Stromversorgung einer 10-Watt-Glühbirne für 24 Stunden mit Solarenergie

Angenommen, die Leistungsaufnahme der Glühbirne beträgt 10 Watt.
Gehen Sie vorerst von 100 % Effizienz vom Batterieausgang bis zum Lampeneingang aus.

Die Effizienz der Energiespeicherung der zugeführten Energie durch die Batterie hängt von der Batteriechemie und der Konstruktion des Ladegeräts ab. Im besten Fall mit einer Art Lithium-Batterie kann ein Wirkungsgrad von über 90 % erreicht werden. In der Praxis wird oft ein geringerer oder deutlich geringerer Wirkungsgrad erreicht.

Die Effizienz der an den Batterieklemmen bereitgestellten Energie im Vergleich zur Energie aus dem PV-Panel hängt von der Schnittstellenkonstruktion ab und variiert auch mit dem Ladezustand der Batterie.

Die Ausgangsleistung des Panels zu jedem Zeitpunkt (Wp) und verglichen mit der maximalen Leistung, die das Panel unter idealen Bedingungen abgeben kann (Wmpp), variiert je nach Sonneneinstrahlung (Sonnenschein), Panelbedingungen, atmosphärischen Bedingungen und mehr.

Insgesamt erzeugt ein beispielsweise 100-Watt-Panel im Neuzustand 100 Watt bei vollem Sonnenschein und erzeugt an den meisten kontinentalen US-Standorten im Winter 2 oder 3 Stunden äquivalenten Sonnenschein und 5 bis 6 Stunden äquivalenten vollen Sonnenschein.
dh Sie erhalten je nach Jahreszeit 200 bis 700 Wattstunden pro Tag.

Mit der allerbesten Schnittstellenausstattung (MPPT, intelligente Batteriedimensionierung zur Minimierung von Widerstandsverlusten, ...) können Sie über 95 % dieser Energie an den Batterieklemmen erhalten und wie oben über 90 % davon tatsächlich in der Batterie gespeichert werden.

Also PV-Wattleistung x 0,95 x 0,9 x hours_equivalent_per_day = verfügbare Wattstunden. Sprich 85%. Die Verwendung von 80 % wäre sicherer und in vielen Fällen immer noch sehr optimistisch.

Am Anfang bin ich davon ausgegangen, dass die Batterie zu 100% aus der Glühbirne ist.
Unabhängig vom Lasttyp (in diesem Zusammenhang normalerweise LED) treten bei unterschiedlicher Batterieleistung oder konstantem "Glühlampen" -Eingang einige Umwandlungsverluste auf, wenn Sie eine konstante Helligkeit wünschen. 90% von Batterie zu Glühbirne oder LED wären normalerweise ausgezeichnet.

Die Wattstunden des gesamten PV-Typenschilds zu den Eingangs-Wattstunden der Glühbirne betragen also bestenfalls etwa 75%. Normalerweise weniger.

Wenn die Sonne Energie liefert, können einige Gewinne erzielt werden, indem die Glühbirne ohne Batteriespeicher vom Panel betrieben wird. Dieser Gewinn ist nützlich, macht aber immer noch einen kleinen Teil der gesamten Energie aus, die über die Batterie benötigt wird. Ich werde es im Folgenden ignorieren und es kann später bei Bedarf berücksichtigt werden.

Von Oben:

Verfügbare Wattstunden = (Nennleistung des Panels) x 75 % x Sonnenscheinstunden.
Gewünschte Wattstunden = Load_Watts x 24.

Neuanordnung des Obigen -
Benötigte Panel-Watt = Ladewatt x 24 / (0,75 x Sonnenscheinstunden)
= Lade_Watt x 32 / Sonnenschein_Stunden

Also zB 10 Watt Belastung im Winter bei 2 Stunden/Tag Sonnenscheinstunden/Tag (= entspricht voller Sonne).
Panel Watt benötigt = 10 x 32 / 2 = 160 Watt !!!

10 Watt Belastung im Sommer bei 6 Sonnenstunden/Tag.
Benötigte Panel-Watt = 10 x 32 / 6 = 53 Watt.

In der Praxis werden höhere Watt benötigt.

Die durchschnittlichen Sonnenstunden pro Tag finden Sie hier auf dem wunderbaren Standort Gaisma - dieses Beispiel gilt für Houston

Die oberste Zeile ist die Sonneneinstrahlung in kWh/m^2/Tag = Sonnenstunden/Tag = Stunden äquivalenten vollen Sonnenscheins. I = Januar, II = Februar usw.
2,34 Stunden/Tag im Januar.
5,98 Stunden/Tag im Juli
Dies sind Mittelwerte für viele Jahre und jedes Jahr und jeder Tag im Monat kann stark davon abweichen. Das ist Wetter für dich :-)

Später mehr ...

Allein mit Sonnenkollektoren können Sie keine Glühbirne 24 Stunden lang mit Strom versorgen. Sie brauchen etwas, um die vom Panel erzeugte Energie zu speichern, damit sie verwendet werden kann, wenn kein Sonnenlicht vorhanden ist. Ein Akkupack ist hier die sinnvollste Lösung.

Die vom Solarpanel erzeugte Energie hängt von vielen Faktoren ab, wie z. B. Ihrer geografischen Lage, Ausrichtung, Winkel, Sonneneinstrahlung usw. Ohne weitere Informationen wäre es schwierig, das Solarpanel zu dimensionieren, obwohl ich Ihnen ein 10-Watt-Solarmodul nennen kann Das Panel reicht nicht aus, wenn Sie die 10-Watt-Glühbirne unbegrenzt betreiben möchten. Die Panel-Nennleistung muss 3x (30W) oder 4x (40W) des Stromverbrauchs betragen, um autark zu sein.

Was die Batterie betrifft, müssen Sie eine mit der richtigen Kapazität und Spannung auswählen. Ihre Spannung wird durch Ihre Lampe bestimmt. Wenn Sie beispielsweise eine 12-V-Lampe haben, wählen Sie eine 12-V-Batterie. Als nächstes müssen Sie die Kapazität berechnen. Batterien werden in A * Stunden bewertet. Eine 1-Ah-Batterie kann also eine Stunde lang 1 Ampere liefern. Nach Ihren Informationen hört es sich so an, als ob die Nachtzeit an Ihrem Standort ungefähr 12 Stunden beträgt. Der Akku muss also mindestens 12 Stunden ohne Ladung überleben. Zuerst bestimmen wir den Strom, wie er von Ihrer gewählten Glühbirne vorgegeben wird (ich verwende wieder 12 V aus meinem Beispiel, aber Sie würden Ihre Spannung hier ersetzen):

P = V * I --> 10 W / 12 V = 0,83 A

Jetzt, da Sie Ihren Strom kennen, würden Sie Ihre Batteriekapazität wie folgt dimensionieren:

I*h -> 0,83A*12 Stunden = 10Ah

Sie benötigen also mindestens eine 12-V-, 10-Ah-Batterie, um die Nacht zu überstehen, bis Ihr Ladezyklus wieder beginnen kann.

Es reicht auch nicht irgendein Batterietyp. Sie benötigen einen Akku, der eine Ladung aufnehmen kann. Beispiele hierfür wären Blei-Säure, NiMH, Li usw. Ein weiteres Anliegen ist die Kontrolle der Ladung.