Что можно запитать от 100Вт солнечной панели 1
Что может работать от одной 100Вт солнечной панели? Этот вопрос мы часто слышим от новичков в мире солнечной энергетики и от тех, кто только собирается в неё погрузиться.
Обычно, когда мы проектируем солнечную электростанцию, то мы начинаем со списка электроприборов, которые должны работать от солнечной электростанции, т.е. составляем список нагрузок. Исходя из этого подбирается количество и мощность солнечных панелей, а также сопутствующее оборудование. Сейчас мы будем действовать от обратного. Посмотрим что мы сможем запитать от одной солнечной панели мощностью 100 ватт.
“100Вт” ≠ 100Вт
Когда мы говорим, что солнечная панель имеет мощность 100Вт, то такую мощность она выдаёт при интенсивности солнечного излучения 1000Вт/м². Обычно такая интенсивность бывает летом в ясную погоду, когда солнце находится в зените. Естественно, производители не бегают каждый раз на улицу с солнечной панелью, они тестируют их мощность при определённых лабораторных условиях – STC (Standart Test Conditions) или так называемых “стандартных тестовых условиях”. Эти условия следующие:
- интенсивность солнечного излучения 1000 Вт/м²
- температура воздуха 25°С
- солнечные лучи падают перпендикулярно на солнечную панель
- скорость ветра равна нулю
- масса воздуха 1.5
- некоторые другие критерии
Таким образом, реальная выходная мощность солнечных панелей может варьироваться в зависимости внешних погодных условий. При расчётах обычно мы занижаем мощность солнечных панелей, основываясь на разнице между лабораторными испытаниями и вашей реальной установкой.
Если 12В солнечная панель имеет мощность 100Вт, то имеется ввиду мгновенная мощность. Если проведём измерения при условиях STC, то мы должны получить выходное напряжение ~18В и ток 5.55А. Мощность – это произведение напряжения на ток (P=V*I), поэтому 18В·5.55А = 100Вт.
Здесь даже можно провести небольшую аналогию с автомобилем, мощность – это как скорость автомобиля. Если автомобиль едет с постоянной скоростью 100км/ч, то за 1 час он проедет 100км. Тоже самое с солнечной панелью. Чтобы определить какое количество энергии будет произведено за определённое время, нужно количество ватт умножить на количество часов. Например, за 1 час будет сгенерирован 100Вт x 1ч = 100ватт·часов = 100Вт·ч .
Если рассмотреть всё это на конкретной солнечной панели, то можно взять солнечную панель Delta SM 100-12P оптимальное рабочее напряжение 18.1В (Ump) и оптимальный рабочий ток 5.52А. 18.1В х 5.52А = 99.91Вт (100Вт) .
Что можно записать от 100Вт солнечной панели?
Теперь нам нужно выяснить, сколько часов нужно подставлять в уравнение, чтобы определить, сколько энергии будет генерироваться солнечной панелью за день. А сколько часов реального солнечного излучения равносильно стандартным тестовым условиям? Как мы отметили выше, интенсивность солнечного излучения близка или идентичная тестовым, в полдень, когда солнце находится в зените, т.е в период 12.00-13.00.
Сколько часов солнечная панель будет подвергаться солнечному излучению в течение дня?
Интенсивность солнечного излучения в течение дня
Количество часов солнечного света, равное полудню, называется инсоляцией или эффективным солнечным часом (ESH, Effective Solar Hours).
Вы прекрасно знаете, что несмотря на то, что солнце встаёт в 8 утра, оно не такое яркое как в полдень. Поэтому, если продолжительность солнечного дня составляет 10-12 часов, то нельзя просто умножить 100Вт х 10часов (или на 12). Так, между 8 и 9 утра интенсивность солнца приблизительно наполовину меньше, чем в полдень. Поэтому 1 утренний час приблизительной равен половине эффективного солнечного часа. Кроме того, зимой световой день значительно короче чем летом, еще и интенсивность излучения слабее – т.е. количество эффективных солнечных часов в течение года сильно варьируется.
Влияние местоположения на выработку энергии
Ваше местоположение также определяет количество эффективных солнечных часов. Например, для Казани количество эффективных солнечных часов составляет 3.5ч, для Москвы 3ч., для Краснодара 3.7ч – это усреднённые значения в день в течение года по данным с сайта NREL PVWatts Calculator.
Расчёт в PVWatts Calculator для Казани
Учитываем использование в течение года
Возвращаясь к рассматриваемому вопросу о том, что можно запитать от 100Вт панели, теперь нужно рассмотреть будут ли вы её использовать круглый год или только в определённый период, например, в период весна-осень. Если вы хотите использовать в течение всего года, то нужно рассмотреть самый худший вариант, т.е. самый худший месяц в году с точки зрения солнечной энергетики.
Для этого можно воспользоваться еще один полезным сервисом, он чем-то похож на NREL PVWatts Calculator, но здесь сразу отображается оптимальный угол наклона солнечных панелей для вашего местоположения. Данный сервис полностью на английском языке, но там всё интуитивно понятно и можно самостоятельно разобраться что к чему за пару минут.
Для начала из выпадающего списка нужно выбрать страну (Russian Federation), затем город (Kazan’) и потом направление солнечных панелей, в нашем случае выбираем юг (Facing directly South).
Выбираем страну, город, направление
Далее система предлагает выбрать угол наклона солнечной панели среди нескольких предложенных вариантов:
- Вертикальная поверхность
- Оптимальный среднегодовой угол
- Изменение угла наклона в течение года
- Максимальная зимняя выработка
- Максимальная летняя выработка
- Плоская поверхность
Поскольку мы размещаем одну 100Вт панель, то давайте разместим её под “зимним” углом. Для Казани самый худший месяц году – это декабрь, в котором в среднем за день только 1.41 эффективных солнечных часа. Получается в декабре за один день 100Вт будет вырабатывать 141Вт·ч. Только нужно помнить, что это усреднённое значение для всего месяца, поэтому в какие-то дни выработка будет больше, в какие меньше, а в какие-то может даже будет близко к этому значению, но не каждый день. В среднем, если мы просуммируем выработку за все дни в декабре и разделим на количество дней, то получим значение близкое к 141Вт·ч.
Учитываем потери
Ничто в реально работающей системе не обходится без потерь, поэтому нужно учитывать падение напряжения на проводах, пыль и грязь на поверхности солнечных панелей, потери на контроллере заряда и прочее. Поэтому мы умножим 141Вт·ч х 0,7 = 98.7Вт·ч (30% фактор потерь). Это всё равно, что потерять 1/3 вырабытываемой мощности, но это реальность и от нёё никуда не деться. В итоге в декабре мы получили прибл. 100Вт·ч/день. Что теперь можно сделать с этой мощностью?
Подбираем контроллер заряда и аккумулятора для хранения энергии
Для начала, вырабатываемую энергию нужно где-то хранить, чтобы можно было использовать её позже, когда она понадобится. Для хранения используется аккумуляторная батарея. Перед этим нам нужен контроллер заряда, который регулирует процесс подачей энергии в аккумуляторную батарею глубокого разряда, которую можно заряжать и разряжать на регулярной основе. В качестве контроллера заряда идеально подойдёт EPSOLAR 1012LS – это простой, но надёжный ШИМ-контроллер заряда с номинальным напряжением 12В и и максимальным током заряда до 10А.
Какой ёмкости аккумулятор нужно использовать? Итак у нас есть 100Вт·ч которыми мы заряжаем 12В аккумулятор. Поскольку ватты делённые на вольты равны амперам, то получаем 100Вт·ч : 12В ~8А·ч . Несмотря на то, что используем аккумуляторы глубокого разряда, они всё равно не любят разряда более чем на 50% (самый оптимальный вариант – это разряд не более чем на треть). Тогда оптимальный вариант аккумулятора для зимнего времени 8А·ч х 2 = 16А·ч.
Количество энергии, которую может хранить аккумулятор меняется в зависимости от температуры. Так, запасённая энергия при 0°С на 15% меньше, чем при 20°С, поэтому умножаем 16А·ч х 1.15 = 18.4 А·ч .
Подбираем инвертор
Далее нам нужно использовать инвертор, для преобразования постоянного напряжения от аккумулятора в привычные нам 220В. Оптимальный вариант для маленьких система это компактный 300Вт инвертор ИС2-12-300. Возьмём коэффициент потерь на преобразование 5%. Тогда 18.4 А·ч / 0.95 = 19.4 А·ч ., округлим полученное значение до 19А·ч.
Рассчитываем время автономной работы
Солнце светит не каждый день, поэтому нам нужно учитывать пасмурные дни, дождь снег. Нам нужно для себя рассчитать в течение какого количество дней без солнца мы хотели бы иметь запас энергии. Это называется днями автономии. Скажем так, нам нужно 2 дня автономии, тогда 19А·ч. х 2 = 38А·ч, получается, совместно с 100Вт солнечной панелью мы должны использовать аккумулятор ёмкостью ~40А·ч. Можно чуть больше, можно чуть меньше.
Хорошим выбором является аккумулятор Delta GEL 12-33 – гелевый аккумулятор ёмкостью 33А·ч, оснащён цифровым индикатором напряжения, уровня заряда, а также количества отработанных дней. Под крышкой аккумулятора имеются дополнительный контейнеры со специализированным раствором, долив которого позволяет продлить срок службы батареи на 15-30%. Также не плохим выбором будет AGM аккумулятор ВОСТОК СК-1233 ёмкостью также 33А·ч.
Теперь мы можем подумать, что делать с вырабатываемой и запасённой мощностью. Итак, зимой у нас есть 100Вт*ч запасённой мощности. Их хватило бы на:
- На питание 4-х LED ламп мощностью 5 Вт в течение в часов, или
- На 2 часа работы ноутбука со средним потреблением 50Вт*ч, или
- На просмотр в течение ~1.5 часов телевизора, или
- 15-20 полностью зарядить смартфон
Это всё мы рассчитали для самого “плохого” зимнего месяца, в летнее время выработка энергии будет гораздо больше и соответственно, нужно будет использовать более ёмкий аккумулятор.
Думаем алгоритм расчёта вам понятен и при необходимости вы сможете самостоятельно рассчитать выработку энергии как с другим номиналом солнечной панели, так и для другого времени года.
One Comment
коментов нет по причине прохождения регистрации. А по статье. В часовом поясе Москвы- солнце в зените проходит в 14-36.
Зарядка автомобильного аккумулятора с помощью солнечных батарей
В энергосистемы жилых помещений солнечные батареи проникли достаточно давно. Но автомобили, которые оснащаются зарядками аккумулятора от энергии солнца, пока ещё являются редкостью. Хотя уже есть серийные образцы, используемые в реальных условиях на дорогах общего пользования. Автомобильные гиганты занялись этим вопросом в связи с увеличением интереса к источникам альтернативной энергии во всех сферах народного хозяйства. И в продаже можно встретить всевозможные образцы, которые заряжают АКБ, преобразуя солнечную энергию в электрическую. Так, что уже можно использовать такие устройства на практике.
Солнечные батареи на автомобиль уже реальность?
Практически все автолюбители знакомы с проблемой разрядки аккумулятора автомобиля в самый неподходящий момент. Причины могут быть разные: длительное время была включена музыка, забыли выключить фары, автомобиль долго стоял. Очень повезёт, если в такой ситуации вам даст прикурить владелец другого автомобиля. Некоторые даже возят с собой запасную аккумуляторную батарею. В подобных ситуациях может выручить гелиопанель, которая представляет собой батарею из солнечных панелей. Это устройство подзарядит аккумулятор, что позволит завести автомобиль.
Производители уже освоили выпуск солнечных батарей, предлагая различные варианты по выдаваемому напряжению и мощности. В том, числе и для зарядки автомобильного аккумулятора. Поэтому выбрать есть из чего уже сейчас и в дальнейшем ассортимент будет только расширяться.
Здесь стоит отметить, что зарядка автомобильного аккумулятора от солнечных батарей является процессом, сильно растянутом по времени. Процесс зарядки полностью разряженного аккумулятора от такой панели может занимать от 9 до 11 часов. Так, что гелиопанели лучше всего применять для поддержания необходимого уровня заряда в поездке. А в экстренной ситуации солнечные батареи помогут восстановить заряд аккумулятора, необходимый для запуска. Солнечные панели, устанавливаемые в автомобилях, отлично подходят для тех, кто ездит на длительные расстояния и вдали от цивилизации.
Также гелиопанели могут заинтересовать тех, что активно использует мультимедийные системы в автомобилях, а также прочие системы с большим расходом энергии. Кстати, их можно использовать и на морском транспорте. Такие солнечные батареи уже приобрели популярность у рыбаков и людей, которые любят отдых на природе вдали от городов.
Установка гелиопанелей на автомобиле
Часто солнечные панели можно встретить в исполнении для установки на крышу автомобиля. Такие модели позволяют получить высокую отдачу и достаточно быструю зарядку. Для этого необходим модуль солнечных батарей, площадь которого примерно один метр квадратный. В местах с жарким климатом и большим количеством солнечных дней некоторые автовладельцы применяют несколько фотомодулей. Они закрепляют их на специальных стойках. В результате на крыше автомобиля находится мобильная электростанция, используя которую вы сможете заряжать аккумулятор.
Такие решения очень популярны в местах, которые удалены от цивилизации. Есть примеры, когда благодаря солнечным панелям из автомобиля убирали генератор. Вместо него зарядка аккумулятора велась от гелиопанели. В результате этого снимается некоторая нагрузка на двигатель и уменьшается расход топлива. Но такие решения не носят массовый характер. Для этого требуется достаточное количество солнечных батарей и наличие солнечного света.
Компактные солнечные батареи могут также размещаться и в салоне. В этом случае они применяются для питания приёмника, телевизора и некоторых других потребителей тока в салоне. Для зарядки автомобильного аккумулятора они не подойдут, а способны лишь освободить его от лишней нагрузки. Если цель в том, чтобы заряжать автомобильный аккумулятор, то потребуется более мощная модель.
Если вы не можете себе позволить установить солнечные батареи на крыше (допустим, там вы перевозите вещи, оборудование и т. п.), то можно подумать о приобретении мобильного варианта. Складные гелиопанели для зарядки аккумулятора автомобиля можно возить в багажнике.
При необходимости раскладываете их, подключаете к аккумуляторной батарее и подзаряжаете. Также можно рассмотреть вариант с несколькими компактными модулями. Они соединяются друг с другом, чтобы достичь необходимой выходной мощности.
Практически все современные солнечные батареи для автомобильных аккумуляторов предлагают для подключения два варианта:
- С помощью клемм напрямую к аккумулятору;
- Через прикуриватель.
В любом случае обязательно ознакомьтесь с инструкцией производителя батареи. Неправильное подключение может повредить, как саму батарею, так и электрооборудование автомобиля.
Вернуться к содержанию
Особенности зарядки автомобильного аккумулятора от солнечной батареи
Как вы знаете, процесс зарядки кислотных аккумуляторов для автомобиля – это не быстрая процедура. Эти АКБ должны заряжаться силой тока, составляющей 0,1 от номинальной ёмкости. При ускоренной зарядке большими значениями силы тока, сокращается срок службы аккумулятора.
Превышение параметров по току в случае с гелиопанелями практически исключено. Выходной ток большинства моделей не превышает 1 ампера. В этом случае вы сможете зарядить автомобильный аккумулятор по всем правилам, но достаточно долго. Поэтому этот метод используется для поддержания АКБ в заряженном состоянии или в целях реанимации, когда нужно немного «взбодрить» аккумулятор, чтобы завести автомобиль. Что касается конкретных параметров гелиопанелей, то для поддержки заряда хватает моделей с мощностью 5─6 Вт. Для полного заряда аккумулятора за более-менее разумное время потребуются модели, мощность которых составляет 30─60 ватт.
Специалисты рекомендуют для автомобиля выбирать модуль солнечных батарей, который в длину составляет 1 метр, номинальной мощностью примерно 15 ватт и напряжением 12 вольт. Крайне рекомендуется приобретать модель с контроллером заряда или приобретать отдельно соответствующее устройство. Контроллер требуется для того, чтобы защитить автомобильный аккумулятор от излишнего заряда или от обратного разряда. При достаточной площади крыши можно разместить несколько гелиопанелей и соединить их в единую цепь для большей мощности. К примеру, площадь крыши автобуса, микроавтобуса вполне может сгодиться для организации такой системы.
Вернуться к содержанию
Примеры гелиопанелей для автомобиля от разных производителей
Солнечная батарея «SunForce»
Компания «SunForce» — это производитель солнечных панелей из Канады. Они выпускают солнечные батареи различного назначения. В том числе, для зарядки автомобильных аккумуляторов. В их продуктовой линейке имеются достаточно мощные модели.
Солнечная батарея «SunForce»
Габариты солнечной автомобильной панели «SunForce» составляют 97 на 35 на 4 сантиметра. Мощность составляет 17 ватт. В комплекте с устройством поставляется контроллер 7 ампер / 12 вольт. Также имеются крокодилы и переходник для прикуривателя. Эту гелиопанель можно без проблем разместить на таких транспортных средствах, как автомобиль, трактор, фура, катер. Производитель отмечает, что их устройство функционирует в туман и дождь.
Вернуться к содержанию
Солнечная батарея «ТСМ-15F»
Эта гелиосистема для автомобиля выпускается в гибком корпусе.
Солнечная батарея «ТСМ-15F»
Габариты ТСМ-15F составляют 60 на 27 на 0,5 см. Мощность устройства равна 15 ватт. Ток заряда 1 ампер. Устройство имеет компактные размеры и без проблем устанавливается на крыше автомобиля.
КПД это гелиопанели составляет 22 процента. Корпус, согласно заявлениям производителя герметичный и надёжный.
Вернуться к содержанию
Sunsei Solar Power
У этого производителя для автомобилистов есть достаточно популярное устройство под названием Sunsei SE-500. Гелиопанель имеет габариты 37,5 на 36 на 2,6 см. Она производится в водонепроницаемом корпусе. Мощность составляет 7,5 ватт, а сила тока 0,5 ампер. На автомобиле Sunsei SE-500 крепится с использованием штатива, который приобретается отдельно. Панель предназначена для поддержания аккумулятора в рабочем состоянии. С его помощью можно спокойно использовать мультимедиа, пользоваться дополнительными приборами при заглушённом двигателе.
Sunsei Solar Power
Заряд автомобильного аккумулятора выполняется при включённом или выключенном двигателе. Солнечная панель Sunsei SE-500 имеет в комплекте «крокодилы» и адаптер для подключения прикуривателю. Модель пригодится не только для легковых автомобилей, но и на катерах, тракторах и другом транспорте.
Среди минусов можно отметить небольшую мощность панели Sunsei SE-500. Но зато она позволяет соединять несколько этих панелей вместе. Ток можно собрать систему с необходимой мощностью. Эти панели компактны и могут быть установлены практически в любом месте.
Вернуться к содержанию
Опрос
Напоследок скажем, что солнечная батарея для зарядки автомобильного аккумулятора представляет собой полезное устройство для тех, кто часто слушает музыку и смотрит телевизор в машине. Хотя о полноценной замене автомобильной АКБ говорить нельзя. На наш взгляд, лучше всего использовать гелиопанель в качестве подзаряжающего устройства в экстренной ситуации. Заряжать полностью севший аккумулятор лучше от сетевого ЗУ.
Вернуться к содержанию
Зарядка телефона в походных условиях с помощью солнца
Смартфоны в наше время объединяют в себе не только телефон и центр отправки сообщений, но и компас, фото- и видеокамеру, развлекательный комплекс, социальную сеть и… фонарик. Человек привык этим пользоваться каждый день (ну, кроме, возможно, фонарика и компаса) и не хочет лишаться функций смартфона даже в походе. Однако как быть с тем фактом, что этот девайс нужно заряжать каждый день? Где взять электричество? В лесу или поле ведь нет розетки. На помощь приходит альтернативная энергетика. И самое простое и элегантное решение – солнечное зарядное устройство. Однако, как правильно выбрать «зарядку», чтоб и полученной за день энергии хватило для электронного друга, и не тащить с собой лишние килограммы? Попробуем разобраться в этом, ответит для себя на несколько вопросов.
1. Сколько энергии нужно?
Для этого обратимся к производителю смартфона (читай «сходим в Интернет») за характеристиками аккумулятора. Допустим, у нас iPhone 4S. Зная ёмкость аккумулятора (1420мАч) и его напряжение (3,7В) легко узнаем необходимое для работы количество энергии: 5,25Вт-часа. При этом при заряде используется «вхолостую» порядка 20% от передаваемой энергии. Значит, для полной зарядки гаджета нам необходимо 6,3 ватта чистыми.
2. Как заряжать смартфон – напрямую или через powerbank?
Заряжая напрямую от солнечной батареи можно, однако не всегда удобно. Нужно, чтобы телефон был постоянно подключён к панели, а это вызывает определённый дискомфорт в виде проводов (за которыми тоже нужно следить). Более простой способ – это зарядка внешнего аккумулятора, лежащего в удобном месте в рюкзаке (как вариант – чехла-аккумулятора) с последующей передачей энергии смартфону. Возможно, на привале. Возможно, ночью.
Однако пауэрбанк также имеет свой КПД и для полноценной зарядки аккумулятора смартфона через него нужно будет добавить порядка 50% от первоначальной требуемой мощности. Итого, получаем необходимые нам 7,8Вт.
И всё-таки наш выбор – зарядка пауэрбанка, как наиболее удобная, не сковывающая движений туриста.
3. Какая солнечная панель необходима?
Найти солнечную панель с выходным напряжением 5В для зарядки смартфона или внешнего аккумулятора сейчас не проблема. Для полноценной и правильной зарядки необходимо правильно выбрать (рассчитать) мощность.
Пример. Солнечная панель с выходным напряжением 5В и током 360мА (мощность 1,8Вт) имеет размеры 20х20см (площадь солнечных ячеек – 0,036 квадратных метра). В средней полосе России за сутки летом на 1 квадратный метр приходит примерно 3,78кВт солнечного излучения (при условии, что панель будет находиться под углом 70-80 градусов относительно перпендикуляра к земле, имитирующем ношение на рюкзаке или в установленном положении на привале). При КПД ячейки в среднем в 12%, наша панель сможет за сутки выработать около… 16 ватт-часов электроэнергии. ЗА СУТКИ. Для того, чтобы зарядить наш аккумулятор за три-четыре часа нахождения солнечной панели на солнце, нам понадобилось бы как минимум две подобные панели.
Вывод
Лучше не поскупиться и купить солнечную зарядку (солнечная панель и внешний аккумулятор) мощностью 10-20Вт. Аккумулятор лучше иметь «отстёгиваемый», не прикреплённый к солнечной панели физически. Это нужно для того, чтобы можно было хранить его отдельно, так как при нагревании пауэрбанка его характеристики ухудшаются, а от чрезмерного перегрева он может взорваться.
Приятных походов и хороших фотографий!
УПД: Коллеги, благодарю Вас за комментарии, делающие публикацию более стройной, чёткой и полезной. Буду стараться оперативно отвечать или поправлять информацию, в которой найдены неточности.
УПД2: а вот и выпуск подкаста Солар-Ньюс про iPhone Х с солнечной батареей:
Источник https://reenergo.ru/blog/chto-mozhno-zapitat-ot-100vt-solnechnoj-paneli/
Источник https://akbinfo.ru/stati/solnechnaja-batareja-dlja-zarjadki-avtomobilnogo-akkumuljatora.html
Источник https://habr.com/ru/post/374937/
