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 24/07/2022

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 3,7 V das baterias em 5 V)

• 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 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 - Fonctionnement

Ce tutoriel montre comment récupérer des cellules d’ordinateur pour refabriquer une nouvelle batterie. Alimentée par un panneau solaire, ou par un port USB, elle permettra d'allumer une lampe à LED.

Le système fonctionne autour de trois modules :

• le module de réception de l'énergie : le panneau solaire et son régulateur de charge

• le module de stockage de l'énergie : la batterie

• le module qui rend l'énergie : la lampe LED et son régulateur de tension

Module de réception de l'énergie : panneau photovoltaïque & régulateur de charge

Le panneau photovoltaïque concentre l'énergie du soleil. Il permet de récupérer son énergie afin de la stocker ensuite dans la batterie. Mais attention, la quantité d'énergie reçue par le panneau étant irrégulière en fonction de l'heure qu'il est, du temps qu'il fait... il est important d’installer un régulateur de charge/décharge entre le panneau et la batterie. Celle-ci sera protégée entre autre contre la surcharge.

Module de stockage de l'énergie : la batterie

Elle est composée de deux cellules en lithium récupérées dans un ordinateur. Pour schématiser à l'extrême, une batterie, c'est un peu comme un boîtier qui contiendrait plusieurs piles : chacune d'entre elles est une cellule, une unité qui fournit du courant à l'appareil par réaction électrochimique.

Les cellules qu’on trouve dans les ordinateurs sont des cellules au lithium. Elle ont toutes la même capacité à stocker l’énergie, par contre, leur capacité à la rendre est différente pour chacune. Pour former une batterie à partir de cellules il est important que ces dernières aient toutes la même capacité à rendre de l’énergie. Il faut donc mesurer la capacité de chacune des cellules pour composer des batteries homogènes.

Module qui rend l'énergie : la lampe LED, le port USB 5V et son convertisseur de tension

Notre batterie nous délivre du courant en 3,7V et les lampes LED que nous avons utilisé fonctionnent à cette même tension. Par ailleurs, les ports USB délivrent une tension de 5V. Nous avons donc besoin de transformer l'énergie de la cellule de 3,7V à 5V : à l'aide d'un convertisseur de tension appelé DC/DC booster

Étape 2 - Étapes de fabrication

1) Extraction des cellules de la batterie d’ordinateur

2) Mesure du voltage des cellules

3) Réalisation des 3 modules :

• panneau solaire + régulateur de charge

• batterie

• régulateur de tension + lampe à LED

4) Liaison des 3 modules :

• le panneau solaire et son régulateur

• la batterie

• la lampe et son régulateur de tension

5) Construction du boîtier

6) Intégration des modules dans le boîtier

Étape 3 - Extraction des cellules de la batterie d’ordinateur

Pour cette partie, nous vous invitons à consulter le tutoriel Récupération de batteries

• Enfiler des gants pour protéger les mains.

• Fixer la batterie sur un étau afin qu’elle ne bouge plus, et avec l’aide d’un marteau et d'un burin l'ouvrir. (image 1)

• Isoler chaque cellule : décortiquer les cellules à l’aide d’une pince coupante, afin d'enlever tous les autres composants. (image 2)

Étape 4 - Mesure du voltage et de la capacité des cellules

Pour cette partie, nous vous invitons à consulter le tutoriel Récupération de batteries

Mesure du voltage:

On commence par mesurer le voltage des cellules afin de savoir si elles sont toujours en état de marche. Toutes les cellules ayant une tension inférieure à 3V ne sont pas récupérables.

• A l’aide d’un voltmètre, à utiliser en mode courant continu, mesurer la tension des cellules et marquer celles qui sont réutilisables.

Attention : Si des cellules ont coulé (visible à l’extérieur de la batterie d’ordinateur), ne pas les démonter, à forte dose le lithium est dangereux pour la santé.

Mesure de la capacité :

Pour mesurer la capacité d'une cellule il faut la charger au maximum puis la décharger. Nos cellules sont constituées de lithium, or le lithium a besoin d’être chargé et déchargé correctement, la charge maximale étant de 4,2 V et la charge minimale de 3 V. Dépasser ces seuils endommagerait les cellules.

• Se munir d’une Power Bank : un dispositif qui permet de charger plusieurs cellules en même temps via un port USB.

• Charger les cellules et attendre que la charge soit complète (tous les voyants seront allumés), compter environ 24h. (image 3)

• Les cellules sont toutes chargées au maximum (4,2 V), il faut désormais les décharger.

• Se munir d'un Imax B6 : un dispositif permettant de décharger les cellules une par une et de calculer la capacité qu'elle à rendre l'énergie.

• Régler le dispositif :

• le voltage : il vous est demandé quel type de piles vous voulez charger, choisir des cellules lithium. Le voltage va alors être réglé automatiquement à 3V (la décharge n’ira pas en dessous de 3V).

• l’ampérage : régler à 1A pour que la décharge soit assez rapide et sécurisée. Dans ces conditions comptez à peu près 1h à 1h30 pour la décharge.

• Connecter les aimants au néodyme aux pinces crocodiles, puis les connecter aux cellules, les aimants servent à faire passer le courant entre l'Imax B6 et les cellules. (image 4)

• Décharger la cellule jusqu’à ce que la décharge soit complète.

• Noter la capacité sur la cellule. Plus la capacité de la cellule à rendre de l’énergie est importante mieux c’est.

• Trier vos cellules: <1000 mAh, entre 1000 et 1300, 1300 et 1500 et >1800 mAh.

Remarque : Il est important de réaliser des batteries homogènes avec des cellules ayant à peu près la même capacité.

Étape 5 - Réalisation des chacun des 3 modules

Module 1 : Panneau solaire et régulateur de charge

• Se munir de deux fils, un rouge et un noir, les dénuder à l'aide d'une pince coupante.

• Souder le fil rouge sur le pôle positif du panneau solaire et le fil noir sur son pôle négatif.

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

• Souder le fil rouge (positif) au pôle IN + du régulateur de charge et le fil noir (négatif) au pôle IN -. (image 5)

Si vous êtes débutant, vous pouvez visiter ce tutoriel qui vous expliquera les principes de base de la soudure : https://www.youtube.com/watch?v=8oGjG9uyYq8.

Module 2 : Batterie

• Insérer la cellule lithium dans le porte batterie.

Module 3 : LED / USB convertisseur

Le convertisseur de tension DC/DC possède deux entrées et deux sorties :

Entrées : VIN + et VIN - / Sorties : OUT + et OUT -

• Se munir de deux fils (rouge et noir).

• Souder le fil rouge avec l'entrée VIN + du régulateur de tension et le fil noir avec l'entrée VIN -.

La LED possède deux fils d'entrée, un fil positif et un fil négatif.

Attention : La polarité des fils n'est pas indiquée sur la LED. Afin de la connaître munissez vous d'un ohmmètre. Lorsqu'il indique une valeur nulle c'est que le fil est positif. Lorsqu'il indique une valeur élevée c'est qu'il s'agit du fil négatif.

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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