Frage:
Wie berechne ich, wie viel Sonnenenergie ich für ein System benötige?
ZogStriP
2012-08-21 02:41:41 UTC
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Ich bin Prototyp eines autonomen Remote-Systems, das aus den folgenden Komponenten besteht:

Das System befindet sich in der Nähe von Narbonne, wo die Sonneneinstrahlung von 1,18 ( Winter ) bis 6,44 kWh / variiert. m² / Tag ( Sommer ).

Fragen:

  • Wie stelle ich sicher, dass das System kontinuierlich funktioniert? ?
  • Welche Formel (en) kann ich zur Schätzung verwenden?
Drei antworten:
ColdestShadow
2012-08-21 03:24:19 UTC
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Haftungsausschluss: Ich habe möglicherweise einen Fehler in meiner Arbeit gemacht. In diesem Fall würde ich mich freuen, wenn mich jemand korrigieren könnte. OP: Nehmen Sie das, was unten steht, mit einer Prise Salz.

Um ehrlich zu sein, wenn ich versuche, eine perfekte Berechnung darüber zu erstellen, was Sie bekommen und was nicht, wird dies der Fall sein Sei einfach zu komplex, als dass ich antworten könnte. Stattdessen werde ich sehr grobe Annäherungen machen.

"Das System wird sich in der Nähe von Narbonne befinden, wo die Sonneneinstrahlung von 1,18 (Winter) bis variiert bis 6,44 kWh / m² / Tag (Sommer). "

Zuerst müssen wir die durchschnittliche Energiemenge pro Tag ermitteln, die Sie erhalten. Nachdem ich einen mittleren Durchschnittswert der Werte in Ihrer Tabelle erstellt hatte, erhielt ich:

44,47 / 12 = 3,706 kWh / m² / Tag

Ihr Solarpanel hat die folgenden Abmessungen:

160 mm x 138 mm

Wir ignorieren die Unsicherheit und haben daher eine Oberfläche von (Standardform konvertiert in Meter):

160 * 10 \ $ ^ {- 3} \ $ m * 138 * 10 \ $ ^ {- 3} \ $ m = 0,02208 m²

Daher können wir jetzt sehen, dass Sie pro Tag unter der Annahme (ich habe absolut keine Ahnung von der Effizienz Ihres Solarmoduls) einen eher optimistischen Wirkungsgrad von 20% erhalten:

0,02208 * 3,706 * 0,2 = 0,0163 kWh / Tag

0,0163 * 1000 * 3600 = 58913 J / Tag

Dauerleistung Möglich: 58913 / (3600 * 24) = 0,6819 W

Jetzt haben wir noch nicht einmal die Tatsache angesprochen, dass Sie im Winter durchschnittlich 6-mal weniger Strom erhalten das Solarpanel als im Sommer. Möglicherweise bedeutet dies, dass Sie ab Sommer viel Strom speichern und den ganzen Winter über nutzen müssen. Angenommen, Sie könnten mit 0,68 W betrieben werden (einschließlich der Effizienz des Arduino usw.). Das Hauptproblem besteht meines Erachtens darin, dass Sie an manchen Tagen praktisch überhaupt keine Leistung haben. Darüber hinaus müssen Sie möglicherweise die vom Solarpanel erzeugte Leistung erhöhen oder verringern, was an sich zu Effizienzeinbußen führt.

Ich rate Ihnen, den genauen Stromverbrauch Ihres Arduino zu addieren, dann tatsächlich Tests in der Praxis durchzuführen und einen maximalen Stromverbrauch unter Spitzenlast zu erzielen. Im Moment müssen Sie möglicherweise entweder mehr Sonnenkollektoren hinzufügen (die Fläche vergrößern) oder Solarenergie in Verbindung mit Netzstrom verwenden.


Bearbeiten (unter der Annahme eines angeblichen Stromverbrauchs von 50 mA bei 7 V):

P = VI

7 * 50x10 \ $ ^ {- 3} \ $ = 0,35 W

Auf dieser Grundlage geht es Ihnen gut, wenn Sie perfekt sind Speichern Sie jede Unze Energie, die Sie von Ihren Solarmodulen erhalten. und Es gibt keine Wochen, in denen kaum Solarenergie verfügbar ist. Nehmen wir also an, dass der Arduino auch mit den schlechtesten Wintereinstrahlungswerten funktionieren soll.

Nehmen Sie Ihr Minimum von 1,18 und wiederholen Sie die Berechnungen:

1,18 * 0,02208 * 0,2 = 0,00521 kWh / Tag

0,00521 * 1000 * 3600 = 18759 J / Tag

Dauerleistung möglich: 18759 / ( 3600 * 24) = 0,217 W

In den Wintermonaten stehen also etwa 0,217 W zur Verfügung, aber die Realität könnte schlimmer sein als bei allen wetterbasierten Stromquellen. Was bedeutet das? Dies bedeutet, dass Sie realistisch sind, um A. das Arduino und B. mit einem angemessenen Sicherheitsabstand zu versorgen (vorausgesetzt, Sie benötigen einen Sicherheitsabstand von 2X, der erforderlich ist):

0,35 W * 2 = 0,7 W

0,7 / 0,217 = 3,22

Daher müssen Sie die Oberfläche Ihres Solar-Arrays um das 3,22-fache vergrößern. Mit anderen Worten, Sie möchten vier Sonnenkollektoren, die vermutlich parallel geschaltet sind (zitieren Sie mich nicht dazu: D), um Ihr Arduino durch dick oder dünn zu versorgen.

Schlussbemerkung: Ihr Power Booster wird sowohl mit Effizienzeinbußen als auch mit Energiespeichern verbunden sein, weshalb ich eine so große Sicherheitsmarge eingegangen bin. Hoffe das hilft.

Ich denke, dass es fast unmöglich ist, die Energie im Sommer für den Winter zu speichern: Ich würde das System lieber so gestalten, dass es mit der durchschnittlichen Leistung des Winters arbeitet, damit es auch im Sommer garantiert funktioniert.
Haben Sie tatsächlich berechnet, wie viel Strom Ihr Arduino verbrauchen wird? Bis wir das wissen, ist das alles ein bisschen willkürlich und sinnlos. Auf jeden Fall sieht es imo nicht gut aus, dass Sie in den Sommermonaten durchschnittlich 0,68 W haben. Sie müssen das Arduino mit sehr geringem Stromverbrauch verwenden (ich kenne den Verbrauch von Arduinos FYI nicht).
Was wäre, wenn ich dir sagen würde, dass der Arduino ungefähr 50 mAh verbraucht?
Nun, mAh wird normalerweise für Stromquellen verwendet. 50 mAh würden also bedeuten, dass die Stromquelle eine Stunde lang eine X-Spannung von 50 Milliampere liefern könnte. Ich glaube also nicht, dass man wirklich sagen kann, dass es 50 mAh "verbraucht", da mAh, Ah usw. wirklich Ladungseinheiten sind.
Entschuldigung, das war 50mA. Quelle: http://www.gammon.com.au/forum/?id=11497
Ich habe meine Antwort bearbeitet. Wenn Sie weitere Hilfe benötigen, können Sie diese gerne noch einmal kommentieren. Andernfalls wäre ich Ihnen dankbar, wenn Sie dies akzeptieren würden :)
Ich habe die Zahlen in Ihren Antworten ein wenig bearbeitet und nur die Anzahl der signifikanten Stellen reduziert. Die 10 signifikanten Stellen in ** 0,01636494528 kWh / Tag ** sind etwas albern; Die niedrigstwertige Ziffer steht für 1 \ $ \ mu \ $ J. Die Unsicherheit ist so groß, dass selbst die 6 in 0,016 möglicherweise nicht korrekt ist. Verwenden Sie keine höhere Auflösung als Ihre Präzision.
SDwarfs
2012-08-21 16:42:22 UTC
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Folgendes ist nicht vollständig, aber ich erinnere mich nur daran.

Die typische Spannung / Stromstärke [5,5 V, 540 mA oder ~ 3 Wp] gilt für Standardbedingungen:

  • Lichtintensität: 1000 W / m² (!)
  • Temperatur: 25 ° C
  • Lichtstrahlwinkel: 90 °
  • Licht -Spektrum: AM 1.5

Sie können diese hier nachschlagen: http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_panel (Abschnitt 'Modulleistung und Lebensdauer ')

Dinge, die Sie nicht vergessen sollten:

  • Nehmen Sie den schlechtesten Zustand für die Saison an (= 1,18 kWh / m² / Tag, Winter)
  • Sie sind am schlimmsten Fall (Winter) ist 1,18 kWh / m² / Tag mit ~ 10 Stunden Sonne
  • Durchschnittliche Energie: 0,118 kWh / m² = 118 Wh / m²; o: ~ 11,8% der "typischen" Energie
  • 3 W * 11,8% = 0,354 W (Durchschnitt); oder 0,354 Wh pro Stunde bei Tageslicht im Winter (1 Tag: 3,54 Wh)
  • Wissen, dass Paneele altern: Bei ~ 80% der ursprünglichen Effizienz sollte es immer noch funktionieren.
  • Bei ~ 80 % Wirkungsgrad Ihres Panels liefert Ihnen ~ 2,832 Wh pro Wintertag
  • Hinweis: Nachts, wenn es dunkel ist, sollte Ihre Batterie in diesem Zeitraum genügend Energie aufnehmen können.
  • Außerdem: Dies sind Durchschnittswerte . Es kann längere Zeit regnerische oder bewölkte Tage geben.
  • Sie können nicht die gesamte Energie in Ihrem Akku speichern, selbst wenn die Kapazität ausreichend ist.
  • Batterieeffizienz (Ladung) / Entladung): ca. 80-90% für LiIon
  • Wenn Sie 2,832 Wh im Akku speichern, erhalten Sie nur 2,27 Wh Rückentladung
  • Dies führt immer noch nicht zur Effizienz des Ladekreises Konto!
  • Die Aufwärtswandlerschaltung, die 3,7 V von der Batterie auf 5 V bringt: ~ 90% Wirkungsgrad.
  • 2,043 Wh pro Tag übrig ...
  • Wir haben uns immer noch nicht um den suboptimalen Lichtwinkel gekümmert ...

Ok, nehmen wir an, wir haben 2 Wh pro Tag (was höher ist als erwartet). So können Sie überprüfen, ob dies ausreicht:

  • Überprüfen Sie den Energieverbrauch Ihrer Schaltung. Messen Sie es ..
  • Oder: Nehmen Sie einen voll aufgeladenen Akku mit bekannter Kapazität und prüfen Sie, wie lange er hält (z. B. 1 Wh Kapazität für 20 Stunden)
  • Die Testbatterie sollte eine geringere oder gleiche Kapazität haben.
  • Jetzt können Sie abschätzen, wie lange Ihre Schaltung mit 2 Wh
überlebt
PS: Sie sollten Ihr Arduino nach Möglichkeit in den Schlafmodus versetzen, wenn nichts zu tun ist. Das ist sehr effizient. http://arduino.cc/playground/Learning/ArduinoSleepCode Auch: http://donalmorrissey.blogspot.de/2010/04/sleeping-arduino-part-5-wake-up-via.html
PPS: In einigen Fällen können Sie Ihren Ardiuno auch auf einen einzigen Chip reduzieren. Sie können zum Beispiel eine ATTiny16PU für <3 EUR erhalten. Funktioniert auch mit niedrigeren Spannungen ... aber der TTL-Pegel ist dann auch niedriger. Siehe: http://blog.makezine.com/2011/10/10/how-to-shrinkify-your-arduino-projects/
PS: Ist Ihr Gerät immer in der Sonne? Wissen Sie: Es gibt Schatten von Bäumen, Häuser während des Tages. Wenn es ein Roboter ist, kann er sich in den Schatten bewegen ...
Die Station wird immer in der Sonne sein (wird sich nicht bewegen)
Was ist die Art der Anwendung? So etwas wie ein Parkscheinautomat? Muss es kontinuierlich arbeiten oder reicht es aus, jede Sekunde schnell etwas zu tun (z. B. benötigt es nur 10 ms) und kann anschließend in den Ruhemodus versetzt werden (für 990 ms pro Sekunde)?
Es wird ein entferntes Anemometer sein, das jede Sekunde Windrichtung und -geschwindigkeit aufzeichnet und die Werte alle ein oder zwei Minuten per SMS sendet
Ok, Sie können das Gerät also definitiv für 99% der Zeit in den Ruhezustand versetzen (stellen Sie den Watch-Dog-Timer auf beispielsweise 950 ms ein, um aufzuwachen und zu "schlafen"). Und: Sie sollten über die Nutzung der Windenergie nachdenken ... Auch eine Kombination wäre sinnvoll: Statistiken zeigen, dass die Solarenergieproduktion im Sommer maximal und die Windenergie im Winter maximal ist. Auch nachts ist Wind vorhanden. Möglicherweise können Sie das Windmesser selbst zum Laden verwenden? - möglicherweise problematisch aufgrund der Kalibrierung ...
Vielen Dank an @Stefan für Ihre Antworten. Ich habe das Arduino und die Sensoren bestellt. Ich werde sie testen und diesen Thread aktualisieren
suha
2012-08-21 02:51:41 UTC
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Sie können die benötigte Leistung berechnen \ $ P = U * I \ $ (Spannung mal Strom für Gleichstrom). Tun Sie dies für jedes stromverbrauchende Gerät (z. B. das Arduino, die Peripheriegeräte usw.) und Sie wissen, wie viel Strom Sie benötigen, indem Sie diese addieren. Berechnen Sie dann:

  • Wie viel Strom können Sie aus dem Solarladegerät herausholen?
  • Wie viel Strom können Sie im Akkupack speichern?
@susha Soll das Solar Charger Shield nicht die Verschiebung bis zu 5 V bewältigen? Soweit ich weiß, verwendet der Schild entweder die Batterie oder das Solarpanel, um das Arduino mit Strom zu versorgen.


Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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