à ajouter les modifications qui vous semblent importantes, et à partager vos réalisations en commentaires.

Notes et références

N'hésitez pas à poser toutes les questions ou suggestions qui vous viennent sur ce tutoriel, et nous ajouterons une partie FAQ pour y répondre. Si vous avez réalisé la lampe, partagez la ! #solarlamp #lowtechlab

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