четверг, 17 мая 2018 г.

Оценка эффективности солнечных батарей из Китая (Solar panel)

17.05.2018
В качестве испытуемых образцов взяты три типа батарей.
1) На 5-6 В, 16 см х 16 см (по рабочей зоне) от рюкзака  3Q с PowerBank
2) На 18 В, 19.4 см  x 12 см x 0.3 см (aliexpress) 2.5 Вт
3) На 5.5 В, 9.5 см х 9.5 см (aliexpress)  1 Вт


Батареи проверялись как на солнце, так и на стенде, имитирующем его.
В качестве имитатора используется галогенный прожектор Camelion на 150 Вт/
Известно, что максимальную мощность можно собрать от источника энергии при оптимальном значении сопротивления нагрузки.  Представленные ниже графики построены для Токов, Напряжений на нагрузке, Мощности в зависимости от сопротивления нагрузки.

Представленные токи короткого замыкания (Ikz) батареи качественно характеризуют отдачу батареи, но не являются оптимальными и не показывают реальное значение отдачи. Также показаны напряжения холостого хода Uxx.

1) Рассмотрим панель 5-6 В, 16 см х 16 см (по рабочей зоне) На ярком солнечном свете получились графики:
На графике синим - напряжение, значение = число по графику / 100
На графике красным - ток в мА
На графике салатовым -  мощность в мВт.
Максисмум мощности при U ниже  Uxx на 2 В.
Максисмум мощности на нагрузке 15 Ом, около 1.7 Вт.
Реальный размер активной зоны: 0.16x0.17 = 0.0272
Эффективность: 1.7 Вт / 0.0272 м^2 = 62.5 Вт/м^2
Можно считать зарядный ток батареи на солнце около 400 мА. Следовательно аккумулятор с  емкостью 4000 мА*ч она зарядит за 10 часов на прямом солнце.

Для сравнения графики снятые  - на расстоянии 30 см от галогенной спирали 150 Вт
На графике синим - напряжение, значение = число по графику / 100
На графике красным - ток в мА
На графике салатовым -  мощность в мВт.
Максисмум мощности при U ниже максимального на 1 В.
Максимум мощности в районе 33 Ом. (смещается в сторону больших сопротивлений).
т.е. эквивалентное сопротивление самой батареи растет.
Эффективность: 0.448/0.0272 = 16.471 Вт/м^2  значение ниже, т.к. поток тоже меньше солнечного.

1) Рассмотрим панель на 18 В, 19.4 см  x 12 см x 0.3 см (aliexpress) 2.5 Вт На ярком солнечном свете получились графики:

На графике синим - напряжение в В, значение = число по графику / 10 
На графике красным - ток в мА, значение = число по графику / 10
На графике салатовым -  мощность в мВт.

Максисмум мощности при U ниже  Uxx на 2 В.
Максисмум мощности  при сопротивлении 220 Ом - 1.3 Вт. (ниже заявленного почти в 2 раза)
Для аккумулятора 12 В, можно считать зарядным ток данной батареи равным 100 мА.
т.е. аккумулятор 12 В, 4.2 А*ч для UPS зарядится полностью за 42 часа.
Для данной батареи, состоящий из отдельных элементов:
Размер батареи: 0.19х0.12 м
Размер элементов: 24х8 мм
Количество элементов: 4х18 = 72
Реальный размер активной зоны: 4х18х0.024х0.008 = 0.013824 м^2
Эффективность по активной зоне:  1.344/0.013824 = 97.222 Вт/м^2
Эффективность при реальном размере 1.344/0.19*0.12 = 58.947 м^2:

Для сравнения графики снятые  - на расстоянии 30 см от галогенной спирали 150 Вт
Видно, что максимум мощности сместился на 680 Ом.  (эквивалентное внутренне сопротивление батареи возросло)
Максисмум мощности при U ниже максимального на 1 В.
Эффективность по активной зоне: 0.356/0.013824 = 25.752 Вт/м^2

3) Рассмотрим панель на 5.5 В, 9.5 см х 9.5 см (aliexpress)  1 Вт
На ярком солнечном свете получились графики:
На графике синим - напряжение в В, значение = число по графику / 100 
На графике красным - ток в мА,
На графике салатовым -  мощность в мВт.
Максимум мощности при U ниже максимального на 1 В.
Максимум мощности 0.6 Вт на нагрузке 33 Ома (ниже заявленной почти в 2 раза)
Эффективность: 0.598/0.006142 = 97.362 Вт/м^2 (по реальной зоне)

Другая аналогичная солнечная батарея показала сопоставимую эффективность.
Экспериментально определено, что поток света от галогенной ламы 150 Вт соответствует солнечному потоку при размещении солнечной батареи на расстоянии около 10 см.

 Для сравнения графиков разного светового потока от имитатора привожу совместный график
мощности от сопротивления для трех расстояний: 30 см, 20 см, 10 см. Должна наблюдаться квадратичная зависимость выхода энергии от расстояния.

Салатовый - 10 см, Синий - 20 см, Красный - 30 см.
Видно, что максимальная отдача при минимальном расстоянии.  Эквивалентное сопротивление батареи падает с ростом светового потока.

Принимаем для расчета максимальный ток от солнечной панели 130 мА, напряжение не менее 4.5 В

Важный момент при работе с комплектом батарей.
При подключении параллельно двух батарей, одна освещена, вторая в тени.
Теневая расходует энергию. На эквиваленте 150 Вт, 10 см, ток утечки 32 мА.
При подключении Шоттки ток утечки 22 мА (U=6.1 В) 134 мВт., при подключении Шоттки к каждой сол.батареи. утечка менее 0.005 мА!

Повторим измерения на имитаторе для расстояния 10 см, с подключенным диодом Шоттки. Ud открытия = 0.17 В. Диод 1N5817

Показаны характеристики для Тока (красным), Напряжения (синим), Мощности (Салатовым).
без диода Шоттки. А также с диодом Шоттки (графики отличаются по цвету и идут чуть ниже.)
Нижний график - около 0.3 В - напряжение на диоде Шоттки.
Максимальная мощность снизилась на 50 мВт, что составляет 7 % от номинальной.

Лавриненков Игорь / R2AJA

Для связи mail:  lis-soft /*at*/rambler   точка   ру

















Комментариев нет:

Отправить комментарий