SOLCELLE JWs20 - Destination Fehmarnbelt

destination.fehmarnbelt.com

SOLCELLE JWs20 - Destination Fehmarnbelt

SOLCELLE JW­s20

­ som strømforsyning for bluetooth­sendere

Test, resultater og konklusioner fra marts­april 2010

Indhold

Indledning side 1

Batteribaseret energiforsyning side 2

Solcelle­ og batteribaseret energiforsyning til bleu­toothsender side 4

Solens energi over året side 6

Er målingerne på JW­s20 i slutningen af marts 2010 realistiske? side 8

Delkonklusion – på ”Er målingerne på JW­s20.....realistiske?” side 9

Kombinationen – solcelle og batteriudskiftning side 10

Konklusion side 11

Test, rapport og konklusion: Bjergtaget v/Lars Steen Hansen


Denne rapport er udarbejdet i forbindelse med EU INTERREG IVA

projektet Destination Fehmarnbelt.


Indledning

Østdansk Turisme, Friluftsrådet og Bjergtaget udarbejder i samarbejde et løsningsforslag til

Bluetooth­ kommunikation på danske vandre­ og cykelruter.

Bjergtaget arbejder med at udvikle en holdbar løsning til strømforsyning til Bluetooth­sendere som

baserer sig på sol og/eller vindenergi.

Allerede i november 2009 udførte Bjergtaget en række forsøg med solceller, hvor konklusionen blev,

at en løsning alene baseret på solceller ikke var mulig, hvis kravet om drift 24 timer/365 dage årligt

skal holdes. Kravet 24/365 vil fordre for store arealer med solceller og/eller for stor batterikapacitet

til at opretholde driften i vintermånederne.

Skal kravet 24/365 opretholdes er et godt alternativ at lade energien levere af en vindmølle. Ud fra

oplyste fabrikantdata, har jeg beregnet, at vindmølle Rutland 913 sammen med batterikapacitet på 5

dage, vil kunne holde energi til bleu­toothsenderen 24/365. Det skal dog siges, at Rutland 913 endnu

ikke er testet – og det således ikke er verificeret at møllen i praksis kan udføre arbejde. Jeg har

imidlertid arbejdet en del med den vertikale mølle V20 som har ca. ½ kapacitet og som ”starter”

med at producere ved 4 m/sek. Rutland 913 ”starter” med at producere ved 2,2 m/sek og jeg

vurderer således, at denne mølle kan levere energi med tilstrækkelig margin og at Rutland 913

således er en troværdig løsning.

Imidlertid finder beslutningstagere for placering af blooth­sendere det problematisk at opsætte

vindmølle Rutland 913 på visse fredede og på anden vis følsomme områder og arealer.

Der må således tænkes i alternativer – og måske alternativer hvor 24/365 kravet ikke er opfyldt.

Alternativer. ­ Ren batteribaseret energiforsyning

­ Solcellebaseret energiforsyning i de 8 lyse måneder

og batteribaseret i de 4 mørke måneder.

­ At driften stoppes i de 2 eller 4 mørke måneder.

­ Strømforsyning via 230 volts nettet.

1


Batteribaseret energiforsyning

I en ren batteribaseret energiforsyning til bleu­toothsenderen er det faktorerne ”senderens energi­

eller strømforbrug/timen”, ”batterikapaciteten” og ”batteritemperaturen”, som bestemmer

hyppigheden af batteriskift og dermed hvor lang tid driften kan opretholdes uden batteriskift.

Bleutoothsender type BleuGiga AP 3201 forbruger 130 mA (v/ 9­30 volt)

Batteriet skal være et forbrugsbatteri (ikke et startbatteri) på 12 volt. Batteriet skal være 12 volt da

det ligger med en passende magin over laveste spænding til AP 3201 og 12 volts batterier er

standardvare.

Batteritemperaturen skal helst være på 5­7 gr. C. Levetiden reduceres hvis temperaturen er højere,

og kapaciteten reduceres hvis temperaturen er for lav.

Batteriet kan nedgraves til en dybde på 30­50 cm. dybde. Herved kan temperaturen med diverse

isolationsmåtter kan holdes over eller i nærheden af frysepunktet om vinteren og ikke over 10 grader

om sommeren. Jeg vil antage at batterikapaciteten i værste fald er reduceret med 20%.

Med ”strømforbruget” den ønskede forbrugstid ”tid” kan batterikapaciteten udregnes.

Ønskes der drift af senderen i 1 måned kræver det batterikapacitet på

0,130A x 24timer x 30 døgn = 93,6 Ah

Batteriet som skal drive bleutoothsenderen i en måned må derfor være 93,6 Ah + 25% ~ 120 Ah.

(Der tillægges 25% for at sikre kapaciteten ved lave temperaturer)

Forslag til drift af bleu­toothsender alene på batteri.

4 stk. Exide nautilus Freeline/marine (12 volt 90 Ah. C100 1 (19,5 kg/stk.) pris ca. 1000 kr./stk

2 stk. dioder 15 A /stk pris ca. 20 kr.

Vandtæt kasse eller box (til nedgravning) pris ca. 1000 kr.

Diverse ledninger, vandtætte bøsninger mv. pris ca. 250 kr.

2 stk. Exide nautilus Freeline/marine monteres parallelt dog med 2 dioder i plusforbindelsen fra

hvert batteri til senderen. Dioderne bevirker at batterierne ikke kan ”se” hinanden og dermed ikke

slider hinanden op. Samtidig opnås med dioderne, at batterierne kan udskiftes på skift uden

strømforsyningen afbrydes til senderen.

1 C20 eller C100 er antallet af timer hvorved afledningen sker. C100 er således 100 timer. Til vores brug taler vi ikke

timer ­ men døgn, og kapaciteten er således større end 90 Ah for Exide nautilus Freeline/marine

2


Batteriernes kapacitet er 90 Ah pr. stk. Hvis batterierne monteres parallelt bliver den samlede

kapacitet 180 Ah. For at sikre at vi også har kapaciteten ved lave temperaturer fraregnes 20%.

Batteriernes effektive kapacitet bliver 144 Ah.

”kapacitet”/”strømforbrug”= ”driftstid” => 144 Ah/0,130 A ~ 1107 timer ~ 46 døgn.

Ønskes der flere driftsdøgn kan der evt. monteres et tredje batteri af typen Exide nautilus

Freeline/marine. Et tredje batteri vil bringe driftstiden op på knapt 3 måneder.

Batteriet Exide nautilus Freeline/marine 90 Ah C100 er valgt, da det er et standard marine

forbrugsbatteri med god kapacitet(90 Ah ved afladetider på 100 timer eller mere) og til forholdsvis

få penge. Der findes selvfølgelig batterier med større kapacitet – men som er væsentligt dyrere. Der

findes også andre typer af batterier ­ f.eks. lithium­ion batterier. Et lithium­ion batteri i denne

størrelse er væsentlig dyrere end Exide nautilus Freeline/marine. En umiddelbar undersøgelse på

internettet har vist, at lithium­ion batterier er en faktor 10 dyrere end traditionelle bly batterier.

3


Solcelle­ og batteribaseret energiforsyning til bleu­toothsender

Et andet løsningsforslag er at benytte en kombination af solceller og batteri/batteriudskifning til at

dække energiforsyningen 24/365 til BleuGiga AP 3201. Kombinationen består i at solcellen i årets

lyse måneder (marts til oktober) leverer energien, imens der igennem vinteren – i årets mørke

måneder november til februar ­ bliver nødvendigt med én til tre batteriudskiftninger – afhængig af

batterikapaciteten (jf. forgående afsnit).

Solcelle JW­s20 fra Jiawei (se vedlagte data blad) har været under test på Lundhoff i Odder.

Solcelle Jw­s20 er en såkaldt 20 watts mono­krystalinsk solcelle indkøbt hos Actec i Randers til en

pris på ca. 650 kr. Solcellen måler 29 x 58,5 cm.

Solcelle Jw­s20 har været opstillet med med front direkte imod syd og med en vinkel eller hældning

på ca. 45 grader.

4


Nedenstående koordinatsystem viser grafer for data indsamlet fra 15. marts til 4. april 2010 på

Lundhoff i Odder. Dataindsamlingen har været svingende – og pågår endnu. Desuden har

solprocenten været svær at fastsætte, og fastsættelsen af solprocenten er da også alene baseret på en

personlig vurdering fra min side.

Graferne viser på trods af den begræsede datamængde tendenser og en grafisk midling viser...

Solprocent Produktionstimer Produktion

~ 90 % ~ 9 ~ 950 mA./h

~ 75 % ~ 7 ~ 600 mA./h

~ 50 % ~ 7 ~ 300 mA./h

~ 20 % ~ 10 ~ 50 mA./h

Det antages, at der i en 4 dages periode i slutningen af marts forekommer 4 dage med netop disse 4

solprocenter og det således kan udgøre et gennemsnit for produktionen i slutningen af marts måned.

Produktionen over 4 dage i marts vil således blive ….

9x950mA + 7x600mA + 7x300mA + 10x50mA = 15350mA

…..hvilket gennemsnitlig vil være 3840 mA./døgn

5


Solens energi – over året

Tidligere – i december 2009 – har Bjergtaget og dermed jeg udført målinger på solcelle JW­s20.

Jeg har foretaget målinger henholdsvis den 7. og 9. december med solcellen vendt mod syd og med

den hældning som medførte største produktion kl. 12.

Vejret 7/12 2009 : overskyet med en enkelt solstråle. Vejret 9/12 2009: overskyet­mørkt

Tid (7/12) produktion Tid(9/12) produktion

9.00 6 mA

10.00 100 mA 10.10 13,5 mA

10.10 320 mA 10.50 20,0 mA

10.30 60 mA

11.15 30 mA 11.40 9,0 mA

12.30 140 mA 13.20 11,0 mA

15.00 7 mA 14.00 0 mA

Som det ses af resultaterne er produktionen den 7. og 9. december 2009 meget lille. Hvis det er

overskyet er produktionen så lav som 50­60 mA. i døgnet. Hvis der falder en solstråle igennem ind

imellem, som den 7. december, bliver produktionen 3­400 mA. i døgnet, hvilket kun er tilstrækkeligt

til at drive bleutoothsenderen i cirka 3 timer.

På de foregående side viser målinger og beregninger at produktionen i slutningen af marts 2010 for

JW­s20 måles og beregnes til 3840 mA./døgnet.

Kurt Nyborg fra Actec i Randers oplyser at sollysindfaldet[energien] på 1 m2 i Tåstrup forløber som

det fremgår af nedenstående tal. Actecs tal er midlet over måneden ligesom evt. skydække også

afspejles i tallene. Forholdet imellem laveste indfald i december og i højeste indfald i juni udgør et

forhold på 16,8.

jan. feb. marts april maj juni juli aug. sep. okt. nov. dec.

0,50 1,15 2,25 4,09 5,41 5,72 5,37 4,48 2,76 1,34 0,64 0,34

[kWh/m2/døgn]

Fra ”El fra solen”s hjemmeside under ”support” findes forholdstal for enegiproduktionen på mono­

krystalinske solceller igennem året. Solcellen som ”El fra solen” benytter har været vendt direkte

mod syd og havde fast hældning på 38 grader.

Forholdet imellem månederne december med minimal produktion og maj med maximal produktion

er i ”El fra solen”s resultater 9.

Heraf ses at forholdet imellem mindste og meste produktion (”El fra solen”s tal) er forskellig fra

tallene for solindfaldet (Actecs tal) .

6


Tallene viser desuden at produktionen for maj er overraskende højere end produktion i juni, hvor der

ifølge Actecs tal er størst solindfald. Overraskende er det også, at både juli og majs produktioner

ligger højere end igen junis.

De lidt overraskende tal skyldes ­ vil jeg antage – 1) at idet solcellens hældning er fast 38 grader, er

solcellen ikke i optimal position for maksimal produktion når solen står højest på himlen. Og 2) at

produktionen i mono­krystalinske solceller falder som funktion af temperaturen (op til 15% ved høje

temperaturer), og solcellen er varmere i juni­juli end i maj. At produktionen falder som funktion af

stigende temperatur er uden betydning i vores tilfælde, da produktionen – for os – ikke er kritisk i

sommermånederne.

Solcellens hældning er derimod af største betydning i vores brug af solceller.

”El fra solen” oplyser... at maksimal produktion igennem året opnås med en hældning på 38 grader.

Ønskes maksimal produktion i sommerhalvåret skal solcellens hældning helt ned på 30 ­ 35 grader.

Og ønskes maksimal produktion i vinterhalvåret skal solcellens hældning være 55 ­ 60

grader.Jævnfør kurver fra ”El fra solen” 2 kan produktionen i november, december og januar øges

med ca. 10% ved at montere solcellen med hældning 60 grader.

2 http://www.elfrasolen.dk/Support/Solcellemoduler/Solcellemoduler_1.htm

7


Forholdet i solindfald og produktion imellem marts­april 2010 og 7­9 december 2009

Bjergtagets målinger på JW­s20 3840 mA. : 350 mA. 3 = 11

Kurt Nyborgs (actec) tal for solindfald i Tåstrup ~ 3,0 : 0,34 = 8,8

”El fra solen”ś tal for strømproduktion i København ~ 0,6 : 0,11 = 5,5

Jeg vil antage at forskellen i forholdstallene fra henholdsvis Actec og ”El fra solen” skyldes, at der i

Actec tilfælde er tale om solindfald – hvilket er uafhængig af en solcelles hældning, imens ”El fra

solens” tal er målinger på en aktuel solcelle fast montere i hældning 38 grader.

Mine tal på forholdet imellem mats­april og december er støre end både solindfaldet og ”El fra

solen”s produktionstal. Jeg vil antage at tallene for december (350 mA) er alt for usikre til at indgå i

en forholdsberegning som denne. Vigtig er det derimod at vurdere mine produktionstal på næsten

4Amp. for JW­s20 i slutningen af marts i Odder 2010.

Er målingerne på JW­s20 i slutningen af marts 2010 realistiske?

Bjergtaget har målt solcelle JW­s20ś produktion i et vurderet gennemsnitsdøgn i slutningen af marts

til 3840 mA. ved 12,5 volt........ ­ hvilket kan omregnes til (3,84 A x 12,5 V) = 48 W/døgn.

Ifølge Actec er solindfaldet i slutningen af marts i Tåstrup.... ca. 3000 W/m2/døgn

”El fra solen” oplyser at virkningsgraden for mono­krystalinske solceller er …. 0,10 4 ved 12,5 volt

Solcelle JW­s20ś areal udgør 0,17 m2 hvilket er ca. 1/6 m2

JW­s20 antages at kunne producere i slutningen af marts (3000 x 0,1 x 1/6) ca. 50 W/døgn

Med det ”teoretisk” mulige udbytte af solcelle JW­s20 på 50W/døgn i slutningen af marts er det

muligt at finde det teoretiske ”break­even” for solcellen. Dvs. det er muligt at finde de to tidspunkter

på året hvor solcelle JW­s20 netop kan drive bleu­toothsenderen fra BleuGiga. Samtidig er det

muligt at finde det samme ”break­even” punkt for to parallelkoblede solceller eller 1/3 m2 mono­

krystalinsk solcelle.

BleuGiga AP 3201 bruger (strømforbrug x tid) x spænding) 0,130A. x 24 x 12,5 = 39 W/døgn

Det skal indføjes et strømforbrug i laderegulatoren på …. ca. 2 W/døgn

Det teoretiske ”break­even” for 1 solcelle er hvor solindfaldet er …..

(døgnforbruget x arealforholdet x 1/virkningsgraden) = 41 W x 6 x 10 = …. 2460 W/m2/døgn

Det teoretiske ”break­even” for 2 solceller er hvor indfaldet er (½ x 2460) …. 1230 W/m2/døgn

3 350 mA er yderst usikkert og baseres på kun én dag med blandet vejr.

4 http://www.elfrasolen.dk/Support/Solcellemoduler/Solcellemoduler_1.htm ”El fra solen” oplyser at virkningsgraden

er 0,13 men også at virkningsgraden reduceres yderligere som funktion af at der lades med 12,5 – 13,5 volt på et 12

volts batteri. Den optimale udnyttelse af solcellen vil være ved en ladespænding på 17,2 volt.

8


Jævnfør tabellen på side 6 vil det teoretiske ”break­even” for 1 solcelle være i....

Tilsvarende vil ”break­even” for 2 parallelle solceller ligge i ….

Delkonklussion – på ”Er målingerne på JW­s20..... realistiske?”

midten af marts og i slutningen af september.

slutningen af februar og i slutningen af oktober.

Solcelle JW­s20 er målt og vejrvurderet til at kunne producere 48 W/døgn i slutningen af marts.

Tilsvarende viser beregninger ud fra Actecs og ”El fra solen”s tal, at JW­s20 gennemsnitlig burde

kunne producere 50 W/døgn.

Det må konkluderes målingerne og beregningerne fra slutningen af marts 2010 stemmer godt

overens med de teoretiske beregninger ud fra henholdsvis Actecs og ”El fra solens”s tal.

En solcelle­baseret strømforsyning til BleuGiga AP 3201 med solcelle JW­s20 vil således fungere

med 20% margin fra slutningen af marts til slutningen af september. (midten af marts og

begyndelsen af oktober uden 20 % magin)

Solindfaldet i Danmark (Tåstrup) reduceres ikke liniært imod årets korteste dag, men derimod svagt

eksponentielt.

En solcelle­baseret strømforsyning til BleuGiga AP 3201 med 2 stk. solcelle JW­s20 eller en mono­

krystalinsk solcelle på 1/3 m2 vil fungerer (uden 20% magen) fra slutningen af februar til

slutningen af oktober.

Jævnfør ”El fra solen” ­ som det er vist på side 7 – kan produktionen dog øges med 10% i

vintermånederne hvis solcellen(erne) monteres med en hældning på 60 grader.

Jeg synes at energiforsyningen til Bleutoothsenderne skal have en margin på mindst 10%. Monteres

solcellerne med en hældning på 60 grader sikres at 2 stk. solceller JW­s20 eller anden mono­

krystalinsk solcelle med et areal på 1/3 m2 kan opretholde strømforsyningen (med et lille

back­up batteri) til bleu­tooth senderen Bleu­giga AP 3201 fra slutningen af februar til

slutningen af oktober.

9


Kombinationen ­ solcelle og udskiftning af batterier

Forslag til et kombinationsanlæg:

2 stk. solpaneler af typen JW­s20 eller 1 stk. med dobbelt areal (1/3 m2) monteres på informations­

standerens tag med en hældning på 60 grader. 2 stk. Exide nautilus Freeline/marine12 volt/90 Ah

C100) 5 (pris 1000 kr/stk.) monteres i nedgravet vandtæt kasse.

Udstyret startes op om sommeren …. men omkring 1. november ophører produktionen fra

solcellerne med at kunne dække forbruget. Beregninger side 3 viser, at 2 stk. ”fulde” Exide nautilus

Freeline/marine om vinteren har kapacitet til at opretholde driften i endnu 46 dage. Idet der stadig

foregår opladning igennem de mørke måneder vil jeg antage at driften kan opretholdes til jul.

”Omkring jul” ­ i uge 50­51 må de 2 stk. Exide nautilus Freeline/marine, som nu er næsten flade,

udskiftes med 2 stk. fuldt opladede batterier.

Batterierne som udskiftes i uge 50­51 vil efter beregningerne kunne holde til næste jul (uge 50­51).

Solcellerne vil nemlig i uge 7­8 begynder at producere tilstrækkeligt til at overtage energi­

forsyningen og opretholder den hen over sommeren. Batterierne oplades hen over sommeren og er

fuldt opladede, når solcellerne ”slipper” i slutningen af oktober, og hvor batterierne igen (næsten

alene 6 ) må opretholde forsyningen indtil batteriudskiftningen.

Strømforsyningen til BleuGiga AP3201 kan etableres 24 timer i døgnet og 365 dage om året –

ved 2 stk. solceller JW­s20 eller anden 1/3 m2 mono­krystalinsk solceller(er) (i alt ”40” Watt),

2 stk. batterier af typen Exide nautilus Freeline/marine (12 volt/90 Ah. C100) og én gang

udskiftning af batterier i uge 50­51.

(Jeg overvejer desuden – og undersøger – om det er muligt ved en servicerunde at booste en stor

strøm ind i batterierne (og hvor lang tid det vil tage) ved et besøg ved informationsstanderen. Et

strømboost til batterierne kan måske erstatte en egentlig udskiftning af batterierne.)

4 stk. Exide Nautilus­Freeline/marine­90 Ah./C100 vil desuden – uden batteriudskiftning –

kunne opretholde driften igennem hele vinteren til solceller(erne) igen tager over i slutningen

af februar.

Andre kombinationsmuligheder kan udregnes... med flere eller færre batteriudskiftninger og med

flere eller færre solpaneler.

5 C20/C100 er et spørgsmål om ladestrømmens størrelse. C20 betyder at strømmen aflades på 20 timer. C100 betyder

at afladningen foregår over 100 timer eller mere. Vi kan altså – til vores brug – tale om kapacitet på 90 Ah.

6 ”Næsten alene” da solcellerne selv om de ikke kan producere tilstrækkeligt dog producere i de mørke måneder.

10


Konklusion

Det kan således konkluderes, at solcelle JW­s20 sammen med et passende batteri kan opretholde

driften på Bleu­toothsender AP3201 fra BleuGiga – fra midten af marts til slutningen af september.

Det viser sig i beregningerne side 8­9, at solindfaldet ikke falder liniært imod årets korteste dag –

men nærmere svagt eksponentielt. To solceller JW­s20 eller en anden mono­krystalinsk solcelle

med et areal på 1/3 m2 vil derfor kun kunne opretholde driften fra slutningen af februar til

slutningen af oktober – altså i 8 måneder. Energiproduktionen for solceller i vintermånederne kan

dog øges ved at vælge en hældning på solcellen, som retter sig imod den lavthængende sol.

Energiproduktionen kan øges med 10% i vintermånederne i forhold til maksimal helårlig produktion

ved at sætte hældningen til 60 grader.

Skal driften af BleuGigasenderen AP 3201 således opretholdes igennem året skal......

1) Solcellen(erne) monteres med fronten direkte imod syd og med en hældning på 60 grader.

2) Batterierne skal have usædvanlig stor kapacitet eller udskiftes én eller to gange i løbet af vinteren.

Vælges en løsning med én batteriudskiftning om året, kan batteriløsningen være 2 stk. Exide

Nautilus­Freeline/marine­90 Ah./C100. som udskiftes hvert år ved juletid – i uge 50­51.

2. stk. Exide Nautilus­Freeline/marine­90 Ah./C100 har en samlet kapacitet på 180 Ah og selv om

der fratrækkes i kapaciteten ved evt. frost, vil der – når vi regner med at solcellerne stadig leverer et

bidrag – være kapacitet til ca. 2 måneder. Der vil således være kapacitet fra at solceller(erne) mister

tilstækkelig forsyningsevne i slutningen af oktober indtil jul. Nye batterier i uge 50­51 vil opret­

holde driften af AP 3201 indtil slutningen af februar, hvor solcellerne igen overtager forsyningen.

4. stk Exide Nautilus­Freeline/marine­90 Ah./C100 vil tilsvarende – når vi også medregner

solcellernes vinterbidrag – kunne opretholde driften helårligt.

Der er således tre alternativer mht. størmforsyning af bleutooth­senderen BleuGiga AP 3201.

1) Vindmølle Rutland 913 med batteri­backup med f.eks. 1 stk. Exide Nautilus­Freeline/marine­90

Ah./C100 (Batteriet kan med Rutland 913 også være væsentlig mindre)

2) Batteridrift med batteriudskiftning hvert 6 uge af de 2 Exide Nautilus­Freeline/marine­90 Ah./C100.

3) Kombination af solcelle og batteriskift ved brug af 2 stk. solceller JW­s20 eller anden mono­

krystalinsk celle med et areal på 1/3 m2 samt 2 stk. batterier af typen Exide Nautilus­

Freeline/marine­90 Ah./C100 som udskiftes en gang i uge 50­51.

19. April 2010

Bjergtaget v/Lars Steen Hansen

11

More magazines by this user
Similar magazines