Alimentation solaire pour stations météorologiques et systèmes de surveillance IoT : panneaux, batteries, PWM, MPPT et autonomie

Pour les stations météorologiques extérieures et les systèmes de surveillance IoT alimentés par énergie solaire, le choix ne peut pas se limiter au nombre de capteurs ni à une combinaison standard appliquée sans calcul. Une solution fiable doit partir de la consommation électrique de l'ensemble du système et déterminer le nombre de jours de pluie consécutifs pour le panneau solaire, la batterie, le régulateur de charge et le support souhaité, en tenant compte du soleil local, de la température, de la fréquence de communication et de la maintenance ultérieure.

En quoi consiste habituellement un système à énergie solaire?

Les systèmes de surveillance hors réseau comprennent généralement des panneaux solaires, des régulateurs de charge, des batteries rechargeables et des dispositifs de distribution et de protection de l'énergie nécessaires. Les panneaux solaires produisent de l'électricité pendant la journée, les contrôleurs gèrent la charge et le déchargement, et les batteries fournissent de l'électricité la nuit et par temps pluvieux. La capacité du système devrait être inversée par la consommation de puissance de charge et l'endurance cible, et pas seulement par le nombre de capteurs.

Étape 1: Calculez la quantité d'électricité consommée par le système dans son ensemble par jour

Lister toutes les charges telles que les capteurs, les capteurs de données, les modules Wi-Fi4G, les écrans, les relais, les chauffages, etc., et distinguer entre la consommation d'énergie continue et intermittente. La consommation moyenne du module 4G n'est peut-être pas élevée, mais elle culminera lors de l'envoi des données; le chauffage du pluviomètre, de la caméra ou du grand écran peut augmenter significativement la consommation du système.

Les besoins quotidiens en énergie peuvent être estimés en puissance moyenne x 24 heures. Par exemple, la consommation moyenne de l'ensemble de la machine est de 2,5W, et elle consomme environ 60Wh par jour. Si le travail intermittent est utilisé pour l'acquisition et le téléchargement, il devrait également être calculé en fonction du cycle de travail réel de chaque équipement, au lieu de simplement ajouter toute la puissance nominale.

Étape 2: Quel type de panneau solaire choisir

Les panneaux photovoltaïques communs comprennent le silicium monocristallin, le silicium polycristallin et les films minces. Les panneaux monocristallins de silicium sont souvent plus fréquents parce qu'ils ont une plus grande efficacité de conversion par unité de surface pour les équipements dont les zones d'installation sont limitées, comme les stations météorologiques, la surveillance des terres agricoles et les stations hydrologiques. Les panneaux solaires en silicium monocristallin NiuBoL sont utilisés dans une variété de systèmes de surveillance extérieure et sont configurés avec 60W, 100W ou plus selon la consommation d'énergie.

La puissance de la planche ne peut pas être légèrement plus que la charge. Les panneaux solaires devraient supporter la charge de la journée pendant la période de soleil efficace limitée, tout en réapprovisionnant l'électricité consommée la nuit et pendant les périodes de pluie. La poussière, la température, l'angle d'installation, les changements saisonniers et les pertes dues au vieillissement devraient également être pris en compte lors de la sélection des modèles.

Étape 3: Comment choisir le type et la capacité de la batterie

Le stockage commun d'énergie pour la surveillance extérieure comprend des batteries au lithium telles que le phosphate de fer au lithium, d'autres batteries au lithium rechargeables et des batteries au plomb colloïdal/VRLA. Les piles au lithium ont généralement un poids plus faible, une plus grande profondeur de décharge utilisable et une meilleure durée de vie; les piles au plomb ou colloïdales sont matures en coût et en alimentation, mais plus importantes en poids, ce qui permet de considérer séparément la profondeur de décharge et les performances à basse température.

La capacité de la batterie peut être estimée en fonction de « la consommation quotidienne × le nombre cible de jours sans soleil », puis convertie en Ah selon la tension du système, laissant place à la profondeur de décharge, à la basse température, au vieillissement et à la perte de conversion. Par exemple, le système consomme 60Wh par jour, dans l'espoir de supporter 5 jours de fonctionnement sans soleil, la demande théorique de stockage d'énergie est d'environ 300Wh; converti en environ 25Ah selon le système 12V, la sélection réelle doit généralement augmenter la marge de capacité.

Étape 4: Quelle est la différence entre les contrôleurs PWM et MPPT

Le contrôleur PWM a une structure simple et à faible coût, qui est adapté aux scénarios où la faible puissance, la tension de fonctionnement du panneau solaire et le système de batterie correspondent bien. Le contrôleur MPPT trouve dynamiquement le point de puissance maximum du panneau solaire et convertit la tension supérieure côté carte au courant de charge de la batterie plus efficacement, ce qui est plus avantageux lorsque la lumière change considérablement, la marge de tension côté carte est élevée, la capacité du système est grande, ou l'utilisation de la charge est plus importante.

Les configurations de surveillance solaire NiuBoL peuvent utiliser des contrôleurs PWM ou MPPT. De nombreux systèmes de surveillance de l'environnement et de stations météorologiques automatiques utilisent des MPPT avec des batteries au lithium rechargeables; la sélection spécifique devrait toujours correspondre au panneau solaire, à la tension de la batterie et à la consommation d'énergie de charge.

Étape 5: Calculer l'énergie du panneau solaire par le soleil local

En supposant que le système consomme 60Wh par jour, et qu'il n'y a que 3 heures de pic de soleil par jour pendant la mauvaise saison locale, la puissance théorique du tableau est d'environ 60 ÷ 3 ÷ 0.75 ÷ 27W si elle est estimée sur la base de l'efficacité de charge globale de 75%. Le travail réel laisse également une marge pour la charge de récupération, la poussière, l'orientation et les saisons après les pluies continues, de sorte qu'il n'est généralement pas configuré au minimum théorique.

Comment comprendre les configurations communes de NiuBoL ?

Les panneaux solaires 60W + batteries 30Ah, 100W + 40/60Ah, ainsi que les combinaisons de puissance et de capacité plus grandes peuvent être vus dans le système réel de surveillance de la météo et de l'environnement NiuBoL. 60W + 30Ah est l'une des configurations courantes de stations météorologiques de faible puissance; les récents boîtiers de stations météorologiques modulaires sur le site officiel utilisent des panneaux 60W, des contrôleurs et des batteries lithium 30Ah. Des configurations plus grandes telles que 200W/120Ah conviennent pour des charges plus élevées ou des cibles d'endurance plus longues sans soleil.

Ces combinaisons ne peuvent être utilisées que comme références techniques. Ce qui affecte vraiment l'endurance, c'est la consommation d'énergie moyenne de toute la machine, la fréquence des chargements de données, les ressources solaires locales, la température de la batterie et le degré de vieillissement. Pour le même 60W/30Ah, la durée de vie réelle de la batterie peut être significativement différente dans un système qui télécharge une fois par heure et se connecte en continu pendant 1 minute.

Pourquoi les panneaux solaires 18V ne mesurent parfois que 6-7V

"18V" indique généralement la tension de fonctionnement nominale ou le niveau d'adaptation du système dans des conditions d'essai spécifiques et ne signifie pas une sortie stable de 18,00 V à tout moment. Temps cloudux, occlusion, points de mesure erronés, conditions chargées, mauvais contact, ou la façon dont le contrôleur fonctionne peut changer les lectures multimètres.

Si la tension à l'extrémité inférieure de la plaque du point de mesure correct est encore significativement inférieure à la valeur de conception pendant longtemps par jour ensoleillé, sans occlusion, vérifiez la polarité, les connecteurs, les câbles et le corps du panneau solaire. Les dommages causés par les panneaux solaires ne peuvent être jugés sur la base d'une seule mesure de faible luminosité.

Pourquoi les batteries 12V ne sont pas toujours 12.00 V

12V est la tension nominale du système de batterie. La tension réelle du terminal varie en fonction de la chimie de la batterie, de l'état de charge, du courant de charge et de décharge et de la température. Les tensions de charge, de repos et de charge sont différentes, de sorte que les tensions de charge de 11,7V, 12,2V, 12,4V ou plus doivent être jugées en combinaison avec le type de batterie et l'état de fonctionnement.

Quatre choses faciles à ignorer lors de la sélection sur place

• Fréquence de communication: La consommation d'énergie de 4G en ligne et régulièrement signalée à basse fréquence varie considérablement.
• Charge de chauffage: Le chauffage par pluie, le chauffage anticondensation, etc. peuvent être beaucoup plus élevés que la consommation d'énergie des capteurs ordinaires.
• Charges du vent d'installation: Plus les panneaux solaires sont grands, plus le vent est lourd sur les montants et les supports.
• Entretien et transport des batteries: Différents types de batteries ont des exigences différentes pour le transport aérien, cryogénique et le remplacement sur place.

Comment fonctionnent les configurations solaires NiuBoL

La station météorologique automatique NiuBoL et la station de surveillance environnementale intelligente peuvent utiliser un système d'alimentation hors réseau composé de panneaux solaires, de régulateurs de charge et de batteries rechargeables. Pour la configuration du projet, il peut être recalculé en fonction du nombre de capteurs, de la période d'acquisition, de la méthode de communication et de l'endurance de la pluie cible.

Les systèmes pertinents peuvent se référer à NiuBoL agricole station météorologique automatique et NiuBoL Automatic Weather Station solutions.

FAQ

Q1 : Combien de jours peut durer un panneau solaire 60W avec une batterie 30Ah ?

A1: Il n'y a pas de réponse fixe au déchargement. Certaines stations météorologiques de faible puissance NiuBoL sont généralement configurées avec 60W/30Ah, et la durée réelle de la pluie dépend de la consommation d'énergie globale, de la fréquence de téléchargement, de la température, de l'état de la batterie et du soleil local.

Q2: Les panneaux solaires plus grands sont-ils mieux?

A2: Non. La puissance accrue augmente la capacité de charge, mais augmente aussi les coûts, le poids, la charge éolienne et les exigences structurelles de montage et doit être adaptée à la batterie, contrôleur et charge réelle.

Q3: Quand le MPPT doit-il être sélectionné?

A3: MPPT est généralement plus approprié lorsque la capacité du système est grande, le soleil change considérablement, la tension de la carte est plus élevée que celle du système de batterie, ou quand vous voulez améliorer l'utilisation de l'énergie sous un soleil limité.

Q4: Comment choisir entre les batteries au lithium et les batteries plomb-acide/colloïdale?

A4: Poids, durée de vie, profondeur de décharge disponible, performance cryogénique, restrictions de transport, conditions d'entretien et coûts doivent être comparés. Aucune des batteries ne convient à tous les projets extérieurs.

Q5: Le pluviomètre chauffé peut-il encore utiliser une petite énergie solaire ordinaire?

R5: Un nouveau calcul est nécessaire. La consommation de chaleur est souvent beaucoup plus élevée que les capteurs typiques et peut nécessiter une augmentation significative de la capacité du panneau solaire et de la batterie, ou même du secteur ou de l'alimentation hybride.