Como calcular painel solar e bateria para sistema CCTV
Richard Wang 25/2022/XNUMX
1. Cenário típico de câmera CCTV movida a energia solar
Os sistemas CCTV muitas vezes precisam ser implantados em algumas áreas remotas, e nessas áreas muitas vezes é difícil obter energia estável da rede elétrica. Neste caso, a energia solar costuma ser a melhor alternativa. Este artigo descreve principalmente como calcular o painel solar e a bateria para o sistema CCTV neste cenário. Este artigo simplifica principalmente o esquema de cálculo para resolver o problema de implementação de engenharia.
A imagem acima é nosso cenário comum de câmera CCTV. O que você encontrar pode ser um pouco diferente deste cenário, não importa, você só precisa ajustar de acordo com o seu. Para realizar a tarefa de cálculo de ups e bateria, é importante primeiro escolher o dispositivo ativo e o dispositivo passivo em todo o sistema.
Dispositivo ativo é simplesmente entendido como um dispositivo que necessita de consumo de energia. Por exemplo, câmera, switch POE. Observe que o próprio sistema de energia apresenta alguma perda de energia.
Dispositivo passivo entendemos como um dispositivo que não consome energia. Como painel de fibra.
É muito importante calcular a potência máxima de todos os dispositivos ativos para calcular o painel solar e a bateria do sistema CCTV.
Quando tivermos identificado todos os dispositivos ativos, primeiro liste uma tabela como segue:
Tabela 1-Potência máxima do dispositivo ativo
Quantidade, pcs) | Potência nominal máxima da unidade (W) | Potência nominal total máxima (W) | |
Bala Câmara | 1 | ? | ? |
PTZ Câmara | 1 | ? | ? |
Interruptor POE | 1 | ? | ? |
Autoconsumo UPS | 1 | ? | ? |
Potência nominal total | |||
2. Etapa 1 Descubra a potência máxima do dispositivo ativo
2.1 Potência máxima da câmera
No cenário solar, para calcular painel solar e bateria para sistema CFTV, precisamos ter o cuidado de encontrar todos os dispositivos ativos, para não perdê-los. Porque isso afetará muito a configuração da bateria e do painel solar.
Diferentes dispositivos ativos possuem diferentes potências máximas, que podem ser consultadas nos catálogos dos diferentes dispositivos.
Este é o parâmetro de potência de uma câmera típica. Podemos ver que esta câmera precisa de no máximo 50W ao usar Hi-POE e 10W ao usar aquecedor.
Através dos catálogos dos diversos dispositivos, podemos encontrar os parâmetros desta potência máxima.
2.2 Potência nominal máxima do switch POE
Para switches POE, as identificações de parâmetros de diferentes fabricantes são diferentes. O que precisamos prestar atenção é que o consumo máximo de energia do próprio switch POE no modo de espera e em execução não inclui a parte que fornece POE. Como o próprio POE alimenta a câmera, o consumo de energia que ela consome foi calculado no capítulo anterior.
No entanto, deve-se notar que diferentes fabricantes têm maneiras diferentes de escrever para a potência máxima do switch POE. A imagem acima é uma situação típica em que o consumo de energia em espera e em funcionamento do próprio switch PoE não está claramente marcado. Mas com base em suas identidades, podemos especular:
Espera<5W, Carga Total<120W
120W significa que o sistema POE+ pode fornecer no máximo 120W. Para um switch deste nível, basicamente estimamos o consumo máximo de energia em cerca de 8W em standby e em funcionamento. É claro que isso ocorre caso esse número não esteja claramente marcado no catálogo. Mas quando os fabricantes de switches POE estão claramente marcados, é melhor usar seus dados tanto quanto possível.
2.3 Preencha a potência máxima do dispositivo ativo
Com base nos métodos acima, podemos obter a potência máxima da câmera, switch POE ou outros dispositivos ativos. Supõe-se aqui que a potência máxima de cada dispositivo em nosso cenário é a seguinte:
Câmera bullet com potência máxima = 15.4 W
Câmera PTZ de potência máxima = 30W
Switch PoE (autoconsumo de energia) = 8W
Autoconsumo UPS=10W
Então podemos pegar nossa tabela:
Tabela 2-Potência máxima do dispositivo ativo (preenchido)
Quantidade, pcs) | Potência nominal máxima da unidade (W) | Potência nominal total máxima (W) | |
Bala Câmara | 1 | 15.4W | 15.4W |
PTZ Câmara | 1 | 30W | 30W |
Interruptor POE | 1 | 8W | 8W |
Autoconsumo UPS | 1 | 10W | 10W |
Potência nominal total | 63.4W | ||
Então, de acordo com o cálculo, finalmente obtivemos que o consumo máximo de energia de todo o sistema é de 63.4W. Esses dados são cruciais para definirmos como calcular painel solar e bateria para sistema CFTV.
3.Etapa 2 Escolha a bateria adequada ao seu sistema CCTV
3.1 Escolha o tipo de bateria com cuidado
Existem três tipos comuns de baterias no mercado:
(1) Bateria de chumbo-ácido (GeL)
Essas baterias são relativamente comuns no mercado. A vantagem é estabilidade e preço mais baixo. A desvantagem é que a temperatura operacional adequada é de 25°C, o que não é fácil de alcançar quando implantado ao ar livre. E os ciclos de carga e descarga da bateria de chumbo-ácido são basicamente cerca de 600 vezes. Supondo um ciclo de carga-descarga por dia, a bateria precisa ser substituída em menos de dois anos.
(2) Bateria ternária de lítio MnNiCo
Esta bateria de lítio é frequentemente usada em baterias de laptops e celulares. A prioridade é o preço econômico, e a temperatura de trabalho adequada pode chegar a 45°C. Mesmo que seja implantado ao ar livre, desde que o método de resfriamento seja adequado, não será afetado pela temperatura. Os ciclos de carga e descarga desse tipo de bateria são basicamente cerca de 800 vezes. Um pouco melhor que a bateria de chumbo-ácido. Assumindo um ciclo de carga-descarga por dia, a bateria precisa ser substituída basicamente a cada 2-3 anos. Para este tipo de bateria, preste atenção especial na compra de marcas de qualidade confiável. A maioria dos acidentes com incêndio em baterias está relacionada a baterias de lítio ternárias MnNiCo de baixa qualidade.
(3) Bateria de lítio LiFePO4 (bateria de lítio LFP)
Esta bateria de lítio é amplamente utilizada em vários campos, como Telecomunicações e TIC. Possui desempenho estável, longa vida e preço ligeiramente superior. Os ciclos de carga e descarga desta bateria podem variar de 2000 a 5000. E sua temperatura de trabalho pode chegar a 45°C. Ideal para sistemas de CFTV externos movidos a energia solar.
Qual bateria escolher no cenário real precisa ser projetada de acordo com sua cena. A tabela a seguir é nossa recomendação, mas o cenário real será mais complicado, você pode consultar a equipe de vendas da Edgeware:
Tabela 3 – Escolha do tipo de bateria com base no cenário
Preço | Temperatura de trabalho | Ciclos de carga e descarga | Cenários de aplicativos recomendados | |
Bateria de chumbo ácido | Baixo | 25 ° C | 600 ciclos | A bateria é colocada dentro de casa e pode ser facilmente substituída. |
MnNiCo Bateria de lítio ternária | Médio | Até 45 ° C | 800 ciclos | A bateria é colocada no gabinete externo e é fácil de substituir. |
Bateria de lítio LiFePO4 (bateria de lítio LFP) | Alta | Até 45 ° C | Ciclos de 2000 a 5000 dependem da marca | A bateria é colocada em um gabinete externo e é muito inconveniente substituí-la. |
3.1 Princípio da Capacidade da Bateria - Wh kWh e Ah
O conteúdo a seguir é muito importante para entender como calcular o painel solar e a bateria para o sistema CCTV, leia-o com atenção.
Depois de selecionar o tipo de bateria, precisamos começar a calcular a capacidade da bateria necessária. Primeiramente precisamos saber que o valor para indicar energia elétrica é Wh (watt hora) e kWh (quilowatt hora). kWh é uma unidade comum que você paga pela conta de luz em casa.
1000Wh=1kWh
Mas muitas vezes vemos Ah na etiqueta de capacidade da bateria, o que é um pouco confuso. Ah significa Amp horas. Significa quantos amperes a bateria é capaz de fornecer em uma hora. Portanto, 20AH significa 1 hora a 20A ou 10 horas a 2A.
Observe que a tensão é introduzida quando calculamos a carga da bateria. Por exemplo, existe uma bateria de 12V100Ah e sua potência é calculada da seguinte forma:
Tensão da bateria * Horas de amperagem da bateria = 12V * 100Ah = 1200Wh = 1.2 kWh
Então suponha que temos uma bateria 48V100AH, sua potência é calculada da seguinte forma:
Tensão da bateria* Horas de amperagem da bateria =48V*100Ah=4800Wh=4.8kWh
Você pode descobrir que a mesma bateria tem 100AH, a voltagem é diferente, a potência é diferente. Quando você usa diferentes sistemas solares, de acordo com as diferentes configurações de tensão das baterias exigidas pelo controlador solar, as tensões das baterias que você configura são diferentes, mas a fórmula geral para calcular a potência está de acordo com:
Tensão da bateria * Horas de amperagem da bateria = Quantidade de eletricidade da bateria
Ao configurar a bateria preste atenção na configuração de acordo com a tensão da bateria exigida pelo fabricante.
3.2 Cálculo da Configuração da Bateria
Quando configuramos a bateria, primeiro precisamos esclarecer o tempo de autonomia do sistema que esperamos. O tempo de autonomia do sistema no cenário do sistema CCTV refere-se a quantas horas o sistema pode funcionar com bateria quando a energia solar não está disponível. Este valor precisa ser definido de acordo com a situação real do cenário. Definir um valor muito grande pode colocar muito CAPEX na bateria. Se a configuração for muito pequena, poderá afetar a disponibilidade do sistema. Geralmente, as duas situações a seguir farão com que a energia solar não esteja disponível:
(1) Tempo
Em geral, se o tempo estiver nublado, chuvoso, com neve e outros dias sem sol, a produção de energia solar pode ficar apenas entre 10% e 0.1% da capacidade projetada, e o sistema depende de baterias para funcionar.
(2) Noite
O sistema noturno deve operar 100% com baterias se precisar funcionar normalmente.
A configuração do tempo de autonomia do sistema tem ótima relação com os cenários locais de clima, chuvas e utilização do sistema de CFTV. Explicaremos como definir o tempo de autonomia do sistema em outro artigo.
Assumimos que é necessária uma bateria de 48 horas de autonomia do sistema, então a capacidade da bateria é calculada da seguinte forma:
(1) Primeiro calcule a potência exigida pela bateria
De acordo com a Tabela 2-Active Device Max Power(Preenchido), concluímos que a potência máxima do sistema é de 63.4W. Se precisarmos manter a operação de 63.4 W por 48 horas, a potência necessária é a seguinte:
Potência máxima do sistema (Watts) * Tempo (Horas) = 63.4 W * 48 horas = 3043.2 Wh = 3.0432 kWh
Observe que em muitos casos não é necessário calcular de acordo com a potência máxima, pode ser calculado de acordo com 60-70%, porque nenhum dispositivo funcionará sempre com potência máxima. Desta vez tomamos o valor como 60%, podemos obter a potência média do sistema:
Eletricidade total necessária para autonomia do sistema = 3043.2 Wh * 60% = 1825.92 Wh
(2) Calcule as Amp Horas que precisam ser configuradas com baterias
Como mencionamos na Seção 3.1, Ampères-hora estão relacionados à tensão. Precisamos estar livres da tensão da bateria do controlador solar. Supondo que a tensão da bateria do nosso controlador solar seja de 12 V, podemos calcular as Amp-horas da bateria da seguinte forma:
Quantidade de eletricidade necessária/tensão da bateria UPS = 1825.92 Wh / 12 V = 152.16 Ah
(3) Preste atenção especial para reservar 20% mais capacidade da bateria do que a capacidade necessária da bateria para evitar descarga profunda
Calculamos que é necessária uma bateria 12V152.16AH, mas este não é o valor final. Geralmente, para evitar a descarga profunda da bateria e prolongar ao máximo sua vida útil, configuraremos 20% a mais de capacidade.
Ampères-hora necessários*1.2=152.16Ah*1.2=182.592 Ah
Até agora concluímos que precisamos de uma bateria de 12V 182.592Ah. Mas você não encontra essa capacidade no mercado, então vamos usar uma bateria 12V200AH.
4. Cálculo da capacidade do painel solar Etapa 3 para sistema CCTV
4.1. Mecanismo de funcionamento do sistema solar
Para entender como calcular o painel solar e a bateria para o sistema CCTV, precisamos entender o mecanismo pelo qual o sistema solar funciona. A figura acima mostra um princípio de funcionamento simplificado do controlador solar para fácil compreensão. Quando o painel solar gera eletricidade, a eletricidade é distribuída para a carga e a bateria através do controle do controlador solar. Em circunstâncias normais, a energia será fornecida preferencialmente à carga e a energia restante será fornecida à bateria para carregar. Portanto, ao calcular a capacidade do painel solar, precisamos considerar que a carga precisa consumir energia e, ao mesmo tempo, precisamos carregar a bateria.
4.2 Suposição da chave de tempo de carga da bateria
Primeiramente precisamos definir quanto tempo leva a luz solar para carregar totalmente a bateria de acordo com a área onde o sistema de CFTV está localizado e os requisitos de disponibilidade do projeto. Em teoria, quanto menor o tempo, melhor. Você pode imaginar quão ruim seria a disponibilidade do sistema se fossem necessários 5 dias de luz solar para carregar totalmente a bateria. É muito provável que embora haja muitos dias de sol, o tempo de carregamento seja muito longo, fazendo com que a bateria entre em outro dia chuvoso antes de estar cheia.
Porém, se o tempo necessário para carregar totalmente a bateria for muito curto, o problema deve ser que o painel solar possui uma configuração de grande capacidade. Mas observe que a maior parte do cenário do sistema CCTV movido a energia solar é montado em postes ao ar livre. Então, ao configurar um painel solar de grande capacidade, ele trará uma série de problemas:
(1) O problema de instalar um painel solar de grande capacidade no poste
A figura a seguir mostra a instalação de um painel solar típico montado em poste. É muito difícil instalar um painel solar de grande capacidade no poste. Os custos de instalação e manutenção serão altos.
(2) Impacto na estabilidade da câmera
Se o painel solar for muito grande, isso causará vibração na câmera CCTV, o que é um problema crítico para todo o sistema.
(3) Enfrentar os desafios dos ventos fortes e dos tufões
Em algumas áreas onde haverá ventos fortes e tufões, um painel solar de grandes dimensões irá exigir demasiado do sistema de pólos. aumentando assim muito o custo.
(4) A montagem no solo não é uma opção na maioria das vezes
A instalação de painéis solares no solo não é viável em muitos países devido a razões de segurança
Portanto, a configuração da capacidade do painel solar deve atingir um equilíbrio adequado. Toda tecnologia é um processo de comprometer e equilibrar a realidade.
Geralmente, recomendamos definir a meta que cobra o bateria cheia em 8 a 12 horas de sol. Também precisa ser definido de acordo com as condições e cenários locais. Geralmente, a equipe de pré-vendas da Edgeware projetará e discutirá com você para chegar à melhor solução.
Este artigo define o tempo de carga da bateria para 10 horas, com base nesta configuração para explicar como calcular a capacidade do painel solar
4.3 Cálculo da Capacidade do Painel Solar
4.3.1 A fonte de dados necessária gratuitamente
Irradiação Solar
Existem muitas ferramentas pagas no mercado, mas a maioria delas é cara. Como a potência total do cenário do sistema CCTV movido a energia solar é relativamente pequena, não é necessário calcular os dados com muita precisão como na usina solar gigante. O que precisamos fazer é calcular qualitativamente as necessidades do cenário do sistema CCTV.
Em primeiro lugar, precisamos conhecer os recursos de energia solar na área onde está localizado o sistema de CFTV. A equipe de pré-vendas da Edgeware obteve esses dados do GIS solar. O site de consulta de recursos de energia solar Solar GIS é o seguinte:
https://solargis.com/maps-and-gis-data/download/
E os dados são gratuitos.
Ao selecionar o país onde o projeto está localizado, você obterá o mapa de recursos solares correspondente. Supomos que este cálculo seja na Colômbia, então obtemos o seguinte mapa:
Fonte: SIG solar
A partir do mapa de irradiação horizontal da Colômbia podemos ver claramente a intensidade da irradiação em cada região. Supondo que nossa unidade esteja localizada em Cartagena, a irradiação horizontal diária nesta área é de cerca de 5.6 kWh/㎡ Diariamente. Esse valor é o que precisaremos usar mais tarde.
Clima
Existem muitos sites gratuitos para dados meteorológicos, e os colegas da Edgeware geralmente estão acostumados a consultar os seguintes sites gratuitos:
Por exemplo, se consultarmos Cartagena na Colômbia, podemos obter os seguintes dados:
fonte Faísca do Tempo
Esses dados são de grande importância de referência para o cálculo do painel solar e da bateria para o sistema CCTV:
(1) Temperatura
Preste atenção especial se o sistema CCTV alimentado por energia solar que você implantar estiver abaixo de -10ºC ou 14°F em qualquer época do ano, pois estará abaixo da temperatura mínima de descarga da bateria. Um aquecedor precisa ser implantado para manter a bateria na temperatura normal de operação. Alternativamente, uma bateria de trabalho com temperatura ultrabaixa também pode ser configurada.
(2) Chovendo
Com base nestes dados, podemos discutir e julgar a configuração do tempo de autonomia do sistema.
(3) Horas de luz do dia e crepúsculo
De acordo com este tempo podemos deduzir o tempo de sol. Pela figura, são cerca de 12 horas, mas é recomendado assumir um cálculo conservador de 10 horas para cálculos subsequentes.
4.3.1 Método de Cálculo da Capacidade do Painel Solar
Primeiro, após nossa série de coleta de dados e cálculo de bateria agora, listamos todos os dados em uma tabela da seguinte forma:
Finalmente chega à última etapa para entender como calcular painel solar e bateria para sistema CFTV
Tabela 4-Tabela de Cálculo da Capacidade do Painel Solar
Potência de carga máxima | Tempo de autonomia do sistema | Capacidade da bateria necessária | Alvo de tempo de carga da bateria | Irradiação horizontal no local | Capacidade do painel solar | |
Parâmetro | 63.4W | 48 Horas | 12V200AH | 10 Horas | 5.6 kWh/㎡ | A ser definida |
Energia solar total necessária
De acordo com nossa descrição no capítulo 3.1. Mecanismo de Funcionamento do Sistema Solar, precisamos considerar dois aspectos da energia
(1) O carregamento da bateria requer energia
(2) O consumo de energia da carga do sistema (no caso do tempo com luz solar, a carga é alimentada por energia solar)
Primeiro vamos dar uma olhada na bateria, temos uma bateria de 12V200AH, depois sua potência total é calculada da seguinte forma:
Quantidade de eletricidade da bateria = 12V * 200Ah = 2400Wh
A carga máxima do sistema foi de 63.4W, pois a carga do sistema geralmente nem sempre funciona no consumo máximo de energia, podemos assumir que seu consumo médio de energia é 70% da potência máxima:
PVer=63.4W*70% = 44.38W
Como presumimos que o sol brilha durante 10 horas, durante essas 10 horas, a carga do sistema é alimentada por energia solar e a eletricidade total necessária:
Quantidade de eletricidade da carga = 44.38 W * 10 horas = 443.8 Wh
Então, no final, podemos obter a eletricidade que precisamos para gerar durante 10 horas de luz solar:
Quantidade de eletricidade Gran Total =2843.8Wh
Energia solar média que precisamos em 10 horas de luz:
PSolar=2843.8Wh/10 horas=284.38W
Este valor é importante para nossos cálculos subsequentes.
Cálculo de configuração do painel solar
A imagem acima nos mostra tomando o painel solar da JA Solar como exemplo. Você pode ver que existe um parâmetro Eficiência do Módulo, que é muito importante. Precisamos saber que a radiação solar que irradia o painel solar não é 100% convertida em energia elétrica. A eficiência geral de conversão é de cerca de 20-21% e levaremos 20.2% para cálculos subsequentes.
Além disso, acabamos de saber que a irradiação horizontal no local é de 5.6 kWh/㎡ por dia. Verifica-se que este parâmetro está relacionado à área. É fácil entender que quanto maior a área que o sol atinge, mais energia ele recebe. Quanto maior o painel solar e maior a área, mais irradiação solar será obtida. As informações da área podem ser obtidas no catálogo do fabricante do painel solar.
De acordo com a condição que sabemos que a irradiação horizontal no local é de 5.6 kWh/㎡ por dia, podemos calcular a energia solar por metro quadrado:
PSolarSqm =HIrradiação horizontal por metro quadrado * Área * Eficiência do Módulo / Horas de Sol =(5600Wh/㎡ * 1 ㎡ * 20.2%)/10 horas =113.12W
De acordo com os cálculos do capítulo anterior, a energia solar que necessitamos é PSolar=284.38W,Então podemos descobrir quantos painéis solares quadrados precisamos:
Área necessária do painel solar = PSolar/PSolarSqm= 284.38W/ 113.12W = 2.514 ㎡
De acordo com a situação do painel solar JA Solar agora há pouco, a área de 480W = Largura*Altura= 2.094m*1.134m=2.375 ㎡
Muito próximo, então só precisamos escolher um painel solar com eficiência um pouco maior, como o painel solar JAM66S30-505 505W da foto acima. Observe que o cálculo do painel solar não precisa ser muito preciso, pois estamos apenas projetando um sistema de CFTV movido a energia solar e a potência em si é muito pequena. Mas se o sistema for tão grande como uma central solar, precisa de ser calculado da forma mais científica possível.
No final obtivemos os seguintes parâmetros finais, com base nos quais podemos começar a comprar diferentes originais.
Tabela 5-Tabela Final de Cálculo da Capacidade do Painel Solar
Potência de carga máxima | Tempo de autonomia do sistema | Capacidade da bateria necessária | Alvo de tempo de carga da bateria | Irradiação horizontal no local | Capacidade do painel solar | |
Parâmetro | 63.4W | 48 Horas | 12V200AH | 10 Horas | 5.6 kWh/㎡ | 505W |
5. Outras considerações especiais
Observe que existem algumas considerações diferentes em diferentes regiões. Em regiões frias onde neva no inverno, atenção especial deve ser dada para saber se a superfície do painel solar será coberta depois que a neve tiver impacto na eficiência do painel solar. Neste caso, o método de limpeza precisa ser considerado.
Ao mesmo tempo, em regiões frias, quando a temperatura é inferior a -10°C no inverno, atenção especial deve ser dada ao impacto na carga e descarga da bateria. As configurações do aquecedor precisam ser consideradas. Mas não se esqueça de considerar a potência consumida pelo aquecedor no cálculo da potência.
Em áreas de clima quente, os cabos do painel solar ao controlador solar podem causar grandes perdas de energia. Considere um orçamento de energia extra de 8 a 10%.
6. Resumo
O texto acima é nossa introdução sobre como calcular o painel solar e a bateria para o sistema CCTV, pois algumas simplificações foram feitas com base na consideração da implementação de engenharia, ajuste-as de acordo com sua cena real. Se tiver dúvidas, você também pode entrar em contato com a Edgeware para obter mais informações. Ao mesmo tempo, também estamos desenvolvendo software de cálculo automático para fornecer aos clientes. Obrigado por ler.