Arduino + Solar Charger Shield V2.2: выбор батареи и солнечных панелей

Question

Arduino + Solar Charger Shield V2.2: выбор батареи и солнечных панелей

shields battery atmega2560 solar charging

прежде всего, я хотел бы извиниться за, возможно, очень простые и глупые для вас вопросы, но я не специалист по электронике..

Я реализую свой проект с использованием Arduino Mega 2560 (мне нужно больше контактов.. это самая важная причина, по которой он определяет выбор Arduino) Я помещу свой проект во внешнюю среду без источника электричества. По этой причине моя идея состоит в том, чтобы использовать аккумулятор с солнечной панелью в качестве источника питания для зарядки аккумулятора. Я также применил некоторые маломощные методы, чтобы максимально снизить потребление энергии. Что касается подключения солнечной панели и аккумулятора, я приобрел этот Arduino Solar Shield.

Solar Charger Shield V2.2 - Seeed Wiki

И здесь я немного (сильно) смущен выбором батареи и солнечной панели (панелей), которые будут приобретены. Прежде всего, моя идея состоит в том, чтобы использовать несколько (2 или 4) солнечных панелей, чтобы использовать как можно больше солнечного света (несколько позиций), но я не могу (я не уверен) выбрать солнечную панель для покупки. Учитывая, что максимальный ток, который может быть подан солнечным экраном, составляет 700 мА, могу ли я использовать 4 солнечные панели, подобные этой https://www.seeedstudio.com/1W-Solar-Panel-80X100.html (применяя также 4 применяя 4 диода, чтобы избежать обратного тока)?

По поводу этого возможного количества или размера солнечных панелей Нужно ли мне учитывать величину тока при пиковой мощности? Например, при использовании 4 солнечных панелей с током 170 мА в качестве тока при пиковой мощности, 4 * 170 = 680, что составляет> от тока солнечного экрана. Итак, разве это неправильно? Должен ли я уменьшить количество панелей или использовать другую панель?

Что касается солнечного входного напряжения, то оно составляет 4,8 ~ 6 В. Вот технические характеристики солнечной панели:

Размеры: 100x80x2,5 (±0,2) мм Типичное напряжение: 5,5 В Типичный ток: 170 мА Напряжение разомкнутой цепи: 8,2 В Максимальное напряжение нагрузки: 6,4 В Максимальное напряжение нагрузки, напряжение разомкнутой цепи> Входное напряжение солнечной батареи. Является ли это риском? Что касается липо-аккумулятора, могу ли я использовать аккумулятор 3,7 В и как можно более высокое значение мАч (например, это https://www.amazon.it/2100mAh-Lithium-Polymer-Replacement-Bluetooth/dp/B095BTSMYH/?th=1 ?) Как насчет максимального значения тока (в данном случае 5А)? Все в порядке? На всякий случай, не могли бы вы предложить мне что-нибудь еще?

** *********** РЕДАКТИРОВАТЬ *********** **

Как и было предложено, я обновляю свой вопрос, чтобы предоставить дополнительную информацию о моем сценарии.

Мой проект будет установлен во внешней среде (с некоторой защитой от атмосферных воздействий IP67). Расположение, с точки зрения солнечного облучения, это хорошее место: https://globalsolaratlas.info/detail?m=site&c=40.283716,17.586365,9&a=18.056138,39.997805,18.056138,40.420456,18.535172,40.420456,18.535172,39.997805,18.056138,39.997805&s=40.11799,18.382874

О моем проекте:

Мне придется снимать измерения с других датчиков:
начиная с датчика влажности/температуры (DHT22) от 1 до 10/15;
начиная с 1 до 10/15 тензодатчиков (по 4 тензодатчика на каждый HX711);
Я отправлю данные с помощью нескольких передач, используя LORA Shield.

Мне не нужно извлекать результаты измерений непрерывно или за очень короткие промежутки времени.

Идея состоит в том, чтобы перевести мой Arduino в спящий режим (при низком энергопотреблении со всеми отключенными датчиками питания) и, используя модуль RTC DS3231, регулярно пробуждать его, считывать данные, отправлять их через LORA и снова засыпать.

Идея состоит в том, чтобы просыпаться каждые 15 минут. Время, которое я представляю себе в отношении измерений и отправки, займет несколько секунд (около 30 секунд, если я смогу приблизить его к 1 минуте).

И на данный момент у меня нет точных измерений используемого тока (потому что я могу подключить все здесь .. но мне нужно приобрести солнечные панели и аккумулятор, чтобы также провести настоящий тест) .. Итак, идея сейчас в том, чтобы приблизиться.. На случай, если я смогу что-нибудь подкорректировать позже.

На данный момент измерения тока у меня нет.

около 0,35 мА, когда Arduino находится в спящем режиме.

Вероятно, я смогу уменьшить его снова, потому что мне нужно удалить 2 светодиодных индикатора питания (1 на DS3231, один на LORA shield ... и, на всякий случай, также индикатор питания на ардуино).

Когда Arduino работает (в режиме реального времени), вероятно, я могу считать около 90/100 мА (вероятно, это слишком много) в течение 30 секунд).

Я не эксперт, но, используя эти значения, я рассчитал среднее значение используемого тока за 1 час:

((100 мА * 4 минуты) + (0,35 мА * 56 минут)) /60 = 7 мА/м 420 мА/ч

Мне понадобится примерно 5 В напряжения.

У меня нет никаких ограничений по размеру или пространству.

Я думаю, что 7 дней без солнечного электроснабжения или плохих условий водоснабжения может быть достаточно (на мой взгляд, это слишком много).

@Safari, 👍-1

1 ответ

Лучший ответ:

@*Nick S.* · Accepted Answer · 2022-05-08 06:30-00:00

Это вопрос, который лучше подходит для электротехники, но я могу дать вам несколько советов, как переформулировать и повторно опубликовать ваш вопрос, чтобы он был не таким широким.

Прямо сейчас у вас есть несколько неизвестных переменных, которыми нужно манипулировать, поэтому вы должны записать свои мысли по всем следующим вопросам:

Где будет размещено и/или расположено устройство? Как долго, по-вашему, он будет работать без подзарядки аккумулятора?
Каково непрерывное энергопотребление? Вы должны знать свое приблизительное постоянное потребление тока и при каком напряжении вы будете запускать Arduino и датчики, которые вы к нему подключаете
В каких условиях окружающей среды, по вашему мнению, будет работать устройство? Есть ли у вас ограничивающий фактор по размеру или пространству?
Сколько вы готовы заплатить?

Вы определенно можете использовать несколько солнечных панелей, но вам придется подключать их параллельно (чтобы они поддерживали одинаковое напряжение), и даже в этом случае подключенный экран зарядного устройства может выдерживать зарядный ток не более 900 мА. 600-700 мА - это поддерживаемая выходная мощность аккумулятора или максимальный ток, который экран может подавать в вашу систему через экран. Он может быть больше, если вы снизите напряжение в системе и останетесь в максимальных пределах экрана зарядного устройства.

Что касается вашего второго вопроса, да, ток при пиковой мощности является хорошим показателем для ваших приближений. Если вы ответите на мои вопросы, вы узнаете, сколько ваши системы потребляют за день, и выберете батарею, которая может разряжаться не более чем на X процентов в день (в зависимости от типа батареи). Ваша цель состоит в том, чтобы иметь возможность зарядить эту батарею хотя бы близко к ее полной емкости - от этого будут зависеть ваши солнечные панели или их количество, а также ваше зарядное устройство.

Что касается Лос солнечной панели - в идеале, оно должно быть меньше входного напряжения солнечной батареи. Это напряжение панели без подключенной к ней нагрузки. Конечно, у вас будет нагрузка, подключенная к солнечной панели, и, таким образом, типичное напряжение будет примерно таким, как указано, но если вы не хотите повредить зарядное устройство, вы должны убедиться, что ваш SP будет правильно загружен в большинстве условий! Будет безопаснее подключить несколько небольших SPS, чтобы получить ток, который будет поддерживать работоспособность системы и заряжать аккумулятор.

Что касается тока батареи - вы должны проверить, какой это ток. Это из-за зарядного тока? Выходной ток? Помните, что в этом случае вы ограничены зарядным устройством (мощность 3 Вт, зарядный ток 900 мА).

Надеюсь, это даст вам старт! Это хороший вопрос, но вам нужно еще немного почитать, и вы должны иметь лучшее представление о дизайне вашей системы, прежде чем мы сможем быть более полезными.

Редактировать:

Согласно обновленной информации...

Я буду использовать ваши оценки, но учтите, что для датчиков, требующих питания, вы можете добавить их и сделать свои расчеты более точными. Кроме того, хотя LoRa работает с низким энергопотреблением, она тоже будет потреблять некоторое количество энергии, и вы можете это учесть.

Давайте предположим, что ваши цифры верны и среднее потребление тока составляет в среднем ~ 420 мА / ч. Затем, если вы хотите поддерживать работоспособность системы в течение 7 дней, вам понадобится аккумулятор емкостью 420 мА/ ч * 24 часа в сутки * 7 дней -> 70 560 мАч или 70 560 Ач. При напряжении 5 вольт ваша система эффективно требует 0,420 А / ч * 5 В -> 2,1 Вт / час (привередливые единицы здесь, да?). Это означало бы ~ 353 Вт в неделю. Кроме того, 5 В означает, что вам понадобится батарея, которая может обеспечить такое напряжение - батарея с более низким напряжением не будет поддерживать вашу систему.

Следующее, что вам нужно учитывать, это тип батареи - их несколько, но я бы выбрал либо литий-ионный, либо VRLA (свинцово-кислотный с регулируемым клапаном). Существует компромисс между стоимостью - литий-ионные аккумуляторы стоят дороже, но они, как правило, лучше по большинству факторов, чем SLA (герметичные свинцово-кислотные) аккумуляторы. Немного погуглив, вы можете получить SLA / VRLA емкостью 70-100 Ач за ~ 200-300 долларов и Li-ion за ~ 400-500 долларов. Однако обратите внимание, что литий-ионные аккумуляторы можно разряжать глубже, чем VRLA-аккумуляторы - рекомендуется поддерживать заряд VRLA-аккумуляторов на уровне ~ 50%, а предпочтительно около ~ 75%, чтобы продлить срок их службы. Вы можете разряжать литий-ионные аккумуляторы до 80% или чуть больше, и это нормально, срок их службы не сокращается так сильно, как в случае SLA.

Чтобы представить это в перспективе, если у вас есть приложение, требующее ~ 8 Ач, то в идеале для VRLA вам нужно установить размер батареи таким образом, чтобы он не опускался ниже 50% для вашего наихудшего сценария применения. То есть, если вы считаете, что устройство должно работать в течение 7 дней без солнца, то вам понадобится аккумулятор емкостью 16 Ач или больше. Даже больше, если вы хотите продлить его срок службы. Для литий-ионных аккумуляторов вполне подойдет мощность чуть выше 8 Ач. Для вашего приложения это означает получение SLA-аккумулятора емкостью более 140 Ач (если только это не SLA-аккумулятор с глубоким разрядом) или литий-ионного аккумулятора емкостью около 70 Ач.

Теперь следует отметить, что большинство аккумуляторов, обеспечивающих такую емкость, обычно имеют напряжение 12 В, поэтому вам придется добавить понижающий преобразователь для преобразования напряжения 12 В в напряжение, необходимое вашему зарядному устройству (3-4,5 В). Зарядное устройство, которое вы подключили, утверждает, что оно может выдавать мощность до 3 Вт, что составляет максимум 600 мА при 5 В. Это будет поддерживать ваше приложение, поскольку ваш средний потребляемый ток составляет менее 600 мА.

Однако для зарядки необходимо иметь в виду, что ваша система в среднем потребляет 420 мА / час. Таким образом, возможности зарядки зарядного устройства на самом деле будут составлять 900 - 420 -> 480 мА / час. Это означает, что, основываясь на наихудшем случае, учитывая почасовые данные о прямом солнечном облучении по предоставленной вами ссылке, вы получите ~ 8 часов прямого солнечного света (опять же, в худшем случае!). Таким образом, вы можете заряжать 8 часов -> 480 * 8 = 3840 мАч, и вы потеряете 6720 (420 * 16) мАч. Это нехорошо, потому что вы каждый день теряете заряд аккумулятора.

Это означает 2 вещи: вы должны приобрести зарядное устройство, которое обеспечивает больший зарядный ток в пределах максимального зарядного тока от номинальной батареи, и вы должны получить достаточно панелей (или достаточно большую панель), чтобы обеспечить этот ток. Для подключенных панелей максимальный ток на панель составляет ~ 170 мА при типичном напряжении 5,5 В. Чтобы обеспечить зарядный ток ~ 900 мА, вам понадобится 5 панелей, но, как упоминалось выше, этого все равно будет недостаточно. Итак, вернемся к чертежной доске ...

Я надеюсь, этого будет достаточно, чтобы помочь вам добиться большего прогресса в вашем дизайне.