¿Cómo calculo la cantidad de energía solar que necesito para un sistema?

Descargo de responsabilidad: es posible que haya cometido un error en mi trabajo, en cuyo caso agradecería que alguien me corrigiera. OP: Tome lo que está debajo con una pizca de sal.

Para ser honesto, si trato de hacer un cálculo perfecto sobre lo que obtendrás y lo que no obtendré, esto será demasiado complejo para mi respuesta. En cambio, voy a hacer aproximaciones muy aproximadas .

"El sistema se ubicará cerca de Narbonne, donde la insolación varía desde 1.18 (invierno) hasta 6.44 kWh / m² / día (verano)."

Lo primero que debemos hacer es establecer la cantidad promedio de energía por día que obtendrá. Después de hacer un promedio medio de los valores en su tabla, obtuve:

44.47 / 12 = 3.706 kWh / m² / día

Su panel solar tiene las siguientes dimensiones:

160 mm x 138 mm

Ignoraremos la incertidumbre y, por lo tanto, tenemos un área de superficie (la forma estándar se convierte en metros):

160 * 10 \ $ ^ {- 3} \ $ m * 138 * 10 \ $ ^ {- 3} \ $ m = 0.02208 m²

Por lo tanto, ahora podemos ver eso por día, asumiendo que (no tengo absolutamente ninguna idea de la eficiencia de su panel solar) una eficiencia bastante optimista del 20%, obtendrá:

0.02208 * 3.706 * 0.2 = 0.0163 kWh / día

0.0163 * 1000 * 3600 = 58913 J / día

Vataje continuo posible: 58913 / (3600 * 24) = 0.6819 W

Ahora, en este punto ni siquiera hemos abordado el hecho de que en invierno se obtiene en promedio 6 veces menos energía del panel solar que en verano. Potencialmente, esto significa que tiene que almacenar una gran cantidad de energía del verano y utilizarla durante todo el invierno. Suponiendo que podría funcionar con 0.68W (incluida la eficiencia del Arduino, etc.), el principal problema que veo es que algunos días no tendrá prácticamente ningún poder. Además, es posible que deba aumentar o disminuir la energía producida por el panel solar, que, en sí mismo, incurrirá en penalizaciones por eficiencia.

Le aconsejo que totalice el consumo de energía exacto de su Arduino, luego realice pruebas reales y obtenga un consumo de energía máximo bajo carga máxima. En el momento, es posible que deba agregar más paneles solares (lo que aumenta el área) o usar energía solar junto con la red eléctrica.

Editar (Suponiendo el supuesto consumo de corriente de 50 mA a 7 V):

P = VI

7 * 50x10 \ $ ^ {- 3} \ $ = 0.35 W

Ahora, en base a esto, estará bien si almacena a la perfección cada gramo de energía que obtiene de sus paneles solares y no hay semanas en las que apenas haya energía solar disponible. Asumamos que queremos que el Arduino funcione incluso con los peores valores de insolación invernal.

Tomando tu mínimo de 1.18, rehaciendo los cálculos:

1.18 * 0.02208 * 0.2 = 0.00521 kWh / día

0.00521 * 1000 * 3600 = 18759 J / día

Vataje continuo posible: 18759 / (3600 * 24) = 0.217 W

Por lo tanto, en los meses de invierno tendrá alrededor de 0.217 W disponibles, pero la realidad podría ser peor, como sucede con todas las fuentes de energía basadas en el clima. ¿Qué significa esto? Significa que, de manera realista, para A. Accionar el Arduino y B. Tener un margen de seguridad decente, lo necesitará (asumiendo un margen de seguridad de 2X que se requiere):

0.35 W * 2 = 0.7 W

0.7 / 0.217 = 3.22

Por lo tanto, necesita aumentar el área de superficie de su matriz solar en 3,22 veces. En otras palabras, querrá cuatro paneles solares, presumiblemente conectados en paralelo (no me cite en esto: D) para alimentar su Arduino a través de grueso o delgado.

Nota final: su potenciador de potencia incurrirá en penalidades de eficiencia así como en el acto de almacenamiento de energía, por lo que tomé un margen de seguridad tan grande. Espero que esto ayude.

Lo siguiente no está completo, pero esto es lo que acabo de recordar

El voltaje / corriente típico [5.5V, 540mA o ~ 3Wp] es para condiciones estándar, que son:

• Intensidad de la luz: 1000 W / m² (!)
• temperatura: 25 ° C
• Ángulo del haz de luz: 90 °
• Light-Spectrum: AM 1.5

Puede consultar estos aquí: enlace (sección 'Módulo de rendimiento y vida útil')

Cosas para no olvidar:

• Supongamos la peor condición para la temporada (= 1.18 kWh / m² / día, invierno)
• Su peor caso (invierno) es 1.18 kWh / m² / día con aproximadamente 10 horas de sol
• Energía promedio: 0.118 kWh / m² = 118 Wh / m²; o: ~ 11.8% de energía 'típica'
• 3 W * 11.8% = 0.354 W (promedio); o 0.354 Wh cada hora durante el día en invierno (1 día: 3.54 Wh)
• Sepa que los paneles están envejeciendo: con aproximadamente el 80% de la eficiencia original, todavía debería funcionar.
• Con una eficiencia del ~ 80%, su panel le dará ~ 2.832 Wh por día de invierno
• Nota: por la noche está oscuro, su batería debería poder almacenar suficiente energía en ese período
• También: Estos son promedios. Puede haber un período más largo de días lluviosos o nublados ..
• No podrá almacenar toda la energía en su batería, incluso con suficiente capacidad.
• Eficiencia de la batería (carga / descarga): aproximadamente 80-90% para LiIon
• El almacenamiento de 2.832 Wh en la batería le da solo 2.27 Wh de descarga atrás
• ¡Esto todavía no tiene en cuenta la eficiencia del circuito de carga!
• El circuito del convertidor ascendente que lleva 3.7 V desde la batería hasta 5V: ~ 90% de eficiencia.
• 2.043 Wh por día restante ...
• Todavía no nos hemos ocupado del ángulo subóptimo de la luz ...

Ok, supongamos que tenemos 2 Wh por día (que es más alto de lo que se espera). Así es como puedes verificar si esto es suficiente:

• Comprueba el consumo de energía de tu circuito. Mídelo ..
• O: tome una batería completamente cargada de capacidad conocida, verifique cuánto dura (por ejemplo, 1 Wh de capacidad durante 20 horas)
• La batería de prueba debe tener una capacidad inferior o igual
• Ahora puede estimar cuánto tiempo sobrevivirá su circuito con 2 Wh

Puede calcular la potencia necesaria \ $ P = U * I \ $ (voltaje por corriente para DC). Haga esto con cada dispositivo que consume energía (por ejemplo, el arduino, los periféricos, etc.) y sabrá cuánta energía necesita sumándolos. Luego calcula:

• Cuánta energía puede obtener del cargador solar
• Cuánta energía puede almacenar en la batería

BTW: Tu batería solo proporciona 3.7V, pero se recomiendan 7V arduino. Por lo tanto, necesita un convertidor boost, que a su vez "consume energía" debido a la conversión con pérdida.