Ekspres do kawy zasilany ogniwami słonecznymi

Ekspres do kawy zasilany ogniwami słonecznymi
r_206_29_1r_206_29_2r_206_29_3
Po kilkutygodniowym urlopie cieszę się, że wracam do swojego blogu.
A czy jest lepszy sposób na powrót niż z kolumną, która łączy test i kawiarnię?
Dzisiaj informuję o tym, ile energii słonecznej jest potrzebne do zaparzenia espresso i czy energia słoneczna jest w ogóle wykonalną metodą do tego zadania.
Oto trochę tła.
Rok temu wraz z żoną kupiliśmy małą przyczepę podróżną, której używamy do biwakowania poza siecią.
Przy innej okazji poinformuję o moim eksperymencie polegającym na wzmacnianiu słabych sygnałów komórkowych w celu stworzenia solidnego połączenia internetowego z wiejskiego Wyoming.
Od tego czasu zintegrowałem obrotową antenę mikrofalową Yagi na dachu przyczepy, aby rejestrować i wzmacniać pozornie bezużyteczne sygnały komórkowe.
Teraz często lubię być jedynym kamperem na odległym kempingu, aby mieć niezawodne połączenie głosowe i internetowe.
Przesłałem nawet kilka kolumn Test Café z niczego, używając tego schematu.
Teraz część dotycząca zaparzania kawy.
Lubię kawę, ale uwielbiam espresso.
Tradycyjnym sposobem parzenia kawy podczas biwakowania jest podgrzanie wody za pomocą palników propanowych, a następnie zaparzenie kawy we francuskim systemie prasowym lub kroplowym.
Moc akumulatora w przyczepie kempingowej jest ograniczona w przypadku urządzeń o stosunkowo niskim prądzie, a na pewno nie obejmuje to ekspresów do kawy o mocy 1000W.

Być może nie musi tak być.
Po wcześniejszym zainstalowaniu 200W paneli słonecznych na dachu naszego kampera i ładowaniu akumulatora litowego 100Ah, mamy mnóstwo energii na biwak.
Tak bardzo, że podobnie jak w Kalifornii, być może będziemy musieli zapłacić sąsiednim obozowiczom, aby wziąć trochę (tylko żartuję, ale mamy wystarczającą zdolność do ładowania).
Czy możemy po prostu podłączyć ekspres do kawy marki Nespresso (rysunek 1) do gniazdka i zaparzyć ładne piankowe espresso na żądanie?
Istnieją dwa kluczowe wyzwania.
Po pierwsze, żaden ekspres do kawy nie działa w warunkach naturalnych na 12V dostępnych z akumulatora litowego.
Działają na standardowym prądzie przemiennym dla gospodarstw domowych.

Można to rozwiązać za pomocą inwertera umieszczonego blisko akumulatora za pomocą bardzo grubych, ale krótkich kabli łączących je.
Inwerter zasiliłby wówczas standardowe gniazdo elektryczne 120V.
Właśnie to zrobiłem, umieszczając kable o rozmiarze 00 (znane również jako wskaźnik 2/0 AWG) między inwerterem a akumulatorem.
Przy 78μΩ na stopę (30,48cm) para kabli o długości trzech stóp zapewnia zaledwie 468μΩ oporności.
Przy 100A odpowiada to spadkowi napięcia o wartości 0,047V, zasadniczo nieistotnemu dla akumulatora 12V.
Drugim wyzwaniem jest szybkość rozładowywania się akumulatora .
Urządzenie o mocy 1000W może z łatwością wyciągnąć 100A z akumulatora, jeśli weźmie się pod uwagę nieefektywność.
Co więcej, kawa jest zazwyczaj spożywana rano, kiedy poziom naładowania akumulatora jest najniższy.
Po nocy zużycia energii bez ładowania słonecznego nie jest dla mnie niczym niezwykłym, że rano pozostaje tylko 60Ah pojemności akumulatora.

Szybkie obliczenia pokazują, że drenaż 100A wyczerpałby akumulator w ciągu w zaledwie 36 minut .
Ale czy tak jest naprawdę?
Czy urządzenie o mocy 1000W stale pobiera 1000W?
Czy jest to ocena mocy szczytowej?
A może coś pośredniego?
Ile mocy potrzeba do zaparzenia espresso? To jest zadanie do testów i pomiarów.
Na szczęście, kiedy zaprojektowałem system solarny i akumulatorowy, zainstalowałem solidny system pomiarowy oparty na monitorze akumulatorowym Victron BMV 700.
Jak pokazuje rysunek 2, monitor akumulatora może mierzyć napięcie i prąd.
Mierzy prąd za pomocą precyzyjnego rezystora bocznikowego 0,1mΩ zdolnego do obsługi prądów do 500A.
BMV 700 mierzy jedynie napięcie na boczniku.
Krytyczną cechą jest to, że przyrząd BMV 700 może pełnić funkcję amperomierza integrującego.
Poprzez zintegrowanie prądu z akumulatora i wyrzucenie go wraz z upływem czasu oraz ze świadomością, kiedy akumulator osiągnął 100% stanu naładowania (SOC – state of charge), monitor akumulatora może dokładnie zmierzyć ładunek netto usunięty z akumulatora i określić pozostały poziom naładowania akumulator.
Ta wartość ładunku jest dokładnie tym, czego potrzebowałem, aby dokonać pomiarów espresso.
Miłą dodaną funkcją BMV 700 jest to, że ma połączenie Bluetooth, dzięki czemu mogę wyświetlać wszystkie pomiary na moim iPhonie.
Rysunek 2 pokazuje uproszczony schemat układu solarnego/akumulatora i układu pomiarowego.
Kontroler ładowania słonecznego wykorzystuje modulację szerokości impulsu, aby optymalnie naładować akumulator litowo-jonowy, zatrzymując się po wykryciu pełnego naładowania akumulatora.
Inwerter generuje 120V prądu przemiennego do sterowania obciążeniem do 1500W.
System pomiarowy mierzy napięcie na boczniku, aby mierzyć prąd wchodzący i wychodzący z akumulatora.
Mierzone jest również napięcie akumulatora.
Aby wykonać obliczenia espresso, wykonałem pomiary w nocy, aby z paneli słonecznych nie dochodził prąd.
Wyłączyłem wszystkie urządzenia i światła, więc inwerter był jedynym obciążeniem.
Podczas pomiarów nosiłem reflektor.
Podłączyłem ekspres Nespresso do inwertera i włączyłem go.
Natychmiast wyciągnął 110A z akumulatora.
Napięcie akumulatora spadło z 13,5V do 12,6V z powodu jego wewnętrznej rezystancji.
Szybkim obliczeniem było to, że ekspres Nespresso o mocy 900W zużywał 1386W przez inwerter.
Trwało to kilka sekund, gdy ekspres Nespresso rozgrzał się, a następnie prąd spadł do wzmacniacza.
Ile mocy potrzeba do zaparzenia espresso? 4,4 Wh
Szczegóły
Dziesięć porcji espresso zużyło 3,5Ah pojemności lub 0,35Ah każdy.
Kiedy ekspres Nespresso przygotowuje porcję kawy, pobiera się 110A, a akumulator spada do 12,6V pod obciążeniem. 12,6V × 0,35Ah = 4,4Wh mocy na porcję.
Pomiędzy porcjami zużycie energii spada prawie do zera.
Przy 0,35Ah akumulator ma pojemność na wykonanie 285 zdjęć, chociaż 200 może być bardziej praktycznym numerem rano, zanim akumulator zostanie w pełni naładowany.
Ale jest coś jeszcze.
Do rana panele słoneczne dostarczają znacznie ponad 10A prądu ładowania.
To 28 porcji na godzinę bez użycia jakiejkolwiek pojemności akumulatora – tylko z porannego słońca.
28 porcji na godzinę jest przypadkowo moim normalnym tempem konsumpcji kawy.
System nie tylko ma dużą pojemność na espresso na żądanie, ale wystarcza na obsługę całej kawiarni na kempingu, wraz z bezprzewodowym Internetem.
Być może powinienem nazwać kawiarnię Test Café (rys. 3).
Czy powinienem być zaskoczony wynikami? Nie całkiem.
Oto teoretyczne obliczenia oparte na energii do podgrzania wody wystarczającej do zaparzenia espresso.
Są to podwójne strzały, prawie dwie uncje każda.
Espresso ma dużą ilość piany, więc ważyłem typowy strzał w 37g.
Oszacowałem, że temperatura wody wzrosła z 20º do 90ºC i wykorzystałem 4,18 (ciepło właściwe wody) jako ciepło właściwe espresso.
37g × wzrost 70° × 4,18 = 10826 dżuli.
Dżul to watosekunda, więc podziel przez 3600, aby obliczyć wymaganą energię, co daje 3Wh na espresso.
To dobrze porównuje się ze zmierzonym 4,4Wh.
Dodatkowa 47% nieefektywność jest prawdopodobnie spowodowana połączeniem nieefektywności inwertera z podgrzewaniem elementu grzejnego i zbiornika na wodę.
Przepraszam, kiedy warzę kolejny porcję . Kawiarnia jest otwarta.
Autor: Larry Desjardin

Komentarze z Facebooka

Komentarze obecnie - OFF.