РЕКЛАМА
ПОИСК И ЦЕНЫ
Поиск по сайту THG.ru


Поиск по ценам в Price.ru




ИНФОРМАЦИЯ
ПОЛЕЗНЫЕ ССЫЛКИ
Солнечный ПК. Проект THG. Часть первая

Солнечный ПК. Проект THG. Часть вторая

Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru
bigmir)net TOP 100

СОБЕРИ САМ

Солнечный ПК. Проект THG. Часть третья
Краткое содержание статьи: Мы продолжаем цикл статей, посвящённых солнечному компьютеру, - обычному настольному ПК, чьё питание осуществляется только от солнечных батарей. В третьей части мы обсудим оборудование нашей солнечной электростанции. Мы расскажем о разработанной системе поворота панелей и накопления солнечной энергии. Наконец, вы сможете посмотреть на работу солнечного ПК в реальном времени.

Солнечный ПК. Проект THG. Часть третья


Редакция THG,  30 сентября 2007


Введение

Наши солнечные панели автоматически ориентируются по местоположению солнца и питают наш солнечный ПК. Аккумулятор сохраняет лишнюю (или неиспользуемую) энергию, чтобы обеспечить питание компьютера ночью. В третьей статье нашего цикла мы рассмотрим строение нашего солнечного массива, опишем необходимые компоненты и инструменты, рассчитаем мощность и срок службы батарей, а также обеспечим большое количество иллюстраций, чтобы вы смогли представить всё более наглядно. Общая цена системы солнечного питания и хранения энергии составила около $5 000.

Если вы не читали первые две статьи цикла, то самое время сделать это сейчас, перейдя по следующим ссылкам.

Если вы заинтересуетесь солнечной энергией, то быстро обнаружите, что системы солнечного питания для ПК или другие электрические компоненты нельзя купить в магазине по соседству. Впрочем, мы специально решили собрать наш солнечный ПК на основе обычных комплектующих для стандартного настольного ПК. Пусть даже собранный компьютер потреблял в режиме бездействия всего 61 Вт вместе с монитором.

По ходу подготовки проекта и сборки нам пришлось преодолеть немало трудностей. Но мы смогли получить вполне достойную вычислительную производительность благодаря мощному, но экономичному двуядерному процессору AMD Athlon X2 BE-2350, который мы использовали в нашей системе. Мы смогли получить очень низкий уровень энергопотребления только по той причине, что протестировали каждый компонент системы: случайный выбор пусть даже совместимых компонентов не дал бы такой же хороший результат. Инженеры в нашей лаборатории боролись за каждый ватт энергопотребления, чтобы компьютер смог работать максимально долго даже в пасмурное время.

В третьей статье нашего цикла мы пошагово покажем, как собирали солнечный массив и располагали его на крыше лаборатории в немецком Мюнхене. Мы покажем, какие компоненты мы использовали и как их собирали, шаг за шагом. Самым важным наблюдением можно считать то, что солнечные батареи должны быть собраны так, чтобы автоматически ориентироваться по солнцу и получать энергию наиболее эффективно. Поэтому мы собрали массив солнечных батарей, который не требует ручного обслуживания. Более того, мы открыли систему "живого" вещания, которая позволит посмотреть нашу систему в работе.

Солнечный компьютер THG.ru

Материнская плата и комплектующие нашего солнечного ПК, питающиеся полностью от солнечной энергии.

По мере сборки системы нам потребовались компоненты, которые обычно не встречаются в стандартных системах солнечного питания. Поскольку весь проект носил исследовательский характер и являлся экспериментом, мы решили отказаться от материалов, которые рассчитаны на продолжительную эксплуатацию систем. Это позволило нам получить большую гибкость выбора, да и снизить себестоимость проекта. Но мы использовали стандартные и хорошо документированные электрические цепи, так что вы сможете относительно легко последовать нашему примеру.

Солнечный компьютер THG.ru

Солнечные батареи на крыше тестовой лаборатории в Мюнхене.

Наш солнечный массив способен выдать, максимум, до 260 Вт энергии. Благодаря току, который генерирует солнечный свет, мы сможем запитать компьютер на весь день, а ночью энергия будет обеспечиваться аккумулятором, поскольку батареи в это время её не вырабатывают. Когда мы начали проект, то проработали немало вариантов, прежде чем нашли тот подход, о котором рассказано ниже. Нам пришлось проводить расчёты цепей питания, которые идут от солнечных батарей к аккумулятору и ПК. Основной нашей целью была и остаётся публикация результатов, которая позволила бы стимулировать использование альтернативных источников энергии в будущем.

Солнечный компьютер THG.ru

Монтаж и установка солнечных батарей на крыше начинается со сборки каркаса. Нажмите на картинку для увеличения.

Если судить по нашему форуму, энергопотребление компьютеров является одной из самых популярных тем для обсуждения. Нам удалось собрать настольный ПК, полностью питающийся от солнечной энергии, на котором можно выполнять традиционные офисные и бытовые задачи.

Поликристаллические солнечные элементы дают 260 Вт

Конечно, самым важным компонентом в нашей системе являются сами солнечные элементы. Они преобразуют энергию солнца в постоянный ток (DC).

Солнечный компьютер THG.ru

Каждая солнечная панель даёт до 130 Вт электричества. Нажмите на картинку для увеличения.

Для нашего солнечного массива мы использовали два солнечных модуля PX 130/6, каждый из которых даёт номинальную максимальную мощность 130 Вт. Мы купили модули у немецкого производителя Sunset Solar; на рынке есть схожие предложения от Kyocera и Sun Electronics. В России есть предложения от компании Solar Wind.

Поликристаллические солнечные элементы дают 260 Вт
Спецификации солнечных модулей.

Чтобы обеспечивать заявленные спецификации по выработке энергии, модули должны располагаться в месте, где уровень падающей солнечной энергии составляет не меньше 1 000 Вт/м² со спектром излучения для воздушной массы (AM) 1,5 (озоновое значение; дополнительную информацию можно получить на сайте Newport Corporation) при температуре 25? C. Выработка энергии солнечными элементами снижается при росте температуры окружающей среды.

Поскольку эффективность солнечных элементов в течение первого года эксплуатации снижается, пока не достигнет номинального максимума, мы купили солнечные батареи, мощность которых примерно на 10% больше, чем нам требовалось. Поэтому батареи выдавали "лишнюю" мощность. Мы построили систему питания на двух солнечных модулях, которые в яркий солнечный день предоставляли в наше распоряжение мощность больше 260 Вт. Для поликристаллических кремниевых солнечных элементов, которые мы использовали, КПД преобразования в электричество обычно составляет около десяти процентов.

Со временем положение солнца в небе меняется. В Мюнхене, как, впрочем, и везде, солнце восходит с востока, находится на юге в полдень и заходит на западе. Поскольку мы желали получить как можно больше солнечной энергии, то расположили солнечные батареи с максимальной эффективностью, чтобы в течение дня они могли автоматически ориентироваться по солнцу. Так как наклон наших панелей нельзя было сделать полностью оптимальным из-за технических проблем, мы смогли получать только 80% от теоретического максимума нашего солнечного массива. Понятно, что и это значение эффективности меняется, поскольку в реальности нет ситуаций, приближающихся к теоретическому идеалу.

В ясный солнечный день, когда на небе не было ни облачка, а солнце стояло с 8 до 18 часов, мы смогли, теоретически, накопить до 2,6 кВт-ч энергии. Если день был не ясным, погода менялась, то сбор энергии получался где-то на 1-2 кВт-ч меньше упомянутого уровня.

Крепим солнечные модули

Поскольку наш солнечный массив собран в исследовательских целях, мы решили не следовать принятой в индустрии практике, когда солнечные модули крепятся в алюминиевые рамки. Мы использовали обычные пиломатериалы, которые можно купить в ближайшем хозяйственном магазине. Это не только облегчило сборку, но и позволило менять конфигурацию при необходимости.

Нажмите на картинку, чтобы получить полноразмерную версию.

Солнечный компьютер THG.ru

Семь раз отмерь...

Солнечный компьютер THG.ru

...один отрежь...

Солнечный компьютер THG.ru

...и просверли.

Солнечный компьютер THG.ru

Первая версия каркаса для солнечных модулей.

Солнечный компьютер THG.ru

Каркас с установленными солнечными панелями.

Солнечный компьютер THG.ru

Каркас, готовый к монтажу на крышу лаборатории.

Фотогалерея: сборка каркаса солнечных панелей

Солнечный компьютер THG.ru

Материнская плата и комплектующие нашего солнечного ПК, питающиеся полностью от солнечной энергии.

Солнечный компьютер THG.ru

Солнечные батареи на крыше тестовой лаборатории в Мюнхене.

Солнечный компьютер THG.ru

Монтаж и установка солнечных батарей на крыше начинается со сборки каркаса.

Солнечный компьютер THG.ru

Каждая солнечная панель даёт до 130 Вт электричества.


Фотогалерея: сборка каркаса солнечных панелей
Спецификации солнечных модулей.

Солнечный компьютер THG.ru

Сначала нужно провести замеры.

Солнечный компьютер THG.ru

Затем отпилить.

Солнечный компьютер THG.ru

Сборка каркаса солнечной панели.

Солнечный компьютер THG.ru

Инструменты и материалы, потребовавшиеся для сборки каркаса солнечной панели.

Солнечный компьютер THG.ru

Первая версия каркаса для солнечных модулей.

Солнечный компьютер THG.ru

Используем обработанный брусок, чтобы подогнать второй по размеру.

Солнечный компьютер THG.ru

Пилим.

Солнечный компьютер THG.ru

Короткие и длинные бруски готовы.

Солнечный компьютер THG.ru

На заднем плане видны бруски каркаса, готовые для сборки. Собранная панель находится на переднем плане.

Солнечный компьютер THG.ru

Сверлим отверстия для деревянных вставок.

Солнечный компьютер THG.ru

Снова пилим.

Солнечный компьютер THG.ru

Ещё раз всё проверяем.

Солнечный компьютер THG.ru

Прикручиваем элементы каркаса друг к другу.

Солнечный компьютер THG.ru

Собираем каркас.

Солнечный компьютер THG.ru

В руках - частично собранный каркас.

Солнечный компьютер THG.ru

Оба конца каркаса теперь соединены.

Солнечный компьютер THG.ru

Сборка каркаса солнечной панели продолжается.

Солнечный компьютер THG.ru

Нужно сверлить ещё.

Солнечный компьютер THG.ru

Перекладываем каркас.

Солнечный компьютер THG.ru

Небольшая пауза - наслаждаемся плодами своего труда.

Солнечный компьютер THG.ru

Нужно просверлить отверстие под углом.

Солнечный компьютер THG.ru

Каркас с прикреплённой солнечной панелью.

Солнечный компьютер THG.ru

Солнечная панель до монтажа.

Солнечный компьютер THG.ru

Сопрягаем солнечную панель с каркасом.

Солнечный компьютер THG.ru

Крепим солнечную панель к каркасу.

Солнечный компьютер THG.ru

Крепим солнечную панель к каркасу.

Солнечный компьютер THG.ru

Сборка готового каркаса с солнечной панелью.

Солнечный компьютер THG.ru

Сборка готового каркаса с солнечной панелью.

Солнечный компьютер THG.ru

Сборка готового каркаса с солнечной панелью.

Солнечный компьютер THG.ru

Сборка готового каркаса с солнечной панелью.

Солнечный компьютер THG.ru

Сборка готового каркаса с солнечной панелью.

Солнечный компьютер THG.ru

Проверяем конструкцию каркаса.

Солнечный компьютер THG.ru

Собранные панели на крыше, вид сзади.

Солнечный компьютер THG.ru

Собранные панели на крыше, вид спереди.

Поворот панелей вслед за солнцем

После того, как мы закончили с каркасом для солнечных панелей и разместили их на крыше, мы решили добавить систему автоматического позиционирования, которая бы ориентировала панели по направлению к солнцу. Для этого мы изготовили для каждого каркаса прочную платформу из ориентированной стружечной плиты (OSB, Oriented Strand Board), специального материала, устойчивого к осадкам и напоминающего клеёную фанеру. Каркас солнечной панели крепился к платформе, которая поворачивалась вокруг своей оси на четырёх роликах относительно второй платформы, устанавливающейся на крышу.

Нажмите на картинку для получения полноразмерной версии.

Солнечный компьютер THG.ru

Отмеряем панели нужного размера.

Солнечный компьютер THG.ru

Отпиливаем панели с помощью пилы Black&Decker.

Солнечный компьютер THG.ru

Усиливаем нижнюю панель рейками.

Солнечный компьютер THG.ru

Монтируем ролики и центральную поворотную ось.

Солнечный компьютер THG.ru

Верхняя панель свободно вращается в любом направлении.

Солнечный компьютер THG.ru

Собранные платформы на крыше, вид спереди.

Солнечный компьютер THG.ru

Собранная платформа на крыше, приближенный вид.

После нескольких дней использования мы обнаружили, что платформа проседает в центре из-за веса каркаса с солнечной панелью, да и под влиянием влажности. Мы решили добавить рейки для усиления платформы.

Солнечный компьютер THG.ru

Добавляем усиливающую рейку, проходящую рядом с точкой поворота.

Фотогалерея: собираем поворотную платформу

Солнечный компьютер THG.ru

Готовые поворотные панели, с подключённым кабелем.

Солнечный компьютер THG.ru

Готовые поворотные панели, вид спереди.

Солнечный компьютер THG.ru

Отмеряем панели нужного размера.

Солнечный компьютер THG.ru

Отмеряем панели нужного размера.

Солнечный компьютер THG.ru

Отпиливаем панели.

Солнечный компьютер THG.ru

Панель будет располагаться сверху и поддерживать каркас солнечной панели.

Солнечный компьютер THG.ru

Монтируем ролики и центральную поворотную ось.

Солнечный компьютер THG.ru

Верхняя панель, готовая для установки на нижнюю.

Солнечный компьютер THG.ru

Сверлим осевое отверстие в нижней панели.

Солнечный компьютер THG.ru

Монтируем поворотную втулку в нижнюю панель.

Солнечный компьютер THG.ru

Усиливаем нижнюю панель рейками.

Солнечный компьютер THG.ru

Панели соединены вместе, верхняя панель свободно вращается.

Солнечный компьютер THG.ru

Верхняя панель вращается относительно зафиксированной нижней.

Солнечный компьютер THG.ru

Ширина у верхней панели такая же, но она чуть короче, чем нижняя.

Солнечный компьютер THG.ru

Верхняя панель свободно вращается в любом направлении.

Солнечный компьютер THG.ru

Готовимся монтировать солнечный массив на поворотную платформу (к верхней панели крепится каркас, ось и ролики должны быть правильно сопряжены).

Солнечный компьютер THG.ru

Выравниваем верхнюю и нижнюю панели.

Солнечный компьютер THG.ru

Верхняя панель сопряжена с нижней, солнечный массив установлен.

Солнечный компьютер THG.ru

Верхняя панель с каркасом.

Солнечный компьютер THG.ru

Собранные платформы на крыше.

Солнечный компьютер THG.ru

Собранные платформы на крыше, вид сзади.

Солнечный компьютер THG.ru

Собранные платформы на крыше, вид спереди.

Солнечный компьютер THG.ru

Собранные платформы на крыше, ещё один ракурс.

Солнечный компьютер THG.ru

Собранная платформа на крыше, приближенный вид.

Солнечный компьютер THG.ru

Откручиваем заднюю рейку каркаса солнечной панели.

Солнечный компьютер THG.ru

Откручиваем заднюю рейку каркаса солнечной панели.

Солнечный компьютер THG.ru

Добавляем усиливающую рейку, проходящую рядом с точкой поворота.

Солнечный компьютер THG.ru

Прикручиваем усиливающую рейку.

Солнечный компьютер THG.ru

Теперь усиливающая рейка добавлена к нашей платформе.

Солнечный компьютер THG.ru

Собранные платформы, вид спереди.

Солнечный компьютер THG.ru

Собранные платформы, ещё один вид спереди.

Механика поворотного механизма

Чтобы автоматически поворачивать солнечные панели вслед за перемещением солнца по небосклону, мы решили использовать набор канатов, блоки и противовес. В наших первых тестах мы быстро обнаружили, что для поворота платформы требуется большая сила, чем мы могли обеспечить. Мы собрали конструкцию, которая будет поворачивать платформы вокруг центральной оси.

Наша конструкция позволила менять ориентацию обеих солнечных панелей вокруг своих осей. В качестве противовеса мы использовали крупный гравий, которым покрыта крыша.

Механика поворотного механизма
Обе солнечные панели связаны вместе.


Механика поворотного механизма

Принцип прокладки шнуров был прост: мы связали обе солнечные панели с помощью шнура, чтобы они поворачивались вместе. К одному из блоков подсоединялся противовес.

Механика поворотного механизма
Обе солнечные панели связаны вместе.


Механика поворотного механизма
Мы использовали противовес на три килограмма (здесь показан менее тяжёлый).

Фотогалерея: протягиваем шнуры для механизма поворота

Солнечный компьютер THG.ru

Мы смонтировали блок на ближайшей стене.

Солнечный компьютер THG.ru

Наш первый противовес.

Солнечный компьютер THG.ru

Кабели протянуты от блока к ближайшей платформе.

Солнечный компьютер THG.ru

Крепим кабели к платформе.

Солнечный компьютер THG.ru

Обдумываем, какие материалы взять для сборки.

Солнечный компьютер THG.ru

Собираем оснастку для блока.

Солнечный компьютер THG.ru

Крепим блок к концу оснастки.

Солнечный компьютер THG.ru

Добавляем к оснастке деревянные бруски.

Солнечный компьютер THG.ru

Добавляем к оснастке деревянные бруски.

Солнечный компьютер THG.ru

Собранная оснастка.

Солнечный компьютер THG.ru

Блок прикреплён к перилам на крыше.

Солнечный компьютер THG.ru

Блок прикреплён к перилам на крыше.

Солнечный компьютер THG.ru

Во время работы на крыше у нас проснулась жажда.

Солнечный компьютер THG.ru

Двойной медный блок, прикреплённый к каркасу солнечной батареи.

Солнечный компьютер THG.ru

Двойной медный блок, прикреплённый к перилам с помощью полипропиленового шнура.

Солнечный компьютер THG.ru

Шнур пропущен через двойной медный блок, который прикреплён к каркасу солнечной батареи.

Солнечный компьютер THG.ru

Собираем крепление для монтажа блока.

Солнечный компьютер THG.ru

Собираем крепление для монтажа блока.

Солнечный компьютер THG.ru

Собираем крепление для монтажа блока.

Солнечный компьютер THG.ru

Крепление смонтировано к перилам.

Солнечный компьютер THG.ru

Двойной медный блок установлен на крепление на перилах.

Солнечный компьютер THG.ru

Солнечные батареи готовы к креплению шнуров.

Солнечный компьютер THG.ru

Солнечные батареи готовы к креплению шнуров. Ещё один вид.

Солнечный компьютер THG.ru

Мы начали прокладку шнуров. Для финальной версии мы выбрали синий шнур.

Солнечный компьютер THG.ru

Через блок на оснастке продет шнур.

Солнечный компьютер THG.ru

Шнуры проходят с углового блока (слева) и с блока, расположенного на креплениях на перилах (справа).

Солнечный компьютер THG.ru

Так пропущен шнур на угловом блоке.

Солнечный компьютер THG.ru

Шнур проходит с углового блока на ближайшую солнечную батарею.

Солнечный компьютер THG.ru

Шнуры проходят с правого блока, расположенного на креплении на перилах, к ближайшей солнечной батарее.

Привод поворотного механизма

Мы решили в качестве привода шнура использовать обычную отвёртку, работающую на батарейках (а в нашем случае от солнечной энергии), которая будет наматывать шнур или разматывать его.

Привод поворотного механизма
Отвёртка позволяет легко наматывать кабель, а противовес обеспечивает обратное разматывание при вращении в другую сторону.

Фотогалерея: отвёртка в качестве привода

Солнечный компьютер THG.ru

Мы начали с того, что разобрали отвёртку.

Солнечный компьютер THG.ru

Подключаем плату контроллера к отвёртке.

Солнечный компьютер THG.ru

Паяем плату контроллера.

Солнечный компьютер THG.ru

Калибруем сигналы и напряжения между контроллером и отвёрткой.

Солнечный компьютер THG.ru

Кабели, подключённые к мотору отвёртки.

Солнечный компьютер THG.ru

Мотор возвращается в корпус отвёртки, кабели остаются подключёнными.

Солнечный компьютер THG.ru

Вид платы контроллера сверху, с подключёнными проводами.

Солнечный компьютер THG.ru

Мы зажали в отвёртке катушку для намотки кабеля.

Солнечный компьютер THG.ru

Элементы корпуса отвёртки до повторной сборки.

Солнечный компьютер THG.ru

Монтаж мотора обратно в корпус отвёртки.

Солнечный компьютер THG.ru

Крепим отвёртку к оснастке, на которой закреплён блок.

Солнечный компьютер THG.ru

Мотор отвёртки с проводами и шнуром.

Солнечный компьютер THG.ru

Половина корпуса отвёртки, прикреплённая к оснастке.

Солнечный компьютер THG.ru

Корпус отвёртки с установленным мотором.

Солнечный компьютер THG.ru

Кабель намотан на катушку, прикреплённую к отвёртке.

Солнечный компьютер THG.ru

Ещё один ракурс на отвёртку, прикреплённую к оснастке.

Солнечный компьютер THG.ru

Первая тестовая конфигурация, когда мы крепили отвёртку к перилам.

Солнечный компьютер THG.ru

Первая тестовая конфигурация, когда мы крепили отвёртку к перилам.

Солнечный компьютер THG.ru

Первая тестовая конфигурация, когда мы крепили отвёртку к перилам.

Мотор наматывает кабель, в результате чего он проходит через блок и меняет угол солнечных батарей. Противовес обеспечивает движение в другом направлении, когда мотор вращается в обратную сторону и разматывает кабель. Принцип прост, но эффективен. И всего несколько ватт дополнительных расходов в день к нашему бюджету.

Фотогалерея: отвёртка в качестве привода
Плата контроллера для отвёртки.

Чтобы компьютер смог управлять отвёрткой, мы использовали 8-канальный контроллер, который подключается к ПК через параллельный порт. Требуемые углы и данные времени были занесены в компьютер, а за работу отвечала небольшая программа в фоне. Ночью, когда солнечные батареи не производят энергию, они переводятся в стартовое положение для следующего дня.

Фотогалерея: отвёртка в качестве привода
Контроллер за работой.

Список деталей и производителей

Для сборки нашей системы мы использовали множество разных компонентов.

Список деталей и производителей
Все эти компоненты использовались для сборки нашей системы солнечного питания.

Мы хотим выразить благодарность за помощь Wagner & Co Solartechnik в реализации нашего проекта. Эта компания производит большое число разных компонентов, которые мы тоже упомянем.

В отличие от ПК, где комплектующие можно покупать по отдельности, после чего их можно вполне безопасно подключать друг к другу, собрать солнечную электростанцию несколько сложнее. Начнём с того, что нам пришлось сделать множество расчётов, которые помогли определиться с правильными типами и мощностью аккумулятора, кабелей питания и стабилизаторов напряжения.

Необходимо добавить в схему и элементы защиты - те же предохранители, чтобы изменения в системе выработки энергии не приводили к появлению скачков питания, которые могут повредить электрические компоненты.

Список деталей и производителей
Для защиты мы использовали стандартные автомобильные предохранители на 25 А.

Кабели питания: потери всего 2,6%

Две наших солнечных панели дают номинальную максимальную мощность 260 Вт с напряжением около 16 В. Расстояние между солнечными панелями на крыше и настольным ПК составляет около 12 метров. Поскольку нам требовались отдельные кабели для положительного и отрицательного контактов, то общая длина увеличивается до 24 метров. При такой длине важную роль начинает играть электрическое сопротивление кабелей. Оно должно быть минимальным, чтобы при передаче энергии её терялось как можно меньше. Именно поэтому мы взяли мощный кабель с поперечным сечением 16 мм², что примерно соответствует пятому калибру AWG. Для сравнения, обычный электрический кабель, который протягивается по квартире, относится к 16 калибру и имеет площадь сечения всего 1,31 мм2.

Кабели питания: потери всего 2,6%
Наш мощный кабель в 12 раз толще, чем обычный электрический.

Некоторые читатели наверняка заметят, что мы выбрали кабель с зелёной и жёлтой расцветками. Подобная схема кодирования обычно используется для защитного заземления. Обычные кабели постоянного тока солнечного питания используют синий цвет для обозначения отрицательного контакта и красный - положительного. Мы взяли зелёно-жёлтый кабель по причине его большей эффективности передачи тока, чем у других кабелей. Конструкция кабеля не отличается, независимо от расцветки.

Кабели питания: потери всего 2,6%
Прокладываем мощный кабель питания.

Если бы мы взяли для нашего проекта обычный кабель питания с сечением 1,3-1,5 мм², который используется для обычной электрической проводки в вашей квартире, то потери энергии на одном только кабеле составили бы 22,3%. В нашем случае это потеря 58 Вт.

Кабели питания: потери всего 2,6%
Слева кабель питания с сечением 2,5 мм², который обычно используется для солнечного питания. Справа - наш кабель с сечением 16 мм2.

Производители оборудования для выработки солнечной энергии обычно не допускают потери выше 3% от кабелей питания. Благодаря существенному увеличению сечения до 16 мм² мы смогли снизить потери до 2,6%, что соответствует 6,8 Вт для тока, который проходит по кабелям.

Распределительная коробка

Солнечный компьютер THG.ru

Нажмите на картинку для увеличения.

Чтобы свести потери энергии в схемах со скромными 16 В к минимуму, требуются мощные кабели с большим поперечным сечением (не следует путать данное значение с максимальным током, который может безопасно проходить через кабель). По нашим расчётам, для наших расстояний потери становятся терпимыми только при поперечном сечении 16 мм² или выше. Но мы не можем подключать 16-мм кабель напрямую к солнечным батареям, поскольку он слишком толстый. Именно поэтому мы использовали для солнечных батарей кабель с сечением 4 мм2, который вместе с ними и поставлялся. Но мы постарались сделать эту часть кабеля максимально короткой и установили рядом с солнечными батареями распределительную коробку, от которой до компьютера шёл уже 16-мм кабель.

Распределительная коробка
Кабель питания сечением 4 мм², поставляющийся с солнечными панелями.

Наш 4-мм кабель был лишь чуть длиннее полутора метров. Поскольку мы использовали две солнечные панели в нашем дизайне, то каждая из них давала половину общей мощности. При максимальной нагрузке мы теряли 1,93 Вт. На последующем сегменте кабеля около 12 метров мы теряли 6,81 Вт. В итоге общие потери составили 8,74 Вт, что составляет 3,9% от общей мощности.

Распределительная коробка
Распределительная коробка для двух солнечных панелей.

Распределительная коробка служила для подключения кабелей солнечных панелей к 16-мм кабелям.

Распределительная коробка
Распределительная коробка.


Распределительная коробка
В распределительной коробке используются диоды, защищающие схемы от ошибочного подключения полярности.


Распределительная коробка
Подключение кабелей.


Распределительная коробка
Эта распределительная коробка поддерживает кабели с сечением до 32 мм².

После подсоединения кабелей и закручивания винтов распределительная коробка становится защищённой от попадания влаги. Мы подключили обе солнечные панели, каждая с двумя 4-мм кабелями, к двум 16-мм кабелям в коробке.

Распределительная коробка
Открытая распределительная коробка с подключёнными кабелями.


Распределительная коробка
Расположение распределительной коробки между двумя солнечными батареями.

Наш зелёно-жёлтый кабель сечением 16 мм² (код H07V-K) не предназначен для наружного использования. Собственно, он будет использоваться только на время нашего эксперимента. Причина выбора кабеля понятна: он существенно дешевле, чем стандартный наружный кабель с сечением 16 мм2, который обычно используется для заземления. Для нашей конфигурации, собранной в исследовательских целях, подобный подход работает нормально. Если же вы хотите сделать постоянную установку для выработки энергии, то используйте соответствующий наружный кабель с защитным кожухом. При работе с постоянным током (DC) мы рекомендуем придерживаться обозначения синим цветом отрицательного контакта, а красным - положительного.

Контроллер аккумулятора: запасает энергию

Чтобы наш компьютер и монитор всегда имели достаточную энергию, необходимо использовать контроллер аккумулятора (charge controller). Это устройство направляет лишнюю энергию, которая компьютеру не требуется, на зарядку аккумулятора. Последний будет питать компьютер, если энергии солнечного света окажется недостаточно. Например, в плохую погоду или ночью, когда энергия вообще не вырабатывается.

Контроллер аккумулятора: запасает энергию
Контроллер аккумулятора Morningstar ProStar-15.

Мы использовали контроллер ProStar-15, который приобрели у немецкой компании Wagner Solar. Как можно понять по названию, контроллер может заряжать аккумулятор с максимальным током 15 ампер. Это даёт примерно 190 Вт. Поскольку наши солнечные генераторы способны выдать, максимум, 260 Вт, то остаётся около 70 Вт. В режиме бездействия наш солнечный ПК потребляет около 61 Вт, в результате чего контроллера на 15 А будет как раз достаточно для наших нужд. Энергия, выдаваемая контроллером, направляется, в первую очередь, на работу ПК.

Контроллер может отображать напряжение аккумулятора, ток, идущий от солнечных батарей, или ток, потребляемый компьютером.

Контроллер аккумулятора: запасает энергию
На иллюстрации представлены значения напряжения аккумулятора (вверху), тока солнечных батарей (в середине) и тока нагрузки (внизу).

Контроллер получает энергию от аккумулятора, поскольку иначе он не работал бы в темноте (и не мог бы переключаться с разрядки на зарядку аккумулятора). Поскольку на управление тоже требуются затраты энергии, то задняя часть контроллера содержит радиатор, выделяющий накапливающееся тепло.

Аккумулятор на 1,5 кВт-ч

В непогоду, когда солнечные батареи дают небольшое количество энергии, и ночью, когда энергия вообще не производится, наш солнечный ПК тоже должен работать. Для этого нам потребуется аккумулятор, который будет заряжаться днём. В нашей конфигурации мы взяли свинцово-кислотную батарею, весящую около 32 кг.

Аккумулятор на 1,5 кВт-ч
Аккумулятор Sonnenschein, изготовленный Exide Technologies.

В оптимальных условиях наша солнечная электростанция даёт до 260 Вт энергии. В режиме бездействия солнечный ПК потребляет 61 Вт, что оставляет примерно 200 Вт на заряд аккумулятора. Заполненный под завязку свинцово-кислотный аккумулятор обладает ёмкостью 130 А-ч. При 12 В это даёт 1 560 Вт-ч. То есть при полной зарядке аккумулятор может, без поступления энергии от солнечных панелей, питать ПК на протяжении около 23 часов. Но это возможно только при оптимальных условиях, которые практически никогда не встречаются.

Аккумулятор на 1,5 кВт-ч
Клеммы свинцово-кислотного аккумулятора.

Распределение энергии

Чтобы вы могли ясно понимать, куда и сколько расходуется энергии в нашей конфигурации, мы приводим следующую диаграмму компонентов.

Солнечный компьютер THG.ru

Нажмите на картинку для увеличения.

Накопление энергии для 24-часовой работы

Сколько энергии должна получать солнечная электростанция днём, чтобы компьютер проработал 24 часа в сутки?

Свинцово-кислотный аккумулятор работает с КПД около 80%, то есть 20% накопленной энергии теряется.

Couldn't find /usr/www/users/russian/howto/solar_pc_iii/images/solar-pc-charge-usage.png for processing

Накопление энергии: 10 часов в день

Мы насчитали, в среднем, 10 солнечных часов в день. В это время компьютер не потребляет энергию аккумулятора, так что мы можем забыть о 20% потере энергии. Это объясняет, почему мы указали энергопотребление 610 Вт-ч на графике выше (10 часов x 61 Вт = 610 Вт-ч).

Работа ночью: 14 часов

Другие 14 часов в сутки солнечные батареи не вырабатывают энергии, поэтому придётся довольствоваться запасом энергии у аккумулятора. Это означает разряд на 855 Вт-ч (14 часов x 61 Вт = 854 Вт-ч, округлённо до 855).

Поскольку мы должны учесть и 20% потерю энергии аккумулятора, то нам потребуется получить 1 030 Вт-ч (855 Вт-ч + 20% = 1 026 Вт-ч).

Добавьте к дневному потреблению энергии и ночное, и мы приходим к ежесуточному бюджету энергии 1 636 Вт-ч (610 Вт-ч днём + 1 026 Вт-ч ночью = 1 636 Вт-ч в сумме).

Работа ночью: 14 часов
Работа аккумулятора в нашей тестовой системе.

Чтобы компьютер смог работать и ночью, две наших солнечных панели должны вместе выдать в среднем 163 Вт днём. Если мы не сможем получить такое значение, то компьютер выключится ночью, когда ему не хватит энергии.

Каждая солнечная батарея производит 130 Вт энергии при оптимальных условиях. Поэтому наши батареи должны работать со значением не меньше 62,9% от этого и не меньше 10 часов в день.

Бюджет аккумулятора: 1 592 Вт-ч

Поскольку солнечные батареи днём регулярно демонстрируют падение мощности из-за облаков или дождя, то аккумулятор работает и в качестве буфера, обеспечивая при необходимости резервное питание.

Если солнечные батареи будут работать на 100% своих возможностей 10 часов в день, то есть облаков не будет вообще, мы сможем собрать дополнительно 1 990 Вт-ч в такой день, если учесть энергопотребление ПК (10 часов x (260 Вт - 61 Вт для ПК) = 1 990 Вт-ч) для дальнейшего хранения.

Если учесть 20% потерю энергии на аккумуляторе, то мы получаем полезную ёмкость 1 592 Вт-ч. Это означает, что наш аккумулятор, чья ёмкость составляет 1 560 Вт-ч, хорошо подходит для сбора энергии без её потери.

Но, конечно, это всё общие цифры, которые не учитывают потерь энергии на других компонентах.

Бюджет аккумулятора: 1 592 Вт-ч
Предохранитель на батарее защищает компоненты от короткого замыкания.

Поскольку свинцово-кислотный аккумулятор с подобной мощностью может выдавать большие пики мощности, мы защитили подключённые устройства предохранителями.

Бюджет аккумулятора: 1 592 Вт-ч
Этот компьютер не работает от электрической розетки: только от солнечной энергии.

Список покупок: компоненты и цены

Наш солнечный ПК был, в первую очередь, исследовательским проектом, поэтому мы не ставили расходы на первое место. Это привело к не слишком долгому поиску при выборе солнечных панелей, кабелей, устройств и других компонентов. Впрочем, мы всё же пытались сохранять при возможности разумный уровень цен. Так что для интересующихся читателей мы приводим список цен.

Сами по себе затраты на солнечную электростанцию и накопление энергии составили $2 685. Добавьте к этому чуть больше $1 000 за компьютер, питаемый от солнца, включая монитор, и общие затраты составят $3 796, или $3 800, если округлить. Прямое копирование нашего проекта возможно только при условии, что вы найдёте те же самые компоненты, которые использовали мы. Цены, вполне понятно, различаются у разных моделей и типов комплектующих. Наш бюджет включил и измерительные приборы, чтобы проверять напряжение и ток при сборке проекта.

Компонент Цена Примечания
Солнечная электростанция
Солнечные панели $1 200 Можно заменить панелями Kyocera KC130TM 130W/12V
Кабель 16 мм² $ 220
Кабель 4 мм² $ 25
Кабель 2,5 мм² $ 25
Аккумулятор $ 470 http://www.ecovantageenergy.com
Кабели для аккумулятора $ 20 Включая клеммы
Контроллер аккумулятора $ 150 http://solarhome.org/
Распределительная коробка $ 150
Древесные материалы $ 85
Шнур $ 50
Отвёртка $ 35 Модель Black&Decker, работающая от батареек
8-канальный контроллер $ 50
Набор мелочей $ 60 Винты, листы металла и т.д.
Поворотная ось и ролики $ 30
Смазочный материал $ 5
Листы OSB $ 50
Побочные материалы $ 50
Оргстекло $ 10
Солнечный ПК
Блок питания $ 90
CPU $ 85
Материнская плата $ 95
Память $ 215
Жёсткий диск $ 56
DVD-плеер $ 45
Монитор $ 400
Клавиатура и мышь $ 35
Итого $ 3,800

В представленном списке под побочными материалами следует понимать припой, шайбы, разные электрические компоненты, провода, и т.д. Для работы над проектом мы использовали различные инструменты, включая дрель и сверлильный станок, электрические отвёртки (для закрутки винтов, а не только для перемещения шнура солнечных панелей), пилы и разные другие подручные инструменты. Собственно, если вы хотите создать подобный проект, то без хорошо оборудованной мастерской не обойтись.

Заключение: смотрим на результаты "живого" теста

18 сентября мы запустили "живой" тест, который завершает серию наших статей. С помощью оборудования нашей лаборатории вы можете посмотреть на работу солнечного ПК 24 часа в сутки.

Перейти на страницу "живого" теста солнечного ПК.

После завершения "живого" теста мы сделаем ещё одну статью по итогам. Мы поделимся нашими наблюдениями по поводу того, всегда ли достаточно солнечной энергии для работы ПК, на какую энергию можно рассчитывать при разной погоде и т.д.

Если вы не читали первые две статьи цикла, то рекомендуем это сделать по ссылкам, приведённым ниже.




Свежие статьи
RSS
Черная пятница началась: Windows 10 Pro от $14, Office – от $26! Лучшая оперативная память: текущий анализ рынка Лучшие внешние и портативные накопители: текущий анализ рынка Лучшие игровые ноутбуки: текущий анализ рынка Главные новости за неделю
Самая черная пятница с SuperCDK Лучшая оперативная память Лучшие внешние и портативные накопители: текущий анализ рынка Лучшие игровые ноутбуки Главные новости за неделю
РЕКЛАМА
РЕКОМЕНДУЕМ ПРОЧЕСТЬ!

История мейнфреймов: от Harvard Mark I до System z10 EC
Верите вы или нет, но были времена, когда компьютеры занимали целые комнаты. Сегодня вы работаете за небольшим персональным компьютером, но когда-то о таком можно было только мечтать. Предлагаем окунуться в историю и познакомиться с самыми знаковыми мейнфреймами за последние десятилетия.

Пятнадцать процессоров Intel x86, вошедших в историю
Компания Intel выпустила за годы существования немало процессоров x86, начиная с эпохи расцвета ПК, но не все из них оставили незабываемый след в истории. В нашей первой статье цикла мы рассмотрим пятнадцать наиболее любопытных и памятных процессоров Intel, от 8086 до Core 2 Duo.

ССЫЛКИ