Boost av 12V "off-grid" spänning vid långa kablar

[barco]

Jag funderar på att skaffa en(eller ett par) solpaneler för 12V laddning av en(eller ett par) batterier för att driva ett par datorer jag har påslagna dygnet runt.

En nackdel med 12V är ju kabelförluster och det tror jag kommer drabba mig rätt hårt i detta fall. Jag behöver för den datorn längst bort minst 20+20m kabel (alltså 20m + kabel och 20m - kabel). Effektförbrukningen bör ligga i alla fall under 100W, dvs MAX runt 8A 12V. Räknar jag med en online kalkylator på detta för 40m 6mm^2 kabel så får jag ett spänningsfall på ~2V vilket antagligen är för mycket för mina behov (datorn kör på ett s.k picopsu, dvs 12v in).

Jag tittar då på möjligheten att använda buck-boost med tex LM5118 eller LTM4605 för att få upp spänningen till 12V. Är jag ute och cyklar eller kan någon komma på någon alternativ ide (hade jag haft en koppargruva kunde jag ha rejälare kabel, men det känns inte som en "smart" lösning)? Det är ju möjligt att jag kommer få göra samma sak på andra platser där jag har 12v uttag runt i huset också....

Tacksam för ideer!

[Borre]

Enklast är ju att använda en picoPSU som klarar av större inspänningsområde, finns de med 6-24V eller något sånt. Säljer du nuvarande och införskaffar en sådan kan det nog även bli billigare än andra lösningar.

Men "problemet" kvarstår ju ändå, spänningsfallet i kabeln. Tappar du 2V är ju det 16W vid 8A, det är rätt mycket det med 100W total effekt från panelerna.

Men om du använder två eller fler solceller går det alltid att seriekoppla dessa och istället få ut dubbla spänning ut vilket ger lägre förluster i kabeln. Däremot kräver ju det spänningsreglering vid förbrukarna om dessa inte klarar den högre spänning.

[grym]

flera seriekopplade paneler, så hög spänning som möjligt, laddregulator med stepdown så funkar det

eller kör med grövre kablar

att switcha upp och ner kostar i verkningsgrad

[ristomemo]

100W är ganska ordentlig belastning om du ska driva det med enbart solenergi. Du kommer att behöva rejäla solpaneler och kraftiga batterier för driften. Börja med att se över datorparken till strömsnålare varianter.

[barco]

Tack för inputen!

Det kommer inte enbart vara solenergi som laddar så det är lugnt med vad mina datorer skall dra. Det är bara hur jag skall hålla 12v till "änden" som är problemet. Dessutom så är det snåla datorer. Den ena drar 30W och den andra vet jag inte då den inte är färdigbyggd ännu (7st x 2TB diskar med förmodligen e350 cpu), men som sagt den drar MAX 100W.

Det är inte 100W solpaneler jag skall ha, vi får se hur jag dimensionerar det. Jag är medveten om att det säkert inte finns ekonomi i det, detta är kul att pyssla med.

Borre: Picopsu med större inspänningsområde har jag inte ens tänkt på att det finns. Skall kolla på det, kanske den jag har tom klarar det (tog för givet att det bara är stepdown i "agget").

grym: Seriekopplade paneler hjälper väl inte om jag har en 12v anläggning? (ja, jag skulle kunna ha en 48v anläggning eller liknande, men jag har andra saker som skall gå på 12v och då måste jag gödsla med stepups i huset). Batterierna kommer sitta nära panelen och inte den ena datorn, det är det som är grundproblemet.

ristomemo: Jag vet att det är mycket och som sagt det är inte enbart solen som skall ladda och så har jag redan rätt snåla datorer jag har, men det hjälper ju inte om man har många:) (jo det gör det, men problemet kvarstår).

[blueint]

Föreslår att du använder 24 V eller 48 V som systemspänning. Inne i huset där förbrukare finns kan du omvandla den till 12 V eller vad som krävs. Men energiförlusten ökar med kvadraten på strömmen.

Exempel:
Ledningsarea: 2,5 mm²
Antagen resistans per meter: 0,015416 Ω/m
Överföringslängd: 40 m

ledningsresistans * längd * 2 * (effekt/spänning)² = effekt

Systemspänning 12V: 0,015416 * 40 * 2 * (100 / 12)² = 86 W
Systemspänning 24V: 0,015416 * 40 * 2 * (100 / 24)² = 21 W
Systemspänning 48V: 0,015416 * 40 * 2 * (100 / 48)² = 5,4 W
Systemspänning 120V: 0,015416 * 40 * 2 * (100 / 120)² = 0,86 W

Detta borde tydligt visa poängen med hög transmissionsspänning. Förlusterna sjunker drastiskt!

Dom gränser som kan vara värda att känna till är att under 30 V så klarar dom flesta integrerade switchkretsar att hantera spänningen direkt, här går också godkännande gränsen för våtutrymmen, samt att det börjar kännas ordentligt vid beröring etc. Över ca 60 V så finns det mycket få integrerade switchkretsar. Över 120 V DC så krävs behörig elektriker för installation.

En lösning är att du kika på Nationals "simple switcher" som ELFA säljer. Använd den för att enkelt få upp spänningen vid solcellerna. Och använd picoPSU som klarar högre spänning. Alternativt höj den rejält och lägg till ett mellansteg innan picoPSU osv.

Ang effektestimering för datorn, 7 x 2TB diskar (7x10W) med e350 cpu (18W) och moderkort (~30W) samt minne (5W?) = 123 W.

[netrunner]

Varför inte göra om det till 230V AC?

Jag har hört att det finns grejer som går på den spänningen?

[blueint]

AC är besvärligt ur omvandlingssynpunkt, störningar, och effektivitet.

Däremot krävs det behörighet för att sätta upp en anläggning som använder 230 V.

[xxargs]

Även 30 Watt kontinuerligt är väldigt mycket i solcellsammanhang då det är 720Wh/dygn som skall samlas ihop per dygn i gråväder och vid midvintersolståndet - det blir hela gräsmattan full med solpaneler om det är i södra sverige och norrut går det inte alls eftersom du inte har speciellt mycket ljus alls att leka med vintertid.

en 25 Watts panel ger ungefär 100 mA i ström (1.2 Watt!) när den inte har solljus (skuggad) utan endast himmlesljuset dagtid molnfri sommardag - mer än så kan du heller inte räkna med vid mulet väder och en svensk vinter brukar ju ha typ >2 månader kontinuerligt mulet väder i området dec - februari med kanske en soldag under hela den tiden...

---

med solceller så måste man ha helt annan tänk när det gäller strömförbrukning - någon enstaka Watt som mest då även 24 Wh/dygn kommer vara knepigt att samla ihop med panel - batteribank som klarar den mörkaste månaderna på vinter (utan att gå under 50% laddningsnivå om du vill ha batteriet att funka nästa år också) då i princip ingen bidrag alls kommer från solpanelerna dom mörkaste 2-3 månaderna på året.

vintertid kan du förmodligen bara räkna med vindkraft från vindsnurra som större energipåfyllare till dina batterie - om det blåser tillräckligt ofta och länge förståss.

---

Lycka till med din soldriva projekt, men se till att göra en riktig energikalkyl först.

[limpan4all]

Hur kom du fram till 2V?
När jag räknar så kommer jag bara fram till ca 0,92 V i spänningsfall...
Us=8*0,0172*40/6

[barco]

Detta borde tydligt visa poängen med hög transmissionsspänning. Förlusterna sjunker drastiskt!

Mycket klargörande siffror! Jag behöver hitta en billig lösning att ta ner spänningen vi varje 12v uttag sedan bara.

Dom gränser som kan vara värda att känna till är att under 30 V så klarar dom flesta integrerade switchkretsar att hantera spänningen direkt, här går också godkännande gränsen för våtutrymmen, samt att det börjar kännas ordentligt vid beröring etc. Över ca 60 V så finns det mycket få integrerade switchkretsar. Över 120 V DC så krävs behörig elektriker för installation.

Mycket bra info att fundera på, tackar!

En lösning är att du kika på Nationals "simple switcher" som ELFA säljer. Använd den för att enkelt få upp spänningen vid solcellerna. Och använd picoPSU som klarar högre spänning. Alternativt höj den rejält och lägg till ett mellansteg innan picoPSU osv.

Får kolla på det.

Ang effektestimering för datorn, 7 x 2TB diskar (7x10W) med e350 cpu (18W) och moderkort (~30W) samt minne (5W?) = 123 W.

Nja, nu tar du nog i. Jag har en e350 med 4GB minne, ssd och extra tvtuner kort (+ett som drivs via FW från burken) och den drar totalt 30w (uppmätt). Min existerande P4 2Ghz burk med de 7x2TB diskarna drar ungefär 130w(uppmätt), och CPUn är nog en stor del av det. Diskarna är speccade lägre än 10w styck (average ligger runt 5w har jag sett i tester).

Hur kom du fram till 2V?

http://24volt.eu/kalkyl_kabelarea.php
Vet inte hur pålitlig den är, men det är duktigt folk där så jag tvivlar inte.

text

Jag tycker din kalkyl verkar lite väl pessimistisk. Har du kört själv eller läst någonstans? Jag har läst (men inte ännu kört något, det är ju därför jag skall göra detta:) ) en hel del forum och jag tror/trodde att det nog ser bättre ut än så. Inte skall man behöva hela gräsmattan full för att få kontinuerligt 30w? (beror ju på hur stor gräsmatta man har ).

Varför inte göra om det till 230V AC?
Jag har hört att det finns grejer som går på den spänningen?

Mina saker går inte på 230V. Tex dator och annan elektronik går på andra spänningar som visserligen transformeras ner FRÅN 230V, men det är ju egentligen helt onödigt. Vad går egentligen på 230V när det gäller elektronik?

[limpan4all]

Den sidan har fel värde på koppars resistivitet, skall vara 0,0172 dom räknar med 0,018, du har angivit fel kabellängd (40m) dom har redan antagit fram och återledare dvs 20m är rätt...

[limpan4all]

Om du placerar regulatorn vid lasten istället för vid solcellerna så kommer du att ha "rätt" spänning ut som snarare är 13,8V troligare än just 12V. Med parallellkopplad blyackumulator och en MPPT solcellsladdare så kommer det att funka bra, ännu bättre om du går upp i kabelarea ännu mera, 20m svetskabel/startkabel är ju inte så dyrt...

[barco]

Den sidan har fel värde på koppars resistivitet, skall vara 0,0172 dom räknar med 0,018, du har angivit fel kabellängd (40m) dom har redan antagit fram och återledare dvs 20m är rätt...

Doh! Tack för det. Det diskuterades så mycket på 24volt.eu forumet att man måste tänka retur"kanal" också när man räknade förluster så jag antog att de gjorde det för att man skulle komma ihåg lägga in det i kalkylatorn....

Om du placerar regulatorn vid lasten istället för vid solcellerna så kommer du att ha "rätt" spänning ut som snarare är 13,8V troligare än just 12V. Med parallellkopplad blyackumulator och en MPPT solcellsladdare så kommer det att funka bra, ännu bättre om du går upp i kabelarea ännu mera, 20m svetskabel/startkabel är ju inte så dyrt...

Problemet är det kommer vara fler laster (minst två datorer) som det är 20m emellan. Så jag tänkte placera batteri(er) och MPPT vid den första burken. Bara för att vara säker, menar du regulator som samma sak som solcellsladdare i det du skriver ovan eller tänker du att det är två olika burkar (för det är med två burkar jag tänkte från början, dvs en MPPT vid batterier och en "regulator" vid lasten).
Nu är det är ju så fint att jag har picpsu till den enbart den ena datorn idag, men behöver köpa till den andra och det finns ju som Borre tipsade om picopsu med 6-24v inspänning.

Sedan hade jag ju tänkt försöka göra en smart lösning för att koppla på en 230 laddare också, dvs för att hålla batterierna uppe när solen inte räcker till. Jag har inte riktigt löst hur det skall fungera.... Känns som en MPPT och en vanlig laddare "parallellt" kommer lura varandra.

[blueint]

Mycket klargörande siffror! Jag behöver hitta en billig lösning att ta ner spänningen vi varje 12v uttag sedan bara.

Man kan ha en regulator för flera uttag om dessa ligger med max några meters mellanrum.

Jag tycker din kalkyl verkar lite väl pessimistisk. Har du kört själv eller läst någonstans? Jag har läst (men inte ännu kört något, det är ju därför jag skall göra detta:) ) en hel del forum och jag tror/trodde att det nog ser bättre ut än så. Inte skall man behöva hela gräsmattan full för att få kontinuerligt 30w? (beror ju på hur stor gräsmatta man har ).

En solig sommardag = ca 1000 W/m²
Solcellseffektivitet = ca 10%
En mulen dag = max 25 % av solig dag.

En 1 m² solcell kan då producera 25 W.

20m svetskabel/startkabel är ju inte så dyrt...

Var är det inte så dyrt någonstans?

Känns som en MPPT och en vanlig laddare "parallellt" kommer lura varandra.

Koppla dom parallellt på ingångssidan med varsin diod så att strömmen bara kan adderas?