Compactador de basura con energía solar (Chicago Big Belly)

El sistema funcionará.
Cuanta basura puedes compactar cuantas veces depende de

• Cuánto sol recibe el panel.
• Qué tan grandes son los paneles (vatios de potencia máxima a pleno sol)
• Qué tecnología utilizan (silicio cristalino, silicio amorfo, CdTe, ...) - Y energía necesaria para la compactación de basura (volumen del contenedor, tipo de basura, volumen de basura)

Añadido mucho después:

Especificaciones técnicas de Big Belly en mi dropbox y en su sitio

En algunos lugares a continuación, he agregado cifras [reales: xxx] junto a mis suposiciones anteriores.

Con base en los cálculos a continuación, parece que

• En una mala ubicación en el centro de la ciudad (en cuanto al sol) en Chicago

• en pleno invierno en un día promedio de diciembre o enero

• utilizando un panel fotovoltaico de silicio monocristalino de 20 W [real: 30 vatios]

• y batería de plomo ácido,

• Probablemente obtenga de 10 a 15 compactaciones por día.

• Para todos, excepto 2,5 meses del año, obtendría 2+ x eso.

Eso suena útil.

Consulte a continuación la derivación de ese resultado y las "suposiciones" en las que se basa.
Como se explica al final, los "supuestos" son condiciones iniciales establecidas con base en la información más conocida y la experiencia pasada. Se establecen claramente al principio para que se puedan entender las limitaciones del sistema y para que se puedan cambiar fácilmente si se aplican otras condiciones.

La siguiente tabla es del maravilloso sitio www.gaisma.com: proporciona información sobre energía solar, insolación, viento y más de una amplia gama de sitios en todo el mundo.

La primera línea = insolación = horas equivalentes de pleno sol diario en promedio, mes a mes.
El pico es de 6,04 "horas de sol" por día en promedio en VII = julio y el más bajo es de 1,50 horas de sol por día en diciembre.

Una "hora de sol" entregará 1000 vatios por metro cuadrado.
Así que, por ejemplo, un panel de 50 vatios sujeto a 1,5 horas de sol proporcionará 50 x 1,5 = 75 vatios hora de energía si el sol está completamente encendido o apagado.
Para niveles reducidos de insolación (nubes, sombras, lluvia, amanecer/anochecer, niebla,...) el nivel de luz será (por supuesto) más bajo.

A medida que los niveles de luz se reducen, lo mejor que puede hacer una celda es producir proporcionalmente menos energía, pero algunas celdas son mejores para proporcionar salida a niveles bajos que otras.
El rendimiento de las células monocristalinas de silicio se reduce en proporción al nivel de luz y tienen el mejor rendimiento por hora de sol de cualquier tecnología comúnmente utilizada.

Las eficiencias varían según lo que desee gastar, pero las mejores celdas tienen una eficiencia superior al 20 % y una eficiencia del panel completo del 17 %, pero un objetivo del 15 % al 15 % total es razonable. Al 15%, 1 m^2 = 150 vatios y 1 pie^2 = unos 14 vatios. Supongamos un panel de 20 W por ahora.

Gaisma Chicago

Un panel de 20 W en diciembre da una media de 30 Wh/día y en junio - julio da 120 Wh/día. En el momento en que se almacene y luego se use para alimentar el compactador, obtendrá tal vez el 50%.

En invierno 30 Wh x 50% = 15 Wh
Suponga que el compactador usa un motor de 1/4 HP o ~= 200 Watt [Real: 1/6 HP, 130 Watt]
y que un ciclo de compactación toma 10 segundos (ambos de los cuales Creo que debería ser muy, muy adecuado para un solo contenedor de basura).
200 W x 10 s x 1/3600 s/h = 0,555 Wh/compactación - digamos 0,5 Wh.
Así que con 15 Wh disponibles obtienes 15/.5 = 30 compactaciones/día.

PERO eso es con un panel completamente iluminado que recibe el sol de invierno de Chicago cuando está disponible. Con niveles de luz reducidos obtienes menos. Pondré las compactaciones/día entre [[corchetes]] a continuación, asumiendo 30 en un buen día de invierno con el panel apuntando al sol.

Un cielo nublado brillante cuando no puedes ver la ubicación del sol pero casi te duele la vista puede acercarse a 0,5 soles (50.000 lux)[[15]]. Un buen cielo nublado brillante, el sol no es obvio y no deslumbrante puede ser el 20% de un sol = 20,000 lux [[6]]. Débilmente nublado y en valles de rascacielos con sombra profunda, etc., puede ir desde el 10% / 10,000 lux hacia abajo [[<= 3]].

Creo que los 200 vatios/10 segundos por compactación probablemente sean más altos de lo necesario. 200 W = 20 kg.metro/segundo. Digamos que 50% eléctrico a mecánico, es decir, 10 kg de fuerza en 10 metros o 100 kg en 1 metro con 10 segundos de operación. Tendría que tener un poco de basura bastante desordenada y un contenedor grande para necesitar esto, por lo que puede obtener, digamos, de 3 a 5 veces más compactaciones por día que las anteriores.
es decir, de 10 a 15 compactaciones en un día normal de invierno en un lugar bastante desfavorable.

Lo anterior se basó en un panel de 20 vatios. Cambie el tamaño según sea necesario.

Dije 50% del panel a la salida a través del almacenamiento.
La batería tiene una eficiencia de almacenamiento de corriente, digamos 85 % para ácido de plomo y
eficiencia de conversión de voltaje = Vbatería agotada / Vpanel_nominal.

• Usando una batería de plomo-ácido (la más habitual), un panel clasificado en 18 V (normalmente) ofrece una salida de la batería de ~~ 12 V, por lo que es 2/3 eficiente para arrancar y la eficiencia de carga actual de LA es buena pero no del 100%, digamos 2/ 3 x 85% =~ 57%. Agregue algunas pérdidas de cableado y conexión y tendrá ~=50% del panel para la salida.
  [Batería real: 12 voltios. Tipo no especificado pero la redacción utilizada sugiere ácido de plomo.]

Se asume una batería de ácido de plomo solo para tener una idea de las eficiencias de carga/descarga. Hay muchos otros factores en la elección de la batería, pero el más importante es el rango de temperatura de funcionamiento. En condiciones bajo cero, ninguna de las baterías "tradicionales" funciona realmente bien.
En general, si se desea el costo de vida útil más bajo más la operación en una amplia gama de temperaturas, el uso eficiente del panel fotovoltaico, entonces la tecnología de batería de elección es el fosfato de litio ferroso (LiFePO4). El único factor que puede hacer que no se elija es el costo inicial. Las densidades de energía másica y volumétrica son más bajas que las de las baterías LiIon y NimH superiores, pero esto no es importante en esta función.

Gaisma Chicago

Material relacionado:

"Supuestos"

Una pregunta de un usuario muestra un malentendido del concepto de ingeniería y la implicación de las "suposiciones".
Un estudiante de arte dijo...

Haces suposiciones innecesarias sobre el sistema...

Esto es extremadamente importante.
Una "suposición" no es una restricción per se, sino la asignación de un valor inicial a un conjunto de ecuaciones.

"Hacer una suposición" NO es establecer un valor en piedra, sino todo lo contrario: es decir "este es el valor que estamos usando, pero es posible que desee variarlo según los parámetros que se consideren importantes", etc. los valores asignados a las "suposiciones" no deben ser aleatorios, pero se espera que sean las mejores estimaciones de ingeniería disponibles basadas en datos y condiciones conocidos.

Si puede asignar un valor a algo Y si variar ese valor afectará el resultado, entonces no es "innecesario". Si omite algo que puede afectar un resultado para "hacer las cosas más simples", corre el riesgo de hacerlas, como advirtió Einstein, "más simples de lo que pueden ser". Puede ser que una variable tenga un efecto potencial pero que la solución sea lo suficientemente insensible como para dejarla como una constante o implícita en otros cálculos. Aquí se puede decidir que el volumen del contenedor no es importante NO porque no afecte el resultado final, sino porque todos los involucrados tienen una idea general del rango de tamaños que puede tomar un contenedor de basura. Mis estimaciones de potencia y energía conllevan una "suposición" implícita de que, por ejemplo, no estamos tratando con un contenedor de basura de 14 metros cúbicos.

Al identificar los factores que afectan el resultado y asignar valores explícitos, hace que su respuesta sea útilmente flexible y permite que se determinen sus limitaciones. Al dejar los posibles factores sin mencionar, los considera sin importancia. Si encuentra que ha incluido factores a los que el resultado no es sensible, simplemente se asignan como constantes.

Examinemos las "suposiciones en mi respuesta y veamos cuáles son" innecesarias ".

Depende de cuánto sol reciba,
qué tan grandes son los paneles y
qué tecnología usan y
la energía requerida para la compactación de basura.

4 puntos Todos son clave. Varíe sustancialmente cualquiera y el resultado variará en consecuencia. Próximo ...

Para un panel fotovoltaico de silicio monocristalino de 20 W y
una batería de plomo-ácido
, probablemente obtenga de 10 a 15 compactaciones por día en una mala ubicación (con sol) en Chicago en pleno invierno en un día promedio de diciembre o enero. Para todos, excepto 2,5 meses del año, obtendría 2+ x eso.
Eso suena útil.

Todo lo anterior es una declaración: se basa en los siguientes cálculos. Un panel de 20 vatios es del tipo de tamaño que se ve en las señales de tráfico y similar en el uso típico de la ciudad. El ácido de plomo es la tecnología de batería elegida para uso industrial. No es el mejor según la mayoría de las medidas, pero tiene un bajo costo de capital y algunas otras ventajas y es probable que sea lo que usan en los contenedores ahora.

La siguiente tabla es del maravilloso sitio www.gaisma.com: proporciona información sobre energía solar, insolación, viento y más de una amplia gama de sitios en todo el mundo.

La "suposición" aquí es que los datos concretos sobre la energía solar disponible serán "útiles".

Se explica el significado de la tabla de datos. El grado y el idioma están dirigidos a los usuarios típicos del sitio.

...

Supongamos un panel de 20 W por ahora
Eso se basa en un párrafo de explicación.

Un panel de 20 W en diciembre da una media de 30 Wh/día y en junio - julio da 120 Wh/día. En el momento en que se almacene y luego se use para alimentar el compactador, obtendrá tal vez el 50%.

Basado en el rendimiento conocido en el mundo real.

En invierno 30 Wh x 50% = 15 Wh Suponga que el compactador usa un motor de 1/4 HP o ~= 200 Watt y que un ciclo de compactación toma 10 segundos (los cuales creo que deberían ser muy, muy adecuados para una sola basura). compartimiento.).

Más suposiciones. Indicados para que los usuarios puedan cambiarlos. Basado en (mi) experiencia del mundo real, pero claramente establecido para que cualquiera los cambie.

200 W x 10 s x 1/3600 s/h = 0,555 Wh/compactación - digamos 0,5 Wh.
Así que con 15 Wh disponibles obtienes 15/.5 = 30 compactaciones/día.

Cálculos reales para que los usuarios puedan ver cómo se utilizan las suposiciones.

PERO eso es con un panel completamente iluminado que recibe el sol de invierno de Chicago cuando está disponible. Con niveles de luz reducidos obtienes menos. Pondré las compactaciones/día entre [[corchetes]] a continuación, asumiendo 30 en un buen día de invierno con el panel apuntando al sol.

Eso es todo basado en hechos.

Un cielo nublado brillante cuando no puedes ver la ubicación del sol pero casi te duele la vista puede acercarse a 0,5 soles (50.000 lux)[[15]]. Un buen cielo nublado brillante, el sol no es obvio y no deslumbrante puede ser el 20% de un sol = 20,000 lux [[6]]. Débilmente nublado y en valles de rascacielos con sombra profunda, etc., puede ir desde el 10% / 10,000 lux hacia abajo [[<= 3]].

Hechos de la experiencia.

Creo que los 200 vatios/10 segundos por compactación probablemente sean más altos de lo necesario. 200 W = 20 kg.metro/segundo. Digamos que 50% eléctrico a mecánico, es decir, 10 kg de fuerza en 10 metros o 100 kg en 1 metro con 10 segundos de operación. Tendrías que tener un poco de basura bastante descuidada y un contenedor grande para necesitar esto...

Modificación de supuestos. Claramente establecido. Claramente razonado.

por lo que es posible que pueda obtener, digamos, de 3 a 5 veces más compactaciones por día que las anteriores.
es decir, de 10 a 15 compactaciones en un día normal de invierno en un lugar bastante desfavorable.

Vuelva a evaluar en base a lo anterior.

Lo anterior se basó en un panel de 20 vatios. Cambie el tamaño según sea necesario.

...

Dije 50% del panel a la salida a través del almacenamiento.
La batería tiene una eficiencia de almacenamiento de corriente, digamos 85 % para ácido de plomo y
eficiencia de conversión de voltaje = Vbatería agotada / Vpanel_nominal.
* Al usar una batería de plomo-ácido (la más habitual), un panel clasificado en 18 V (normalmente) proporciona una salida de la batería de ~~ 12 V, por lo que es 2/3 eficiente para arrancar y la eficiencia de carga actual de LA es buena pero no del 00 %, digamos 2 /3 x 85% =~ 57%. Agregue algunas pérdidas de cableado y conexión y tendrá ~=50% del panel para la salida.

Cifras basadas en la experiencia.

Mmm.

Parece que estamos al final.
No veo nada que quieras arriesgarte a dejar de lado.
No veo engaños, milagros, etc.
¿Incertidumbres? Por supuesto. Pero dicho.
¿Cuántos vatios?
¿Cuánto dura un ciclo de compactación?
¿Cuántos ciclos al día? ...

Si puede ofrecer una forma constructiva de mejorar eso, me complacería verlos.

¿Por qué crees que no funcionará? La única razón plausible en la que puedo pensar es que podría haber muy poca energía para impulsar el motor en el compresor. Pero si estuviera diseñando un compactador de basura con energía solar, esto es lo que haría:

Comenzaría con un panel solar que carga una batería. Una batería de plomo-ácido común de 7 amperios por hora estaría bien. Cuando hay suficiente carga en la batería para impulsar el motor durante un "ciclo de compresión", hace exactamente eso. Si espera hasta que haya suficiente carga, puede estar seguro de que el ciclo de compresión se completará y no dejará ninguno de los mecanismos en el camino de las personas que tiran la basura.

El número de "compresiones por día" está limitado por el tamaño del panel solar y la cantidad de luz solar. En un día nublado habría menos y más en un día soleado. Por la noche puede que no haya ninguno (a menos que un software más sofisticado ahorre algo de energía para la noche). En un entorno rico en rascacielos, tardaría más en cargarse, pero lo haría.

No es necesario que haya un sensor para detectar qué tan llena está la basura o cuántas cosas se arrojaron allí. Solo haz que se comprima cuando tenga la energía para hacerlo.

Pero aquí está la cosa: en un día nublado, o de noche, es posible que el bote de basura se llene antes de que haya suficiente energía para hacer un ciclo de compresión. Pero pregunto, ¿y qué? Eventualmente se comprimirá, y eso sigue siendo mejor que no comprimir en los viejos botes de basura.

Para ello, incluso una diminuta célula solar podría eventualmente cargar la batería. Pero un panel de 15 vatios (15 vatios es aproximadamente 1 pie cuadrado de panel) debería poder obtener un ciclo de compresión cada dos horas. (Supongo). Para áreas de alto uso, podría usar un panel más grande y uno más pequeño para áreas de bajo uso.

Bien, volví de visitar mi universidad la semana pasada (IU (Bloomington, In)) y también vi el BigBelly en el centro de la ciudad, así que decidí hacer algunos deberes; entonces encontré esta publicación.

Este sistema toma la energía del sol pero la almacena en una batería (se agota de la batería solo cuando es necesario). Este producto ha estado en varias ciudades además de múltiples climas/entornos como Vail CO, Filadelfia, PA, Boston, MA, etc. Recopila energía cada vez que la luz lo golpea (como lo hacen los paneles de energía solar); recogerá energía en días nublados, lluviosos, con nieve, etc... por lo que la reposición de energía a la batería no es un problema. Mira esto de la ciudad de Filadelfia .

Además, descubrí que BigBelly puede informar los datos de recolección (decirle cuándo debe recoger basura, brindar informes de estado). Me encantaría ver los resultados, o la falta de ellos, en Chicago según lo que han informado otras ciudades y lo que he descubierto sobre Streets and Santitation según sitios web/artículos.