Сказка о простоте или причуды эволюции. Дата: 13.02.2011 Раздел: Обзоры и тесты
Сравниваются два варианта типового набора средней мощности для туриста. Один с использованием "Вампирчика", другой с простым аккумулятором в качестве буфера. Показано, что простые решения могут в некоторых случаях быть предпочтительнее "навороченных".
Общепринято, что эволюция движется от простого к сложному. Может это и не так, но в природе мы обычно наблюдаем именно этот процесс. В технике - то же самое. Но, как ни странно, простые организмы отнюдь не "уходят со сцены", а, наоборот, прекрасно себя чувствуют среди "продвинутых".
Усложнение идёт в сторону наращивания интеллекта. Цель, как обычно, лучше приспособиться к окружающим условиям. Но есть и обратный эффект - сложные системы более уязвимы, т.е. менее живучи в экстремальных ситуациях, где первым отключается "интеллект" и выживание идёт за счет рефлексов. (Вспомним, если человека треснуть веслом по голове (не сильно), он в первую очередь потеряет разумность, а не "рефлексы". И только через время поймет, что, пожалуй, зря расквасил вам нос.)
А в сложных условиях, часто, именно, живучесть может явиться наиболее важным качеством.
Итак, к чему это я. К нашим любимым накопителям электричества - "Вампирчикам", "PowerBank'ам","UC-5'м", XPal'ам и т.д. Поскольку, именно они - накопители, в отличие от аккумуляторов или солнечных батарей, меняются сейчас быстрее всего, становясь все "круче" и интеллектуальнее. Но все их "навороты" касаются, в основном, приспособляемости к среде, т.е. к пользователю, его удобству, его гаджетам. А суть накопителя от этого не меняется - это всего лишь "ёмкость" для энергии.
А посему, в данной заметке хочется вернуться к самому примитивному варианту накопителя - простому аккумулятору. Посмотреть, что мы получили, и что потеряли, отказываясь от него в пользу более сложных устройств, а по сути, тех же аккумуляторов, только с дополнительной электроникой.
Для примера, возьмём некий базовый набор, который может подойти для большинства туристов, а именно:
1. солнечная батарея 8Вт; 2. накопитель; 3. дополнительное зарядное устройство для внешних аккумуляторов.
Рис.1. Участники конкурса на лучший вариант набора для туриста. Слева сборка и стабилизатор, справа "Вампирчик", посередине, универсальный зарядник. Всё это лежит на солнечной батарее 8Вт.
Первый и третий компоненты у нас останутся неизменными, а второй - накопитель, будет либо размера АА, ёмкостью 2500мАч плюс , либо будет использован накопитель "" (далее "ВЦ"). Т.е. получим два близких по свойствам набора.
На Рис.1. элементы этих двух вариантов наборов и показаны. А в качестве зарядника для разных аккумуляторов, которые нужно заряжать отдельно от гаджета (акк. от фото-видеокамер, любые Li-Ion, любые Ni-Cd/Ni-Mh и т.д.) используем победителя зарядников, Robiton SmartCharger Plus.
Почему использованы именно эти накопители? Ну, надо же взять типовых представителей, это во-первых, во-вторых, особенности этих штуковин мне известны лучше всего и, в-третьих, они подходят для большинства задач. Однако, если бы я взял другие аккумуляторы или другие накопители, суть картинки бы изменилась не сильно.
Ещё раз:
Набор №1: солнечная батарея, сборка аккумуляторов 12В, 2.5Ач, стабилизатор, универсальный зарядник. Набор №2: солнечная батарея, "Вампирчик-Цифра", универсальный зарядник.
Возможности наборов сведём в таблицу.
Итак, пройдемся по пунктам таблицы подробнее.
1. Зарядка других устройств от USB.
В "В-Ц"USB выход встроенный. А чтобы получить USB напряжение от сборки аккумуляторов, нужен стабилизатор, подключаемый к ней, что менее удобно. Преимущество удобства за "Вампирчиком".
2. Зарядка внешних Li-Ion аккумуляторов.
Раз уж мы взяли универсальный зарядник, то и заряжать эти Li-Ion аккумуляторы будем через него. Накопитель будет играть лишь роль буфера между солнечной батареей и зарядником.
В буферном режиме выигрывает сборка, т.к. а) почти не имеет потерь в этом режиме, что важно "в поле", т.к. энергии "всегда мало" и б) может отдавать большие токи.
3. Зарядка Ni-Cd/Ni-Mh аккумуляторов.
Если заряжать Ni-Cd/Ni-Mh через универсальный зарядник, то это будет энергетически невыгодно, хотя, и удобно, т.к. подобные ЗУ теряют до 60...70% при зарядке пальчиков. Поэтому, эффективнее и проще заряжать их напрямую от солнечной батареи без контроля. В большинстве случаев это вполне подходящий вариант. При этом, роль буфера не столь важна и преимуществ у наборов друг перед другом не вижу.
4. Зарядка накопителя от солнечных батарей.
"Вампирчик" здесь оказывается более универсальным, т.к. может питаться "от чего попало", сборка же только от солнечных батарей 12В и выше. Более того, зарядку сборки лучше проводить от солнечных батарей с рабочим напряжением 13В - это гибкие батареи от 'а и это не реклама данного производителя, поскольку "стандартные" солнечные 12В батареи имеют рабочее напряжение 17...18В и будут перезаряжать и портить сборку.
С другой же стороны, формально, "Вампирчик" нельзя подключать к солнечной батарее со стандартным напряжением, т.к. на холостом ходу у нее может быть 21...22В и выше, что может повредить "ВЦ". А простую сборку из аккумуляторов можно. Но с условием контроля степени её заряженности - надо отключать, когда зарядится, чтобы не было перезаряда.
По этому пункту, считаем, равенство возможностей наборов.
5. Зарядка накопителей от 220В.
Для сборки желательно иметь зарядник для последовательно соединенных 10шт Ni-Cd/Ni-Mh аккумуляторов, которые не слишком распространены, либо можно использовать простой для "мелких" свинцовых 12В аккумуляторов.
Для "Вампирчика" же подойдет любой блок питания 5...20В, что, конечно, более удобно.
6. Выходное напряжение.
На сборке напряжение нестабильно, т.к. это просто аккумулятор 12В, т.е. штатно может быть от 10 до 14В в зависимости от степени заряженности. Но это стандартный диапазон для всех устройств, работающих от прикуривателя автомобиля и они могут быть непосредственно подключены к сборке.
Чтобы получить стабильное напряжение от сборки, понадобится стабилизатор напряжения, т.е. отдельное устройство (лишние провода). При понижающем стабилизаторе, что показан на Рис.1. напряжение на выходе стабилизатора не может превышать напряжение на сборке.
В "ВЦ" стабилизатор (повышающего типа) уже встроен. И поскольку, стабилизатор повышающий, мы имеем возможность получить больший диапазон выходных напряжений, если нужно.
7. Максимальная входная мощность, которую может переварить накопитель.
Весьма важный параметр. Поясню. Если взять мощную солнечную батарею, например, Ватт на пятнадцать, то подключив её к сборке аккумуляторов, мы эти 15Вт и будем туда "наливать", т.к. ток зарядки аккумулятора может быть весьма большим.
Но подключив ту же самую 15Вт батарею к "Вампирчику" мы потеряем много энергии, т.к. "ВЦ" берёт для своей зарядки 6Вт и не более, а остаток пропадает. Т.е. использовать "ВЦ" с солнечной батареей больше 8(макс.11Вт) неразумно.
А простой аккумулятор можно и выигрыш в этом раунде остаётся за ним.
8. Максимальная выходная мощность.
Аналогичная п.7 картинка и здесь. Понятно, что "голый" аккумулятор может отдавать гораздо большие токи, чем электронный преобразователь-насос "Вампирчика". Но есть и другая сторона, в аккумуляторе нет защиты от короткого замыкания, а в "ВЦ" есть. Но все равно, для работы в качестве буфера, простой аккумулятор(сборка) предпочтительней с точки зрения отдачи максимальной мощности.
9. Ёмкость накопителя по выходу.
Конечно, этот параметр касается конкретных моделей, но все равно, "ВЦ" здесь уступает сборке. В том числе и в отношении вес/ёмкость.
10. КПД всего устройства от зарядного входа до выхода.
Ещё один важный параметр, но, скорее, для понимания того, что мы теряем в обмен на удобства.
Если проследить всю цепочку потерь энергии от полученной от солнечной батареи до потребителя, то устройства, где происходит много преобразований будут проигрывать простым аккумуляторам.
При работе в качестве буфера потери в сборке не превысят химического КПД самих аккумуляторов, т.е. примерно 10..15%. А если аккумуляторы уже заряжены, то могут быть даже меньше, стремясь к нулю.
В "Вампирчике" же энергия солнечной батареи проходит более долгий путь: сначала преобразователь для внутренних аккумуляторов (КПД около 90%), затем потери в аккумуляторе так же как в сборке, далее потери в выходном преобразователе (КПД около 80%). Даже в лучшем варианте, когда внутренние аккумуляторы полностью заряжены, до нагрузки добирается только 0.9*0.8=72% энергии солнечной батареи.
Т.е. по экономичности в режиме буфера, сборка однозначно выигрывает.
Если же наши накопители работают как блок питания, со стабилизацией выходного напряжения, то разница в потерях уже меньше, но все равно, сборка выигрывает. (КПД сборки максимальный, без учета химических потерь равен КПД стабилизатора и будет около 85...90%, в отличие от 72% полученных ранее для "ВЦ")
11. Отказоустойчивость только накопителя.
Надёжность. Пожалуй, самый важный параметр, из-за которого простая сборка аккумуляторов ещё востребована. Чем проще система, тем надёжнее. Что можно предложить проще, чем десяток аккумуляторных ячеек? (конечно, в свинцовом аккумуляторе на 12В нужны всего 5 ячеек, но для многих он тяжеловат)
Конечно, максимальной надежность сборки будет при работе в качестве буфера, когда никакой электроники не используется. Если ставить стабилизатор, то нужно учитывать и его надежность. Но в "ВЦ" стоит целых два стабилизатора разных типов, плюс схемы контроля, защиты и т.д., в общем, возможностей для поломок в несколько раз больше. И в этом случае, мы остаемся только с парой Li-Ion аккумуляторов на 3.7В, и что с ними дальше делать?
Справедливости ради, можно заметить, что электронные компоненты имеют надёжность много выше аккумуляторов и в накопителях, в основном, причиной отказа являются именно отказы аккумуляторов, которые, деградируют со временем даже при нормальной эксплуатации. Поэтому надёжность, следовало бы просчитывать по точным данным на все составляющие, как в электронике, так и по аккумуляторам.
Но в защиту сборок аккумуляторов еще можно сказать то, что их достаточно легко менять или починить в "поле", поскольку все сводится к соединению нужных контактов. Электронику же в "поле" вряд ли починишь.
Результатом всех этих занудностей (если, конечно, кто сумел добраться до этого места), является вывод, что выбор между простым аккумулятором (или сборкой из них) и накопителем с электроникой может быть не однозначным. Выиграть может любое из решений.
Плюсы: - Малые потери энергии солнечной батареи. - Большие зарядные и разрядные токи. - Простота (в том числе, для ремонта) и дешевизна. - Более живучи в сложных условиях.
Минусы: - Меньшие удобства в работе. - Периодически надо бы проверять состояние аккумуляторов, чтобы определять не вышел ли какой-нибудь из них из строя.
Набор №2: солнечная батарея 8Вт(6Вт), "Вампирчик-Цифра", универсальный зарядник.
Плюсы: - Удобство в работе (воткнул и забыл). - Возможность питания от разных источников.
Минусы: - Больше потерь. - Все завязано на электронику, без неё прибор не работает. - Сложнее и дороже.
Совет по выбору. Если хочется иметь максимальную экономичность, мощность и простоту выбираем первый набор со сборкой аккумуляторов, если не хочется возиться с аккумуляторами, то "Вампирчик", который всё сделает сам, но "расплескает" больше энергии.
Все выводы относятся не только к "Вампирчику" и сборке АА аккумуляторов, но и к любым другим аккумуляторам и накопителям.
Автор: Носов Николай 13.02.11г
Все статьи на сайте разрешены к копированию, но с обязательным указанием ссылки на нас .
