Skocz do zawartości
gdn

Zasilanie solarne NodeMCU

Pomocna odpowiedź

Zrobiłem prosty IoT: NodeMCU + BMP280, pracujący 2s, dwa razy w ciągu minuty, a w pozostałym czasie deepsleep, czyli średnie obciążenie powinno być mniejsze niż 20mA. Na razie zasilam to powerbankiem, ale wolałbym coś bardziej niezależnego, np. panel słoneczny.

Znalazłem w sieci projekt stacji pogodowej z wemos, baterią słoneczną, 1 akumulatorem i do tego modułem TP4056: https://www.instructables.com/id/Solar-Powered-WiFi-Weather-Station/ (załączam obrazek). Jest bardzo prosty, bez dodatkowych stepup-ów, czy też rezystorów do regulacji prądu ładowania. Chciałem się upewnić, czy na pewno ta konfiguracja działa poprawnie? Czyli, czy w słoneczne dni panel solarny ładuje akumulator, a w pozostałym czasie kontroler ma zasilanie z akumulatora?

Wcześniej przejrzałem b. pobieżnie wątki z forum i wynika z nich, że raczej takie urządzenie powinno być bardziej skomplikowane.

F7LCJXJJ20PCE1T.LARGE.jpg

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Urządzenia nie powinny być bardziej skomplikowane niż to czego wymaga spełnianie założeń konstrukcyjnych. Generalnie w zasilaniu słonecznym zależy nam na maksymalizacji sprawności przetwarzania energii od samego wejścia do wyjścia bo energia słoneczna jest.. droga. Z drugiej strony takie jednostkowe układziki jak Twój mogą trochę odpuścić, bo jeśli nawet gdzieś tam marnujesz zbyt wiele, to najwyżej weźmiesz trochę większy/droższy panel i całość się zepnie (a przynajmniej własne zadowolenie będzie zachowane). W długiej serii produkcyjnej to nie przejdzie, bo czasem te kilka zł czy dolarów za lepszy panel czy elektronikę stanowi o być albo nie być projektu.

Masz więc jakiś panel, ładowarkę, akumulator i odbiornik. Możesz zacząć od ogólnego bilansu energii:

W Polsce zwykle przyjmuje się współczynnik 900 a Twoje ogniwo dające 5.5V/120mA ma moc szczytową ok. 0.6W. W ciągu roku dostaniesz z niego zatem ok. 590Wh. Odbiornik potrzebuje 20mA (tutaj nie można posługiwać się prądami tylko mocami) na napięciu akumulatora. Stabilizator jest tam liniowy więc żadnej zmiany prądu nie będzie i zysku z wyższego napięcia też nie. Zakładając średnie napięcie akumulatora 3.7V mamy 74mWh w ciągu godziny i prawie 650Wh w ciągu roku. Nawet gdybyś zrobił idealny transfer energii z panelu do procka, to i tak nie starczy 😟 A przecież dodatkowo:

a. Ładowarka jest liniowa więc najgorszy możliwy przypadek dla panelu.

b. Moc panelu może być przeszacowana, bo to jednak chińszczyzna jest. Co więcej, nie wiemy czy te 5.5V/120mA to punkt mocy maksymalnej czy po prostu parametry maksymalne mierzone osobno, a to nie to samo.

c. Nie uwzględniliśmy wahań nasłonecznienia między zimą a latem. Bilans został policzony tak, jakby przez cały rok było trak samo a przecież zimą "dziury" w bezpośrednim oświetleniu mogą być dłuższe, nawet wielodniowe. Mały akumulator może nie zapewnić ciągłości pracy urządzenia w takich warunkach. Wielkość 14500 to jednak tylko jakieś 800mAh a to starczy może na  jedną dobę pracy urządzenia bo musisz  mieć na wejściu zasilania min. 3.5V a to nie jest wyładowanie do końca.

Moje wnioski:

a. Większy czyli mocniejszy panel albo dwa takie równolegle. Ta dioda na wejściu jest oczywiście bez sensu, wywal ją.

b. Ładowarka lepiej wykorzystująca cechy paneli słonecznych, ale to tylko wtedy gdy wielkość baterii słonecznej będzie "na styk". Zawsze można "z ciekawości" zbudować coś fajniejszego (MPPT?) np. na SPV1040.

c. Moim zdaniem dopiero dwa równoległe 18650 mające w sumie ponad 5Ah dawałyby komfort i pozwalały przetrwać ponad tydzień bez słońca.

d. Koniecznie poczytaj o cechach baterii słonecznych, bo nie są podobne ani do baterii chemicznych, ani do typowych zasilaczy ani do akumulatorów.

  • Lubię! 2

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Odnośnie poboru prądu, to moja kalkulacja była taka:

1. maksymalny pobór prądu (wg https://sklep.techdesign.pl/modul-wifi-esp8266-nodemcu-v3) = 210 mA, jeśli będzie kontroler będzie uruchomiony przez 4 s / minutę , a w pozostałym będzie spał (zużycie energii o rząd wielkości mniejsze), czyli będzie pracował przez 1/15 czasu, tak więc średni pobór prądu wyniesie 210 / 15 = 14 mA (wcześniej zaokrągliłem to do 20 mA). Ale rozumiem, że jest to zużycie prądu o napięciu 5 V (z microUSB), w takim razie średnia moc wyniesie 70 mW, czyli w ciągu doby będzie to 1680 mWh.

2. założyłem, że z baterii słonecznej z instructable uzyskam maksymalnie 120 mA * 5,5 V = 660 mW;

3. by bilans energetyczny wyszedł na zero, potrzebne są zatem 3 h naświetlenia;

4. zamiast akumulatora 14500, chciałem użyć wersji 18650, którego pojemność wynosi zazwyczaj 3000 mAh, co przy o napięciu 3,3 V da pojemność 10 Wh;

5. tak więc, rezerwa energii z akumulatora powinna wystarczyć na ponad 5 dni bez słońca.

Ale może coś źle kalkuluję i zrobiłem jakiś błąd. Na pewno nie uwzględniłem strat na ładowaniu, przeszacowałem realną pojemność akumulatora, a sprzedawca przeszacował wydajność ogniw słonecznych, a ja nasłonecznienie w Polsce (hinduski autor ma pewnie w Indiach dużo więcej słońca), więc jednak poszukam panelu o większej mocy. Rozumiem, że po zastosowanie większego panelu (a tym samym napięciu) dalej będę mógł korzystać z tego samego schematu? No i czy zmiana akumulatora z 14500 na 18650 jest istotna z tego punktu widzenia?

Ewentualnie mogę rzadziej odczytywać temperaturę (niż raz na 30 s), albo robić to tym rzadziej im mniej energii zostało w akumulatorze, ale na razie to dla mnie wyższa szkoła jazdy.

Stacja pogodowa ma monitorować temperaturę w tunelu foliowym i będzie działała tylko od kwietnia do października, wydaje mi się, że rzadko wiosną i latem jest 5 dni pod rząd bez słońca. No i nie jest to system mission critical - jak przestanie działać, to trudno - ale najlepiej, by po pojawieniu się słońca wstał samodzielnie, bez potrzeby ręcznego restartu 🙂.

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Współczynnik 900 o którym wspomniałem uwzględnia średnie roczne nasłonecznienie w Polsce. Średnie, a więc jeśli już tu bilans się nie zapina, to na pewno będą dziury w działaniu. Dodatkowo różnice między latem z zimą (średnio w miesiącu) są praktycznie dwukrotne więc zimą będzie jeszcze gorzej niż to wynika ze średniej rocznej. A gdy przechodzimy do pojedynczych dni to wiadomo, bez śledzenia pozycji Słońca sensowną moc dostajesz tylko przez kilka godzin bezchmurnego dnia i w tym czasie musisz doładować akumulator żeby starczył przynajmniej na najbliższy wieczór, noc i poranek.

1 godzinę temu, gdn napisał:

potrzebne są zatem 3 h naświetlenia

Tak by było gdybyś miał wysokosprawne przetwornice impulsowe pracujące w trybie MPPT i Słońce w zenicie przez kilka godzin. Wtedy moc wejściowa z panelu wpływałaby w 90% do akumulatora. W Twoim układzie masz taniutką ładowarkę liniową, gdzie 120mA zamienia się na 120mA a cały naddatek napięcia idzie w ciepło. Tak więc z czysto teoretycznie dostępnych 660mW korzystasz średnio jedynie z 3.7V*120mA = 440mW. Musisz rozumieć cechy układów które stosujesz, nic za darmo: naprawdę będzie dobrze, jeśli ta bateria naładuje 800mAh ogniwo w 2-3 słoneczne dni bez uwzględniania jednoczesnej pracy systemu i jego poboru mocy.

BTW: Napisałem "tutaj nie można posługiwać się prądami tylko mocami" i musisz to robić konsekwentnie. W przypadku gdy wstawiasz sprawne układy DCDC dopasowane (pod względem idei korzystania a nie tylko co do prądu i napięcia) do paneli słonecznych, możesz liczyć na 90% sprawności. Jeżeli stosujesz rozwiązania "budżetowe" to musisz tym bardziej uwzględnić ich marną sprawność (i straty mocy) we wszystkich obliczeniach.

  • Lubię! 2

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Dzięki za uwagi. Spróbuję kupić nieco większy panel, a jak nie da rady, to będę stopniowo zmniejszał próbkowanie - ostatecznie, to odczyt temperatury nawet raz na godzinę powinien być wystarczający, czyli mogę zejść z pobieraną mocą ze 100 razy 🙂.

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Dołącz do dyskusji, napisz odpowiedź!

Jeśli masz już konto to zaloguj się teraz, aby opublikować wiadomość jako Ty. Możesz też napisać teraz i zarejestrować się później.
Uwaga: wgrywanie zdjęć i załączników dostępne jest po zalogowaniu!

Gość
Dołącz do dyskusji! Kliknij i zacznij pisać...

×   Wklejony jako tekst z formatowaniem.   Przywróć formatowanie

  Dozwolonych jest tylko 75 emoji.

×   Twój link będzie automatycznie osadzony.   Wyświetlać jako link

×   Twoja poprzednia zawartość została przywrócona.   Wyczyść edytor

×   Nie możesz wkleić zdjęć bezpośrednio. Prześlij lub wstaw obrazy z adresu URL.


×
×
  • Utwórz nowe...