Питание 30-ваттным компьютером посреди пустыни

Я бы хотел приводить в действие маленькую безликовую коробку linux в пустыне по 10+ часов в день. Рисует нижний предел 30-40 Вт. Я хотел бы не использовать генератор и идти по батарее + ​​солнечный маршрут. Можете ли вы сказать мне лучшую настройку, которую я должен использовать с точки зрения размера батареи по сравнению с выходом солнечной панели?

РЕДАКТИРОВАТЬ: Добавление дополнительной информации: Пустыня, где этот аппарат будет находиться в течение недели, будет иметь около 5 часов полезного солнечного света каждый день (Пустыня Блэк Рок, начало сентября). Компьютер представляет собой стандартный трансфер (мини-ПК) с SSD и Wi-Fi (подробнее в комментариях). Я знаю, что могу получить меньше, чем 30-ваттный ПК, но для ожидаемой загрузки приложения и пользователя я бы хотел придерживаться того, что у меня сейчас есть для начальной версии (хотя аппаратные предложения всегда приветствуются).

Я буду полностью заряжать аккумулятор перед недельным пребыванием, что позволило бы мне уделить немного времени без установки солнечной / солнечной панели. Спасибо.

Обновить! Я взял несколько советов ниже и получил старый NSLU2 от Craigslist за 45 долларов. Теперь я использую веб-сервер Debian мощностью 2,5 Вт! (6,4 Вт с двумя жесткими дисками USB и при передаче файлов.) Я могу работать всю установку от батареи всю неделю без необходимости зарядки.

Вам нужен источник питания от солнечной энергии, который обеспечивает 40 Вт в течение 10 часов каждый день, по 400 Вт в день. Очевидно, что вся эта мощность изначально поступает в систему через солнечную панель, поэтому она должна иметь соответствующий размер. Скажем, импульсные источники питания в системе эффективны на 70%. Затем происходит потеря энергии при хранении и последующем извлечении его из аккумулятора. Допустим, это еще 70%. Комбинируя эти два, вы получаете около 50% КПД от выхода солнечной панели до предельной нагрузки.

Теперь вы знаете, что солнечная панель должна производить около 800 Втч в день. С очень большой батареей нужно только усреднить это в течение длительного времени. Чем меньше батарея, тем меньше окно усреднения, где панель все еще должна генерировать эту мощность. Насколько разумно, зависит от факторов, которые вы нам не сказали.

Допустим, вы настроили систему так, что вам нужно среднее значение 800 Вт / ч в течение нескольких дней. Вы пропустили много информации, например, какова широта и какова минимальная длина солнечного света зимой, какую вероятность неудачи вы можете терпеть, какой минимальный процент полного солнца, который вы ожидаете, усредняется за несколько дней, и т. Д. Например, если вы решите, что в наихудшем случае за несколько дней вы можете рассчитывать только на 1 час полного солнца в день, то панель должна быть способна погасить 800 Вт при полном солнечном свете.

Следующий вопрос - батарея. Из предыдущего примера похоже, что батарея должна быть в состоянии запустить систему без какой-либо входной мощности, по крайней мере, на целый день использования, что составляет 400 Втч в нагрузке. Предположим, что половина общих потерь при переключении электропитания на 70%, предположенных выше, приходится на батарею и нагрузку, что означает, что эффективность от батареи до нагрузки составляет 84%. 400 Втч / 84% = 480 Втч - это то, что батарея должна производить без входной мощности и, при этом, она не является исключительной и, следовательно, значительно ухудшает батарею.

Давайте посмотрим, как работают цифры для свинцово-кислотной батареи 12В. 48 Вт / 12 В = 4 А, когда нагрузка включена. Поскольку нагрузка должна работать на этом уровне мощности в течение 10 часов, это составляет 40 Ач. Однако это должно быть значительно преуменьшено. Новая свинцово-кислотная батарея на 40 Ач может сделать это один раз, возможно, при правильной температуре, но если ее разряжать до полной разрядки, это приведет к ее гибели. Для свинцово-кислотных аккумуляторов требуется батарея с «глубоким циклом», но при этом она значительно ухудшается. Это может сделать что-то вроде «морской» батареи на 80 Ач. Другие аккумуляторные технологии имеют различные компромиссы с тем, насколько полно они могут быть разряжены, диапазон рабочих температур, время жизни, жизненные циклы, стоимость, доступность и т. Д., И т. Д.

Параметры:

• Определите «солнечный час» как 1 час полного солнечного света (1000 Вт / м2 ^ 2) или эквивалентное количество света на меньшем уровне, доставляемое в течение более 1 часа.
  Типичные солнечные часы в день во всем мире летом составляют от 4 до 5 часов, а зимой меньше или намного меньше.

  Превосходным ресурсом является www.gaisma.com, который предоставляет подробную инсоляцию (солнечное сияние) и связанные с этим вопросы для многих местах по всему миру. Поскольку Mauvis показан как находящийся в Сан-Франциско, США, см. Http://www.gaisma.com/en/location/san-francisco-california.html

Средние солнечные часы в день каждый месяц с января по декабрь показаны там как

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

Таким образом, самая высокая инсоляция в среднем составляет 7,7 солнечных часов в день, а самая низкая - 1,85 солнечных часов в день в декабре.

Для сравнения, в Найроби в Кении есть только 6,3 солнечных часов в день в среднем максимум (в феврале), НО наихудший случай - 4,4 солнечных часов в день в июле. Потребности в солнечных панелях в Найроби будут меньше, чем в SF.

• Современная фотоэлектрическая панель с кремнием на стекле обеспечивает площадь около 130 Вт / м2.

• Если у вас есть контроллер слежения MPPT, вы получите, возможно, 95% этого в батарею. Без MPPT вы можете получить 70% -80% в зависимости от условий. Может больше.
  Скажите 75% для первоначальных расчетов.

• Свинцово-кислотная батарея доставляет 80% + накопленной энергии.
  Батарея LiFePo4 обеспечит 90% + накопленной энергии. Оба имеют достаточно низкие показатели саморазряда.

ТАК

Энергия, доступная от фотоэлектрической панели / солнечной панели, сохраненная для батареи и затем восстановленная, составляет:

• 130 Вт х 75% х 80% = ~ 80 Вт на квадратный метр при полном освещении.

Если эта батарея будет использоваться в течение 10 часов, то поддерживаемая мощность на квадратный метр составляет 80/10 = 8 Вт нагрузки оборудования на метр ^ 2 панели на солнечный час.

Если вы хотите, чтобы система работала в течение N дней без солнца (песчаная буря? :-)), вам нужно N метров ^ 2 панели на 8 Вт или вы можете включить 8 / N Вт оборудования на квадратный метр в час солнечного света.

Используя декабрьское число солнечных часов 1,85 в день, вы можете потреблять 8 Вт x 1,85 = ~ 15 Вт оборудования в течение 10 часов от среднего числа солнечных дней в декабре на квадратный метр панели.

Таким образом, для безопасной эксплуатации оборудования мощностью 40 Вт в декабре вам потребуется 40/15 = ~ 2,66 м ^ 2 панелей или около 2,66 x 130 Вт = 350 Вт солнечных панелей. Обратите внимание, что это должно обеспечить работу в течение одного дня по 10 часов с 1,85 часов солнечного эквивалента.

Если вы хотите выдержать 2 солнечных дня, вам нужно удвоить это до 700 Вт панели.

Аккумулятор должен быть рассчитан на такое количество энергии. Выше было рассчитано на 75% энергии панели, используемой для зарядки батареи, поэтому энергия в

350 Вт х 1,85 ч х 75% = ~ 480 Ватт-часов.
При 12 В это 480/12 = 40 Ампер-часов батареи.

Батарея с глубоким циклом 100 Ач может быть достаточной.

Вышеуказанное требование будет уменьшено на

• MPPT контроллер - умеренный

• Батарея LiFePO4 - умеренная

• Лето, а не зимняя инсоляция - массивное - 300% + больше солнца.

• Оборудование с низким энергопотреблением - потенциально очень значительное.

FWIW: Я начал этот ответ несколько часов назад, но не закончил его. Теперь я вижу, что Олин также дал длинный ответ. Я не пошел бы до такой степени, если бы его ответ был там, когда я начал.

Gaisma информация:

Пылающий Человек находится в пустыне Блэк Рок в Неваде, в 120 милях к северу от Рино.
Следующая информация Reno должна быть разумно применима.

Инсоляция = солнечные часы = в среднем 4,95 для сентября
и 5,92 в день для августа.
Поскольку БМ в начале сентября, используйте, скажем, 5 часов эквивалента полного солнца в день.
В это время примерно 2 влажных дня в месяц. Надеюсь, что они очень заняты во время BM :-).

Я оставлю читателей, чтобы извлечь тонкие детали из следующей замечательной диаграммы ниже. Я могу прокомментировать, если что-то не может быть понято (также см. Страницу помощи gaisma).
Линия БМ будет чуть выше оранжевой дневной линии, которая относится к концу сентября.
Восход солнца около 6:40 утра и закат около 7 вечера.
Угол Солнца в полдень около 50 градусов над горизонтом.
С 9 утра до 3 вечера солнце под углом 20 градусов или выше над горизонтом.

Солнце колеблется от примерно 110 градусов до 230 градусов с 9:00 до 15:00 = +/- 60 градусов.
Синус 60 градусов составляет 0,87, поэтому при наведении панелей в положение полуденного солнца теряется около 13% доступной энергии в положениях 3 вечера и 9 утра. Таким образом, перемещение панелей один или два раза в день вручную дало бы скромные выгоды.

Изменение угла над горизонтом в пиковые периоды солнца составляет (50-20) = 30 = +/- 15 градусов, поэтому изменение вертикального угла не стоит в течение дня.

Обратите внимание, что солнце находится на максимальной высоте около 13:00. Летнее время. Приспособление моих комментариев в 9:00 и 15:00 к истинному времени (с 10:00 до 16:00) будет лучше центрировать результаты на истинном полуденном пике, НО результаты не будут сильно отличаться.

Обратите внимание, что на восходе и закате дня в этот график был нанесен график (оранжевая линия), когда солнце встает и садится примерно на +/- 90 градусов от угла полудня. Для более ранних датировок, начиная с 21 июня, солнце садится и поднимается все больше и больше на расстояние более 90 градусов от полудня, поэтому, если вы хотите, чтобы панель получала весь солнечный свет, она должна указывать «позади», это нормальное положение полуденного наведения. то есть солнце встает и садится «через плечо» в летние месяцы.

12 В постоянного тока для питания ПК

Этот вопрос, касающийся питания компьютеров от 12 В постоянного тока, был задан в сентябре 2011 года.

Пользователь купил 12В для микро-At питания от Ebay.
Она выглядит потенциально полезной в вашем приложении и показывает, что доступно, а также, с пользой, уровень сложности, необходимый для «раскручивания своего».

Купил отсюда

И выглядело так:

PW-200-M 200W micro-ATX DC / DC Mini ITX Блок питания

Они говорят:

• Подайте питание на любую материнскую плату Pentium 4 с помощью этого сверхмалого блока питания PW-200-M 200 Вт micro-ATX DC-DC без кабеля, который работает с полным спектром материнских плат mini-ITX.

  Обладая бесшумной работой при низкой температуре, этот блок питания подключается непосредственно к разъему ATX материнской платы, обеспечивая быстрое, компактное и удобное решение для питания.

  Преимущества:
  единственный бескабельный источник питания постоянного тока micro-ATX, совместимый с полным спектром материнских плат mini-ITX. Поддерживает Pentium 4 и поддерживает большинство материнских плат с тактовой частотой до 3,0 ГГц. Питает ваш компьютер и периферийные устройства от одного источника питания 12 В Полный шум Эксплуатация без проводов Подключение непосредственно к разъему ATX материнской платы. Обеспечивает мощность до 200 Вт от одного источника питания 12 В. Срок службы 200 000 часов. Компактный размер экономит ваше пространство: 57 x 61 мм. Блок питания PW-200-M 200 Вт micro-ATX DC-DC является совершенно новым и неиспользованными.