Comment fabriquer une lampe solaire à batteries lithium récupérées ?

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

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

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)

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.

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)

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)

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).

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.

Voici les images du boitier en bois