Zasilanie solarne noda, bilans energetyczny, kalkulator wielkości panelu solarnego

[bikeman]

Sporo do napisania, ale spieszę z wyjaśnieniami.

1. Dlaczego wybór aku 12V i instalacji solarnej 18V wydaje się korzystniejszy?
Projektując instalację 18V uzyskujemy znacznie większą efektywność energetyczną układu. Przykładowo, przy znacznym zaciemnieniu panelu słonecznego, napięcie na panelu spada o np 40%, czyli ok 11V. W takiej sytuacji akumulator nie jest doładowywany, ale nod w dalszym ciągu zasilany z solara, bez uszczuplania energii aku. Cały czas napięcie jest na tyle wysokie ze można bezpiecznie je obniżać do 5V, czyli 6V różnicy.
Wyobraźmy sobie podobną sytuację, przy zasilaniu instalacją solarną 6V, napięcie z solara to 3,6V. To napięcie nie nadaje się do jakiegokolwiek przetwarzania, bo żeby miało to sens, napięcie na wejściu przetwornicy musi być około 2V wyższe, od napięcia wyjściowego, które powinno mieć ~4.2V. Daje to nam wartość ~6.2V. Chyba nie trzeba wyjaśniać, ze to nie zadziała. ani nie daje ładowania aku, ani tym bardziej zasilania noda.
Przy napięciu solara 9V, sytuacja jest podobna. Przy napięciu 12V, jest odrobinę lepiej, ale załamanie następuje nie przy spadku 40%, a 30%.
Stąd zasilanie jest nieefektywne.

2. Co do aku AGM SSB, cykle ładowania nie maja tu żadnego odniesienia do występującej charakterystyki ładowania. Akumulator pracuje w trybie buforowym, a nie cyklicznym. 24-miesięczne testy dwóch egzemplarzy testowych, wykazały utratę pojemności na poziomie 10%/rok

3. Akumulatory AGM (żelowe) znoszą bardzo dobrze mrozy i można je ładować na mrozie. Akumulatory LiFePO4 nie dają się ładować na mrozie

4. Aku AGM jest kilkukrotnie tańsze od LiFePO4, przy identycznej pojemności (Wh), wiec jaki sens ma mieć używanie tychże?

Decyzja wyboru, jak zwykle należy do konstruktora, ale opisane na forum rozwiązania, są podyktowanie ponad 2-letnia praktyką, w zastosowaniu zasilania nodów, uwzględniając również dokumentację oraz testy laboratoryjne.

[Borys]

Sporo do napisania, ale spieszę z wyjaśnieniami.

1. Dlaczego wybór aku 12V i instalacji solarnej 18V wydaje się korzystniejszy?
Projektując instalację 18V uzyskujemy znacznie większą efektywność energetyczną układu. Przykładowo, przy znacznym zaciemnieniu panelu słonecznego, napięcie na panelu spada o np 40%, czyli ok 11V. W takiej sytuacji akumulator nie jest doładowywany, ale nod w dalszym ciągu zasilany z solara, bez uszczuplania energii aku. Cały czas napięcie jest na tyle wysokie ze można bezpiecznie je obniżać do 5V, czyli 6V różnicy.
Wyobraźmy sobie podobną sytuację, przy zasilaniu instalacją solarną 6V, napięcie z solara to 3,6V. To napięcie nie nadaje się do jakiegokolwiek przetwarzania, bo żeby miało to sens, napięcie na wejściu przetwornicy musi być około 2V wyższe, od napięcia wyjściowego, które powinno mieć ~4.2V. Daje to nam wartość ~6.2V. Chyba nie trzeba wyjaśniać, ze to nie zadziała. ani nie daje ładowania aku, ani tym bardziej zasilania noda.
Przy napięciu solara 9V, sytuacja jest podobna. Przy napięciu 12V, jest odrobinę lepiej, ale załamanie następuje nie przy spadku 40%, a 30%.
Stąd zasilanie jest nieefektywne.

Na razie nie wybrałem jeszcze panelu słonecznego. Ten temat trzeba przeanalizować osobno — to będzie mój kolejny krok. Jednak po przeczytaniu Pańskiej odpowiedzi najprawdopodobniej postąpię zgodnie z wcześniejszą rekomendacją dotyczącą panelu

2. Co do aku AGM SSB, cykle ładowania nie maja tu żadnego odniesienia do występującej charakterystyki ładowania. Akumulator pracuje w trybie buforowym, a nie cyklicznym. 24-miesięczne testy dwóch egzemplarzy testowych, wykazały utratę pojemności na poziomie 10%/rok

Mogę się mylić, ale wydaje mi się, że przy utracie pojemności na poziomie 20% akumulator uznaje się za zdegradowany i wymagający wymiany

Akumulatory AGM (żelowe) znoszą bardzo dobrze mrozy i można je ładować na mrozie. Akumulatory LiFePO4 nie dają się ładować na mrozie

Chcę wykonać akumulator LiFePO₄ z izolacją termiczną, tak aby w okresie zimowym przy ujemnych temperaturach ograniczyć wychładzanie baterii. Dodatkowo planuję zastosować czujnik temperatury i w sytuacji, gdy temperatura akumulatora spadnie poniżej 0 °C, ładowanie z panelu słonecznego zostanie automatycznie zablokowane.

Zgodnie z obliczeniami sam akumulator powinien zapewnić autonomiczną pracę węzła przez 15 dni bez doładowywania, przy założonym poborze energii. Niewykluczone jednak, że zwiększę ten zapas do około jednego miesiąca, ponieważ początkowo nie uwzględniłem jednego istotnego aspektu: akumulatory ołowiowe mogą być ładowane przy ujemnych temperaturach, natomiast LiFePO₄ już nie. W tym miejscu rzeczywiście popełniłem błąd — dziękuję za zwrócenie na to uwagi.

Zakładam jednocześnie, że w ciągu miesiąca znajdzie się przynajmniej jeden dzień z temperaturą 0 °C lub wyższą oraz bez pełnego zachmurzenia, co umożliwi bezpieczne wznowienie ładowania z panelu słonecznego.

4. Aku AGM jest kilkukrotnie tańsze od LiFePO4, przy identycznej pojemności (Wh), wiec jaki sens ma mieć używanie tychże?

Zdecydowałem się je zastosować ze względu na ich trwałość w porównaniu z innymi typami akumulatorów.

[bikeman]

Mogę się mylić, ale wydaje mi się, że przy utracie pojemności na poziomie 20% akumulator uznaje się za zdegradowany i wymagający wymiany

Należy mieć na uwadze, ze zasilanie noda to są mikroprądy, więc zasady obowiązujące w układach wysokoprądowych nie maja tu zadnego znaczenia. Jeśli akumulator nowy SSB na realną pojemność startową 8Ah, to po dwóch latach bedzie miał 6.5Ah, a po 4 latach 5Ah. W dalszym ciągu jest to wystarczajaca pojemnosc do zasilania noda (opartego na nrf) przez 3 tygodnie, bez zadnego oswietlania

Rownież biorąc pod uwage realna pojemnosc do ceny ukladu AGM 12v/7Ah = 84Wh za 60zł, to samo 12V 7Ah LifePo4 to 120zł. W przypadku wersji 4.2V, aby uzyskać 84Wh to nie wiem czy się zmiescimy w 200-250zł - ale kto bogatemu zabroni? Pisze o realnej pojemnosci, a nie napisie na obudowie.

Ładowanie LIfePo4 w zimie jest problematyczne. Zadne osłony termiczne nic tu nie dadza, bo sa to mikroprądy i aku się nie grzeje wiec więc docelowo temperatura zrówna się z temperaturą otoczenia

[Borys]

Ładowanie LIfePo4 w zimie jest problematyczne. Zadne osłony termiczne nic tu nie dadza, bo sa to mikroprądy i aku się nie grzeje wiec więc docelowo temperatura zrówna się z temperaturą otoczenia

Wychodziłem z założenia mobilnej stacji GEO — nie chciałem, żeby wyglądało to jak buda dla psa na kiju, tylko jak estetyczna i cywilizowana stacja GEO. Tutaj ważny jest czynnik ludzki: sąsiedzi i tak będą się przyglądać, analizować i denerwować z powodu nieznanej konstrukcji. Dlatego od razu skreśliłem wariant z dużym i masywnym akumulatorem ołowiowym.

Sama koncepcja, szczerze mówiąc, jest bardzo dobra — z tym nie będę dyskutował. Po prostu na ten moment nie do końca widzę, jak taka konstrukcja miałaby wyglądać w praktyce z tak dużym akumulatorem w środku. Jest obawa, że finalnie wyjdzie nie stacja GEO, a gniazdo bociana