Cómo calcular el panel solar y la batería para el sistema de CCTV
Richard Wang Mayo/25/2022
1. Escenario típico de una cámara de CCTV alimentada por energía solar
Los sistemas de CCTV suelen tener que desplegarse en algunas zonas remotas, y en estas zonas suele ser difícil obtener energía estable de la red eléctrica. En este caso, la energía solar suele ser la mejor alternativa. Este artículo describe principalmente cómo calcular el panel solar y la batería para el sistema de CCTV en este escenario. Este artículo simplifica principalmente el esquema de cálculo con el fin de resolver el problema de la implementación de la ingeniería.
La imagen de arriba es nuestro escenario común de cámaras de CCTV. Lo que usted encuentre puede ser ligeramente diferente de este escenario, no importa, sólo tiene que ajustarlo según el suyo. Para llevar a cabo la tarea de calcular los ups y la batería, es importante elegir primero el dispositivo activo y el dispositivo pasivo en todo el sistema.
Por dispositivo activo se entiende simplemente un dispositivo que necesita consumo de energía. Por ejemplo, una cámara o un interruptor POE. Hay que tener en cuenta que el propio sistema de alimentación tiene alguna pérdida de potencia.
Por dispositivo pasivo entendemos un dispositivo que no consume energía. Como el panel de fibra.
Es muy importante calcular la potencia máxima de todos los dispositivos activos para cómo calcular el panel solar y la batería para el sistema de CCTV.
Cuando hayamos identificado todos los dispositivos activos, primero hay que elaborar una tabla como la siguiente:
Tabla 1-Potencia máxima del dispositivo activo
Cantidad (PCS) | Potencia nominal máxima de la unidad (W) | Potencia nominal total máxima (W) | |
Bala Cámara | 1 | ? | ? |
PTZ Cámara | 1 | ? | ? |
Conmutador POE | 1 | ? | ? |
Autoconsumo del SAI | 1 | ? | ? |
Potencia nominal total | |||
2.Paso-1 Averiguar la potencia máxima del dispositivo activo
2.1 Potencia máxima de la cámara
En el escenario solar, para calcular el panel solar y la batería para el sistema de CCTV, tenemos que tener cuidado de encontrar todos los dispositivos activos, para no perderlos. Porque esto afectará en gran medida la configuración de la batería y el panel solar.
Los distintos dispositivos activos tienen diferentes potencias máximas, que pueden consultarse en los catálogos de los distintos dispositivos.
Este es el parámetro de potencia de una cámara típica. Podemos ver que esta cámara necesita un máximo de 50W cuando se usa Hi-POE, y 10W cuando se usa calentador.
A través de los catálogos de diferentes dispositivos, podemos encontrar los parámetros de esta potencia máxima.
2.2 Conmutador POE Potencia nominal máxima
En el caso de los conmutadores POE, las identificaciones de los parámetros de los distintos fabricantes son diferentes. Lo que hay que tener en cuenta es que el consumo máximo de energía del propio conmutador POE en estado de espera y de funcionamiento no incluye la parte que proporciona el POE. Dado que el propio POE alimenta la cámara, el consumo de energía que consumen se ha calculado en el capítulo anterior.
Sin embargo, hay que tener en cuenta que los distintos fabricantes tienen una forma diferente de escribir la potencia máxima de los conmutadores POE. La imagen de arriba es una situación típica en la que el consumo de energía en espera y en funcionamiento del propio interruptor PoE no está claramente marcado. Pero basándonos en sus identidades, podemos especular:
Standby<5W, Full Load<120W
120W significa que el sistema POE+ puede proporcionar un máximo de 120W. Para un interruptor de este nivel, básicamente estimamos el consumo máximo de energía de unos 8W en espera y en funcionamiento. Por supuesto, esto es en el caso de que este número no esté claramente marcado en el catálogo. Pero cuando los fabricantes de interruptores POE están claramente marcados, utilizar sus datos tanto como sea posible es mejor.
2.3 Llenar la potencia máxima del dispositivo activo
Basándonos en los métodos anteriores, podemos obtener la potencia máxima de la cámara, el POE Switch u otros dispositivos activos. Aquí se supone que la potencia máxima de cada dispositivo en nuestro escenario es la siguiente:
Potencia máxima de la cámara bala = 15,4W
Potencia máxima de la cámara PTZ = 30W
Conmutador PoE (consumo propio) =8W
Autoconsumo del SAI=10W
Entonces podremos conseguir nuestra mesa:
Tabla 2-Potencia máxima del dispositivo activo（Lleno）
Cantidad(PCS） | Potencia nominal máxima de la unidad（W） | Potencia nominal total máxima (W) | |
Bala Cámara | 1 | 15.4W | 15.4W |
PTZ Cámara | 1 | 30W | 30W |
Conmutador POE | 1 | 8W | 8W |
Autoconsumo del SAI | 1 | 10W | 10W |
Potencia nominal total | 63.4W | ||
Entonces, según el cálculo, finalmente obtuvimos que el consumo máximo de energía de todo el sistema es de 63,4W. Estos datos son cruciales para definir cómo calcular el panel solar y la batería para el sistema de CCTV.
3.Paso-2 Elija la batería que se adapte a su sistema de CCTV
3.1 Elija cuidadosamente el tipo de batería
Hay tres tipos de baterías comunes en el mercado:
(1) Batería de plomo (GeL)
Estas baterías son relativamente comunes en el mercado. La ventaja es la estabilidad y el menor precio. La desventaja es que la temperatura de funcionamiento adecuada es de 25°C, que no es fácil de alcanzar cuando se utiliza en el exterior. Y los ciclos de carga y descarga de la batería de plomo son básicamente de unas 600 veces. Suponiendo un ciclo de carga-descarga al día, la batería debe ser sustituida en menos de dos años.
(2) Batería de litio ternaria de MnNiCo
Esta batería de litio se utiliza a menudo en baterías de ordenadores portátiles y teléfonos móviles. La prioridad es el precio económico, y la temperatura de trabajo adecuada puede alcanzar los 45°C. Incluso si se instala en el exterior, siempre que el método de refrigeración sea el adecuado, no se verá afectada por la temperatura. Los ciclos de carga y descarga de este tipo de batería son básicamente de unas 800 veces. Un poco mejor que la batería de plomo. Asumiendo un ciclo de carga y descarga por día, la batería necesita ser reemplazada básicamente cada 2-3 años. Para este tipo de batería, preste especial atención a la compra de marcas de calidad fiable. La mayoría de los accidentes de incendio de baterías están relacionados con las baterías de litio ternarias de MnNiCo de mala calidad.
(3) Batería de litio LiFePO4 (batería de litio LFP)
Esta batería de litio se utiliza de forma madura en diversos campos, como las telecomunicaciones y las TIC. Tiene un rendimiento estable, una larga vida útil y un precio ligeramente superior. Los ciclos de carga y descarga de esta batería pueden variar de 2000 a 5000. Y su temperatura de trabajo puede alcanzar los 45°C. Es ideal para sistemas de CCTV alimentados por energía solar en exteriores.
La batería a elegir en el escenario real debe ser diseñada de acuerdo a su escena. La siguiente tabla es nuestra recomendación, pero el escenario real será más complicado, puede consultar al personal de ventas de Edgeware:
Tabla 3-Elección del tipo de batería en función del escenario
Precio | Temperatura de trabajo | Ciclos de carga y descarga | Escenarios de aplicación recomendados | |
Batería de plomo-ácido | Bajo | 25°C | 600 Ciclos | La batería se coloca en el interior y se puede sustituir fácilmente. |
MnNiCo Batería de litio ternaria | Medio | Hasta 45°C | 800 Ciclos | La batería está colocada en el armario exterior y es fácil de sustituir. |
Batería de litio LiFePO4 (batería de litio LFP) | Alta | Hasta 45°C | 2000-5000 Ciclos Depende de la marca | La batería está colocada en un armario exterior, y es muy incómodo sustituirla. |
3.1 Principio de la capacidad de la batería - kWh y Ah
El siguiente contenido es muy importante para entender cómo calcular el panel solar y la batería para el sistema de CCTV, por favor léalo cuidadosamente.
Después de seleccionar el tipo de batería, tenemos que empezar a calcular la capacidad de la batería que necesitamos. En primer lugar, debemos saber que el valor para indicar la energía eléctrica es Wh (vatios hora) y kWh (kilovatios hora). El kWh es una unidad común que se paga en la factura de la luz en casa.
1000Wh=1kWh
Pero a menudo vemos Ah en la etiqueta de la capacidad de la batería, lo que es un poco confuso. Ah significa Amperios hora. Significa cuántos amperios es capaz de suministrar la batería en una hora. Así, 20AH significa 1 hora a 20A o 10 horas a 2A.
Tenga en cuenta que la tensión se introduce cuando calculamos la carga de la batería. Por ejemplo, hay una batería de 12V100Ah, y su potencia se calcula de la siguiente manera:
Tensión de la batería*Amperios hora de la batería =12V*100Ah=1200Wh=1,2kWh
Así que supongamos que tenemos una batería de 48V100AH, su potencia se calcula de la siguiente manera:
Tensión de la batería*Amperios hora de la batería =48V*100Ah=4800Wh=4.8kWh
Se puede encontrar que la misma batería es de 100AH, el voltaje es diferente, la potencia es diferente. Cuando se utilizan diferentes sistemas solares, de acuerdo con las diferentes configuraciones de voltaje de las baterías requeridas por el controlador solar, los voltajes de los paquetes de baterías que se configuran son diferentes, pero la fórmula general para calcular la potencia está de acuerdo con:
Tensión de la batería*Amperios hora de la batería= Cantidad de electricidad de la batería
Cuando configure el paquete de baterías, preste atención a la configuración según el voltaje de la batería requerido por el fabricante.
3.2 Cálculo de la configuración de la batería
Cuando configuramos la batería, primero tenemos que aclarar el tiempo de autonomía del sistema que esperamos. El tiempo de autonomía del sistema en el escenario del sistema de CCTV se refiere a cuántas horas puede funcionar el sistema con la batería cuando la energía solar no está disponible. Este valor debe establecerse en función de la situación real del escenario. Si se ajusta demasiado, puede suponer un gasto excesivo en la batería. Si el ajuste es demasiado pequeño, puede afectar a la disponibilidad del sistema. Por lo general, las dos situaciones siguientes provocarán que la energía solar no esté disponible:
(1) Tiempo
En general, si el tiempo es nublado, lluvioso, nevado y otros días sin sol, la producción de energía solar puede ser sólo del 10% y el 0,1% de la capacidad diseñada, y el sistema tiene que depender de las baterías para funcionar.
(2) Por la noche
El sistema nocturno debe funcionar al 100% con baterías si necesita funcionar con normalidad.
El ajuste del tiempo de autonomía del sistema tiene una gran relación con el clima local, las lluvias y los escenarios de uso del sistema de CCTV. Cómo ajustar el tiempo de autonomía del sistema se lo explicaremos en otro artículo.
Suponemos que se requiere una batería de 48 horas de tiempo de autonomía del sistema, entonces la capacidad de la batería se calcula como sigue:
(1) Calcula primero la potencia que necesita la batería
Según la Tabla2-Potencia Máxima del Dispositivo Activo (Lleno), hemos concluido que la potencia máxima del sistema es de 63,4W. Si necesitamos mantener el funcionamiento de 63,4W durante 48 horas, la potencia que necesitamos es la siguiente:
Potencia máxima del sistema (vatios)*Tiempo (hora) =63,4W*48Horas= 3043,2Wh =3,0432kWh
Tenga en cuenta que en muchos casos no es necesario calcular según la potencia máxima, se puede calcular según el 60-70%, porque ningún dispositivo funcionará siempre a la potencia máxima. Esta vez tomamos el valor como 60%, podemos obtener la potencia media del sistema:
Electricidad total necesaria para la autonomía del sistema = 3043,2Wh*60%= 1825,92Wh
(2) Calcule los amperios hora que deben configurarse con las baterías
Como hemos mencionado en el apartado 3.1, los amperios hora están relacionados con la tensión. Tenemos que tener claro el voltaje de la batería del controlador solar. Asumiendo que el voltaje de la batería de nuestro controlador solar es de 12V, entonces podemos calcular los Amperios Hora de la batería de la siguiente manera:
Cantidad de electricidad necesaria/tensión de la batería del UPS=1825,92Wh/12V= 152,16Ah
(3) Preste especial atención a reservar un 20% más de capacidad de la batería que la requerida para evitar una descarga profunda
Hemos calculado que se necesita una batería de 12V152,16AH, pero este no es el valor final. Generalmente, para evitar la descarga profunda de la batería y prolongar su vida útil al máximo, configuraremos un 20% más de capacidad.
Amperios hora necesarios*1,2=152,16Ah*1,2=182,592 Ah
Hasta ahora hemos llegado a la conclusión de que necesitamos una batería de 12V 182,592Ah. Pero no se puede encontrar esta capacidad en el mercado, así que vamos a utilizar una batería de 12V200AH.
4.Paso 3: Cálculo de la capacidad de los paneles solares para el sistema de CCTV
4.1. Mecanismo de funcionamiento del sistema solar
Para entender cómo calcular el panel solar y la batería para el sistema de CCTV, debemos comprender el mecanismo por el que funciona el sistema solar.La figura anterior muestra un principio de funcionamiento simplificado del controlador solar para facilitar su comprensión. Cuando el panel solar genera electricidad, ésta se distribuye a la carga y a la batería mediante el control del controlador solar. En circunstancias normales, la energía se suministrará preferentemente a la carga, y la energía restante se suministrará a la batería para cargarla. Por lo tanto, al calcular la capacidad del panel solar, hay que tener en cuenta que la carga necesita consumir energía y, al mismo tiempo, hay que cargar la batería.
4.2 Supuesto clave del tiempo de carga de la batería
En primer lugar, hay que definir el tiempo de luz solar para cargar completamente la batería en función de la zona en la que se encuentra el sistema de CCTV y de los requisitos de disponibilidad del proyecto. En teoría, cuanto más corto sea el tiempo, mejor. Puedes imaginar lo mala que sería la disponibilidad del sistema si se necesitaran 5 días de luz solar para cargar completamente la batería. Es muy probable que, aunque haya muchos días de sol, el tiempo de carga sea demasiado largo, haciendo que la batería entre en otro día de lluvia antes de estar llena.
Sin embargo, si el tiempo necesario para cargar completamente la batería es demasiado corto, el problema debe ser que el panel solar tiene una configuración de gran capacidad. Pero tenga en cuenta que la mayoría de los escenarios del sistema de CCTV alimentado por energía solar están montados en postes al aire libre. Entonces cuando se configura un panel solar de gran capacidad, traerá una serie de problemas:
(1) El problema de instalar un panel solar de gran capacidad en el poste
La siguiente figura muestra la instalación de un típico panel solar montado en un poste. Es muy difícil instalar un panel solar de gran capacidad en el poste. Los costes de instalación y mantenimiento serán elevados.
(2) Impacto en la estabilidad de la cámara
Si el panel solar es demasiado grande, provocará vibraciones en la cámara de CCTV, lo cual es un problema crítico para todo el sistema.
(3) Hacer frente a los desafíos de los fuertes vientos y tifones
En algunas zonas en las que habrá fuertes vientos y tifones, un panel solar de gran tamaño exigirá demasiado al sistema de postes, lo que aumentará considerablemente el coste.
(4) El montaje en el suelo no es una opción la mayoría de las veces
La instalación de paneles solares en el suelo no es factible en muchos países por razones de seguridad
Por lo tanto, la configuración de la capacidad de los paneles solares debe lograr un equilibrio adecuado. Toda tecnología es un proceso de compromiso y equilibrio de la realidad.
En general, se recomienda establecer el objetivo de que la bateríase cargue por completo en 8-12 horas de sol. También debe establecerse en función de las condiciones y escenarios locales. Por lo general, el personal de preventa de Edgeware diseñará y discutirá con usted para llegar a la mejor solución.
Este artículo establece el tiempo de carga de la batería a 10 horas, sobre la base de esta configuración para explicar cómo calcular la capacidad del panel solar
4.3 Cálculo de la capacidad de los paneles solares
4.3.1 La fuente de datos necesaria para la gratuidad
Irradiación solar
Hay muchas herramientas de pago en el mercado, pero la mayoría son caras. Dado que la potencia total del escenario del sistema de CCTV alimentado por energía solar es relativamente pequeña, no es necesario calcular los datos con demasiada exactitud como la planta solar gigante. Lo que hay que hacer es calcular cualitativamente las necesidades del escenario del sistema CCTV.
En primer lugar, es necesario conocer los recursos de energía solar en la zona donde se encuentra el sistema de CCTV. El equipo de preventa de Edgeware obtuvo estos datos de Solar GIS. El sitio web de consulta de recursos de energía solar de Solar GIS es el siguiente:
https://solargis.com/maps-and-gis-data/download/
Y los datos son gratuitos.
Al seleccionar el país donde se encuentra el proyecto, se obtiene el mapa de recurso solar correspondiente. Suponemos que este cálculo está en Colombia, entonces obtenemos el siguiente mapa:
Fuente : Solar GIS
En el mapa de irradiación horizontal de Colombia podemos ver claramente la intensidad de irradiación en cada región. Suponiendo que nuestro emplazamiento se encuentra en Cartagena, la irradiación horizontal diaria en esta zona es de unos 5,6kWh/㎡ diarios. Este valor es el que debemos utilizar más adelante.
Tiempo
Hay muchos sitios web gratuitos para obtener datos meteorológicos, y los colegas de Edgeware suelen consultar los siguientes sitios web gratuitos:
Por ejemplo, si consultamos Cartagena en Colombia, podemos obtener los siguientes datos:
Fuente Weatherspark
Estos datos son de gran importancia para el cálculo del panel solar y la batería para el sistema de CCTV:
(1) Temperatura
Por favor, preste especial atención si el sistema de CCTV alimentado por energía solar que despliega está por debajo de -10ºC o 14°F en cualquier época del año, estará por debajo de la temperatura mínima de descarga de la batería. Es necesario desplegar un calentador para mantener la batería a la temperatura normal de funcionamiento. Como alternativa, también se puede configurar una batería de trabajo a temperatura ultrabaja.
(2) Lluvia
A partir de estos datos, podemos discutir y juzgar el ajuste del tiempo de autonomía del sistema.
(3) Horas de luz y crepúsculo
En función de esta hora podemos deducir el tiempo de insolación. A partir de la cifra, se trata de unas 12 horas, pero se recomienda asumir un cálculo conservador de 10 horas para los cálculos posteriores.
4.3.1 Método de cálculo de la capacidad de los paneles solares
En primer lugar, después de nuestra serie de recopilación de datos y cálculo de la pila hace un momento, enumeramos todos los datos en una tabla como la siguiente:
Finalmente llega el último paso para entender cómo calcular el panel solar y la batería para el sistema de CCTV
Tabla 4-Tabla de cálculo de la capacidad de los paneles solares
Potencia máxima de carga | Tiempo de autonomía del sistema | Capacidad de la batería necesaria | Objetivo de tiempo de carga de la batería | Irradiación horizontal en el lugar | Capacidad de los paneles solares | |
Parámetro | 63.4W | 48 horas | 12V200AH | 10 horas | 5,6kWh/㎡ | Por definir |
Energía solar total necesaria
Según nuestra descripción en el capítulo 3.1. Mecanismo de funcionamiento del sistema solar, debemos considerar dos aspectos de la energía
(1) La carga de la batería requiere energía
(2) El consumo de energía de la carga del sistema (en el caso del tiempo con luz solar, la carga se alimenta de energía solar)
Primero veamos la batería, tenemos una batería de 12V200AH, entonces su potencia total se calcula de la siguiente manera:
Cantidad de electricidad de la batería = 12V*200Ah=2400Wh
La carga máxima del sistema ha sido de 63,4W, ya que la carga del sistema generalmente no trabaja siempre al máximo consumo de energía, podemos suponer que su consumo medio de energía es el 70% de la potencia máxima:
PLoad=63,4W*70% = 44,38W
Como suponemos que el sol brilla durante 10 horas, durante esas 10 horas, la carga del sistema se alimenta de energía solar, y la electricidad total requerida:
Cantidad de electricidad de la carga =44,38W*10Horas = 443,8Wh
Así que al final podemos obtener la electricidad que necesitamos para generar durante 10 horas de luz solar:
Cantidad de electricidad Gran Total =2843,8Wh
La energía solar media que necesitamos en 10 horas de luz:
PSolar=2843.8Wh/10hours=284.38W
Este valor es importante para nuestros cálculos posteriores.
Cálculo de la configuración de los paneles solares
La imagen de arriba nos muestra tomando como ejemplo el panel solar de JA Solar. Se puede ver que hay un parámetro Eficiencia del Módulo, que es muy importante. Debemos saber que la radiación de la luz solar que irradia el panel solar no se convierte al 100% en energía eléctrica. La eficiencia de conversión general es de alrededor del 20-21%, y tomaremos el 20,2% para los cálculos posteriores.
Además, acabamos de saber que la irradiación horizontal en el lugar es de 5,6kWh/㎡ al día. Se puede comprobar que este parámetro está relacionado con la superficie. Es fácil entender que cuanto mayor sea la superficie sobre la que incide el sol, más energía se obtiene. Cuanto más grande sea el panel solar y más grande sea el área, más irradiación solar se obtendrá. La información sobre el área puede obtenerse en el catálogo del fabricante del panel solar.
Según la condición de que sabemos que la irradiación horizontal en el emplazamiento es de 5,6kWh/㎡ al día, podemos calcular la potencia solar por metro cuadrado:
PSolarSqm =Horizontal por metro cuadrado * Superficie * Eficiencia del módulo / Horas de sol=(5600Wh/㎡ * 1 ㎡ * 20,2%)/10 horas =113,12W
Según los cálculos del capítulo anterior, la energía solar que necesitamos es PSolar=284,38W，Entoncespodemos calcular cuántos paneles solares cuadrados necesitamos:
Superficie necesaria del panel solar= PSolar/PSolarSqm= 284.38W/113.12W = 2.514 ㎡
Según la situación del panel solar JA Solar justo ahora, el área de 480W = Ancho*Altura= 2,094m*1,134m=2,375 ㎡
Muy cerca, entonces sólo tenemos que elegir un panel solar con una eficiencia ligeramente superior, como el panel solar JAM66S30-505 505W de la imagen superior. Ten en cuenta que el cálculo del panel solar no necesita ser demasiado preciso, porque sólo estamos diseñando un sistema de CCTV alimentado por energía solar, y la potencia en sí es muy pequeña. Pero si el sistema es tan grande como una planta solar, es necesario calcularlo de la manera más científica posible.
Al final obtuvimos los siguientes parámetros finales, en base a los cuales podemos empezar a comprar diferentes originales.
Tabla 5-Tabla de cálculo de la capacidad de los paneles solares Final
Potencia máxima de carga | Tiempo de autonomía del sistema | Capacidad de la batería necesaria | Objetivo de tiempo de carga de la batería | Irradiación horizontal en el lugar | Capacidad de los paneles solares | |
Parámetro | 63.4W | 48 horas | 12V200AH | 10 horas | 5,6kWh/㎡ | 505W |
5. Otras consideraciones especiales
Tenga en cuenta que hay algunas consideraciones diferentes en las distintas regiones. En las regiones frías en las que nieva en invierno, hay que prestar especial atención a si la superficie del panel solar quedará cubierta después de que la nieve tenga un impacto en la eficiencia del panel solar. En este caso, hay que tener en cuenta el método de limpieza.
Al mismo tiempo, en las regiones frías, cuando la temperatura es inferior a -10°C en invierno, hay que prestar especial atención al impacto en la carga y descarga de la batería. Hay que tener en cuenta los ajustes de la calefacción. Pero no olvides tener en cuenta la potencia consumida por el calefactor a la hora de calcularla.
En zonas de clima cálido, los cables que van del panel solar al regulador solar pueden provocar grandes pérdidas de energía. Considere un presupuesto de energía adicional del 8-10%.
6. Resumen
Lo anterior es nuestra introducción a cómo calcular el panel solar y la batería para el sistema de CCTV, porque algunas simplificaciones se han hecho sobre la base de la consideración de la aplicación de la ingeniería, por favor, ajustar de acuerdo a su escena real. Si tiene preguntas, también puede ponerse en contacto con Edgeware para obtener más información. Al mismo tiempo, también estamos desarrollando un software para el cálculo automático para proporcionar a los clientes. Gracias por leer.