Эксперименты с маломощной солнечной панелью для питания электрокарнизов и электрожалюзи.

Электорошторы и электорожалюзи располагают над окнами — источниками света. Вполне логично возникает вопрос о возможности работы этих устройств от самого света. Это, вероятно, не слишком оправдано экономически и всё же стоимость солнечных панелей и аккумуляторов для таких систем совсем не велики и кажется можно уложиться в бюджет в $50-$100 (солнечная панель 2 Вт + аккумулятор на 12 Вольт).

Мы решили провести несколько практических замеров и поделиться полученными результатами с вами.

Система умышленно никак не оптимизировалась. Всё делалось достаточно грубо. Единственной целью было оценить практический результат.

Для эксперимента возьмем солнечную панель Mono-cristallline Solar Pannel BL2M.

Панель разработана лет 5-7 назад. Возможно, что более современные модели более энергоэффективны, но для наших экспериментов это даже лучше.

Характеристики панели:

Для большей наглядности нарисовал график вольт-амперной характеристики панели BL2M по паспортным данным:

На рисунке для наглядности выделена область диапазона напряжений зарядки кислотного аккумулятора. Для других типов аккумуляторов эта область будет другой. Например, если это батарея из трех литий-ионных аккумуляторов, то область будет от 9 вольт до 12,75 вольт.

Практические замеры.

При установке панели наклеиванием ее лицевой стороной на вертикальное стекло окна стеклопакета и подключении к аккумулятору Dooya DC1326B (опять же взяли то, что было) в солнечный день при прямом освещении солнцем, удалось получить максимальный ток заряда от панели к аккумулятору величиной 86 мА. Панель выдавала близкий к этому значению ток в течении примерно 20 минут. Во время до и после фиксации максимальных значений ток плавно нарастал и снижался. При этом солнечная панель подключалась к аккумулятору непосредственно, без каких либо устройств согласования и преобразования энергии (шим либо mppt). Ориентация на солнце была не идеальной. Прислоненный к стеклу компас на смартфоне показал направление 192 градуса (Юг — 180 градусов). Эксперименты проводились в середине марта. В это время световая продолжительность дня примерно равна ночи.

Ещё раз нужно отметить, что сама панель была расположена вертикально, не была наклонена, либо как-то ещё сориентирована по солнцу.

Ток от солнечной панели к аккумулятору (фактически зарядка аккумулятора) протекает только в моменты, когда панель освещена достаточно, чтобы напряжение на ней превышало напряжение на аккумуляторе. Никаких устройств преобразования напряжения от панели не применяется. Из-за того, что солнце передвигается, а панель остается неподвижной, можно рассчитывать примерно на 3 часа времени, когда панель может выдавать существенный ток для подзарядки аккумулятора. Средний ток при этом можно оценить в 75 мА. Практические замеры, с учетом и небольших токов подзаряда не только в оптимальные 3 часа показали, что одна панель в солнечный день может подзаряжать аккумулятор примерно на 300 мАч.

По данным википедии за год в Санкт-Петербурге бывает в среднем 75 солнечных дней. Это 365/75 = 4,9 (каждый пятый день можно считать солнечным).

В пасмурные дни от панели удается получать ток в 10 — 25 мА, что позволяет подзаряжать аккумулятор ориентировочно на 100 мАч.

Другими словами в нашем регионе можно ориентироваться на средний заряд от панели BL2M:

(300 мАч + 100 мАч * 4 дня) / 5 дней =140 мАч в день.

Разумеется эта величина будет зависеть от реальной освещенности и явно будет меньше в условиях городской застройки и менее удачной ориентации окон по солнцу.

Оценим расход заряда аккумулятора на работу мотора.

Попытка №1

На складе взяли маломощный мотор Dooya DC24AF/L-08/34 предназначенный для моторизации римских штор и штор плиссе.

Оценим заряд необходимый мотору для выполнения одного закрытия или открытия шторы.

Мотор работает от 12 Вольт, потребляет 0,9 А (это паспортные данные).

Ток мы знаем. Для расчета заряда нам нужно оценить время в течении которого мотор будет работать (потреблять ток).

Диаметр самого мотора 19 мм. Пусть мотор установлен так, что, например, наматывает рулонную штору (либо что-то ещё, например нейлоновый тросик). Средний диаметр намотки 25 мм. Тогда за один оборот штора пройдет расстояние:

25 мм * π = 78,5 мм

Пусть высота окна 1400мм (стандартная). Тогда для одного открытия/закрытия нужно сделать:

1400 мм / 78,5 мм = 18 оборотов

Мотор Dooya DC24AF/L-08/34 делает 34 оборота в минуту. Другими словами ему нужно:

(18 об/34 об) * 60 сек = 32 сек

Все данные теперь у нас есть. Можем оценить расходуемый заряд. Он будет:

32 сек * 900 мА / 3600 сек = 8 мАч

Если закрывать-открывать штору один раз в день (т.е. включать мотор дважды в день), будет расходоваться 16 мАч заряда.

Кроме затрат на открытие/закрытие шторы мотор потребляет энергию и в состоянии покоя. Например для того, чтобы слушать радиоэфир. Вдруг поступит команда по радиоканалу. Так как в паспорте на мотор этих данных не указано, величину тока покоя определили опытным путем — прямым замером потребляемого тока от источника питания. Для электропривода Dooya DC24AF/L-08/34 это 16,3 мА. За сутки будет расходоваться заряд:

16,3 мА * 24 часа = 391 мАч

Была надежда, что мотор Dooya DC24AF/L-08/34 через какое-то время будет уходить в сон и снижать потребление энергии, но она не оправдалась. В сон мотор не уходит, потребление остается постоянным на все время, пока мотор подключен к сети.

Получаем в сумме:

391 мАч + 16 мАч = 407 мАч

Ещё нужно учесть саморазряд аккумулятора. Эта величина зависит от типа аккумулятора и его емкости. И кпд самого заряда. Не весь ток запасается, есть потери. Можно оценить общий бюджет в 450 мАч. Столько будет расходовать мотор за сутки.

Стало понятно, что использовать такой мотор можно только с гораздо более мощной солнечной панелью. Мощность панели должны быть раза в четыре, а лучше в семь раз больше. И обратите внимание на то, что площадь панели существенно увеличится, что повлияет не только на вид из окна, но и на освещенность, если панель будет крепиться непосредственно на стекло окна.

Попытка №2

Взять просто маломощный мотор, как мы увидели, не лучшее решение. Нужен мотор специально оптимизированный для работы с солнечной панелью. Отличным вариантом может оказаться автоматика штор от мирового лидера — компании Somfy. Возьмем мотор Somfy TILT&LIFT 25 RTS CENTRAL UNIT. По общим характеристикам очень похож на Dooya DC24AF/L-08/34 и , вероятно, когда-то он был его прототипом .

Мотор работает от 12 Вольт, потребляет 0,85 А (это паспортные данные).

Диаметр намотки и высоту окна оставим прежними. Тогда расстояние, которое проходит штора за один оборот, останется прежним — 78,5 мм.

Мотор Somfy TILT&LIFT 25 RTS CENTRAL UNIT вращается чуть медленнее и делает 30 оборотов в минуту. В этом случае для открытия окна ему нужно:

(18 об/30 об) * 60 сек = 36 сек

Расход заряда на это будет не сильно отличаться:

36 сек * 850 мА / 3600 сек = 8,5 мАч

Пусть за день мы будем открывать и закрывать штору по одному разу. В этом случае от аккумулятора будет потребляться 17 мАч в день на эту работу. Ток покоя так же как и в первом случае, определим опытным путем. Его величина 5,6 мА. Но через 5 минут мотор переходит в режим малого потребления (в сон) и величина тока становится ничтожно малой. Можно грубо считать, что дополнительных расходов у нас нет, так как мотор будет оказываться в этом режиме только в моменты, когда после обесточивания снова включилось электричество. В остальном сон и ничтожное потребление, которым можно пренебречь.

Выводы

При выборе мотора для электроштор или электрожалюзи, если вы хотите питать их от солнечной энергии, нужно обращать внимание на потребление мотора в режиме покоя. Лучше брать моторы специально предназначенные для работы с солнечными панелями.

Если сделать неправильный выбор, может оказаться так, что основная энергия будет тратится не на открытие/закрытие штор, а будет расходоваться на поддержание состояния покоя мотора электрожалюзи.

Солнечная панель BL2M, вполне способна обеспечить энергией даже несколько маломощных моторов электрокарнизов. Энергии хватит даже для пары полноценных по мощности моторов. Так, что идея создания автономной, не подключенной к центральной сети, системы электрожалюзи вполне может быть реализована. При этом она компактна и не сильно повлияет на освещённость в самом помещении. Следует располагать ее на солнечной стороне, под прямыми солнечными лучами.

К емкости аккумулятора больших требований можно не предъявлять так как бюджета солнечной панели даже в пасмурные дни должно быть достаточно даже если использовать аккумулятор небольшой емкости. Можно даже попробовать использовать не аккумулятор, а несколько небольших суперконденсаторов, включив их последовательно так как они рассчитаны на меньшее напряжение. Конденсаторы прослужат гораздо дольше аккумуляторов, что сделает систему еще более автономной.