¿Cuáles son las formas de alimentar el sensor de 5V usando paneles solares?

Tengo un sensor exterior (que tendrá que funcionar en invierno en Polonia, sin embargo, generalmente tenemos una temperatura muy por encima de los -10 grados centígrados) que necesita 5V.

El sensor funciona las 24 horas del día y consume

  • unos 300 mA en funcionamiento, durante unos 10 segundos cada 5 minutos y

  • menos de 1 mA el resto del tiempo.

Quiero alimentarlo con paneles solares.

¿Qué paneles solares debo usar (qué voltaje)?

¿Necesito algún convertidor elevador DC-DC? bajar? ¿aumentar? ¿Podría nombrar algunos ejemplos? ¿Cómo buscarlos?

¿Hay circuitos integrados para ese propósito? Por ejemplo, ¿ BQ25504 sería útil aquí?

¿Qué tipo de pilas recargables debo utilizar? ¿Son las Ni-MH una buena opción?

¿Realmente necesita 5V o funcionará en un rango lipo (3~4.2)?
Desafortunadamente, el dispositivo consta de la parte del sensor que necesita 5V y la parte electrónica donde se coloca el regulador lineal 5V->3.3V. Entonces, sí, necesita 5V.
Dado que necesita 5 V, hay módulos lipo de 5 V que tienen un panel solar incorporado y entrada USB, carga lipo y aumento a 5 V en un paquete cuadrado de menos de 1". Entonces, lo que realmente necesita averiguar son los requisitos de la batería. Basado en 300mA 10 segundos, 1mA 290 segundos, eso es un consumo promedio de 11mA. Una batería de 300 mAh sería suficiente para 24 horas, suponiendo que su configuración solar pueda cargarla. También necesita agregar la corriente de los módulos de carga en ese cálculo.
Defozo: un conjunto de preguntas de importancia crucial para las que las respuestas no son claras es: "¿Cuál es el patrón de uso a largo plazo? ¿Cuál es el patrón diario del peor de los casos? ¿Cuál es el patrón semanal del peor de los casos?". Dijiste "... necesita 5 V y consume alrededor de 300 mA cuando funciona (se enciende durante 10 segundos cada 5 minutos) ... " -> :Cuando funciona" podría significar varias cosas. ¿Utiliza este 1 mA/300 mA x 10 s? / 5 minutos las 24 horas de todos los días?.¿Se detiene por ejemplo por la noche?¿Funciona así 24/7 (8765 horas/año) o?La respuesta a esas preguntas afecta mucho la solución.
Debe funcionar las 24 horas de todos los días.
@Defozo Usted dice "Debería funcionar las 24 horas de todos los días", es decir, 300 mA durante 10 segundos cada 5 minutos + 1 mA de lo contrario, 24 horas todos los días. ¿Sí? || [ = 1 mA x 24h + 299 extra en 10/300 de tiempo = 24 mAh + 239 mAh = 263 mAh/día aprox. Por ejemplo, de 250 a 300 mAh/día. BUENO: esto es lo que yo y otros asumimos a continuación.
Algunas adiciones para responder.

Respuestas (2)

Tengo un sensor exterior (que tendrá que funcionar en invierno en Polonia, sin embargo, generalmente tenemos una temperatura muy por encima de los -10 grados centígrados) que necesita 5V.

El sensor funciona las 24 horas del día y consume unos 300 mA cuando está funcionando, durante unos 10 segundos cada 5 minutos y menos de 1 mA el resto del tiempo.

Energía requerida:

Operar: 10 s en 5 minutos = 10/300 = 1/30 del ciclo de trabajo.
Dormir: 1 mA cuando no está en funcionamiento.

Puede verse como 1 mA continuo + 299 mA x 10/300 = 10,97 ~= 11 mA promedio

mAh/día = 24 horas x 11 mA = 264 mAh.
Diga 250 mAh/día para los cálculos.

Varsovia en diciembre tiene un promedio de 0,67 horas de sol al día - ¡Guau! - eso es bajo.

Debido a las pérdidas de la alineación del panel con el sol, la coincidencia del panel con la batería, la eficiencia de almacenamiento y recuperación de la batería y más, la energía solar almacenable es aproximadamente el 50% de la capacidad máxima nominal de los paneles o menos.
Para obtener 250 mAh/día, quiere decir 500 mAh + del panel fotovoltaico.

Si usa un panel de 9V con regulador lineal, esa energía es de
9V x 500 mAh = 4.5 vatios por día.

Como hay tan solo 0,67 horas de tamaño promedio del panel solar, debe ser
4,5 wh/0,67 SSH ~= 6,5 vatios.
Un panel fotovoltaico de 10 vatios puede ser "seguro".

Eso es mucho más grande de lo que muchos sentirían que era necesario. Puede que no sea.

Dije panel de 9V arriba. Tenía en mente una batería LiIon de 7.4V - 2 celdas en serie. Esto se cargará desde 9v. Puede utilizar un regulador lineal. Esto es un desperdicio de capacidad fotovoltaica, pero se implementa más fácilmente que una solución de tipo regulador de conmutación.

En condiciones de temperatura bajo cero (nieve), la eficiencia del panel fotovoltaico aumentará ligeramente por encima del valor nominal, pero todas las baterías tendrán una capacidad de producción de energía muy degradada o "simplemente no funcionarán". Se deben consultar las hojas de especificaciones del fabricante y se requiere una buena idea de las temperaturas mínimas.
Las baterías de litio son tan buenas como cualquier otra a temperaturas bajo cero. Las afirmaciones varían según el fabricante y el modelo, pero como guía, LiIon puede tener una clasificación de -10C y LiFePO4 de -20C.


La capacidad de la batería para 1 día es >= 250 mAh como se indica arriba. Algo más alto es "más sabio".

Si desea operar durante N días sin sol, necesita N x 250 mAh de batería.

http://www.gaisma.com/en/ubicación/varsovia.html


Estás diciendo alrededor del 50% de energía solar almacenable. ¿Qué significa?

La energía aparente que puede obtener de un panel fotovoltaico de una clasificación determinada y la cantidad que puede usar después de almacenarlo y recuperarlo varían en un factor de, digamos, Ks. En situaciones del mundo real, si el panel no sigue el sol (normalmente no lo hace), y si no está perfectamente limpio y sin nieve, y si el voltaje de funcionamiento óptimo del panel Vmp no es exactamente el voltaje de carga óptimo de la batería EN ABSOLUTO VECES entonces la energía disponible y la energía disponible momentáneamente variarán. Estoy diciendo que comenzar con Ks = 0.5 está en el orden de la derecha. Por ejemplo, un panel limpio de 10 vatios con una punta óptima a 25 °C a pleno sol de verano del mediodía durante una hora entregará ALREDEDOR de 5 vatios hora de energía de un sistema de batería típico, y no los 10 vatios hora que podría esperar. La coincidencia de la batería con el panel puede marcar una diferencia útil, y esto es lo que hace un controlador MPPT (seguimiento del punto de máxima potencia). MPPT es efectivamente una "caja de cambios electrónica" que encuentra el punto de operación V & I óptimo para un panel en la situación actual.

Por cierto, solo puedo encontrar celdas solares que tienen solo más de una docena % de eficiencia. ¿Dónde debo poner esa eficiencia en mis cálculos?

La salida del panel por entrada solar es lo que es relevante para usted.
Está interesado en la cantidad de energía que puede obtener en un nivel de insolación (potencia de luz) determinado. Si bien la eficiencia influye en el tamaño del panel, un panel de 10 vatios, por ejemplo, tiene la misma potencia de salida, ya sea que tenga una eficiencia del 10 % o del 20 %; el panel con una eficiencia del 10 % será aproximadamente el doble de grande, y esto es importante en algunas aplicaciones, pero no es muy importante en otras. otros.
En este caso, la eficiencia (probablemente) no es demasiado importante por derecho propio, a menos que quizás se apliquen restricciones de tamaño.

Por ejemplo, si tiene 1000 W/m^2 de insolación y un panel de 10 vatios con una eficiencia del 10 %, obtendrá 10 vatios de él. Los 10 W dependen de la eficiencia y el área, pero tampoco es necesario saberlo para calcular la salida, ya que el fabricante ha incluido esos parámetros al clasificar el panel. Un panel de 10 W con una eficiencia del 20 % podría tener la mitad del área de material activo, pero sigue siendo un panel de 10 W. Por lo tanto, la eficiencia no es necesaria en sus cálculos si utiliza las calificaciones básicas de los fabricantes. - generalmente Wmp, Vmp, Imp.
Por lo general, a una temperatura del panel de 25 ° C y AM 1.5 (una ruta óptica a la especificación del panel).


Durabilidad en uso al aire libre:

Se suponen paneles fotovoltaicos de "silicio cristalino". Ver comentarios al final.

Tenga en cuenta que si el panel estará "a la intemperie" continuamente y si desea años de servicio, hay algunos tipos de paneles que son extremadamente buenos y otros que son completamente inadecuados.

Resina epoxi encapsulada = MUY mala vida útil. Estos tienen un borde redondeado y no tienen marco. La vida al aire libre es de unos pocos años para uno "bueno" y puede ser de 6 meses en algunos casos. Adecuado (si es que) para juguetes y productos que no estén constantemente expuestos al sol.

"PET" encapsulado. Capa exterior de plástico similar a la utilizada en las botellas de refrescos. Laminado en caliente usando (generalmente) adhesivo/encapsulante "EVA". Resistirá "años de exposición". La calidad varía con el fabricante.

Lámina frontal de vidrio + encapsulante EVA. El método estándar industrial "típico" para producir paneles fotovoltaicos. Por lo general, con un marco de aluminio. Normalmente, más de 20 años de vida útil. 30+ años con cuidado. Más de 40 años con suerte y producción decreciente (tengo uno). Más pesado y más frágil. La mejor solución para uso al aire libre a largo plazo.

Otro: Hay otros tipos de "hojas frontales" y paneles que son menos probables de encontrar. El fluoroplástico (FEP, etc.) puede tener excelentes resultados. Por lo general, de proveedores especializados; no es común en el mercado minorista / de pasatiempos.

Silicio amorfo: capa oscura lisa sobre vidrio con ranuras finas entre las "células". Tecnología más antigua. Funciona bien, pero tiene pocas ventajas además de tener un bajo costo por vatio, a veces. Baja eficiencia, frágil, la producción cae con el tiempo a menos que se "motive" ocasionalmente. Es poco probable que sea una buena idea.

CIGS, CdTe, ... Menos probable en el mercado minorista. Puede ser flexible o de bajo costo. Las mejores versiones son competitivas en eficiencia con el silicio cristalino.

Hay módulos que hacen solar a lipo, lipo a 5V boost. Así que el cambio ya está manejado.
Estás diciendo alrededor del 50% de energía solar almacenable. ¿Qué significa? Por cierto, solo puedo encontrar celdas solares que tienen solo más de una docena % de eficiencia. ¿Dónde debo poner esa eficiencia en mis cálculos?

Comience con una especificación de requisitos de entrada y salida de potencia, presupuesto y complejidad para que sea más fácil elegir entre hacer o comprar.

  • Salida de 5 V y 3 V (carga principal de 5 V)
  • entrada de energía solar fotovoltaica
  • _% tolerancia
  • 300mA por 10s cada 300s o 10mA promedio.
  • 1mA corriente de reserva o 11mA tot. promedio @5V
  • equivalente a 55 mW de media. el consumo de energía
  • climática: -10'C a ?
  • prototipo de bajo presupuesto?
  • almacenamiento sostenido durante X días con bajo aporte solar para energía de almacenamiento
  • si X=3 días, requisito de almacenamiento= 792mAh
  • Considere el tiempo de carga = 10 horas

  • Considere celdas LiPo de la serie 2 (16850) con salida de 6,6 a 7,4 V y PV Voc = 9-12 V (cc abierto) con cargador LiPo (3 etapas) para cargar LiPo con salida de registro USB (5 V) que puede cargar

  • algunas opciones

    • Samsung INR18650-25R $2.43
    • Samsung INR18650-30Q 3000mAh $3.45
    • Sony US18650VTC5 2600mAh $3.58
    • Sony US18650VTC4 2100mAh $2.98
    • LG-HE2 18650 2500mAh $2.58
    • LG-MJ1 18650 3500mAh $3.72
    • LG-HE4 18650 2500mAh $2.68
    • LG-HG2 18650 3000mAh $3.63
    • Panasonic NCR18650B 3400mAh $3.05

Si reduce la capacidad a <50 % para temperatura fría y desea cargar en 4 horas, entonces cargue PV para 1000 mAh en 4 horas = 250 mA o un mínimo de 20 mAh por día en promedio

250mA*9V= 2.25W Elija 3W min. $9 en línea

por ejemplo, http://www.ebay.com/itm/9V-3W-3Watt-Mini-poly-solar-Panel-small-solar-cell-PV-module-for-DIY-solar-Kits-/251946289450

Aumente la clasificación W para reducir el tiempo de recuperación de la carga.

Opción de compra $27 CND o AUD. agregue USB o DC Jack y 3.3V LDO

http://obrazki.elektroda.pl/5925982800_1473095587.jpeg

Tony: la mayor parte es muy buena (como esperaba) y la mayoría es similar a lo que sugerí, excepto que sugerí PV-> batería directamente y batería-> carga con regulador lineal sin impulso para maximizar la eficiencia de baja potencia. || El área principal en la que diferimos es en el panel fotovoltaico. Está en Polonia, como veo que sabe. Usando Varsovia como ejemplo , la insolación típica de diciembre es de solo 0,67 horas por día. Con un panel alineado fijo, menos del 100 % de eficiencia de carga FV->batería->, un poco de margen para quitar la nieve y más energía disponible...
Gracias Russ. Luego, la capacidad fotovoltaica debe reducirse en consecuencia.
Me pregunto si la adaptación a una antena parabólica DTV de lámina reflectante, un PV pequeño solo en invierno, colocado en la posición LNA puede aumentar la eficacia del PV, a menos que sea un día nublado
... es probable que sea equivalente al 100% de la insolación por, digamos, alrededor de 0,3 horas/día. Usted sugirió 9-12 V PV y dije 9 V, así que diga 11 mA promedio x 24 horas x 9 V = ~ 2,4 vatios. Multiplique eso por mi factor derivado de la insolación de 1/0.3 da ~= 8 Watts de PV por 1 día de operación promedio. Incluso si uno considera que mi insolación efectiva promedio / día de 0.3 horas es baja. Si vive "día a día", necesita una asignación, por ejemplo, para los días de mucha nieve. | es decir, el panel fotovoltaico debe ser aparentemente ridículamente grande. Incluso 10W marginal? ...
20% de eficacia nominal de 1kW/m2 es 200W/m2 y luego se reduce por pérdida direccional en un día de invierno máximo de 8 horas y factor de pérdidas de elevación en invierno y luego pérdida de difusión climática de las nubes, la proporción de insolación de diciembre a julio es ~13% para Varsovia, 7,5 se necesita más grande en diciembre en comparación con julio.
... | Al menos la operación fotovoltaica mejora con la caída de la temperatura :-). LiFePO4 daría una mejor operación a baja temperatura.
Tengo una antena parabólica redonda de 1,8 m de diámetro destinada a reproducir energía solar este próximo verano (hemisferio sur). Tengo un plato ovalado de 600 mm de largo que estaba haciendo un servicio dual como probador solar con mylar aluminizado Y como amplificador de alcance al sitio celular ya que nuestra casa está en una sombra local de la vista celular. Coloque el teléfono en el brazo LNA. apuntar al sitio celular en el valle. Ir. Obras. | ¡PERO lo dejé allí una noche (sin teléfono) y el sol de ángulo muy bajo incineró el brazo de un sillón (en el porche trasero) y podría haber quemado la casa! Lección aprendida :-).