Alimentare un computer da 30 watt nel mezzo del deserto

Vorrei alimentare una piccola scatola Linux senza testa nel deserto per oltre 10 ore al giorno. Disegna l'estremità inferiore di 30-40 watt. Vorrei non usare un generatore e seguire la batteria + percorso solare. Puoi dirmi la migliore configurazione che dovrei usare in termini di dimensioni della batteria rispetto all'uscita del pannello solare?

EDIT: Aggiunta di ulteriori informazioni: Il deserto in cui questa unità sarà per una settimana avrà circa 5 ore di luce solare utilizzabile ogni giorno (Black Rock Desert, all'inizio di settembre). Il computer è uno shuttle standard (mini-pc) con SSD e wifi (maggiori dettagli nei commenti). So che posso ottenere un PC inferiore a 30 watt, ma per l'applicazione e il carico dell'utente mi aspetto, mi piacerebbe attenermi a quello che ho ora per la versione iniziale (anche se i suggerimenti hardware sono sempre ben accetti).

Ricaricherò completamente la batteria prima del lungo soggiorno di una settimana, il che mi concederebbe un po 'di tempo senza alcuna configurazione del pannello solare / solare. Grazie.

Aggiornare! Ho seguito alcuni consigli e ho ottenuto un vecchio NSLU2 da Craigslist per $ 45. Ora sto eseguendo un server web Debian a 2,5 watt! (6,4 watt con due dischi rigidi USB e durante il trasferimento di file.) Potrei essere in grado di eseguire l'intera configurazione da una batteria per tutta la settimana senza la necessità di una ricarica.

Desideri un alimentatore ad energia solare che fornisca 40 W per 10 ore al giorno, per 400 Wh al giorno. Ovviamente tutta questa potenza viene originariamente nel sistema tramite il pannello solare, quindi deve essere dimensionata di conseguenza. Supponiamo che gli alimentatori a commutazione nel sistema abbiano un rendimento totale del 70%. Quindi si verifica una perdita di energia durante la conservazione e il successivo recupero dalla batteria. Diciamo che è un altro 70%. Combinando questi due, hai circa il 50% di efficienza dall'uscita del pannello solare al carico massimo.

Ora sai che il pannello solare deve produrre circa 800 Wh al giorno. Con una batteria molto grande, deve solo produrre questa media per molto tempo. Più piccola è la batteria, più piccola è la finestra della media in cui il pannello deve ancora produrre questa potenza. Quanto è ragionevole dipende da fattori che non ci hai detto.

Supponiamo che tu abbia dimensionato il sistema in modo da avere bisogno della media di 800 Wh / giorno per alcuni giorni. Hai tralasciato molte informazioni, ad esempio a che latitudine si trova e quindi qual è la lunghezza minima della luce solare in inverno, quale probabilità di fallimento puoi tollerare, quale percentuale minima di sole pieno che la tua posizione prevede in media in pochi giorni, ecc. Ad esempio, se si conclude il caso peggiore in pochi giorni, si può contare solo sull'equivalente di 1 ora di sole al giorno, quindi il pannello deve essere in grado di emettere 800 W in piena luce solare.

La prossima domanda è la batteria. Dall'esempio precedente, sembra che la batteria dovrebbe essere in grado di far funzionare il sistema senza alimentazione in ingresso per almeno un giorno intero, ovvero 400 Wh nel carico. Supponiamo che metà della perdita totale dell'alimentazione di commutazione del 70% ipotizzata sopra sia tra la batteria e il carico, il che significa che dalla batteria al carico è efficiente dell'84%. 400 Wh / 84% = 480 Wh, che è ciò che la batteria deve essere in grado di produrre senza alimentazione in ingresso e senza che sia eccezionale e quindi degrada in modo significativo la batteria.

Vediamo come funzionano i numeri per una batteria al piombo-acido da 12V. 48W / 12V = scarico 4A quando il carico è alimentato. Poiché il carico deve funzionare a questo livello di potenza per 10 ore, ciò rappresenta una capacità di 40 Ah. Tuttavia, ciò deve essere notevolmente ridotto. Una nuova batteria al piombo-acido da 40 Ah può farlo una volta forse alla giusta temperatura, ma scaricarla per svuotarla la ucciderà. Per l'acido al piombo si desidera una batteria a "ciclo profondo" ma si riduce comunque in modo significativo. Qualcosa come una batteria "marina" da 80 Ah potrebbe farlo. Altre tecnologie di batterie hanno diversi compromessi con quanto possono essere completamente scaricate, intervallo di temperature di funzionamento, durata, cicli di vita, costi, disponibilità, ecc. Ecc.

parametri:

• Definire "ora solare" come 1 ora di piena luce solare (1000 W / m ^ 2) o una quantità equivalente di luce a un livello inferiore erogato in più di 1 ora.
  Le tipiche ore di sole al giorno in tutto il mondo in estate sono dalle 4 alle 5 ore con meno o molto meno in inverno.

  Una superba risorsa è www.gaisma.com che fornisce insolazione dettagliata (luce del sole) e materiale correlato per numerose località in tutto il mondo. Dato che Mauvis è mostrato a San Francisco, negli Stati Uniti, vedi http://www.gaisma.com/en/location/san-francisco-california.html

Le ore medie di sole al giorno ogni mese da gennaio a dicembre sono mostrate lì come

• 2,05 3,05 4,49 5,93 7,06 7,72
  7,50 6,69 5,38 3,85 2,50 1,85

Quindi la più alta insolazione è una media di 7,7 ore di sole al giorno a giugno e la più bassa è di 1,85 ore di sole al giorno a dicembre.

Per fare un confronto, Nairobi in Kenya ha solo 6,3 ore di sole al giorno massimo medio (a febbraio) MA un mese peggiore di 4,4 ore di sole / giorno a luglio. I requisiti dei pannelli solari a Nairobi sarebbero meno della metà di quelli a San Francisco.

• Un moderno pannello fotovoltaico in silicio su vetro laminato fornirà circa 130 Watt / m ^ 2 di area.

• Se si dispone di un controller di tracciamento MPPT, si otterrà forse il 95% di questo nella batteria. Senza MPPT potresti ottenere il 70% -80% a seconda delle condizioni. Forse di più.
  Dire 75% per i calcoli iniziali.

• La batteria al piombo acido fornirà l'80% + di energia immagazzinata al suo interno.
  La batteria LiFePo4 fornirà il 90% + di energia immagazzinata al suo interno. Entrambi hanno tassi di autoscarica adeguatamente bassi.

COSÌ

L'energia disponibile da un fotovoltaico (pannello fotovoltaico / pannello solare) risparmiata sulla batteria e poi recuperata è di circa:

• 130 W x 75% x 80% = ~ 80 Watt per metro quadrato PIENO sole.

Se questa capacità della batteria deve essere utilizzata per oltre 10 ore, la potenza supportata per metro quadrato è 80/10 = 8 Watt di carico dell'apparecchiatura per metro ^ 2 di pannello per ora solare.

Se vuoi che il sistema funzioni per N giorni senza sole (tempesta di sabbia? :-)) hai bisogno di N metro ^ 2 di pannello per 8 Watt oppure puoi alimentare 8 / N Watt di equipaggiamento per metro quadrato all'ora del sole.

Utilizzando la cifra di 1,85 ore di sole al giorno a dicembre, è possibile alimentare 8 W x 1,85 = ~ 15 Watt di attrezzatura per 10 ore da un sole di giorni di dicembre medio per metro quadrato di pannello.

Quindi, per far funzionare i tuoi 40 W di apparecchiature in sicurezza a dicembre, avrai bisogno di 40/15 = ~ 2.66 m ^ 2 di pannelli o circa 2,66 x 130 W = 350 Watt di pannelli solari. Si noti che ciò prevede un giorno di funzionamento di 10 ore a partire da 1,85 ore di equivalente pieno sole.

Se vuoi essere in grado di resistere a 2 giorni senza sole, devi raddoppiarlo a 700 Watt di pannello.

La batteria deve essere dimensionata per gestire questa quantità di energia. Quanto sopra è stato calcolato sul 75% dell'energia del pannello utilizzata per caricare la batteria, quindi l'energia è in

350 W x 1,85 ore x 75% = ~ 480 Watt-ora.
A 12V che è 480/12 = 40 Amp ore di capacità della batteria.

Una batteria a ciclo profondo da 100 Ah è sufficiente.

Il requisito di cui sopra sarà ridotto di

• Controller MPPT - moderato

• Batteria LiFePO4 - moderata

• Insolazione estiva anziché invernale - massiccia - 300% + più sole.

• Apparecchiature a bassa potenza - potenzialmente molto significative.

FWIW: Ho iniziato questa risposta ore fa ma non l'ho finita. Ora vedo che Olin ha anche fornito una risposta a lungo termine. Non sarei andato così lontano se la sua risposta fosse stata lì quando ho iniziato.

Informazioni su Gaisma:

Burning Man si trova nel deserto del Black Rock nel Nevada, a 120 miglia a nord di Reno.
Le seguenti informazioni su Reno dovrebbero essere ragionevolmente applicabili.

Insolazione = Ore di sole = 4,95 in media per settembre
e 5,92 al giorno per agosto.
Dato che BM è all'inizio di settembre, usare diciamo 5 ore equivalenti di pieno sole al giorno.
Ci sono circa 2 giorni bagnati al mese in questo periodo - spero che siano jot durante BM :-).

Lascerò i lettori per estrarre i dettagli fini dal seguente diagramma meraviglioso qui sotto. Posso commentare se qualcosa non può essere compreso (vedi anche la pagina di aiuto di gaisma).
La linea BM sarà leggermente al di sopra della linea arancione diurna che è per fine settembre.
Alba verso le 6:40 e tramonto verso le 19:00.
Angolo del sole a mezzogiorno circa 50 gradi sopra l'orizzonte.
Dalle 9:00 alle 15:00, gli angoli del sole 20 gradi o più sopra l'orizzonte.

L'oscillazione del sole da circa 110 gradi a 230 gradi dalle 9:00 alle 15:00 = +/- 60 gradi Un
seno di 60 gradi è 0,87, quindi i pannelli di puntamento nella posizione sole di mezzogiorno perderebbero circa il 13% dell'energia disponibile alle posizioni 15:00 e 9:00. Quindi spostare i pannelli una o due volte al giorno manualmente produrrebbe guadagni modesti.

La variazione dell'angolo sopra l'orizzonte durante i periodi di picco del sole è (50-20) = 30 = +/- 15 gradi, quindi la variazione verticale dell'angolo non vale la pena durante il giorno.

Si noti che il sole è alla massima altezza a circa 13:00. Ora legale. Adattare i miei commenti alle 9:00 e alle 15:00 ai tempi reali (dalle 10:00 alle 16:00) migliorerebbe meglio i risultati centrati sul picco di mezzogiorno vero, ma i risultati non varieranno molto.

Si noti che all'alba e al tramonto del giorno questo grafico è stato tracciato (linea arancione) il sole sorge e tramonta a circa +/- 90 gradi dall'angolo di mezzogiorno. Per le prime date risalenti al 21 giugno, il sole tramonta e sorge progressivamente a distanze maggiori a 90 gradi da mezzogiorno, quindi se si desidera che un pannello riceva tutta la luce solare dovrebbe puntare "dietro" la normale posizione di puntamento a mezzogiorno. cioè il sole sorge e tramonta "sopra la spalla" nei mesi estivi.

Alimentazione da 12VDC a PC

Questa domanda relativa al PC alimentato a 12VDC è stata posta nel settembre 2011.

L'utente ha acquistato un alimentatore da 12V a micro-At da ebay.
Sembra potenzialmente utile nella tua applicazione e mostra ciò che è disponibile e slo, utilmente, il livello di complessità richiesto nel "rotolare il tuo".

Acquistato da qui

E sembrava così:

Alimentatore mini ITX PW-200-M 200W micro-ATX DC / DC

Dicono:

• Alimenta qualsiasi scheda madre Pentium 4 con questo alimentatore micro-ATX DC-DC PW-200-M 200W super piccolo e senza cavi che funziona con l'intera gamma di schede madri mini-ITX.

  Dotato di funzionamento silenzioso ea basso calore, questo alimentatore si collega direttamente al connettore ATX della scheda madre fornendo una soluzione di alimentazione rapida, compatta e conveniente.

  Vantaggi:
  l'unico alimentatore micro-ATX da CC a CC senza cavi conforme alla gamma completa di schede madri mini-ITX Supporta Pentium 4 e alimenta la maggior parte delle schede madri fino a 3,0 GHz Alimenta il tuo PC e le tue periferiche da un singolo alimentatore da 12 V Rumore totale funzionamento gratuito Si collega direttamente al connettore ATX della scheda madre Fornisce fino a 200 W da una singola alimentazione da 12 V Durata della vita di 200.000 ore Le dimensioni compatte consentono di risparmiare spazio: 57 x 61 mm L'alimentatore da micro a ATX PW-200 da 200 W PW-200-M è nuovissimo e inutilizzato.