Солнечный ПК. Проект THG. Часть третья – THG.RU

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.

• “Солнечный ПК. Проект THG. Часть первая“;
• “Солнечный ПК. Проект THG. Часть вторая“.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

Семь раз отмерь…

…один отрежь…

…и просверли.

Первая версия каркаса для солнечных модулей.

Каркас с установленными солнечными панелями.

Каркас, готовый к монтажу на крышу лаборатории.

Фотогалерея: сборка каркаса солнечных панелей

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

Солнечные батареи на крыше тестовой лаборатории в Мюнхене.

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

Каждая солнечная панель даёт до 130 Вт электричества.

Спецификации солнечных модулей.

Сначала нужно провести замеры.

Затем отпилить.

Сборка каркаса солнечной панели.

Инструменты и материалы, потребовавшиеся для сборки каркаса солнечной панели.

Первая версия каркаса для солнечных модулей.

Используем обработанный брусок, чтобы подогнать второй по размеру.

Пилим.

Короткие и длинные бруски готовы.

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

Сверлим отверстия для деревянных вставок.

Снова пилим.

Ещё раз всё проверяем.

Прикручиваем элементы каркаса друг к другу.

Собираем каркас.

В руках – частично собранный каркас.

Оба конца каркаса теперь соединены.

Сборка каркаса солнечной панели продолжается.

Нужно сверлить ещё.

Перекладываем каркас.

Небольшая пауза – наслаждаемся плодами своего труда.

Нужно просверлить отверстие под углом.

Каркас с прикреплённой солнечной панелью.

Солнечная панель до монтажа.

Сопрягаем солнечную панель с каркасом.

Крепим солнечную панель к каркасу.

Крепим солнечную панель к каркасу.

Сборка готового каркаса с солнечной панелью.

Сборка готового каркаса с солнечной панелью.

Сборка готового каркаса с солнечной панелью.

Сборка готового каркаса с солнечной панелью.

Сборка готового каркаса с солнечной панелью.

Проверяем конструкцию каркаса.

Собранные панели на крыше, вид сзади.

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.

Отмеряем панели нужного размера.

Отпиливаем панели с помощью пилы Black&Decker.

Усиливаем нижнюю панель рейками.

Монтируем ролики и центральную поворотную ось.

Верхняя панель свободно вращается в любом направлении.

Собранные платформы на крыше, вид спереди.

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.

Добавляем усиливающую рейку, проходящую рядом с точкой поворота.

Фотогалерея: собираем поворотную платформу

Готовые поворотные панели, с подключённым кабелем.

Готовые поворотные панели, вид спереди.

Отмеряем панели нужного размера.

Отмеряем панели нужного размера.

Отпиливаем панели.

Панель будет располагаться сверху и поддерживать каркас солнечной панели.

Монтируем ролики и центральную поворотную ось.

Верхняя панель, готовая для установки на нижнюю.

Сверлим осевое отверстие в нижней панели.

Монтируем поворотную втулку в нижнюю панель.

Усиливаем нижнюю панель рейками.

Панели соединены вместе, верхняя панель свободно вращается.

Верхняя панель вращается относительно зафиксированной нижней.

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

Верхняя панель свободно вращается в любом направлении.

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

Выравниваем верхнюю и нижнюю панели.

Верхняя панель сопряжена с нижней, солнечный массив установлен.

Верхняя панель с каркасом.

Собранные платформы на крыше.

Собранные платформы на крыше, вид сзади.

Собранные платформы на крыше, вид спереди.

Собранные платформы на крыше, ещё один ракурс.

Собранная платформа на крыше, приближенный вид.

Откручиваем заднюю рейку каркаса солнечной панели.

Откручиваем заднюю рейку каркаса солнечной панели.

Добавляем усиливающую рейку, проходящую рядом с точкой поворота.

Прикручиваем усиливающую рейку.

Теперь усиливающая рейка добавлена к нашей платформе.

Собранные платформы, вид спереди.

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.

Обе солнечные панели связаны вместе.

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

Обе солнечные панели связаны вместе.

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

Фотогалерея: протягиваем шнуры для механизма поворота

Мы смонтировали блок на ближайшей стене.

Наш первый противовес.

Кабели протянуты от блока к ближайшей платформе.

Крепим кабели к платформе.

Обдумываем, какие материалы взять для сборки.

Собираем оснастку для блока.

Крепим блок к концу оснастки.

Добавляем к оснастке деревянные бруски.

Добавляем к оснастке деревянные бруски.

Собранная оснастка.

Блок прикреплён к перилам на крыше.

Блок прикреплён к перилам на крыше.

Во время работы на крыше у нас проснулась жажда.

Двойной медный блок, прикреплённый к каркасу солнечной батареи.

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

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

Собираем крепление для монтажа блока.

Собираем крепление для монтажа блока.

Собираем крепление для монтажа блока.

Крепление смонтировано к перилам.

Двойной медный блок установлен на крепление на перилах.

Солнечные батареи готовы к креплению шнуров.

Солнечные батареи готовы к креплению шнуров. Ещё один вид.

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

Через блок на оснастке продет шнур.

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

Так пропущен шнур на угловом блоке.

Шнур проходит с углового блока на ближайшую солнечную батарею.

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.

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

Фотогалерея: отвёртка в качестве привода

Мы начали с того, что разобрали отвёртку.

Подключаем плату контроллера к отвёртке.

Паяем плату контроллера.

Калибруем сигналы и напряжения между контроллером и отвёрткой.

Кабели, подключённые к мотору отвёртки.

Мотор возвращается в корпус отвёртки, кабели остаются подключёнными.

Вид платы контроллера сверху, с подключёнными проводами.

Мы зажали в отвёртке катушку для намотки кабеля.

Элементы корпуса отвёртки до повторной сборки.

Монтаж мотора обратно в корпус отвёртки.

Крепим отвёртку к оснастке, на которой закреплён блок.

Мотор отвёртки с проводами и шнуром.

Половина корпуса отвёртки, прикреплённая к оснастке.

Корпус отвёртки с установленным мотором.

Кабель намотан на катушку, прикреплённую к отвёртке.

Ещё один ракурс на отвёртку, прикреплённую к оснастке.

Первая тестовая конфигурация, когда мы крепили отвёртку к перилам.

Первая тестовая конфигурация, когда мы крепили отвёртку к перилам.

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.

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.

Контроллер за работой.

Список деталей и производителей

Для сборки нашей системы мы использовали множество разных компонентов.

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.

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.

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.

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.

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

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.

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 для двух солнечных панелей.

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

Распределительная коробка.

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

Подключение кабелей.

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.

Открытая распределительная коробка с подключёнными кабелями.

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 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.

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 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.

Клеммы свинцово-кислотного аккумулятора.

Распределение энергии

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

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.

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 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.

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.

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.

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.

• “Солнечный ПК. Проект THG. Часть первая“;
• “Солнечный ПК. Проект THG. Часть вторая“.