Розрахунок потужності СП для живлення TTGO модуля з Meshtastic

Наведу орієнтовний розрахунок потужності сонячної панелі, яка потрібна для автономного живлення TTGO модуля на базі ESP32+Lora SX1262 при вимкнених WiFi/BLE. Вихідними даними для розрахунку є необхідний час автономної роботи, широта місцевості для обліку мінімальної інсоляції, тимчасові періоди передачі DIGI-пакетів, тип сонячних панелей, орієнтація сонячної панелі, ККД інвертора (тип перетворювача PWM або MPPT)...

Параметри пiдключення до MESHTASTIC:

1. carrier frequency: 433.575 MHz
2. bandwidth: 31.25 kHz
3. spreading factor: 12
4. coding rate: 8
5. sync word: 0x2b
6. output power: +31 dBm
7. preamble length: 32 symbols
8. Швидкiсть передачi ~ 30 bps.

Задамося:

1. Потрiбна недiля автономності за відсутності сонця, T [років] = 7/365 = 0.01917.
2. Потужність Lora-трансівера SX1262F30 вимiряне на Tektronix PSM4120 +31 dBm = 1.3 W.
3. Напруга живлення TTGO = 5 V.
4. В класі А в режимi передачi ккд 50%, потужність споживання 2.6 W. Отже загальний струм для SX1262 Ilora = 2.6/5 = 0.52 А.
5. Споживання струму ESP32 без WiFi Ioff = 20 мА (з WiFi на +21 dBm струм Iesp32 = 0.26 А).
6. Загальний струм LORA+ESP32 Ion = Ilora + Iesp32 = 0.52 + 0.02 = 0.54 A.
7. Інсоляцію вiзьмемо для регіону Херсон http://www.solarelectricityhandbook.com/solar-irradiance.html.
8. Тривалість передачі MESHTASTIC Ton = 7 сек.
9. Період Tsum = 60 сек.
10. Коефіцієнт деградації акумуляторів AGM Kдегр = 0.85.
11. Тип сонячних панелей СП: полікристалічний кремній.
12. ККД MPPT (12/5), ККДgrid = 95%.
13. Орієнтація СП: West South West, 43° нахил.
14. Необхідна ємність E, А*h на 7 днiв

E = T[рокiв]*(8760*((Ton*Ion)+((Tsum-Ton)*Ioff)))/(Kдегр*Tsum) = 0.01917*(8760*((7*0.54)+((60-7)*0.02)))/(0.85*60) = 15.93 А*h.

Але AGM акумулятор можна використовувати лише на 75% ємності, отже такий акумулятор повинен мати мінімальну ємність:

Er = E/0.75 = 15.93/0.75 = 21.24 ~ 22 А*h

Що відповідає потужності Pакк = 22 * 12 = 264 W*h. 

Задамося струмом заряду акумулятора 0.1С:

Iз = 0.1 * 22 = 2.2 А

Розрахунок потужності СП

Необхідне вироблення [Wдень] за світловий день у найгірший період інсоляції даного регіону для заряду акумулятора має становити не менше 0.264 kW*h/день. Хорошого сонячного дня фотоелектричні елементи нагріваються до +40..60°С. Типовий полікристалічний модуль має температурний коефіцієнт 0.48%, тобто на кожний градус вище 25°С максимальна потужність виробітку знижується на 0.48%. Задамося найгіршим випадком 35°С перевищення. 

Тоді втрати СП при 60°С становитимуть:

kPt = 0.48 * dT = 0.48 * 35 = 16.8%, таким чином ККДсп 83.2%

За калькулятором інсоляції вибираємо регіон Херсон, кут СП та коефіцієнт для пори року, множимо коефіцієнт на потужність СП з урахуванням їх ККД при нагріванні мінус втрати у проводах (нехтуємо, Pпр = 0), множимо на ККД інвертора (втрати перетворення) та отримуємо орієнтовне вироблення kW*h за світловий день у цей час року. 

Наприклад, для грудня при оптимальному 43°для СП інсоляція k = 1.01.

Тоді необхідна потужність Pcп становитиме:

Pcп = ((Wдень/КПДgrid) + Pпр)/(k * ККДсп) = ((0.264/0.95) + 0)/(1.01 * 0.832) = 0.33 kW

Задаємося потужністю СП = 330 W.

Постскриптум

Шановні читачі, якщо мої дописи вас зацікавили – пiдтримайте збiр або ставайте спонсорами Youtube-каналу LaboratoryW з ексклюзивними лайфхаками.

Кориснi ресурси

1. MiniFAQ по Lora
2. Як працювати Lora та аматорському трансиверу на одну антену
3. LoraBOT та приймач на одну антену
4. Простий мiжбендовий Lora-шлюз на UART модулях без окремого контролера
5. Крос-бенд Lora мереж та ПАПУГА
6. Взаємозв'язок між розширенням спектру, чутливiстю та швидкiстю обмiну в текстових та голосових режимах over Lora
7. LR-FHSS. Як працює ППРЧ в Lora
8. Завади для керування БПЛА. На сьогодні існує кілька видів атак на Lora
9. Зменьшення нестабільностi TCXO в LoRa-модулях
10. Як прошити LoraSAT або Meshtastic в польових умовах з смартфону
11. Lora на ручній тязі... поки крутиш - в космочаті
12. Керування Starlink-приводом з антеною через Lora
13. Мережевi iгри over Lora
14. Стероїд-мод. Як додати шоколадку до Lora-модуля або потужний Lora-модем
15. Робота Lora-модуля SX1262 за паспортними межами
16. Чи можна працювати в Lora із супутниками на низьких орбітах? Можна й ось чому...