Nguồn điện mặt trời cho trạm thời tiết và hệ thống IoT: tấm pin, ắc quy, PWM, MPPT và thời gian dự phòng

Các trạm thời tiết ngoài trời chạy bằng năng lượng mặt trời và hệ thống giám sát IoT có thể. Đừng chỉ nhìn vào “có bao nhiêu cảm biến” hoặc áp dụng trực tiếp một sự kết hợp cố định. Giải pháp đáng tin cậy nên bắt đầu từ mức tiêu thụ điện năng của toàn bộ máy và xác định số ngày mưa liên tiếp cho tấm pin mặt trời, pin, bộ điều khiển sạc và hỗ trợ mong muốn, có tính đến ánh nắng mặt trời, nhiệt độ, tần suất liên lạc và sau bảo trì tại địa phương.

Một hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời thường bao gồm những gì?

Hệ thống giám sát ngoài lưới thường bao gồm các tấm pin mặt trời, bộ điều khiển sạc, pin sạc và các thiết bị bảo vệ và phân phối điện cần thiết. Các tấm pin mặt trời tạo ra điện vào ban ngày, bộ điều khiển quản lý việc sạc và xả, còn pin cung cấp điện vào ban đêm và khi trời mưa. Công suất hệ thống phải được đảo ngược theo mức tiêu thụ điện năng của tải và độ bền mục tiêu, không chỉ bởi số lượng cảm biến.

Bước 1: Tính lượng điện toàn hệ thống tiêu thụ mỗi ngày

Liệt kê tất cả các tải như cảm biến, bộ thu thập dữ liệu, mô-đun 4G/ Wi-Fi, màn hình, rơle, bộ sưởi, v.v. và phân biệt giữa mức tiêu thụ điện liên tục và gián đoạn. Mức tiêu thụ điện năng trung bình của mô-đun 4G có thể không cao nhưng sẽ đạt đỉnh khi gửi dữ liệu; làm nóng máy đo mưa, camera hoặc màn hình lớn có thể làm tăng đáng kể mức tiêu thụ điện năng của hệ thống.

Nhu cầu năng lượng hàng ngày có thể được ước tính là “công suất trung bình x 24 giờ”. Ví dụ, mức tiêu thụ điện năng trung bình của toàn bộ máy là 2,5W và tiêu thụ khoảng 60Wh mỗi ngày. Nếu công việc gián đoạn được sử dụng để thu thập và tải lên, thì công việc này cũng phải được tính toán theo chu kỳ làm việc thực tế của từng thiết bị, thay vì chỉ cộng tất cả công suất định mức.

Bước 2: Chọn loại tấm pin mặt trời nào

Các tấm quang điện phổ biến bao gồm silicon đơn tinh thể, silicon đa tinh thể và màng mỏng. Các tấm silicon đơn tinh thể thường phổ biến hơn vì chúng có hiệu suất chuyển đổi cao hơn trên một đơn vị diện tích đối với các thiết bị có diện tích lắp đặt hạn chế như trạm thời tiết, trạm giám sát đất nông nghiệp và trạm thủy văn. Các tấm pin mặt trời silicon đơn tinh thể NiuBoL được sử dụng trong nhiều chương trình giám sát ngoài trời khác nhau và được cấu hình với công suất 60W, 100W hoặc cao hơn tùy thuộc vào mức tiêu thụ điện năng.

Sức mạnh của bảng có thể'không chỉ là “nhiều hơn tải một chút.” Các tấm pin mặt trời phải chịu tải trong ngày trong thời gian nắng hạn chế, đồng thời bổ sung lượng điện tiêu thụ vào ban đêm và trong thời gian mưa. Bụi, nhiệt độ, góc lắp đặt, thay đổi theo mùa và tổn thất do lão hóa cũng cần được tính đến khi lựa chọn kiểu máy.

Bước 3: Cách chọn loại pin và dung lượng

Bộ lưu trữ năng lượng phổ biến để giám sát ngoài trời bao gồm pin lithium như lithium iron phosphate, pin lithium có thể sạc lại khác và pin axit chì dạng keo/VRLA. Pin lithium thường có trọng lượng thấp hơn, độ sâu xả có thể sử dụng cao hơn và tuổi thọ tốt hơn; Pin axit chì hoặc keo keo đã trưởng thành về chi phí và nguồn cung, nhưng có trọng lượng lớn hơn, cho phép xem xét riêng độ sâu phóng điện và hiệu suất ở nhiệt độ thấp.

Dung lượng pin có thể được ước tính theo "mức tiêu thụ điện năng hàng ngày × số ngày mục tiêu không có nắng", sau đó chuyển đổi thành Ah theo điện áp hệ thống, chừa chỗ cho độ sâu phóng điện, nhiệt độ thấp, lão hóa và tổn thất chuyển đổi. Ví dụ, hệ thống tiêu thụ 60Wh mỗi ngày, hy vọng hỗ trợ được 5 ngày không có ánh nắng mặt trời, nhu cầu lưu trữ năng lượng theo lý thuyết là khoảng 300Wh; được chuyển đổi thành khoảng 25Ah theo hệ thống 12V, việc lựa chọn thực tế thường cần tăng biên độ công suất.

Bước 4: Sự khác biệt giữa bộ điều khiểnPWM và MPPT là gì

Bộ điều khiển PLC có cấu trúc đơn giản và chi phí thấp, phù hợp với các tình huống có nguồn điện thấp, điện áp hoạt động của tấm pin mặt trời và hệ thống pin phù hợp. Bộ điều khiển MPPT tự động tìm điểm công suất tối đa của tấm pin mặt trời và chuyển đổi điện áp phía bảng cao hơn thành dòng sạc pin hiệu quả hơn, thuận lợi hơn khi ánh sáng thay đổi lớn, biên điện áp phía bảng cao, dung lượng hệ thống lớn hoặc việc sử dụng sạc quan trọng hơn.

Cấu hình giám sát sử dụng năng lượng mặt trời NiuBoL có thể sử dụng bộ điều khiển PWM hoặc MPPT. Nhiều hệ thống trạm quan trắc môi trường và thời tiết tự động sử dụng MPPT với pin lithium có thể sạc lại; lựa chọn cụ thể vẫn phải phù hợp với bảng điều khiển năng lượng mặt trời, điện áp pin và mức tiêu thụ điện năng của tải.

Bước 5: Tính toán công suất tấm pin mặt trời theo ánh nắng mặt trời địa phương

Giả sử hệ thống tiêu thụ 60Wh mỗi ngày và chỉ có 3 giờ nắng cao điểm tương đương mỗi ngày vào mùa nghèo ở địa phương, công suất bảng lý thuyết là khoảng 60 ữ 3 0,75 ≈ 27W nếu ước tính dựa trên hiệu suất sạc toàn diện là 75%. Công việc thực tế còn để lại lề cho việc sạc phục hồi, bụi, định hướng và mùa sau những cơn mưa liên tục nên thường không được cấu hình ở mức tối thiểu theo lý thuyết.

Nên hiểu cấu hình phổ biến của NiuBoL như thế nào?

Bạn có thể thấy các tấm pin mặt trời 60W + pin 30Ah, 100W + 40/60Ah và các tổ hợp công suất và công suất lớn hơn trong hệ thống giám sát môi trường và thời tiết thực tế NiuBoL. 60W + 30Ah là một trong những cấu hình trạm thời tiết công suất thấp phổ biến; các trường hợp trạm thời tiết mô-đun gần đây trên trang web chính thức sử dụng bảng 60W, bộ điều khiển và pin lithium 30Ah. Các cấu hình lớn hơn như 200W/120Ah phù hợp với tải cao hơn hoặc các mục tiêu có độ bền lâu hơn khi không có nắng.

Những kết hợp này chỉ có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo kỹ thuật. Điều thực sự ảnh hưởng đến độ bền là mức tiêu thụ điện năng trung bình của toàn bộ máy, tần suất tải lên dữ liệu, nguồn năng lượng mặt trời cục bộ, nhiệt độ pin và mức độ lão hóa. Đối với cùng một mức 60W/30Ah, thời lượng pin thực tế có thể khác biệt đáng kể trong hệ thống tải lên một lần trong một giờ và kết nối liên tục trong 1 phút.

Tại sao tấm pin mặt trời do 18V đôi khi chỉ đo được 6–7V

"18V "thường cho biết điện áp hoạt động định mức hoặc mức phù hợp của hệ thống trong các điều kiện thử nghiệm cụ thể và không có nghĩa là đầu ra ổn định ở mức 18,00 V bất kỳ lúc nào. Thời tiết nhiều mây, tắc nghẽn, điểm đo sai, điều kiện tải, tiếp xúc kém hoặc cách hoạt động của bộ điều khiển có thể làm thay đổi số chỉ của đồng hồ vạn năng.

Q1: Tấm pin mặt trời 60W với pin 30Ah có thể hoạt động được bao nhiêu ngày?

A1: Không có câu trả lời cố định cho việc dỡ hàng. Một số trạm thời tiết công suất thấp NiuBoL thường được cấu hình ở mức 60W/30Ah và thời gian mưa thực tế phụ thuộc vào mức tiêu thụ điện năng tổng thể, tần suất tải lên, nhiệt độ, trạng thái pin và ánh nắng mặt trời cục bộ.

Q2: Tấm pin mặt trời lớn hơn có tốt hơn không?

A2: Không. Công suất tăng sẽ làm tăng khả năng sạc nhưng cũng làm tăng chi phí, trọng lượng, tải trọng gió và các yêu cầu về kết cấu lắp đặt, đồng thời phải phù hợp với pin, bộ điều khiển và tải thực tế.

Q3: Khi nào nên chọn MPPT?

A3: MPPT thường phù hợp hơn khi công suất hệ thống lớn, ánh nắng mặt trời thay đổi đáng kể, điện áp bo mạch cao hơn hệ thống pin hoặc khi bạn muốn cải thiện việc sử dụng năng lượng trong điều kiện hạn chế ánh nắng mặt trời.

Q4: Làm thế nào để lựa chọn giữa pin lithium và pin axit chì/keo?

A4: Đối với Nguồn điện mặt trời cho trạm thời tiết và hệ thống IoT, nên so sánh trọng lượng, vòng đời, độ sâu xả có sẵn, hiệu suất đông lạnh, hạn chế vận chuyển, điều kiện bảo trì và chi phí. Không có loại pin nào phù hợp cho tất cả các dự án ngoài trời.

Q5: Máy đo mưa nóng vẫn có thể sử dụng năng lượng mặt trời nhỏ thông thường chứ?

A5: Đối với Nguồn điện mặt trời cho trạm thời tiết và hệ thống IoT, cần phải tính toán lại. Mức tiêu thụ năng lượng của lò sưởi thường cao hơn nhiều so với các cảm biến thông thường và có thể yêu cầu tăng đáng kể dung lượng pin và tấm pin mặt trời, hoặc thậm chí cả nguồn điện chính hoặc nguồn điện lai.

Q6: Hồ sơ nào phải được lưu khi bàn giao?

A6: Lưu model, số sê-ri, đấu dây, cấu hình, định nghĩa thanh ghi hoặc tín hiệu, ảnh lắp, số đo ban đầu, thử cảnh báo và dữ liệu nền bảo trì của Nguồn điện mặt trời cho trạm thời tiết và hệ thống IoT: tấm pin, ắc quy, PWM, MPPT và thời gian dự phòng.

Q7: Cần chuẩn bị gì cho việc mở rộng sau này?

A7: Hồ sơ điểm đo cho hệ thống giám sát môi trường: Dự phòng địa chỉ, công suất nguồn, dung lượng truyền thông và đầu nối tủ. Danh sách điểm đo giúp tránh xung đột khi bổ sung điểm Nguồn điện mặt trời cho trạm thời tiết và hệ thống IoT: tấm pin, ắc quy, PWM, MPPT và thời gian dự phòng.

Q8: Cần thông tin gì để báo giá chính xác?

A8: Cung cấp số lượng, nơi giao, ứng dụng, điều kiện hiện trường, đầu ra, cáp, lắp đặt, phụ kiện, đích dữ liệu, phạm vi nghiệm thu và tiến độ của Nguồn điện mặt trời cho trạm thời tiết và hệ thống IoT: tấm pin, ắc quy, PWM, MPPT và thời gian dự phòng.

Nếu điện áp ở đầu tấm dưới của điểm đo chính xác vẫn thấp hơn đáng kể so với giá trị thiết kế trong thời gian dài vào ngày nắng, không bị tắc, hãy kiểm tra cực tính, các đầu nối, dây cáp và thân tấm pin mặt trời. Thiệt hại của tấm pin mặt trời không thể được đánh giá dựa trên một phép đo ánh sáng yếu.

Tại sao không có pin 12V'luôn luôn là 12,00 V

12V là điện áp danh định của hệ thống ắc quy. Điện áp đầu cuối thực tế thay đổi tùy theo thành phần hóa học của pin, trạng thái sạc, dòng sạc và dòng xả cũng như nhiệt độ. Điện áp sạc, nghỉ và tải là khác nhau nên điện áp sạc 11,7V, 12,2V, 12,4V trở lên cần được đánh giá kết hợp với loại pin và trạng thái hoạt động.

Bốn điều dễ bỏ qua khi lựa chọn tại chỗ

• Tần số liên lạc: Mức tiêu thụ điện năng của 4G trực tuyến liên tục và thường xuyên được báo cáo ở tần số thấp rất khác nhau.
• Tải sưởi ấm: Sưởi ấm bằng lượng mưa, sưởi ấm chống ngưng tụ, v.v. có thể cao hơn nhiều so với mức tiêu thụ điện năng của các cảm biến thông thường.
• Tải gió lắp đặt: Các tấm pin mặt trời càng lớn thì tải gió trên các cột và giá đỡ càng cao.
• Bảo trì và vận chuyển pin: Các loại pin khác nhau có các yêu cầu khác nhau về vận chuyển hàng không, đông lạnh và thay thế tại chỗ.

Cấu hình sử dụng năng lượng mặt trời NiuBoL hoạt động như thế nào

Trạm thời tiết tự động NiuBoL và trạm giám sát môi trường thông minh có thể sử dụng hệ thống cung cấp điện không nối lưới bao gồm các tấm pin mặt trời, bộ điều khiển sạc và pin sạc. Đối với cấu hình dự án, nó có thể được tính toán lại theo số lượng cảm biến, thời gian thu thập, phương thức liên lạc và độ bền mưa mục tiêu.

Các hệ thống liên quan có thể tham khảo các giải pháp trạm thời tiết tự động nông nghiệp NiuBoL và các giải pháp Trạm thời tiết tự động NiuBoL.

Câu hỏi thường gặp

Tóm tắt

Đối với Nguồn điện mặt trời cho trạm thời tiết và hệ, thông số dự án phải liên kết điều kiện hiện trường, cài đặt giao diện, phép thử chạy thử và hồ sơ bảo trì. Rà soát hiện trường cho hệ thống giám sát môi trường: Hãy xác nhận các ranh giới đó trước khi duyệt model và lưu bằng chứng nghiệm thu để chẩn đoán cũng như mở rộng hệ thống.