Encendido de una bombilla de 10 vatios durante 24 horas con energía solar

Suponga que la entrada de energía a la bombilla es de 10 vatios.
Suponga por ahora una eficiencia del 100 % desde la salida de la batería hasta la entrada de la bombilla.

La eficiencia del almacenamiento de energía por parte de la batería de energía que se le suministra variará según la química de la batería y qué tan bien esté diseñado el cargador. En el mejor de los casos, con una batería de litio de algún tipo, se puede lograr una eficiencia superior al 90%. En la práctica, a menudo se logra una eficiencia más baja o mucho más baja.

La eficiencia de la energía proporcionada en los terminales de la batería en comparación con la energía que sale del panel fotovoltaico dependerá del diseño de la interfaz y también variará con el estado de carga de la batería.

La potencia de salida del panel en cualquier momento (Wp) y en comparación con la potencia máxima que el panel puede generar en condiciones ideales (Wmpp) variará con el nivel de insolación (nivel de luz solar), las condiciones del panel, las condiciones atmosféricas y más.

Entonces, en general, un panel de 100 vatios producirá 100 vatios a plena luz del sol cuando sea nuevo y producirá el equivalente a 2 o 3 horas de luz solar equivalente en la mayoría de los lugares continentales de EE. UU. en invierno y de 5 a 6 horas de luz solar total equivalente.
es decir, obtiene de 200 a 700 vatios-hora por día según la temporada.

Con el mejor equipo de interfaz (MPPT, dimensionamiento inteligente de la batería para minimizar las pérdidas resistivas, ... puede obtener más del 95 % de esta energía en los terminales de la batería y, como se indicó anteriormente, más del 90 % de esta energía se almacena realmente en la batería.

Por lo tanto, clasificación de vatios de PV x 0,95 x 0,9 x horas_equivalente_por_día = vatios-hora disponibles. decir el 85%. Usar el 80% sería más seguro y aún muy optimista en muchos casos.

Al principio supuse que la batería estaba al 100 % con la bombilla encendida.
Independientemente del tipo de carga (que generalmente es LED en este contexto), si desea un brillo constante a medida que varía la batería o una entrada constante de "bombilla", habrá algunas pérdidas de conversión. El 90% de la batería a la bombilla o al LED suele ser excelente.

Por lo tanto, los vatios-hora totales de la "clasificación de la placa de identificación" de PV a los vatios-hora de entrada de la 'bombilla' son, en el mejor de los casos, alrededor del 75%. Por lo general, menos.

Cuando el sol proporciona energía, se pueden obtener algunas ganancias haciendo funcionar la bombilla desde el panel sin almacenamiento de batería. Esta ganancia es útil, pero sigue siendo una pequeña parte de la energía total necesaria a través de la batería. Lo ignoraré a continuación y se puede tener en cuenta más adelante si es necesario.

De lo anterior:

Vatios hora disponibles = (vatios nominales del panel) x 75 % x horas de sol.
Vatios hora buscados = Load_Watts x 24.

Reorganizando lo anterior -
Panel Watts necesarios = Carga Watts x 24 / (0.75 x horas de sol)
= Load_Watts x 32 / Sunshine_Hours

Por ejemplo, 10 vatios de carga en invierno con 2 horas/día de luz solar/día (= equivalente a pleno sol).
Watts de panel necesarios = 10 x 32 / 2 = 160 Watts !!!

Carga de 10 Watios en Verano con 6 horas de sol/día.
Watts del panel necesarios = 10 x 32 / 6 = 53 Watts.

En la práctica , se necesitarán vatios más altos .

El promedio de horas de sol por día se puede encontrar en el maravilloso sitio de Gaisma aquí: este ejemplo es para Houston

La línea superior es la insolación en kWh/m^2/día = horas de sol/día = horas de pleno sol equivalente. I = enero, II = febrero etc.
2,34 horas/día en enero.
5,98 horas/día en julio
Estas son medias para muchos años y cualquier año y cualquier día del mes pueden variar mucho de esto. Ese es el clima para ti :-)

Más tarde ...

No podrá encender una bombilla durante 24 horas solo con paneles solares. Necesita algo para acumular la energía generada por el panel para que pueda usarse cuando no hay luz solar. Una batería es la solución más razonable aquí.

La energía generada por el panel solar depende de muchos factores, como su ubicación geográfica, orientación, ángulo, horas de luz solar, etc. Sin más información, sería difícil dimensionar el panel solar, pensé que puedo decirle un solar de 10 vatios. panel no será suficiente si desea hacer funcionar la bombilla de 10 vatios indefinidamente. La clasificación del panel deberá ser 3x (30W) o 4x (40W) del consumo para ser autosuficiente.

En cuanto a la batería, deberá elegir una con la capacidad y el voltaje correctos. Su voltaje será determinado por su lámpara. Por ejemplo, si tiene una lámpara de 12 V, elegirá una batería de 12 V. A continuación, deberá calcular la capacidad. Las baterías están clasificadas en A * horas. Entonces, una batería de 1 Ah puede suministrar 1 amperio durante una hora. Según su información, parece que la noche en su ubicación es de aproximadamente 12 horas. Entonces, como mínimo, la batería tendrá que sobrevivir sin carga durante 12 horas. Primero, determinamos la corriente según lo dicte la bombilla elegida (nuevamente, estoy usando 12 V de mi ejemplo, pero sustituiría su voltaje aquí):

P=V*I --> 10W/12V = .83A

Ahora que conoce su corriente, mediría la capacidad de su batería de la siguiente manera:

I*h --> .83A*12 horas = 10Ah

Por lo tanto, necesitará un mínimo de una batería de 12 V, 10 Ah para sobrevivir la noche hasta que su ciclo de carga pueda comenzar nuevamente.

No sirve cualquier tipo de batería. Necesitará una batería capaz de aceptar una carga. Ejemplos de esto serían plomo-ácido, NiMH, Li, etc. Controlar la carga también es otra preocupación.