Ligando um computador de 30 watts no meio do deserto

Eu gostaria de alimentar uma pequena caixa de linux sem cabeça no deserto por mais de 10 horas por dia. Desenha a extremidade inferior de 30-40 watts. Eu gostaria de não usar um gerador e seguir a rota da bateria + solar. Você pode me dizer qual a melhor configuração que devo usar em termos de tamanho da bateria versus saída do painel solar?

EDIT: Adicionando informações adicionais: O deserto onde esta unidade ficará por uma semana terá cerca de 5 horas de luz solar utilizável por dia (Deserto de Black Rock, início de setembro). O computador é um serviço de traslado padrão (mini-pc) com SSD e Wi-Fi (mais detalhes nos comentários). Sei que posso ter um PC com menos de 30 watts, mas para a carga de aplicativos e usuários que espero, gostaria de manter o que tenho agora para a versão inicial (embora as sugestões de hardware sejam sempre bem-vindas).

Carregarei a bateria completamente antes da semana, o que me daria um pouco de tempo sem a instalação do painel solar / solar. Obrigado.

Atualizar! Segui alguns conselhos e tirei um NSLU2 antigo do Craigslist por US $ 45. Agora estou executando um servidor web Debian a 2,5 watts! (6,4 watts com dois discos rígidos USB e durante a transferência de arquivos.) Talvez eu consiga executar toda a instalação de uma bateria durante toda a semana sem a necessidade de cobrança.

Você deseja uma fonte de alimentação com energia solar que forneça 40 W por 10 horas todos os dias, por 400 Wh por dia. Obviamente, toda essa energia entra originalmente no sistema através do painel solar, portanto deve ser dimensionada de acordo. Digamos que as fontes de alimentação comutadas no sistema sejam 70% eficientes. Depois, há energia perdida no armazenamento e depois na recuperação da bateria. Digamos que outros 70%. Combinando esses dois, você tem cerca de 50% de eficiência, desde a saída do painel solar até a carga máxima.

Agora você sabe que o painel solar precisa produzir cerca de 800 Wh por dia. Com uma bateria muito grande, ela só precisa produzir essa média em muito tempo. Quanto menor a bateria, menor a janela de média onde o painel ainda precisa produzir essa energia. Quanto é razoável depende de fatores que você não nos contou.

Digamos que você tenha dimensionado o sistema para precisar da média de 800 Wh / dia em alguns dias. Você deixou de fora muita informação, como a latitude e, portanto, qual é a duração mínima da luz solar no inverno, qual a probabilidade de falha que você pode tolerar, qual a porcentagem mínima de sol total esperada pela sua localização em média em alguns dias, etc. Por exemplo, se você concluir o pior caso em alguns dias, poderá contar apenas com o equivalente a 1 hora de sol por dia, então o painel precisará ser capaz de produzir 800 W sob a luz do sol.

A próxima pergunta é a bateria. No exemplo anterior, parece que a bateria deve poder executar o sistema sem energia de entrada por pelo menos um dia inteiro de uso, que é de 400 Wh na carga. Digamos que metade da perda total da fonte de alimentação comutada de 70% assumida acima esteja entre a bateria e a carga, o que significa que a bateria é 84% eficiente. 400 Wh / 84% = 480 Wh, que é o que a bateria deve ser capaz de produzir sem energia de entrada e sem que seja excepcional e, portanto, prejudique significativamente a bateria.

Vamos ver como os números funcionam para uma bateria de chumbo-ácido de 12V. 48W / 12V = 4A drenam quando a carga é alimentada. Como a carga precisa operar nesse nível de energia por 10 horas, isso representa uma capacidade de 40 Ah. No entanto, isso precisa ser significativamente reduzido. Uma nova bateria de 40 Ah de ácido-chumbo pode fazer isso uma vez, talvez na temperatura certa, mas deixá-la vazia pode acabar com ela. Para o ácido-chumbo, você deseja uma bateria de "ciclo profundo", mas ainda diminui significativamente. Algo como uma bateria "marinha" de 80 Ah pode fazer isso. Outras tecnologias de bateria têm diferentes vantagens quanto à descarga, faixa de temperatura operacional, tempo de vida, ciclos de vida, custo, disponibilidade, etc., etc.

Parâmetros:

• Defina "hora do sol" como 1 hora de luz solar total (1000 W / m ^ 2) ou uma quantidade equivalente de luz em um nível menor entregue por mais de 1 hora.
  As horas de sol típicas por dia em todo o mundo no verão são de 4 a 5 horas, com menos ou muito menos no inverno.

  Um excelente recurso é www.gaisma.com, que fornece insolação detalhada (luz do sol) e assuntos relacionados para vários locais do mundo. Como Mauvis é mostrado em San Francisco, EUA, consulte http://www.gaisma.com/en/location/san-francisco-california.html

As horas médias de sol por dia, todos os meses, de janeiro a dezembro, são mostradas lá como

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

Portanto, a maior insolação é uma média de 7,7 horas de sol por dia em junho e a menor é de 1,85 horas de sol por dia em dezembro.

Para comparação, Nairobi , no Quênia, possui apenas 6,3 horas de sol por dia, em média, no máximo (em fevereiro), mas no pior caso, de 4,4 horas de sol / dia em julho. Os requisitos de painéis solares em Nairobi seriam menos da metade dos requisitos em SF.

• Um painel fotovoltaico laminado com silício moderno fornecerá cerca de 130 Watt / m ^ 2 de área.

• Se você possui um controlador de rastreamento MPPT, talvez coloque 95% disso na bateria. Sem o MPPT, você pode obter 70% a 80%, dependendo das condições. Talvez mais.
  Diga 75% para os cálculos iniciais.

• A bateria de chumbo-ácido fornecerá mais de 80% da energia armazenada nela.
  A bateria LiFePo4 fornecerá 90% + de energia armazenada nela. Ambos têm taxas de auto-descarga adequadamente baixas.

TÃO

A energia disponível em um PV (painel fotovoltaico / painel solar) economizado na bateria e depois recuperado é de cerca de:

• 130 W x 75% x 80% = ~ 80 Watts por metro quadrado em pleno sol.

Se essa capacidade da bateria for usada por mais de 10 horas, a potência suportada por metro quadrado é 80/10 = 8 Watts de carga do equipamento por metro ^ 2 do painel por hora do sol.

Se você deseja que o sistema funcione por N dias sem sol (tempestade de areia? :-)), você precisa de N metro ^ 2 de painel por 8 Watts ou pode alimentar 8 / N Watts de equipamento por metro quadrado por hora de sol.

Usando a figura de 1,85 horas de sol por dia em dezembro, você pode fornecer energia de 8W x 1,85 = ~ 15 Watts de equipamento por 10 horas, a partir de um sol médio de dias de dezembro por metro quadrado de painel.

Portanto, para executar seus 40 W de equipamento com segurança em dezembro, você precisará de 40/15 = ~ 2,66 m ^ 2 de painéis ou cerca de 2,66 x 130W = 350 Watts de painéis solares. Observe que isso fornece uma operação de um dia de 10 horas a partir de 1,85 horas de equivalente a pleno sol.

Se você quiser suportar 2 dias sem sol, precisará dobrar para 700 Watts de painel.

A bateria precisa ser dimensionada para lidar com essa quantidade de energia. O acima foi calculado em 75% da energia do painel usada para carregar a bateria, portanto a energia é

350W x 1,85hr x 75% = ~ 480 Watt-hora.
A 12V, 480/12 = 40 Amp horas de capacidade da bateria.

Uma bateria de ciclo profundo de 100 Ah pode ser suficiente.

O requisito acima será reduzido em

• Controlador MPPT - moderado

• Bateria LiFePO4 - moderada

• Verão em vez de insolação de inverno - maciço - 300% + mais sol.

• Equipamento de menor potência - potencialmente muito significativo.

FWIW: Comecei esta resposta horas atrás, mas não a terminei. Agora vejo que Olin também forneceu uma resposta demorada. Eu não teria me esforçado tanto se a resposta dele estivesse lá quando eu comecei.

Informações de Gaisma:

Burning Man está no deserto de Black Rock, em Nevada, a 120 milhas ao norte de Reno.
As seguintes informações da Reno devem ser razoavelmente aplicáveis.

Insolação = horas de sol = média de 4,95 para setembro
e 5,92 por dia em agosto.
Como a BM está no início de setembro, diga 5 horas equivalente a pleno sol por dia.
Há cerca de 2 dias úmidos por mês nessa época - espero que sejam anotados durante o BM :-).

Deixarei os leitores extrair os detalhes do maravilhoso diagrama a seguir. Posso comentar se algo não pode ser entendido (consulte também a página de ajuda do gaisma).
A linha BM estará um pouco acima da linha laranja do dia, que é para o final de setembro.
Nascer do sol por volta das 6h40 e pôr do sol por volta das 19h.
Sol ângulo ao meio-dia cerca de 50 graus acima do horizonte.
Das 9h às 15h, o sol tem um ângulo de 20 graus ou mais acima do horizonte.

O sol oscila entre 110 graus e 230 graus das 9h às 15h = +/- 60 graus O
seno de 60 graus é 0,87; portanto, os painéis apontadores na posição do sol do meio-dia perderiam cerca de 13% da energia disponível nas posições das 15h e 9h. Portanto, mover os painéis uma ou duas vezes no dia manualmente produziria ganhos modestos.

A mudança de ângulo acima do horizonte durante os períodos de pico do sol é (50-20) = 30 = +/- 15 graus; portanto, a alteração do ângulo vertical não vale a pena ao longo do dia.

Observe que o sol está na altura máxima por volta das 13h. Horário de verão. Ajustar meus comentários das 9h e 15h aos horários verdadeiros (das 10h às 16h) seria melhor centralizar os resultados no pico do meio-dia verdadeiro, mas os resultados não variarão muito.

Observe que, ao nascer e pôr do sol no dia, este gráfico foi plotado (linha laranja) e o sol nasce e se põe a cerca de +/- 90 graus do ângulo do meio-dia. Em datas anteriores, até 21 de junho, o sol se põe e se eleva progressivamente maiores distâncias de 90 graus a partir do meio-dia. Se você deseja que um painel receba toda a luz do sol, será necessário apontar "para trás" a posição normal do meio-dia. ou seja, o sol nasce e se põe "por cima do ombro" nos meses de verão.

Fonte de alimentação de 12VDC para PC

Esta pergunta relacionada aos PCs alimentados a partir de 12VDC foi feita em setembro de 2011.

O usuário comprou uma fonte de alimentação de 12V a micro-At no ebay.
Parece ser potencialmente útil em seu aplicativo e mostra o que está disponível, além de usar, de maneira útil, o nível de complexidade exigido para "rodar o seu próprio".

Comprado a partir daqui

E ficou assim:

PW-200-M PSU de fonte de alimentação mini-ITX DC / DC micro-ATX de 200W

Eles dizem:

• Ligue qualquer placa-mãe Pentium 4 com esta fonte de alimentação micro-ATX DC-DC PW-200-M 200W super pequena e sem cabos, que funciona com toda a gama de placas-mãe mini-ITX.

  Apresentando uma operação silenciosa e com baixa temperatura, esta fonte de alimentação se conecta diretamente ao conector ATX da placa-mãe, fornecendo uma solução de energia rápida, compacta e conveniente.

  Benefícios:
  A única fonte micro-ATX DC para DC sem cabo que é compatível com toda a gama de placas-mãe mini-ITX Suporta Pentium 4 e alimenta a maioria das placas-mãe de até 3,0 GHz Ligue o seu PC e periféricos a partir de uma única fonte de alimentação de 12V Ruído total operação livre de problemas Conecta-se diretamente ao conector ATX da placa-mãe Fornece até 200W a partir de uma única fonte de 12V Vida útil de 200.000 horas O tamanho compacto economiza espaço: 57 x 61mm A fonte de alimentação micro-ATX DC-DC PW-200-M 200W é nova e não utilizado.