Arduino dimencionamento de bateria e celula fotovoltaica

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Boa Tarde companheiros,

O texto é longo mas lê-se bem!!!!
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Este topico visa achar um compromisso entre o consumo e dimensionamento de uma bateria associada a uma célula fotovoltaica de modo a obter independência de qualquer fonte de alimentação externa.

Desde ja esclareco que não tenho qualquer formação/educação em electronica, pelo que o topico poderá ter algumas, esperemos que não muitas inverdades.

Consumos (aproximados):

Arduino 100mA
Servo motor 500-1000mA
LDR - 75mA


No meu projecto ( solar tracker) vou utilizar:


1 - Arduino
2 - Servo motores
4 - Ldr


C.A.

100mA
2000mA (1000x2)
300mA (75x4)

= 2400mA


1º Pergunta

Posso dizer que se o sistema estiver a funcionar durante uma hora que o meu consumo vai ser de 2400mAh (Hora)?

Pressupondo que a minha premissa se encontra correcta passemos aos seguintes calculos.

Ora os servos não vão estar sempre a funcionar, pelos meus calculos e tendo em conta que o sol faz um arco de 180º em 12h por hora este vai fazer 15º o que dá 5º a cada 20 minutos.

Ora pretendo que os servos actualizem 20 em 20 minutos ou seja de 5º em 5º o que levará o servo apenas funcionar apenas uns segundos por hora.

Facilitando os calculos(por exesso) vamos dizer que os servos por cada hora funcionam 3 minutos.

Pretendo ainda hibernar os Ldr e coloca-los a funcionar aquando dos servos ou seja vamos supor que iram funcionar 6 min por hora.

C.A.

Servos:
3 minutos x 12h = 36 minutos = 0,6 horas

Ora os servos teram um consumo de 1200ma em 12h ou 100mAh ( 1200/12h)

LDR 6 minutos x 12h = 72 minutos = 1,2h

Ora os servos teram um consumo de 360ma em 12h ou 30mAh ( 1200/12h)


Pretendo ainda hibernar os Ldr e coloca-los a funcionar aquando dos servos ou seja vamos supor que iram funcionar 6 min por hora.

Concluindo o meu consumo total será

Arduino 100mAh -> 100mA x 24h = 2400mA24h
Servo(2) 100mAh -> 100mA x 12h = 1200mA24h ((as restantes 12H(noite) vão estar parados ))
LDr 30mAh -> 30mA x 12h = 720mA24h ((as restantes 12H(noite) vão estar desligados ))

= 230mAh ou = 4320mA24h




Pretendo como bateria ligar 8 pilhas NI-MH em paralelo de 1,2v de 2000mAh cada em paralelo o que dará um total de 1,2v e 16.000mAh o que hipoteticamente dará uma autonomia aproximada de 3,5 dias.

Mas como o arduino necessita de 7-12v para funcionar bem como os restantes componentes.

Para tal pretendo ainda ligar em serie uma pinha de 9v com cerca de 500mAh.


Partindo que tudo anterior se encontra correto as minhas duvidas começam aqui.


Questões:

- A pilha de 9V vai descarregar primeiro que as de 1,2v uma vez apenas tem 500mAh ? Como resolvo esse problema?

- Como fonte de alimentação para carregar a bateria terei que ter obrigatoriamente uma célula fotovoltaica de tensão superior a 10,2v (9v+1,2v) ?

- Uma celula de 12v será ideal para o carregamento da célula?

- Outra questão prende-se com a produção de energia/gasto.

Ora se o meu consumo é de 4320mA24h tenho que suprir este consumo.

Idealmente preciso de produzir em media por hora durante as 12h de sol 360mAh.


Vi esta celula e pretendia ligar 2 em serie

Power 5.5W
Working Voltage 6V
Working Current 0.86A
Other Features Conversion rate: 17%


Ficaria com 12v 860mA o que idealmente daria para suprir o meu consumo.

SERÁ???????
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Obrigado!
 
podes colocar o arduino em poupança de bateria usando uma biblioteca.

Mas resumindo a situaçao dos consumos que li por alto , nao confirmei os calculos, o que pretendes fazer ao certo .
 
Tava a escrever um testamento mas isto decidiu apagar tudo e agora nao vou repetir.

Primeiro, analise dimencional, tens de multiplicar amperes por hora para teres amperehora por exemplo a tua conta dos servos tem de ser a corrente 1200mA x 0.6 horas = 720mAh. A conta "100mA x 24h = 2400mA24h" está incorrecta, ou multiplicas por 100 mA x 24 x 1h e ficas com 2400mAh ou multiplicas por 1 dia, 100mA x 1 dia (24h) e ficas com 100mAdia.

Segundo, a corrente do arduino é demasiado alta, mesmo com os leds nao deve passar dos 20mA, os servos vao gastar muito menos do que calculaste se só vao ter de mexer 1 ou 2 celulas, os ldr nao precisam de estar ligados tanto tempo, basta uns milesimos de segundo ligados para guardar o valor, esperar uns segundos voltar a ligar repetindo isto durante um bocado para depois fazer uma média.

Terceiro, uma bateria tem de ter as celulas(baterias que constituem a bateria maior) com a mesma capacidade, é super aconselhado usar exactamente a mesma pilha para fazer uma bateria, ou usas só baterias de 9v em paralelo ou fazes uma combinaçao de pilhas de 1.2v em serie e em paralelo para criares uma bateria com as características que queres. O mais simples é comprar uma já feita.

Quarto, a produçao fotovoltaica é inconstante e convem sobre dimensionares o painel para teres margem de manobra, para isso funcionar bem tinhas de usar um MPPT e fazer uma seria de outras consideraçoes. Mas para montar como experiencia ou hobby é uma questao de fazer as contas mais ou menos, dar margem de manobra e depois há-de se aprender o resto.
 
Os servos vão gastar MUITO mais, um servo-motor está sempre com o motor dc em carga, ou usas um motor dc-com um sem-fim e uma porca ou com servos esquece.
Pilhas de 9v são péssimas no que toca a densidade energética, usa antes uma LiPo e um carregador de LiPo's.
5º a cada 10 minutos e em 12h fizeste quantos graus mesmo?

MPPT é basicamente um must para usar paineis solares,e tens vários chips que os fazem com mais ou menos eletrónica extra.
Porque dificilmente carregas uma pilha com um painel solar já que assim que lhe meteres uma carga a voltagem cai a pique..
 
@senso
Eu creio que ele nao pretende usar um servo motor "stepper", deve ser aqueles servos do modelismo, exemplo.
Ele podia até programar o arduino para fazer o MPPT, afinal é um micro controlador, mas para os conhecimentos que tem acho que uma coisa simples para começar seria melhor. Bateria de acido 12v ligada com um diodo directamente ao paneis e feito, será horrivelmente ineficiente mas depois melhora-se.
 
senso disse:
Vê como é que um servo de modelismo funciona ;)
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Eu sei como eles funcionam, ligas o bixo, envias por pwm a posiçao que queres que ele mantenha (ou mudas o centro dele, como um simples transistor) e desligas-o, ele nao vai sair do sitio a menos que tenha binario suficiente sobre a caixa de engrenagens. Nao vai fazer força para manter a posiçao, mas para quem vai usar 1 ou 2 celulas fotovoltaicas que pesam umas 100 gramas nao deve haver stress.
 
Se o desligas precisas de muito pouco binário para o rodar, se o mantens ligado um micro-servo de 9 gramas consome-te em média 200mA..
E não é bem bem pwm, tecnicamente é PPM.
 
O que me chamou a atenção foi isto lol
"Mas como o arduino necessita de 7-12v para funcionar bem como os restantes componentes."
Então se o arduino funciona ligado a uma porta usb como é que precisa de 7 a 12v para funcionar?
 
Outra ideia era desligar por completo o arduino quando não há sol, tendo algo ligado directamente ao painel solar/ldr e quando o valor fosse abaixo de X cortar a corrente para o arduino, logo aí ganhava-se 12h de bateria
 
Boas colegas,

Estive a
926 disse:
podes colocar o arduino em poupança de bateria usando uma biblioteca.

Mas resumindo a situaçao dos consumos que li por alto , nao confirmei os calculos, o que pretendes fazer ao certo .
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Sim é uma hipotese que irei equacionar, no entanto pretendo dimensionar em excesso e depois ir cortando as "gorduras" e ter mais autonomia.
 
A biblioteca é basicamente um wrapper bonito para usar os sleep modes.
O Arduino como um todo será sempre uma desgraça por causa do FTDI que vai estar sempre a consumir..
O Arduino funciona a 5v e se lhe deres 5v regulados bastam 5v, senão tens 5v regulados tens de dar-lhe entre7 e 12v para o regulador que o Arduino tem funcionar correctamente e regular esses 7-12v para os 5v que ele precisa.

Low power é muito dificil, eu ando á cabeçada com pcb's custom para baixar consumos 1mW de cada vez..
 
ruben-moniz disse:
Tava a escrever um testamento mas isto decidiu apagar tudo e agora nao vou repetir.

Primeiro, analise dimencional, tens de multiplicar amperes por hora para teres amperehora por exemplo a tua conta dos servos tem de ser a corrente 1200mA x 0.6 horas = 720mAh. A conta "100mA x 24h = 2400mA24h" está incorrecta, ou multiplicas por 100 mA x 24 x 1h e ficas com 2400mAh ou multiplicas por 1 dia, 100mA x 1 dia (24h) e ficas com 100mAdia.
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Obrigado pela informação!!!


Segundo, a corrente do arduino é demasiado alta, mesmo com os leds nao deve passar dos 20mA, os servos vao gastar muito menos do que calculaste se só vao ter de mexer 1 ou 2 celulas, os ldr nao precisam de estar ligados tanto tempo, basta uns milesimos de segundo ligados para guardar o valor, esperar uns segundos voltar a ligar repetindo isto durante um bocado para depois fazer uma média.
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O valor de 100mA "nasce" da medição que fiz com o multimetro, para ser mais preciso deu 90mA
No entanto posso ter efectuado mal a leitura.

Terceiro, uma bateria tem de ter as celulas(baterias que constituem a bateria maior) com a mesma capacidade, é super aconselhado usar exactamente a mesma pilha para fazer uma bateria, ou usas só baterias de 9v em paralelo ou fazes uma combinaçao de pilhas de 1.2v em serie e em paralelo para criares uma bateria com as características que queres. O mais simples é comprar uma já feita.
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Pois aqui é que nasce a minha maior duvida se poderia juntar baterias de diferente volt's e qual seria o "produto final"

Quarto, a produçao fotovoltaica é inconstante e convem sobre dimensionares o painel para teres margem de manobra, para isso funcionar bem tinhas de usar um MPPT e fazer uma seria de outras consideraçoes. Mas para montar como experiencia ou hobby é uma questao de fazer as contas mais ou menos, dar margem de manobra e depois há-de se aprender o resto.
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a ceclula seria 2 de 6v e 860ma ligadas em serie = 12v 860mA
 
senso disse:
Os servos vão gastar MUITO mais, um servo-motor está sempre com o motor dc em carga, ou usas um motor dc-com um sem-fim e uma porca ou com servos esquece.
Pilhas de 9v são péssimas no que toca a densidade energética, usa antes uma LiPo e um carregador de LiPo's.
5º a cada 10 minutos e em 12h fizeste quantos graus mesmo?
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será 5º a cada 20min
MPPT é basicamente um must para usar paineis solares,e tens vários chips que os fazem com mais ou menos eletrónica extra.
Porque dificilmente carregas uma pilha com um painel solar já que assim que lhe meteres uma carga a voltagem cai a pique..
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uiii li um pouco sobre o MPPT, mas tenho que estudar melhor isso para perceber, no entanto fiquei com a ideia que é um controlador de tensão
 
Paineis solares são fontes de corrente, e têm uma curva/relação tensão/voltagem em que com um certo valor de carga têm máxima eficiência, o que o MPPT faz é manter o painel nesse ponto para que tenhas o máximo de energia possivel a ser produzida e metida na bateria.

Não é muito simples, mas não é super complexo, mas para um iniciante na eletrónica saltar de cabeça para isso pode ser complicado de digerir tanta informação.
LDR's tecnicamente são ilegais em todo o lado por terem cádmio, podes usar o próprio painel como sensor de luminosidade, ou então com as coordenadas do local onde estiver facilmente se calcula a elevação necessária, e sinceramente, sem paineis realmente grandes, tracking é contra produtivo porque gastas mais energia que a que ganhas ao alterar o angulo.

Se tu tiveres 8h de sol e rodas 5º 3 vezes por hora em 8 hora rodaste 120º, de certeza que são 5 graus?
 
Quanto aos Servos escolhi utilizar os MG966R que tem torque suficiente para segurar os paineis sem qualquer carga, dai penso desliga-los enquanto não estiverem em utilização.

As minhas maiores preocupações penso ser a bateria, qual a sua constituição pois se usar pilhas ni-mh vou ter de construir um carregador de bateria.
Se optar pelas Li-Po já nao se coloca essa situação mas si o preço delas par atingir quer os V quer os A.

Para valores de consumo na ordem dos 3600mA dia, pois informaram-se que os LDR são resistencias e que não vão consumir, e que deveriam ser retiradas da equação confirmam?

Estava a pensar colocar 2 paineis de 6v e 860mA em série, idilicamente daria 860mAh ( isto caso tenha incidencia de radiação solar maxima * X horas)

Caso esteja alguma asneira pelo meio peço desde ja desculpa, mas é como referi experiencia "0" :)

Abraço a todos e muito Obrigado e vão contribuindo para a minha "Educação" ;)
 
Optando por as pilhas AA de 1,2V 2000mAh ni-mh acham viável 8 em paralelo e 4 em série, e depois ligar os 2 conjuntos em série o que daria 6v 16.000mAh

8x2000mAh = 1,2v 16000mAh

4x1,2v = 4,8v 2000mAh

=

6v 16.000mAh



Será esta conjugação viável? ou seja seria como ligar uma pilha de 1,2v com uma de 4,8v.
 
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