Go! делать "молниевую ферму"
Продолжаем наши разговорыо рыбалке о возобновляемых источниках энергии. В качестве особой пятничной редакторской колонки я рискну вам предложить...молнию.
Не знаю как уважаемые читатели, а я от молний просто без ума. В детстве, как только появилась первая цифровая камера — я сразу же попытался захватить молнию. Так что считать заметку постом восхищения/воздыхания.
Начну с энергоемкости. Один разряд это около 5 ГДж энергии сжатых в десяток микросекунд. Мощность какой-нибудь завалящей молнии равна 500 ТВт, сравните схрипящей-тритием коптящей БелАЭС, первый энергоблок которой выдавливает (но это не точно) из себя жалких 1,2 ГВт. Ладно, с мощностью молний я приврал, ибо не бывает одинаковых молнии, в среднем считается что мощность находится в пределах 10 ГВт. Но все равно, вот где можно испытать удаль молодецкую, а не этот вот ваш "мирный атом-работа для настоящих мужчин" 😁. манипулируя молниями, а не ☢ можно прилично сэкономить на radkit-ах
С конца 1980-х предпринимались попытки собиратьгрибы молнии. Причем разброс методик был достаточно широк, от нагрева воды, до молниеотводов и катушек индуктивности. Но здесь возникли следующие сложности.
Во-первых. Гроза это явление непредсказуемое, молния - еще более непредсказуема. Нельзя точно предсказать будут ли разряды и куда именно они попадут. С первым еще можно как-то бороться, установив фермы в подходящих местах вроде реки Кататумбо, впадающей в озеро Маракайбо в Венесуэле, где бывает по 28 вспышек молний в минуту (книга рекордов Гиннеса подтвердит). Со вторым тоже можно справится, с помощью создания т.н. "плазменных тоннелей". Мощный (~5 ТВт) и сверхбыстрый импульсный лазер (импульсы в сотню фемтосекунд) пробивает в воздухе условный канал, заполненный ионизированным газом. По этому каналу молния устремляется к приемнику. Метод работает, таким путем молнии отводятся от важных объектов.
Авторское примечание: когда-то по вечерам из окна моей лаборатории был виден завораживающий "зеленый столб" от лазера с крыши соседнего здания (в далекие 1970-е здесь специализировались на оптике океана). Предположительно в одной из комнатдикость! но еще не сданной в аренду под офисы сидели люди, которые проводили изучение количества аэрозолей в воздухе. И опять же, предположительно, это делалось фемтосекундным лазером. Читатели-физики, если кто-то еще остался в РБ, подтвердите или ж опровергните мои тезисы :)
Возвращаясь к молниям есть и второе но. Разряд молнии длится микросекунды, а значит для захвата нужны очень емкие высоковольтные конденсаторы. Тот кто запускает асинхронные трехфазные двигатели в однофазной сети расскажет вам про стоимость и габариты пусковых конденсаторов. А "небесная искра", стоит признать, это гораздо и гораздо серьезнее чем двигатель, и по скоростям, и по вольтажам.
Подытоживая, можно с сожалением констатировать, что "разведение молний" пока для энтузиастов и небольших µ-метео стартапов дело неподъемное. А для многих государств в последнее время военные расходы стали гораздо важнее расходов на исследования. Но... Multi multa nemo omnia novit, если я ошибаюсь и примеры людей/компаний есть - буду благодарен, если дадите знать в соцсетях или на лабораторную почту.
#LAB-66@Energy
P.S. Обязательная видеоиллюстрация к сказанному в сообщении ниже 👇
Продолжаем наши разговоры
Не знаю как уважаемые читатели, а я от молний просто без ума. В детстве, как только появилась первая цифровая камера — я сразу же попытался захватить молнию. Так что считать заметку постом восхищения/воздыхания.
Начну с энергоемкости. Один разряд это около 5 ГДж энергии сжатых в десяток микросекунд. Мощность какой-нибудь завалящей молнии равна 500 ТВт, сравните с
С конца 1980-х предпринимались попытки собирать
Во-первых. Гроза это явление непредсказуемое, молния - еще более непредсказуема. Нельзя точно предсказать будут ли разряды и куда именно они попадут. С первым еще можно как-то бороться, установив фермы в подходящих местах вроде реки Кататумбо, впадающей в озеро Маракайбо в Венесуэле, где бывает по 28 вспышек молний в минуту (книга рекордов Гиннеса подтвердит). Со вторым тоже можно справится, с помощью создания т.н. "плазменных тоннелей". Мощный (~5 ТВт) и сверхбыстрый импульсный лазер (импульсы в сотню фемтосекунд) пробивает в воздухе условный канал, заполненный ионизированным газом. По этому каналу молния устремляется к приемнику. Метод работает, таким путем молнии отводятся от важных объектов.
Авторское примечание: когда-то по вечерам из окна моей лаборатории был виден завораживающий "зеленый столб" от лазера с крыши соседнего здания (в далекие 1970-е здесь специализировались на оптике океана). Предположительно в одной из комнат
Возвращаясь к молниям есть и второе но. Разряд молнии длится микросекунды, а значит для захвата нужны очень емкие высоковольтные конденсаторы. Тот кто запускает асинхронные трехфазные двигатели в однофазной сети расскажет вам про стоимость и габариты пусковых конденсаторов. А "небесная искра", стоит признать, это гораздо и гораздо серьезнее чем двигатель, и по скоростям, и по вольтажам.
Подытоживая, можно с сожалением констатировать, что "разведение молний" пока для энтузиастов и небольших µ-метео стартапов дело неподъемное. А для многих государств в последнее время военные расходы стали гораздо важнее расходов на исследования. Но... Multi multa nemo omnia novit, если я ошибаюсь и примеры людей/компаний есть - буду благодарен, если дадите знать в соцсетях или на лабораторную почту.
#LAB-66@Energy
P.S. Обязательная видеоиллюстрация к сказанному в сообщении ниже 👇
В комментарии к недавней заметке читатель задал такой вот вопрос:
"Как насчёт статьи "МВИТ своими руками из подобранного на мусорке"? Актуально это может быть людям, которые попали в ситуацию с обстрелами и локальным блэкаутом - и в подвалах, и в частном доме вполне может найтись металлический хлам и посуда, из которых можно сделать более-менее источники тока и попытаться зарядить смартфоны. По току это вообще реально или смысла особо нет?"
Что на это ответить, по току вполне реально все. До "идеологической оптимизации сотрудников академии наук" я со своими ассистентами развлекался в т.ч. и созданием металло-воздушных батарей, с акцентом на пористых катодах (адсорбционная специализация-с). Делали мы магний-воздушный элемент, т.к. магний достаточно активен, есть примеры рабочих изделий (тот же фонарь СВЭЛ), да и нет нужды использовать щелочные растворы.
Во всех металло-воздушных аккумуляторах именно катоды - основная область инноваций и know-khow. В большинстве случаев используются пористые угольные/графитовые электроды. И вот здесь уж кто на что горазд. Самый простой вариант - это спаянная из двух слоев мелкой металлической сетки "папка" внутрь которой плотно утрамбован пористый уголь (типа КАД или подобного) с добавкой промотора. Промотором может быть кобальтит лития, из него делаются положительные электроды во всех литий-ионных батареях, найти труда не составит. Более сложные варианты, тяжело реализуемые в условиях DIY, но весьма эффективные - это углеволоконные катоды (углеволокно, если вы помните, моя one love).
Сторона "папки" которая "дышит" - щедро пропитывается фторопластовой суспензией (водоотталкивающие составы для обуви, туристические пропитки для рюкзаков и т.п.). Вот и все, почти готова батарея. Осталось сделать подходящий бак для электролита и найти кусок магния (где искать в городе и деревне - см. мою статью Будьте бдительны! Сортируйте магниевый лом правильно). Для формирования емкости батареи в 7,5Ач надо примерно 6,75 г магния, если использовать пластину толщиной 1,5 мм и площадью 0,0025 м2, то можно обеспечить себе двое суток стабильных 150 мА.
С алюминием ситуация аналогична (и анод аналогичен). Правда в отличие от магния, здесь лучший электролит это гидроксиды калия/натрия (разность потенциалов ~1,2В против ~0,5В при использовании раствора соли). Подойдет для металло-воздушного элемента даже железо, электролит - раствор гидроксида калия.
Если подходящую емкость для создания элемента найти тяжело ( = такую, чтобы катод имел доступ к воздуху), можно вместо жидкого электролита использовать гелеобразный, или в крайнем случае пропитать раствором какой-то пористый материал и сделать "энергосендвич" - пластина металла, на нее пропитанная раствором соли губка, на губку катод. В таком случае "замена электролита" будет заключаться в периодических циклах "выжать губку/пропитать губку". Метод применим только с солевыми растворами, щелочь таких игр не простит.
Так что попробуйте представить сами, реализуемы ли для вас описанные выше методики в случае блэкаута...
#LAB-66@Energy
"Как насчёт статьи "МВИТ своими руками из подобранного на мусорке"? Актуально это может быть людям, которые попали в ситуацию с обстрелами и локальным блэкаутом - и в подвалах, и в частном доме вполне может найтись металлический хлам и посуда, из которых можно сделать более-менее источники тока и попытаться зарядить смартфоны. По току это вообще реально или смысла особо нет?"
Что на это ответить, по току вполне реально все. До "идеологической оптимизации сотрудников академии наук" я со своими ассистентами развлекался в т.ч. и созданием металло-воздушных батарей, с акцентом на пористых катодах (адсорбционная специализация-с). Делали мы магний-воздушный элемент, т.к. магний достаточно активен, есть примеры рабочих изделий (тот же фонарь СВЭЛ), да и нет нужды использовать щелочные растворы.
Во всех металло-воздушных аккумуляторах именно катоды - основная область инноваций и know-khow. В большинстве случаев используются пористые угольные/графитовые электроды. И вот здесь уж кто на что горазд. Самый простой вариант - это спаянная из двух слоев мелкой металлической сетки "папка" внутрь которой плотно утрамбован пористый уголь (типа КАД или подобного) с добавкой промотора. Промотором может быть кобальтит лития, из него делаются положительные электроды во всех литий-ионных батареях, найти труда не составит. Более сложные варианты, тяжело реализуемые в условиях DIY, но весьма эффективные - это углеволоконные катоды (углеволокно, если вы помните, моя one love).
Сторона "папки" которая "дышит" - щедро пропитывается фторопластовой суспензией (водоотталкивающие составы для обуви, туристические пропитки для рюкзаков и т.п.). Вот и все, почти готова батарея. Осталось сделать подходящий бак для электролита и найти кусок магния (где искать в городе и деревне - см. мою статью Будьте бдительны! Сортируйте магниевый лом правильно). Для формирования емкости батареи в 7,5Ач надо примерно 6,75 г магния, если использовать пластину толщиной 1,5 мм и площадью 0,0025 м2, то можно обеспечить себе двое суток стабильных 150 мА.
С алюминием ситуация аналогична (и анод аналогичен). Правда в отличие от магния, здесь лучший электролит это гидроксиды калия/натрия (разность потенциалов ~1,2В против ~0,5В при использовании раствора соли). Подойдет для металло-воздушного элемента даже железо, электролит - раствор гидроксида калия.
Если подходящую емкость для создания элемента найти тяжело ( = такую, чтобы катод имел доступ к воздуху), можно вместо жидкого электролита использовать гелеобразный, или в крайнем случае пропитать раствором какой-то пористый материал и сделать "энергосендвич" - пластина металла, на нее пропитанная раствором соли губка, на губку катод. В таком случае "замена электролита" будет заключаться в периодических циклах "выжать губку/пропитать губку". Метод применим только с солевыми растворами, щелочь таких игр не простит.
Так что попробуйте представить сами, реализуемы ли для вас описанные выше методики в случае блэкаута...
#LAB-66@Energy
UPD к "молния-видео"
Читатели напомнили в комментариях про интересный феномен, который связан с молниями. Точнее не только с молниями, а с высоковольтными искровыми разрядами. На опубликованном мной ранее видео четко просматривается как основному, мощному разряду, предшествует множество мелких, ветвящихся разрядов, формирующих неповторимые картины. Это т.н. фигуры Лихтенберга.
Фрактальные рисунки, которые показывают путь распространения искровых каналов на поверхности диэлектрика. В случае молнии форма этих фигур позволяет определять полярность разряда - "небесная искра" может проскакивать как от нижней части облака (отрицательно заряженной), так и от верхней (положительно заряженной). Часто фигуру Лихтенберга можно обнаружить и на земле, в том месте куда ударила молния. Эти узоры типичный пример фрактальной геометрии в природе. Формирование каналов происходит таким образом, чтобы минимизировать затраты на протекание электрического тока через любую среду.
Что интересно, для "искровых кистей" абсолютно не важно, на каком холсте оставлять свой след. В одном из своих старых исследовательских проектов("ниокр-халтур") я занимался разработкой рисунокформирующей пропитки древесины, которая в дальнейшем декорировалась фигурами Лихтенберга (с помощью искусственного высоковольтного разряда).
Некоторые из друзей, навещавших меня в лаборатории, наверное даже вспомнят испытательные стенды - деревянные рукоятки напильников(и мой 100W паяльник) украшенные цепляющим взгляд, "как будто японский", узором. Масштабированные результаты раньше можно было увидеть на одном из павильонов внутри крытого Комаровского рынка, как дело обстоит сейчас - не знаю.
Такой же узор молния часто оставляет на теле человека при попадании. Этот феномен еще называют керанографией. В большинстве случаев рисунок расплывается за сутки и часто проходит незамеченным для самого пострадавшего. Подобные же артефакты могут наблюдаться на коже тех, кто пострадал от высоковольтного удара (на подстанции и т.п.). Вспомню и недавнее исследование в журнале Forensic Science International: Synergy, которое показало, что похожий "рисунок" имеет место даже в костях человека или животных, погибших от удара молнии (хотя микроструктура кости у всех разная). Так что даже если внешние признаки исчезают в течении суток , внутренний отпечаток высоковольтного разряда живет гораздо дольше...
#LAB-66@Energy
Читатели напомнили в комментариях про интересный феномен, который связан с молниями. Точнее не только с молниями, а с высоковольтными искровыми разрядами. На опубликованном мной ранее видео четко просматривается как основному, мощному разряду, предшествует множество мелких, ветвящихся разрядов, формирующих неповторимые картины. Это т.н. фигуры Лихтенберга.
Фрактальные рисунки, которые показывают путь распространения искровых каналов на поверхности диэлектрика. В случае молнии форма этих фигур позволяет определять полярность разряда - "небесная искра" может проскакивать как от нижней части облака (отрицательно заряженной), так и от верхней (положительно заряженной). Часто фигуру Лихтенберга можно обнаружить и на земле, в том месте куда ударила молния. Эти узоры типичный пример фрактальной геометрии в природе. Формирование каналов происходит таким образом, чтобы минимизировать затраты на протекание электрического тока через любую среду.
Что интересно, для "искровых кистей" абсолютно не важно, на каком холсте оставлять свой след. В одном из своих старых исследовательских проектов
Некоторые из друзей, навещавших меня в лаборатории, наверное даже вспомнят испытательные стенды - деревянные рукоятки напильников
Такой же узор молния часто оставляет на теле человека при попадании. Этот феномен еще называют керанографией. В большинстве случаев рисунок расплывается за сутки и часто проходит незамеченным для самого пострадавшего. Подобные же артефакты могут наблюдаться на коже тех, кто пострадал от высоковольтного удара (на подстанции и т.п.). Вспомню и недавнее исследование в журнале Forensic Science International: Synergy, которое показало, что похожий "рисунок" имеет место даже в костях человека или животных, погибших от удара молнии (хотя микроструктура кости у всех разная). Так что даже если внешние признаки исчезают в течении суток , внутренний отпечаток высоковольтного разряда живет гораздо дольше...
#LAB-66@Energy
Чтобы жить, нужно солнце, свобода и маленький цветок (Ганс Кристиан Андерсен)
Легко любить солнце морозной зимой. А попробуйте его так же любить сейчас, когда столбик термометра подбирается к +40°С. Здесь я наверное отличаюсь от большинства читателей, потому что мне одинаково по душе и экстремальный мороз, и экстремальная жара(лишь бы в привычный для этого всего сезон). Конечно в @lab66 я напишу про особенности питьевого режима и испарительное охлаждение квартиры, но в голове в такое время чаще крутятся мысли про бесцельно пропадающие киловатты энергии, а не про состав изотоников :)
На прошлой неделе я писал про источники "походной" энергии, которые можно использовать для автономного электропитания. Использовать можно, но случись что - в рюкзак/тревожный чемоданчик укладываются туристические солнечные батареи, а не элементы Пельтье или банки со щелочью для металло-воздушной гальванической ячейки.
Итак, почему солнечные батареи (CБ)? IMHO
⊕ Из всех возобновляемых источников СБ самые легкие, простые в запуске и наиболее выгодно выглядят с точки зрения цена/ватт/килограмм. При использовании в режиме "на рыбалке разложил-сложил и дальше полгода лежит на полке", ресурс батареи практически вечен - быстрее выйдут из строя провода/разьемы.
⊕ Интернет-магазины предоставляют огромный выбор СБ на любой вкус и цвет, равно как и всевозможного дополнительного оборудования к ним
⊕ Поток солнечной энергии на орбите Земли почти не зависит от времени года (солнечная постоянная ~1,5 кВт/м2). Поэтому если солнце довольно высоко (например, выше 30° над горизонтом) - то неважно на какой вы широте, просто ориентируйте батарею перпендикулярно Солнцу (для максимального КПД) и наслаждайтесь.
⊕ Туристические СБ как правило герметизированы производителем (водонепроницаемы), т.е. не боятся капель дождя, росы и подобных явлений
⊕ Правильным солнечным батареям (не всем) не страшны сколы/пробоины и другие подобные повреждения. Современные СБ при повреждении утрачивают всего лишь часть своей работоспособности.
Недостатки:
⊖ Мощность батареи коррелирует с площадью. Батарея может быть легкой, но одновременно в разложенном состоянии требовать значительного места под солнцем. Туристические СБ, из-за особенностей складной конструкции, часто страдают от периодического затенения какой-то части.
⊖ Для комфортной работы с СБ часто необходимо дополнительное оборудование (контроллеры, буферные аккумуляторы, инверторы, PD/QC адаптеры и прочие GANы), которое нельзя купить в первом попавшемся ларьке, а нужно искать-анализировать-выбиратьобжигаться на подделках.
⊖ Солнечные элементы практически не работают (КПД снижается почти до нуля) если Солнце ниже 10° над горизонтом или отсутствует (ночь). Сильное рассеяние света это бич СБ . Например вечернее солнце светит, но электричества дает мизер(а ведь еще есть чудаки-продавцы заявляющие от том что их СБ могут работать при свете Луны и звезд). Такая же ситуация и с облачностью, дымкой/смогом и проч. Попытки производителей как-то справится с этим осуществляются с переменным успехом
⊖ Продавцы CБ (как индивидуальных, так и встроенных во что-то) всегда завышают реальную мощность. Иногда на пяток ватт (это условно хорошие продавцы), иногда в десяток раз (это плохие продавцы). Нужно присматриваться к картинкам и все считать самому перед покупкой.
⊖ Герметичные СБ очень уязвимы перед нарушениями техпроцесса сборки модулей. При активном использовании деградации подвергается материал на котором закреплена СБ. Очень часто армирующие пленки, покрывающие фотоэлемент, тускнеют/мутнеют и перестают пропускать свет. Пайка внутренних проводников часто осуществляется кислотными флюсами, что медленно, но верно приводит к коррозии и утрате работоспособности.
Продолжение следует...
#LAB-66@SolarEnergy
Легко любить солнце морозной зимой. А попробуйте его так же любить сейчас, когда столбик термометра подбирается к +40°С. Здесь я наверное отличаюсь от большинства читателей, потому что мне одинаково по душе и экстремальный мороз, и экстремальная жара
На прошлой неделе я писал про источники "походной" энергии, которые можно использовать для автономного электропитания. Использовать можно, но случись что - в рюкзак/тревожный чемоданчик укладываются туристические солнечные батареи, а не элементы Пельтье или банки со щелочью для металло-воздушной гальванической ячейки.
Итак, почему солнечные батареи (CБ)? IMHO
⊕ Из всех возобновляемых источников СБ самые легкие, простые в запуске и наиболее выгодно выглядят с точки зрения цена/ватт/килограмм. При использовании в режиме "на рыбалке разложил-сложил и дальше полгода лежит на полке", ресурс батареи практически вечен - быстрее выйдут из строя провода/разьемы.
⊕ Интернет-магазины предоставляют огромный выбор СБ на любой вкус и цвет, равно как и всевозможного дополнительного оборудования к ним
⊕ Поток солнечной энергии на орбите Земли почти не зависит от времени года (солнечная постоянная ~1,5 кВт/м2). Поэтому если солнце довольно высоко (например, выше 30° над горизонтом) - то неважно на какой вы широте, просто ориентируйте батарею перпендикулярно Солнцу (для максимального КПД) и наслаждайтесь.
⊕ Туристические СБ как правило герметизированы производителем (водонепроницаемы), т.е. не боятся капель дождя, росы и подобных явлений
⊕ Правильным солнечным батареям (не всем) не страшны сколы/пробоины и другие подобные повреждения. Современные СБ при повреждении утрачивают всего лишь часть своей работоспособности.
Недостатки:
⊖ Мощность батареи коррелирует с площадью. Батарея может быть легкой, но одновременно в разложенном состоянии требовать значительного места под солнцем. Туристические СБ, из-за особенностей складной конструкции, часто страдают от периодического затенения какой-то части.
⊖ Для комфортной работы с СБ часто необходимо дополнительное оборудование (контроллеры, буферные аккумуляторы, инверторы, PD/QC адаптеры и прочие GANы), которое нельзя купить в первом попавшемся ларьке, а нужно искать-анализировать-выбирать
⊖ Солнечные элементы практически не работают (КПД снижается почти до нуля) если Солнце ниже 10° над горизонтом или отсутствует (ночь). Сильное рассеяние света это бич СБ . Например вечернее солнце светит, но электричества дает мизер
⊖ Продавцы CБ (как индивидуальных, так и встроенных во что-то) всегда завышают реальную мощность. Иногда на пяток ватт (это условно хорошие продавцы), иногда в десяток раз (это плохие продавцы). Нужно присматриваться к картинкам и все считать самому перед покупкой.
⊖ Герметичные СБ очень уязвимы перед нарушениями техпроцесса сборки модулей. При активном использовании деградации подвергается материал на котором закреплена СБ. Очень часто армирующие пленки, покрывающие фотоэлемент, тускнеют/мутнеют и перестают пропускать свет. Пайка внутренних проводников часто осуществляется кислотными флюсами, что медленно, но верно приводит к коррозии и утрате работоспособности.
Продолжение следует...
#LAB-66@SolarEnergy
Его Электричейство Кремний (Si)
Кремний это не только чипы в "этих ваших плафонах", но и бессменный лидер по КПД во всевозможных солнечных элементах. И это все несмотря на то, что в 2024 году мы будем отмечать 70-летие появления первого кремниевого фотоэлемента. Появился он, абсолютно ожидаемо, в легендарных исследовательских лабораториях Bell Labs.
Прим. авт. до сих пор всякие липовые академики и прочие "носители бумаги с печатью" гадают, что же было причиной ошеломительного успеха лабораторий Белла. И не могут крючкотворы найти ответа. А секрет прост: 1. Технически компетентный менеджмент сверху донизу, 2. Исследователь никогда не занимается привлечением денег, 3. Исследование может быть прекращено без даже минимальных обвинений в адрес исследователя. В легендарные лаборатории можно было приходить без носков, можно было заниматься разработкой каких-то вещей, которые не имели даже отдаленного отношения к теме исследования. Но нельзя было сидеть в кабинете за закрытыми дверями, нельзя было совращать секретарш, нельзя было отказывать коллегам в помощи. Результат - бОльшая часть знаковых изобретений 20 века сделана в BellLabs. Моя ❤️ и вечный пример для организационного подражания.
И сегодня кремниевые солнечные батареи - устройство выбора и для туристов, и для энергетиков "солнечных энергополей". Существуют две разновидности кремниевых СБ - это батареи на базе кристаллического кремния (моно- и поли-) и батареи на базе кремния аморфного. Монокристаллический и поликристаллический по КПД неплохо отличаются (19-22% против 7-10%), последний - это либо низкопробный кремний, либо переработанный кремниевый лом. Низкая цена компенсирует невысокую эффективность, что в итоге дает одинаковую стоимость ватта. Для туристических применений (в отличие от индустриальных панелей) нам это не подходит, т.к. низкая эффективность → большие площади и вес. Аморфный кремний еще 5-7 лет назад казался настоящим прорывом. Батареи на его основе могли сгибаться. Но при сравнимых с кристаллическими братьями КПД и мощности цена на панели была в N раз больше. Я достаточно долго боролся с "аморфнокремниевой жабой", и к счастью она победила.
К счастью, потому что ученых из Стентфордского университета предложили принципиально новый способ соединения элементов из монокристаллического кремния, когда все токосъемные контакты (как положительные, так и отрицательные) расположены на нижней стороне пластины. Это позволило серьезно уменьшить толщину панели. В итоге уменьшилась цена, вес (~в 1,5 раза относительно классического монокристалла и аморфного кремния) и самое главное - батарея начала изгибаться (~30°, поэтому и называется полугибкая, англ. semi-flex). Из-за того что панель как бы висит на проводниках, трещины и пробоины для нее теперь не смертельны. Осколки батареи проживут столько, на сколько хватит выносливости у металлических проводников.
Минус в том, производит полугибкие батареи один-единственный завод в мире, это SunPower Corporation (США). Нам остается только выискивать продавцов, которые собирают СБ на базе элементов компании.
Промежуточный вывод следующий: если солнечная батарея, то только монокристаллический кремний, если монокристалл, то только полугибкий элемент от SunPower. На 2022 год это самый оптимальный алгоритм.
На популярных интернет-акционах огромное количество брендов эксплуатирующих элементы SunPower: Suaoki, Allpowers, Xionel, Vodool, ihoplix, Blitzwolf, Anker, Fovigour и проч, тысячи их (на Patreon даже есть картинка-ориентир). Найдя батареи отслеживаем продавцов, но покупать пока не спешим. Почему - узнаете в следующей заметке.
#LAB-66@SolarEnergy
Кремний это не только чипы в "этих ваших плафонах", но и бессменный лидер по КПД во всевозможных солнечных элементах. И это все несмотря на то, что в 2024 году мы будем отмечать 70-летие появления первого кремниевого фотоэлемента. Появился он, абсолютно ожидаемо, в легендарных исследовательских лабораториях Bell Labs.
Прим. авт. до сих пор всякие липовые академики и прочие "носители бумаги с печатью" гадают, что же было причиной ошеломительного успеха лабораторий Белла. И не могут крючкотворы найти ответа. А секрет прост: 1. Технически компетентный менеджмент сверху донизу, 2. Исследователь никогда не занимается привлечением денег, 3. Исследование может быть прекращено без даже минимальных обвинений в адрес исследователя. В легендарные лаборатории можно было приходить без носков, можно было заниматься разработкой каких-то вещей, которые не имели даже отдаленного отношения к теме исследования. Но нельзя было сидеть в кабинете за закрытыми дверями, нельзя было совращать секретарш, нельзя было отказывать коллегам в помощи. Результат - бОльшая часть знаковых изобретений 20 века сделана в BellLabs. Моя ❤️ и вечный пример для организационного подражания.
И сегодня кремниевые солнечные батареи - устройство выбора и для туристов, и для энергетиков "солнечных энергополей". Существуют две разновидности кремниевых СБ - это батареи на базе кристаллического кремния (моно- и поли-) и батареи на базе кремния аморфного. Монокристаллический и поликристаллический по КПД неплохо отличаются (19-22% против 7-10%), последний - это либо низкопробный кремний, либо переработанный кремниевый лом. Низкая цена компенсирует невысокую эффективность, что в итоге дает одинаковую стоимость ватта. Для туристических применений (в отличие от индустриальных панелей) нам это не подходит, т.к. низкая эффективность → большие площади и вес. Аморфный кремний еще 5-7 лет назад казался настоящим прорывом. Батареи на его основе могли сгибаться. Но при сравнимых с кристаллическими братьями КПД и мощности цена на панели была в N раз больше. Я достаточно долго боролся с "аморфнокремниевой жабой", и к счастью она победила.
К счастью, потому что ученых из Стентфордского университета предложили принципиально новый способ соединения элементов из монокристаллического кремния, когда все токосъемные контакты (как положительные, так и отрицательные) расположены на нижней стороне пластины. Это позволило серьезно уменьшить толщину панели. В итоге уменьшилась цена, вес (~в 1,5 раза относительно классического монокристалла и аморфного кремния) и самое главное - батарея начала изгибаться (~30°, поэтому и называется полугибкая, англ. semi-flex). Из-за того что панель как бы висит на проводниках, трещины и пробоины для нее теперь не смертельны. Осколки батареи проживут столько, на сколько хватит выносливости у металлических проводников.
Минус в том, производит полугибкие батареи один-единственный завод в мире, это SunPower Corporation (США). Нам остается только выискивать продавцов, которые собирают СБ на базе элементов компании.
Промежуточный вывод следующий: если солнечная батарея, то только монокристаллический кремний, если монокристалл, то только полугибкий элемент от SunPower. На 2022 год это самый оптимальный алгоритм.
На популярных интернет-акционах огромное количество брендов эксплуатирующих элементы SunPower: Suaoki, Allpowers, Xionel, Vodool, ihoplix, Blitzwolf, Anker, Fovigour и проч, тысячи их (на Patreon даже есть картинка-ориентир). Найдя батареи отслеживаем продавцов, но покупать пока не спешим. Почему - узнаете в следующей заметке.
#LAB-66@SolarEnergy
Практический минимум "солнцелова"
По просьбам собирателей солнечных крох картинка из Patreon-статьи c примерами правильных солнечных батарей (SunPower-based). Отдельно подчеркну - на картинке не все, что можно встретить на просторах интернет-аукционов, так как вариаций и производителей тысячи, и особых критичных отличий между ними нет. Но по крайней мере далекий от мира кремниевой фотовольтаики читатель глядя на картинку сможет понять что ему нужно искать"абсолютно черные батареи" и на что ориентироваться. Такие батареи можно считать необходимым минимумом (если ограничен бюджет, нет желания разбираться и т.п.). И этот минимум в 21 веке должен присутствовать в любом доме, наравне с архаичным "свечи, соль, спички"
p.s. на картинке показаны батареи мощностью (реальной) порядка 15-17W. Китаец им приписывает то 21W, то 28W, то даже 60W. Разницы нет, достаточно посчитать количество элементов. Поэтому возможно и цена примерно одинакова, несмотря на различия в цифрах.
#LAB-66@SolarEnergy
По просьбам собирателей солнечных крох картинка из Patreon-статьи c примерами правильных солнечных батарей (SunPower-based). Отдельно подчеркну - на картинке не все, что можно встретить на просторах интернет-аукционов, так как вариаций и производителей тысячи, и особых критичных отличий между ними нет. Но по крайней мере далекий от мира кремниевой фотовольтаики читатель глядя на картинку сможет понять что ему нужно искать
p.s. на картинке показаны батареи мощностью (реальной) порядка 15-17W. Китаец им приписывает то 21W, то 28W, то даже 60W. Разницы нет, достаточно посчитать количество элементов. Поэтому возможно и цена примерно одинакова, несмотря на различия в цифрах.
#LAB-66@SolarEnergy
В поисках солнечной шагрени
Продолжаем беседы про солнечные панели экстренного использования. В прошлых заметках я рассказал про самые перспективные на сегодня полугибкие элементы SunPower и даже показал, как они выглядят в коммерческой реализации. Но порекомендовал не спешить с покупкой. Почему я это сделал?
Потому что есть один нюанс, о котором вы должны знать. При редком использовании упомянутых батарей в умеренном климате все хорошо, но если начинается эксплуатация "24/7", в условиях морского климаташатаниях месяцами по Куршской косе, то начинает проявятся деградация. У туристических батарей это чаще всего выражается в выгорании и разрушении ткани из которой сделана подложка батарей, также начинает дубеть и растрескиваться защитная пленка (она сделана из PET, разбор технологий ламинирования и материалов - смотреть в статье). Из-за изменения микроструктуры на поверхности батарей начинает скапливаться пыль и добавляется абразивный эффект.
Как с этим бороться? Искать батареи с фторопластовым (ETFE) покрытием. Важно что фторопластовые пленки для ламинации солнечных панелей идут со специальной "микроконцентрирующей" структрой на поверхности, которая снижает общую чувствительность к направленности на источник света за счет множественного отражения от боковой поверхности, плюс появляется возможность "захватывать" свет, отраженный с других направлений. Технологию эту китайский специалист еще не освоил, поэтому в основном импортирует из США/Японии. Подробно этот вопрос разбирается в моем лонгриде на Patreon (ссылка). Благодаря фторопласту появляется гидрофобность, увеличивается светопропускание, снижается коэффициент трения на поверхности батареи.
Из-за rocket science технологий пока найти ETFE батареи достаточно сложно, на том же aliexpress я нашел только три позиции (21W и две по 28W), подходящие под условия задачи. На картинке внизу заметки приведены примеры микроструктуры, по которой можно ориентироваться, рассматривая то, что продается в интернете.
Промежуточный вывод следующий: лучший вариант это солнечная батарея на полугибких элементах от SunPower с "микролинзовым" рельефным покрытием из фторопласта (ETFE)
Но здесь все к сожалению далеко от идеала. Самые популярные 21W "фторопласт-батареи" от китайца Allpowers, внутри имеют другой тип элементов (т.н. "черепичная упаковка" и элементы P-типа, в отличие от SunPower пластин N-типа в тканевом обрамлении). Эти элементы особенно не гнутся (поэтому и каркас у обновленной (?) батареи уже жесткий), мощность их немного ниже(микролинзы ведь есть!) и гибкие соединительные шлейфы между панелями практически нереально отремонтировать (а тканевые батареи можно распороть и перепаять внутренности). Тяжела участь тех, чья жизнь один сплошной поход. Придется выбирать, либо бОльший КПД и гибкость, но вероятность деградации защиты при активном использовании, либо меньший КПД и жесткость, но идеальное по устойчивости к внешнему воздействию покрытие.
#LAB-66@SolarEnergy
Продолжаем беседы про солнечные панели экстренного использования. В прошлых заметках я рассказал про самые перспективные на сегодня полугибкие элементы SunPower и даже показал, как они выглядят в коммерческой реализации. Но порекомендовал не спешить с покупкой. Почему я это сделал?
Потому что есть один нюанс, о котором вы должны знать. При редком использовании упомянутых батарей в умеренном климате все хорошо, но если начинается эксплуатация "24/7", в условиях морского климата
Как с этим бороться? Искать батареи с фторопластовым (ETFE) покрытием. Важно что фторопластовые пленки для ламинации солнечных панелей идут со специальной "микроконцентрирующей" структрой на поверхности, которая снижает общую чувствительность к направленности на источник света за счет множественного отражения от боковой поверхности, плюс появляется возможность "захватывать" свет, отраженный с других направлений. Технологию эту китайский специалист еще не освоил, поэтому в основном импортирует из США/Японии. Подробно этот вопрос разбирается в моем лонгриде на Patreon (ссылка). Благодаря фторопласту появляется гидрофобность, увеличивается светопропускание, снижается коэффициент трения на поверхности батареи.
Из-за rocket science технологий пока найти ETFE батареи достаточно сложно, на том же aliexpress я нашел только три позиции (21W и две по 28W), подходящие под условия задачи. На картинке внизу заметки приведены примеры микроструктуры, по которой можно ориентироваться, рассматривая то, что продается в интернете.
Промежуточный вывод следующий: лучший вариант это солнечная батарея на полугибких элементах от SunPower с "микролинзовым" рельефным покрытием из фторопласта (ETFE)
Но здесь все к сожалению далеко от идеала. Самые популярные 21W "фторопласт-батареи" от китайца Allpowers, внутри имеют другой тип элементов (т.н. "черепичная упаковка" и элементы P-типа, в отличие от SunPower пластин N-типа в тканевом обрамлении). Эти элементы особенно не гнутся (поэтому и каркас у обновленной (?) батареи уже жесткий), мощность их немного ниже
#LAB-66@SolarEnergy
☝️ Солнечные батареи с фторопластовым (ETFE) покрытием модулей. Лучший выбор для тех, кто очень активно эксплуатирует фотоэлементы в жестких полевых условиях (влажный морской климат, песчаные бури и другие вредные условия окружающей среды). Каркасы более жесткие чему к классических туристических батарей на элементах SunPower, используется другой тип фотоэлементов (дешевле классических, меньший КПД) с другим расположением относительно друг друга. Подробный разбор особенностей 👇
📜 Солнца текст. Солнечные батареи и все-все-все
#LAB-66@SolarEnergy
📜 Солнца текст. Солнечные батареи и все-все-все
#LAB-66@SolarEnergy
This media is not supported in your browser
VIEW IN TELEGRAM
Небольшой ролик, показывающий принципиальное отличие кристаллических кремниевых фотоэлементов от полугибких кремниевых элементов, которые я расхваливал по ссылке. Традиционными кристаллическими элементами и батареями на их основе торгует бОльшая часть магазинов китайской сети "И жук, и жаба".
К сожалению мои любимые полугибкие элементы SunPower C60 тоже ломаются. Самая близкая аналогия - это слой фанеры, у которого предел прочности при сжатии вдоль волокон примерно в 10 раз больше чем предел прочности при сжатии поперек волокон. Помните это и избегайте прикладывания поперечных усилий к такой батарее.
Точечные же повреждения (пулевые, осколочные, пробоины, продавливания от острых предметов etc) из-за густой сети медных волокон подложки полностью нарушить работу батареи не смогут, но снизят эффективность зарядки (на сколько - зависит от обширности повреждения).
Надежная солнечная панель в 2022 давно перестала быть роскошью.
📜 Солнца текст. Солнечные батареи и все-все-все
#LAB-66@SolarEnergy
К сожалению мои любимые полугибкие элементы SunPower C60 тоже ломаются. Самая близкая аналогия - это слой фанеры, у которого предел прочности при сжатии вдоль волокон примерно в 10 раз больше чем предел прочности при сжатии поперек волокон. Помните это и избегайте прикладывания поперечных усилий к такой батарее.
Точечные же повреждения (пулевые, осколочные, пробоины, продавливания от острых предметов etc) из-за густой сети медных волокон подложки полностью нарушить работу батареи не смогут, но снизят эффективность зарядки (на сколько - зависит от обширности повреждения).
Надежная солнечная панель в 2022 давно перестала быть роскошью.
📜 Солнца текст. Солнечные батареи и все-все-все
#LAB-66@SolarEnergy
Ритуал "изгнания коробочки"
Предположим батарею на полугибких элементах вы взяли. Если очень повезло, то даже с микроконцентрирующим покрытием из вечного фторопласта. Что теперь с ней делать?
Первым делом, после получения панели на почте, обязательно проверьте на наличие трещин на поверхности панелей. Здесь придется подобрать верный угол освещения. Продольные трещины и связанное с ними снижение КПД - прекрасный повод начать спор и вернуть деньги.
Если трещин нет - я аккуратно убираю черную коробочку и припаиваю к проводникам, торчащим из панели дополнительный провод (желательно в силиконовой оболочке) длиной до полуметра. Конец провода оформляю подходящим разъемом (хоть "тюльпан", хоть "банан", хоть XT60 от дрона). Места выхода провода из панели герметизирую. Все, на этом панель становится генератором as is без всякой лишней мишуры.
"Черную коробочку" не выбрасываем, просто припаиваем к ней ответные разъемы. Главное здесь то, что отнесенная на значительное расстояние от панели коробчонка острыми пластиковыми углами уже не сможет в рюкзаке медленно, но верно продавливать тонкие C60.
Подключать какие-то солнечные контроллеры к маломощным, описанным мной ранее, туристическим батареям (до 40W) бессмысленно. Проще всего электричество от батареи подать через копеечный диод Шоттки (для предотвращения обратной утечки) на буферный аккумулятор.
Маломощная солнечная батарея без буферного аккумулятора - деньги на ветер (imho)
Буфер будет нивелировать для конечного потребителя все недостатки облачности и изменения инсоляции и позволит нормально заряжать свои устройства (без рывков и перебоев). Этот буфер надо заряжать c минимальным количеством преобразований и с максимальным КПД, а от него уже питать технику.
------------------
Важно! Я крайне рекомендую избегать случаев "двойного преобразования", когда конвертер воткнут в конвертер, который втыкается в конвертер. Все эти DC-DC агрегаты, преобразователи повербанков запросто съедят все что выдает наша батарея, оставив пользователю крохи энергии и ситуацию "смартфон заряжал сутки".
------------------
Среднестатистическая гибкая туристическая 21W батарея с aliexpress содержит 3 секции, соединенных между собой параллельно (при таком соединении затенение одной из секций панели приведет лишь к падению мощности батареи пропорционально числу затененных секций, но работоспособность сохранится). В каждую секцию входит по 12 ячеек соединенных между собой последовательно. Напряжение на одной ячейке составляет ~0.65V, что дает для 12-ти последовательно включенных ячеек 7.8V. Рабочее напряжение гуляет примерно около этих цифр.
Такое напряжение согласуется с напряжением гелевого свинцового аккумулятора на 6V. Такие аккумуляторы используются в мотоциклах, в источниках бесперебойного питания (ИБП), в системах домовой сигнализации. Весят они побольше (раз в семь-десять) литиевых банок одинаковой емкости - 1.2 А·ч~300 г, 3.2А·ч~600 г, 7А·ч~1300 г - но цена в пересчете на емкость сравнима с качественным литием. Тяжеловаты, зато минимум "преобразовательных" потерь в нашей гелиостанции.
Далее к нашему буферу можно подключить, например нашу "изгнанную коробочку". Хотя КПД схем внутри таких коробок составляет чаще всего ~80-90%, да и вообще работают они очень странно, выдавая при одинаковой инсоляции абсолютно разные токи. Лично у меня нет желания подключать это к аккумулятору. Лучше что-то более эффективное, такое с 4х выходами USB или такое, с QC2/3. Возможно существует и что-то поинтереснеепишите в комментарии!. И конечно же при подходящей облачности можно заряжаться минуя буфер: гелиопанель→преобразователь→телефон etc.
Nota bene: если последовательно соединить две гибких батареи (свою и друга), то получим напряжение ~13V, которое согласуется с трехбаночной (3S) сборкой Li-Ion, с зарядкой для автомобильного аккумулятора и работает с "тысячи их на aliexpresы" платами QuickCharge/PowerDelivery. Так что энергетически выгоднее путешествовать вдвоем с правильным другом.
#LAB-66@SolarEnergy
Предположим батарею на полугибких элементах вы взяли. Если очень повезло, то даже с микроконцентрирующим покрытием из вечного фторопласта. Что теперь с ней делать?
Первым делом, после получения панели на почте, обязательно проверьте на наличие трещин на поверхности панелей. Здесь придется подобрать верный угол освещения. Продольные трещины и связанное с ними снижение КПД - прекрасный повод начать спор и вернуть деньги.
Если трещин нет - я аккуратно убираю черную коробочку и припаиваю к проводникам, торчащим из панели дополнительный провод (желательно в силиконовой оболочке) длиной до полуметра. Конец провода оформляю подходящим разъемом (хоть "тюльпан", хоть "банан", хоть XT60 от дрона). Места выхода провода из панели герметизирую. Все, на этом панель становится генератором as is без всякой лишней мишуры.
"Черную коробочку" не выбрасываем, просто припаиваем к ней ответные разъемы. Главное здесь то, что отнесенная на значительное расстояние от панели коробчонка острыми пластиковыми углами уже не сможет в рюкзаке медленно, но верно продавливать тонкие C60.
Подключать какие-то солнечные контроллеры к маломощным, описанным мной ранее, туристическим батареям (до 40W) бессмысленно. Проще всего электричество от батареи подать через копеечный диод Шоттки (для предотвращения обратной утечки) на буферный аккумулятор.
Маломощная солнечная батарея без буферного аккумулятора - деньги на ветер (imho)
Буфер будет нивелировать для конечного потребителя все недостатки облачности и изменения инсоляции и позволит нормально заряжать свои устройства (без рывков и перебоев). Этот буфер надо заряжать c минимальным количеством преобразований и с максимальным КПД, а от него уже питать технику.
------------------
Важно! Я крайне рекомендую избегать случаев "двойного преобразования", когда конвертер воткнут в конвертер, который втыкается в конвертер. Все эти DC-DC агрегаты, преобразователи повербанков запросто съедят все что выдает наша батарея, оставив пользователю крохи энергии и ситуацию "смартфон заряжал сутки".
------------------
Среднестатистическая гибкая туристическая 21W батарея с aliexpress содержит 3 секции, соединенных между собой параллельно (при таком соединении затенение одной из секций панели приведет лишь к падению мощности батареи пропорционально числу затененных секций, но работоспособность сохранится). В каждую секцию входит по 12 ячеек соединенных между собой последовательно. Напряжение на одной ячейке составляет ~0.65V, что дает для 12-ти последовательно включенных ячеек 7.8V. Рабочее напряжение гуляет примерно около этих цифр.
Такое напряжение согласуется с напряжением гелевого свинцового аккумулятора на 6V. Такие аккумуляторы используются в мотоциклах, в источниках бесперебойного питания (ИБП), в системах домовой сигнализации. Весят они побольше (раз в семь-десять) литиевых банок одинаковой емкости - 1.2 А·ч~300 г, 3.2А·ч~600 г, 7А·ч~1300 г - но цена в пересчете на емкость сравнима с качественным литием. Тяжеловаты, зато минимум "преобразовательных" потерь в нашей гелиостанции.
Далее к нашему буферу можно подключить, например нашу "изгнанную коробочку". Хотя КПД схем внутри таких коробок составляет чаще всего ~80-90%, да и вообще работают они очень странно, выдавая при одинаковой инсоляции абсолютно разные токи. Лично у меня нет желания подключать это к аккумулятору. Лучше что-то более эффективное, такое с 4х выходами USB или такое, с QC2/3. Возможно существует и что-то поинтереснее
Nota bene: если последовательно соединить две гибких батареи (свою и друга), то получим напряжение ~13V, которое согласуется с трехбаночной (3S) сборкой Li-Ion, с зарядкой для автомобильного аккумулятора и работает с "тысячи их на aliexpresы" платами QuickCharge/PowerDelivery. Так что энергетически выгоднее путешествовать вдвоем с правильным другом.
#LAB-66@SolarEnergy
Солнечная оптимизация
"читательницы устали от ваших модемов" (С). Понимаю и прощаю - антенное хозяйство, LoRa, контроллеры& прочее радиодело - в этом нетчёрствости но ничего романтичного. А вот в солнечных батареях романтика есть (ведь есть же?)
Хочу поднять прошлый тред и рассказать про такую вещь как MPPT. Это "явление" особенно актуально для каждого владельца "гелиоэлектростанции" в периоды облачной погоды.
Магическая аббревиатура mppt, будучи произнесена заговорщицким голосом продавца cолнечных панелей, сразу заставляет руки обывателя тянуться к кошельку. Ибо общественно мнение гласит, что "mppt - это абсолютное добро" При этом хорошо если 1 из 10 покупателей солнечных панелей "на даче хочу поставить, ручеек питать" сможет внятно объяснить что же такое это самое mppt, за которое он только что переплатил Nбайткоинов долларов.
Не вдаваясь во всякие вольтамперные характеристики солнечных панелей и т.п. можно сказать просто, MPPT (Maximum Power Point Tracking — отслеживание точки максимальной мощности) это механизм, который позволяет выжимать из солнечной панели максимум при текущей освещенности. Предположим имея условную панель в Минске в июле (~жарко и солнечно), вы какими-то правдами и неправдами нашли точку максимальной мощности и забираете от панели максимум. Но при появлении облачности вольт-амперная характеристика панели изменяется вместе с изменением уровня освещенности. Эффективность панели мгновенно падает, пользователь ничего не может сделать, а вот MPPT сам подстраивается под новые условия, производя за определенный промежуток времени (2…5...N минут) вычисления и подбирая новую точку максимальной мощности. Поиск ведется разными способами, вплоть до сканирующих алгоритмов с нейросетями. Разные алгоритмы - разные и цены, часто MPPT контроллер может стоить в 2-3 раза дороже вся батареяи весить будет N килограмм
Нужна ли такая штуковина владельцу туристической солнечной батареи? Нужна, но с возможностью ручной подстройки. Слишком умные алгоритмы поиска могут ошибатьсяи ошибаются! и таким образом эффективность батареи снижают не хуже чем облачность. Также автоматика не нужна если есть опыт. Например для своих панелей я знаю, что в холодную погоду максимальная мощность при напряжении 19.0–20.0В, в жаркую — 17.6…18.2В. Выставлять цифры вручную 1–2 раза в день труда не составляет. Если же за вас все решают контроллер/плата с непонятными алгоритмами перебора — то шансы на успех мизерны, а вот на то, что контроллер сожрет всю мощность— велики.
Что есть на рынке в пользовательском диапазоне? А практически ничего. Из повышающих напряжение MPPT контроллеров есть только MPT-7210A (крайний правый на картинке) за ~50...70...100$. Но во-первых его минимальное входное напряжение ~12–15 В, ниже он просто не работает. Весит этот контроллер до 0,5 кг (как комплект SunPower на 21W) и самое неприятное что преобразователь медленно выходит на полную мощность, за время раскачки облачность может поменяться двадцать раз и драгоценные крохи энергии будут потеряны. MPPT тоже реализована странно, после ручного ввода напряжения для старта поиска точки максимальной мощности контроллер начинает перебирать весь диапазон напряжений, чаще уходя в те значения, на которых мощность панелей минимальна, а задать узкий диапазон значений невозможно.
Дешевле за эти деньги взять несколько батарей, соединить их последовательно и использовать дешевые, привычные понижающие контроллеры. Мои любимые, до 5А - на микросхеме BQ24650 (третий слева), хотя подойдут и некоторые их "младшие китайские братья" на микросхеме CN3722 (первый и второй слева), примеры со ссылками смотрим в статье 👇
📜 Солнца текст. Солнечные батареи и все-все-все
При выборе плат контроллеров обязательно обращайте внимание на наличие регулятора ручной подстройки MPPT, чтобы не пришлось перепаивать задающие резисторы с каждой новой солнечной панелью.
#LAB-66@SolarEnergy
"читательницы устали от ваших модемов" (С). Понимаю и прощаю - антенное хозяйство, LoRa, контроллеры& прочее радиодело - в этом нет
Хочу поднять прошлый тред и рассказать про такую вещь как MPPT. Это "явление" особенно актуально для каждого владельца "гелиоэлектростанции" в периоды облачной погоды.
Магическая аббревиатура mppt, будучи произнесена заговорщицким голосом продавца cолнечных панелей, сразу заставляет руки обывателя тянуться к кошельку. Ибо общественно мнение гласит, что "mppt - это абсолютное добро" При этом хорошо если 1 из 10 покупателей солнечных панелей "на даче хочу поставить, ручеек питать" сможет внятно объяснить что же такое это самое mppt, за которое он только что переплатил N
Не вдаваясь во всякие вольтамперные характеристики солнечных панелей и т.п. можно сказать просто, MPPT (Maximum Power Point Tracking — отслеживание точки максимальной мощности) это механизм, который позволяет выжимать из солнечной панели максимум при текущей освещенности. Предположим имея условную панель в Минске в июле (~жарко и солнечно), вы какими-то правдами и неправдами нашли точку максимальной мощности и забираете от панели максимум. Но при появлении облачности вольт-амперная характеристика панели изменяется вместе с изменением уровня освещенности. Эффективность панели мгновенно падает, пользователь ничего не может сделать, а вот MPPT сам подстраивается под новые условия, производя за определенный промежуток времени (2…5...N минут) вычисления и подбирая новую точку максимальной мощности. Поиск ведется разными способами, вплоть до сканирующих алгоритмов с нейросетями. Разные алгоритмы - разные и цены, часто MPPT контроллер может стоить в 2-3 раза дороже вся батарея
Нужна ли такая штуковина владельцу туристической солнечной батареи? Нужна, но с возможностью ручной подстройки. Слишком умные алгоритмы поиска могут ошибаться
Что есть на рынке в пользовательском диапазоне? А практически ничего. Из повышающих напряжение MPPT контроллеров есть только MPT-7210A (крайний правый на картинке) за ~50...70...100$. Но во-первых его минимальное входное напряжение ~12–15 В, ниже он просто не работает. Весит этот контроллер до 0,5 кг (как комплект SunPower на 21W) и самое неприятное что преобразователь медленно выходит на полную мощность, за время раскачки облачность может поменяться двадцать раз и драгоценные крохи энергии будут потеряны. MPPT тоже реализована странно, после ручного ввода напряжения для старта поиска точки максимальной мощности контроллер начинает перебирать весь диапазон напряжений, чаще уходя в те значения, на которых мощность панелей минимальна, а задать узкий диапазон значений невозможно.
Дешевле за эти деньги взять несколько батарей, соединить их последовательно и использовать дешевые, привычные понижающие контроллеры. Мои любимые, до 5А - на микросхеме BQ24650 (третий слева), хотя подойдут и некоторые их "младшие китайские братья" на микросхеме CN3722 (первый и второй слева), примеры со ссылками смотрим в статье 👇
📜 Солнца текст. Солнечные батареи и все-все-все
При выборе плат контроллеров обязательно обращайте внимание на наличие регулятора ручной подстройки MPPT, чтобы не пришлось перепаивать задающие резисторы с каждой новой солнечной панелью.
#LAB-66@SolarEnergy
Солнечные батареи-Польша-Перовскит
Ассистенты иногда шлют мне интересные вопросы из комментариев к заметкам. Иногда я на них отвечаю, особенно если вопросы циклично повторяются. За время действия #LAB-66@SolarEnergy несколько раз возникал вопрос про солнечные элементы из перовскитов. Может будущее уже здесь,а мы не замечаем? Носимся со своими SunPower C60 :) Неспроста ж наверное польская Saulе Technologies за гранты в млн.€ развивает производства перовскит-солнечных панелей. Может и правда скоро их можно будет увидеть везде, от одноразовых пластиковых стаканов до окон и крыш домов и даже купить в виде аэрозольной краски? Читаем очередное особое мнение
Степень совершенства технологии придуманной человеком = уровень ее биомиметичности, эффективности относительно того, что придумала Природа. Поэтому "технически красиво по LAB-66" - это всегда экологично(за соблюдением правила бдит Хим/Дичь).
Обыватель, заинтересованный темой солнечных панелей из перовскита, первым делом наберет в Google слово перовскит и прочитает в Википедии о том, что перовскит - это титанат кальция. Кальций/титан - в общественном сознании все это достаточно безопасно. Но вот Википедия не пишет, что современные перовскит-панели с безвредным неорганическим минералом перовскитом/титанатом кальция имеют только кристаллографическое сходство. Все это кристалл структуры ABX₃, где A и B — катионы , а X — анион. Те самые "эффективность в лаборатории достигает 25%" солнечные перовскит-элементы - это органо-неорганический материал, где в обязательном порядке присутствует атом свинца.
Перовскит-элементы легко обрабатывать и синтезировать (даже дома, при наличии реактивов). Они достаточно эффективны сразу после приготовления, но при этом обладают очень низкой устойчивостью к внешним воздействиям (воздействие паров воды в воздухе/свободных радикалов, термический стресс, выгорание под воздействием UV/Vis света). Выгорание материала = падение эффективности (за месяцы, в противоположность годам в случае кремниевых панелей). При повреждении защитного слоя инкапсулянта перовскит-материал начинает быстро разрушаться с вымыванием свинца в окружающую среду. Опасная для здоровья доза свинца~25 мм² перовскит-панели. Выработка 1 ГВт энергии на самом эффективном перовскит-элементе~образование 3,5 тонн свинцовых отходов.
В качестве дополнительного чтения по опасности свинца рекомендую свою токсикологическую статью: И продолжается «вечеринка со свинцом»…
Проблема на сегодняшний день не решена. Более экологичные перовскит-панели с оловом, ванадием, вольфрамом и другими тяжелыми металлами намного менее эффективны чем свинцовые (в 2 и более раз). Смирившись с отсутствием замены свинцу, все исследования сейчас направлены на поиск более эффективных инкапсулянтов (вроде самозалечивающихся полимеров или адсорбирующих свинец покровных слоев из ионообменных смол). При этом мне не известны исследования на предмет долгосрочной устойчивости таких покрытий.Имхо свинцовые солнечные батареи наносимые аэрозольным баллоном нам не нужны, еле с тетраэтилсвинцом в бензине разобрались. А еще перовскиты хрупкие, этим они близки к полу-гибким SunPower C60. Поэтому скорее всего будущее за комбинированными панелями, в которых используются дополнительные армирующие слои и другие фотовольтаические материалы (кремний!)
Подытожим. Интерес к дешевым солнечным панелям есть. Исследователи видят только "эффективность/стоимость/вес", изучение уноса перовскит-свинца в окружающую среду ведется фрагментарноведь это вредно в данном раунде инвестиций. Эффективной замены свинцу нет, а при использовании дорогих полимерных инкапсулянтов стоимость вырастет и станет ≈кремний. Так что по состоянию на 2022 год восхвалять перовскит = приближать победу пластмассового мира. Поэтому нет, я голосую💲 за SunPower, даже несмотря на то, что на принтере их напечатать нельзя, аэрозоль из них не сделать. Зато они долговечнее, эффективнее, экологичнее.
P.S. И еще Оля Малинкевич так щемяще похожа на Элизабет Энн Холмс...
Ассистенты иногда шлют мне интересные вопросы из комментариев к заметкам. Иногда я на них отвечаю, особенно если вопросы циклично повторяются. За время действия #LAB-66@SolarEnergy несколько раз возникал вопрос про солнечные элементы из перовскитов. Может будущее уже здесь,а мы не замечаем? Носимся со своими SunPower C60 :) Неспроста ж наверное польская Saulе Technologies за гранты в млн.€ развивает производства перовскит-солнечных панелей. Может и правда скоро их можно будет увидеть везде, от одноразовых пластиковых стаканов до окон и крыш домов и даже купить в виде аэрозольной краски? Читаем очередное особое мнение
Степень совершенства технологии придуманной человеком = уровень ее биомиметичности, эффективности относительно того, что придумала Природа. Поэтому "технически красиво по LAB-66" - это всегда экологично
Обыватель, заинтересованный темой солнечных панелей из перовскита, первым делом наберет в Google слово перовскит и прочитает в Википедии о том, что перовскит - это титанат кальция. Кальций/титан - в общественном сознании все это достаточно безопасно. Но вот Википедия не пишет, что современные перовскит-панели с безвредным неорганическим минералом перовскитом/титанатом кальция имеют только кристаллографическое сходство. Все это кристалл структуры ABX₃, где A и B — катионы , а X — анион. Те самые "эффективность в лаборатории достигает 25%" солнечные перовскит-элементы - это органо-неорганический материал, где в обязательном порядке присутствует атом свинца.
Перовскит-элементы легко обрабатывать и синтезировать (даже дома, при наличии реактивов). Они достаточно эффективны сразу после приготовления, но при этом обладают очень низкой устойчивостью к внешним воздействиям (воздействие паров воды в воздухе/свободных радикалов, термический стресс, выгорание под воздействием UV/Vis света). Выгорание материала = падение эффективности (за месяцы, в противоположность годам в случае кремниевых панелей). При повреждении защитного слоя инкапсулянта перовскит-материал начинает быстро разрушаться с вымыванием свинца в окружающую среду. Опасная для здоровья доза свинца~25 мм² перовскит-панели. Выработка 1 ГВт энергии на самом эффективном перовскит-элементе~образование 3,5 тонн свинцовых отходов.
В качестве дополнительного чтения по опасности свинца рекомендую свою токсикологическую статью: И продолжается «вечеринка со свинцом»…
Проблема на сегодняшний день не решена. Более экологичные перовскит-панели с оловом, ванадием, вольфрамом и другими тяжелыми металлами намного менее эффективны чем свинцовые (в 2 и более раз). Смирившись с отсутствием замены свинцу, все исследования сейчас направлены на поиск более эффективных инкапсулянтов (вроде самозалечивающихся полимеров или адсорбирующих свинец покровных слоев из ионообменных смол). При этом мне не известны исследования на предмет долгосрочной устойчивости таких покрытий.
Подытожим. Интерес к дешевым солнечным панелям есть. Исследователи видят только "эффективность/стоимость/вес", изучение уноса перовскит-свинца в окружающую среду ведется фрагментарно
Так как мы установили, что aliexpress в Беларуси все же работает и доставку осуществляет, то пока ничего не изменилось необходимо довести портативные гелиостанции до совершенства.
Ранее в канале обсуждались и солнечные панели (раз, два, три, четыре), и MPPT-контроллеры (ссылка), и некоторые буферные накопители (раз, два).
В реальной жизни я использую классику — сборки из обычных Li-Ion 18650 аккумуляторов. Каждая сборка — это 4 соединенных последовательно ячейки. Сборки подключены к плате защиты/балансировки, плата подключается либо к MPPT-контроллеру, либо напрямую к солнечной батарее (если совпадают напряжения~батарея и аккумуляторы согласованы). Я часто экспериментирую с аккумуляторами, поэтому собираю их вручную, с точечной сваркой, никелевой лентой, широкой термоусадкой "колошей". Если нет времени и желания - можно взять готовые блоки с разведенными кабелями балансировки (aliexpress). В качестве платы балансировки и защиты я использую “красную плату”- проверенную еще экспериментами с электроскутерами герметичную схему от китайского бренда Daly (aliexpress). Под туристические батареи вполне подходит плата 4S на 15A.
На фото: электронная составляющая моей гелиостанции. Солнечные панели могут сменятся, могут сменятся буферные аккумуляторы и конечные зарядные устройства. Базовая часть - фундаментальна.
Источник:📜 Солнца схрон
#LAB-66@SolarEnergy
Ранее в канале обсуждались и солнечные панели (раз, два, три, четыре), и MPPT-контроллеры (ссылка), и некоторые буферные накопители (раз, два).
В реальной жизни я использую классику — сборки из обычных Li-Ion 18650 аккумуляторов. Каждая сборка — это 4 соединенных последовательно ячейки. Сборки подключены к плате защиты/балансировки, плата подключается либо к MPPT-контроллеру, либо напрямую к солнечной батарее (если совпадают напряжения~батарея и аккумуляторы согласованы). Я часто экспериментирую с аккумуляторами, поэтому собираю их вручную, с точечной сваркой, никелевой лентой, широкой термоусадкой "колошей". Если нет времени и желания - можно взять готовые блоки с разведенными кабелями балансировки (aliexpress). В качестве платы балансировки и защиты я использую “красную плату”- проверенную еще экспериментами с электроскутерами герметичную схему от китайского бренда Daly (aliexpress). Под туристические батареи вполне подходит плата 4S на 15A.
На фото: электронная составляющая моей гелиостанции. Солнечные панели могут сменятся, могут сменятся буферные аккумуляторы и конечные зарядные устройства. Базовая часть - фундаментальна.
Источник:📜 Солнца схрон
#LAB-66@SolarEnergy
Примечание для владельцев 6В туристических панелей SunPower, не готовых носить с собой свинцовый буферный аккумулятор.
Есть такая вот схема, как на картинке, с использованием одной банки Li-Ion (зато какой! one love ❤️). Используется аккумулятор Boston Swing 5300, первый морозостойкий (до -40°). К нему mppt-контроллер заряда на микросхеме CN3795 или CN3791 (версия 6V) и повышающие платы быстрых зарядок QC 2/3/4 оптимизированные для однобаночного (3.7V) применения. Получается легкий и производительный комплект, почти что тактический (зима/лето). В принципе все платы довольно небольшого размера, их можно вместе зажать в термоусадку и получить отличный самодельный powerbank.
p.s. схема работает только если проведена процедура "изгнания коробочки" :)
Источник:📜 Солнца схрон
#LAB-66@SolarEnergy
Есть такая вот схема, как на картинке, с использованием одной банки Li-Ion (зато какой! one love ❤️). Используется аккумулятор Boston Swing 5300, первый морозостойкий (до -40°). К нему mppt-контроллер заряда на микросхеме CN3795 или CN3791 (версия 6V) и повышающие платы быстрых зарядок QC 2/3/4 оптимизированные для однобаночного (3.7V) применения. Получается легкий и производительный комплект, почти что тактический (зима/лето). В принципе все платы довольно небольшого размера, их можно вместе зажать в термоусадку и получить отличный самодельный powerbank.
p.s. схема работает только если проведена процедура "изгнания коробочки" :)
Источник:📜 Солнца схрон
#LAB-66@SolarEnergy
#LAB-66@AвтоноМ. Выпуск 1
И вновь поднимается вопрос автономного энергоснабжения. Даже не столько автономного, сколько бесперебойного. Здесь уже я не буду советовать солнечные батареи. Здесь скорее нужен бензогенератор с автоматическим запуском. Но вещь это дорогая, тяжелая да и не подразумевающая запуск в городской квартире (шум, выхлоп etc).
C моей точки зрения самый экспресс-метод сборки "гражданского бесперебойника" следующий.
Сначала покупаем подходящий под потребление в квартире инвертор (устройство преобразующее 12В постоянного тока в 220В переменного тока). Здесь есть два нюанса. Во-первых стоит придерживаться ключевых слов "Pure Sine Wave", т.е. наличие "чистого синуса". Простые инверторы выдают т.н. модифицированную синусоиду, которой достаточно для многих импульсных блоков питания. Но вот всякие циркуляционные насосы, газовые котлы и сложные холодильники модифицированную синусоиду не принимают, им нужна настоящая синусоидальная форма сигнала, иначе будет рев, или вообще ничего не будет. Второй нюанс - у инвертора должна быть функция заряда аккумулятора. С одной стороны не критично, так как зарядку аккумулятора можно приобрести отдельно, но тем не менее очень удобно. Проверенный китайско-немецкий бренд - это EDECOA (ссылка). Ориентировочная стоимость устройства на номинальных 5 кВт (длительная нагрузка 2,5 кВт, позволяет включать электрочайник) - где-то около 150-200$, но вес ощутимый. И да, если нет на 12В, есть на 24В - никаких проблем, нужно два аккумулятора по 12В соединить последовательно и на клеммы инвертора.
К инвертору покупаем не обслуживаемые (желательно) свинцовые аккумуляторы соответствующей емкости. Здесь нужны т.н. тяговые аккумуляторы (простые автомобильные - это стартовые аккумуляторы, которые не предназначены для длительной нагрузки). Неплохие варианты - это лодочные аккумуляторы или аккумуляторы от промышленных источников бесперебойного питания, например Ippon IP12-100 или WBR Marine MB 100-12 AGM.
Вот принципе и весь комплект. Ставим аккумулятор на полку где-нибудь в углу комнаты, к нему же инвертор, в инвертор - тройники. И ждем отключения электроэнергии. Лучше, конечно, собрать несложную автоматику и использовать т.н. АВР, автоматический ввод резерва. На aliexpress есть в продаже специальные реле (смотреть по ключевым "аutomatic transfer switch"), которые позволяеют автоматически переключать питание с основного на резервное при пропадании напряжения в сети.
В итоге по цене получаем комплект, который дешевле самого дешевого бензогенератора с автоматическим стартом, легче, не тарахтит и не коптит. Когда электричество есть - инвертор заряжает аккумулятор, когда электричество пропадает - аккумулятор питает квартиру. Здесь кстати можно дополнительно подключить и таймер отключения входного питания на пару часов каждый день, для исключения сульфатации пластин аккумулятора вследствие отсутствия разряда (если отключений электроэнергии не будет долгое время).
UPD к солнечным батареям. Как правило для заряда аккумулятора нужен ток 1/10 емкости, т.е. на 100 Аh надо примерно 10А. Устройства и схемы, которые я обозревал ранее (ссылка) такую возможность дают, конечно с батарей осенью-зимой не снять 10А, но треть от этой цифры вполне. Будет заряжать, но не так быстро как хотелось бы. По напряжениям согласование есть (для 4S походных вариантов, которые поэтому и 4S, чтобы перескакивать при необходимости с лития на свинец)
И вновь поднимается вопрос автономного энергоснабжения. Даже не столько автономного, сколько бесперебойного. Здесь уже я не буду советовать солнечные батареи. Здесь скорее нужен бензогенератор с автоматическим запуском. Но вещь это дорогая, тяжелая да и не подразумевающая запуск в городской квартире (шум, выхлоп etc).
C моей точки зрения самый экспресс-метод сборки "гражданского бесперебойника" следующий.
Сначала покупаем подходящий под потребление в квартире инвертор (устройство преобразующее 12В постоянного тока в 220В переменного тока). Здесь есть два нюанса. Во-первых стоит придерживаться ключевых слов "Pure Sine Wave", т.е. наличие "чистого синуса". Простые инверторы выдают т.н. модифицированную синусоиду, которой достаточно для многих импульсных блоков питания. Но вот всякие циркуляционные насосы, газовые котлы и сложные холодильники модифицированную синусоиду не принимают, им нужна настоящая синусоидальная форма сигнала, иначе будет рев, или вообще ничего не будет. Второй нюанс - у инвертора должна быть функция заряда аккумулятора. С одной стороны не критично, так как зарядку аккумулятора можно приобрести отдельно, но тем не менее очень удобно. Проверенный китайско-немецкий бренд - это EDECOA (ссылка). Ориентировочная стоимость устройства на номинальных 5 кВт (длительная нагрузка 2,5 кВт, позволяет включать электрочайник) - где-то около 150-200$, но вес ощутимый. И да, если нет на 12В, есть на 24В - никаких проблем, нужно два аккумулятора по 12В соединить последовательно и на клеммы инвертора.
К инвертору покупаем не обслуживаемые (желательно) свинцовые аккумуляторы соответствующей емкости. Здесь нужны т.н. тяговые аккумуляторы (простые автомобильные - это стартовые аккумуляторы, которые не предназначены для длительной нагрузки). Неплохие варианты - это лодочные аккумуляторы или аккумуляторы от промышленных источников бесперебойного питания, например Ippon IP12-100 или WBR Marine MB 100-12 AGM.
Вот принципе и весь комплект. Ставим аккумулятор на полку где-нибудь в углу комнаты, к нему же инвертор, в инвертор - тройники. И ждем отключения электроэнергии. Лучше, конечно, собрать несложную автоматику и использовать т.н. АВР, автоматический ввод резерва. На aliexpress есть в продаже специальные реле (смотреть по ключевым "аutomatic transfer switch"), которые позволяеют автоматически переключать питание с основного на резервное при пропадании напряжения в сети.
В итоге по цене получаем комплект, который дешевле самого дешевого бензогенератора с автоматическим стартом, легче, не тарахтит и не коптит. Когда электричество есть - инвертор заряжает аккумулятор, когда электричество пропадает - аккумулятор питает квартиру. Здесь кстати можно дополнительно подключить и таймер отключения входного питания на пару часов каждый день, для исключения сульфатации пластин аккумулятора вследствие отсутствия разряда (если отключений электроэнергии не будет долгое время).
UPD к солнечным батареям. Как правило для заряда аккумулятора нужен ток 1/10 емкости, т.е. на 100 Аh надо примерно 10А. Устройства и схемы, которые я обозревал ранее (ссылка) такую возможность дают, конечно с батарей осенью-зимой не снять 10А, но треть от этой цифры вполне. Будет заряжать, но не так быстро как хотелось бы. По напряжениям согласование есть (для 4S походных вариантов, которые поэтому и 4S, чтобы перескакивать при необходимости с лития на свинец)
