Энергия и элементы питания

Лет шесть назад я впервые услышал милое ироническое замечание «Вы не представляете, сколько энергии тратится для того, чтобы ваши картинки с котиками грузились на пару секунд быстрее». Долгое время я воспринимал его как «шутку, в которой есть доля правды». Однако в конце прошлого года мне на глаза попалась новость с портала vc.ru (да, мы трудимся на Хабре, но порой с интересом заглядываем и туда) о том, что на генерацию одной картинки уходит примерно столько энергии, сколько на полную зарядку смартфона.     

Всем привет! С вами Виктор Сергеев из МТС Диджитал. Сегодня поговорим об элементах питания. Команда исследователей из Университета электронной науки и технологий Китая разработала новые литий-серные аккумуляторы (Li-S). Их достоинство — устойчивость к повреждениям и высокая энергоемкость. Они функционируют даже согнутые и разрезанные пополам. Первые образцы Li-S аккумуляторов были представлены еще в 2004 году, но у них был серьезный недостаток — низкое число циклов заряда и разряда. Плюс нестабильность электродов (об этом ниже). В новом варианте такого нет. Подробности — под катом.

Дополнительная батарея будет состоять из трех идентичных частей, в каждой по 32 Li‑Ion NMC элементов 3,7 v, емкостью по 40 A*h. Емкость общая получится около 14 kWh. Основание корпуса будет сварено из стальных уголков. Верхний уголок будет фиксироваться шпильками и гайками. Li‑Ion — элементы будут разделены пластиковыми проставками, сделанными методом 3d‑печати (розовые). Стенки будут из листового материала (вероятнее из фанёры). Будет добавлена Smart BMS на 96s после покупки, она будет располагаться в отдельном корпусе.

Буду рад конструктивной критике и идеям для усовершенствования.

17–20 сентября 2024 в московском Экспоцентре прошла ежегодная выставка Interlight Russia | Intelligent Building Russia 2024. Она посвящена освещению, электротехнике, автоматизации зданий и систем безопасности.

Большую часть выставки занимали стенды с различными светильниками и лампами, но и по автоматизации было кое-что интересное. В репортаже мы расскажем о тех новинках и стендах, которые привлекли наше внимание.

Привет, Хабр! Всем известно, на чём программисты пишут код, — большинство из вас хоть раз слышали о Python, Java или C++. Но задумывались ли вы когда-нибудь, какими инструментами разработки пользуются инженеры-электроэнергетики? Ведь их задача — не просто написать код, а смоделировать целую энергосистему и внедрить в нее новый алгоритм без катастрофических последствий. Сегодня мы хотим погрузить вас в мир электроэнергетики и рассказать про то, какой российский софт пришел на смену зарубежному.

Bluetti AC2P это зарядная станция начального уровня с LiFePO4 аккумулятором на 230 Вт·ч и выходной мощностью 300 Вт, которая способна запитать маломощные бытовые приборы и гаджеты.

Если вы столкнулись с прелестями отключения электроэнергии, то без такого устройства вам будет довольно сложно. В особенности, если отключения частые и длятся по 4 — 6 часов в сутки. Конечно зарядная станция Bluetti AC2P не сможет обеспечить вас электроэнергией для работы кондиционера, плиты или холодильника, для этих целей нужно смотреть на более мощные и существенно более дорогие станции. Однако она сможет запитать роутер с компьютером или ноутбуком, что делает возможным удаленную работу для вас или дистанционное обучение для ребенка. Также вы можете зарядить от станции все свои гаджеты: смартфон, планшет, часы. А если требуется скоротать время, то без проблем сможете подключить даже большой телевизор.

В 1911 году Хейке Камерлинг-Оннес впервые наблюдал сверхпроводимость в образце ртути, охлаждённом до температуры жидкого гелия (3K). При такой температуре ртуть практически теряет электрическое сопротивление. Вслед за этим открытием развилась целая индустрия поиска высокотемпературных сверхпроводников – веществ, которые проявляли бы подобные свойства при значениях выше 77,35 K (-196°C) – такова температура жидкого азота, а жидкий азот можно получать в промышленных масштабах.

Сверхпроводимость (желательно – при как можно более высоких температурах) является и одним из наиболее выигрышных свойств графена, и эта тема также рассмотрена на Хабре. При этом, как и в случае с развитием индустрии высокотемпературных сверхпроводников, изучение свойств графена привело к поиску его более дешёвых и удобных синтетических аналогов, то есть, двумерных соединений с подходящей кристаллической решёткой и нужными физико-химическими свойствами. В марте 2023 года уважаемый @gregyku опубликовал на Хабре статью «Какая судьба у двумерных материалов в России?». Сегодня я напомню, чем кроме сверхпроводимости так интересен графен, а также расскажу об одном из наиболее перспективных соединений, похожих на графен – нитриде бора.

В жаркие дни многие из нас быстро включают вентиляторы или кондиционеры. Эти системы охлаждения могут давать серьёзную нагрузку на электрические сети, что вдохновляет некоторых изобретателей на создание их версий, которые могут не только использовать, но и хранить энергию.

На охлаждение приходится 20 % мирового спроса на электроэнергию в зданиях, и эта доля, как ожидается, будет расти по мере того, как планета потеплеет и всё больше людей перейдут на охлаждающие технологии. В некоторых регионах мира в часы пикового спроса на кондиционеры может приходиться более половины общего спроса на электроэнергию.

Новые технологии охлаждения, включающие в себя накопители энергии, могли бы помочь, заряжая себя во время доступности возобновляемой электроэнергии и низкого спроса, и при этом предоставляя услуги охлаждения, когда сеть находится под нагрузкой.

В девятнадцатом веке миниатюрные водяные турбины были подключены к крану, и могли приводить в действие любую машину, которая сейчас приводится в действие электричеством.

В первой части( ссылк) обсуждался частный вопрос личного использования и немного истории. Но что же было дальше, когда давление удалось поднять? Все просто инженеры создали специальные сети «силовой воды», которые распределяли воду под давлением только для целей привода машин, и перешли на более регулярное давление воды, что стало возможным благодаря изобретению гидроаккумулятора.

Почти все эти сети силовой воды оставались в эксплуатации до 1960-х и 1970-х годов.

Гидравлическая передача энергии очень эффективна по сравнению с электричеством, когда она используется для приведения в действие мощных, но редко используемых машин, которые могут быть распределены по географической территории размером с город.

«Использование воды — это странно забытая тема в инженерной литературе. Как романтическая или популярная грань инженерии, гидравлическая энергия никогда не привлекала общественного внимания, как паровой двигатель, локомотив или даже двигатель внутреннего сгорания». Ян Макнил, Гидравлическая энергия, 1972

Гавани и верфи

Несмотря на свою исключительную пригодность для работы кранов, гидравлика мало продвинулась в этой области в первой половине девятнадцатого века. Во многом это было связано с проблемой надежного и эффективного преобразования линейного движения плунжера во вращательное движение ствола или барабана крана. В первой половине девятнадцатого века обработка грузов в портах, верфях и железнодорожных станциях по-прежнему осуществлялась с помощью кранов с человеческим приводом, но потребность в более высоких и мощных кранах была велика. Начиная с 1830-х годов, железо стало использоваться в качестве материала для судостроения, с параллельным ростом размеров судов. Обычные подъемные системы больше не были адекватными. В большинстве стран решение было найдено в паровом кране, который появился в 1850-х годах. Однако в портах и ​​верфях Великобритании появилась достойная альтернатива: кран с водяным приводом.

Прямое соединение источников постоянного тока с постоянными нагрузками может привести к значительно более дешевой и устойчивой солнечной системе.

В современных солнечных фотоэлектрических системах постоянный ток, поступающий от солнечных панелей, преобразуется в переменный ток, что делает его совместимым с электрическим распределением здания. Поскольку многие современные устройства работают внутри на постоянном токе (DC), переменный ток (AC) затем преобразуется обратно в постоянный ток адаптером каждого устройства. Это двойное преобразование энергии, которое генерирует до 30% потерь энергии, можно устранить, если электрическое распределение здания преобразуется в постоянный ток. Прямое соединение источников постоянного тока с нагрузками постоянного тока может привести к значительно более дешевой и устойчивой солнечной системе. Однако для достижения этой цели необходимо выполнить некоторые важные условия. Электроэнергия может производиться и распределяться с использованием переменного тока или постоянного тока. В случае переменного тока ток периодически меняет направление, в то время как напряжение меняется вместе с током. В случае постоянного тока ток течет в одном направлении, а напряжение остается постоянным. Когда в последней четверти девятнадцатого века была введена передача электроэнергии, переменный и постоянный ток конкурировали за право стать стандартной системой распределения электроэнергии — период в истории, известный как «война токов». Переменный ток победил, в основном из-за его более высокой эффективности при передаче на большие расстояния. Электрическая мощность (выраженная в ваттах) равна току (выраженному в амперах), умноженному на напряжение (выраженное в вольтах). Следовательно, заданное количество энергии может быть произведено низким напряжением с более высоким током или высоким напряжением с более низким током. Однако потери мощности из-за сопротивления пропорциональны квадрату тока. Поэтому высокие напряжения являются ключом к энергоэффективной передаче электроэнергии на большие расстояния.

Однажды автор решил, что самостоятельно соберет дополнительный источник, так как у него есть опыт работы с электроникой, а также много разных инструментов для этого. 

В статье он рассказал, почему решил сделать именно солнечную станцию, и детально расписал основные её части, а ещё объяснил, что понадобится для сборки. Из последней части вы узнаете, как собрать подобный источник энергии. Спойлер: он прошёл испытания и отлично работает. 

Хочу поделиться своим опытом по созданию солнечной электростанции из относительно доступных компонентов. Сам я проживаю на теплом острове Кипр, где солнца мягко говоря с избытком настолько, что приходится серьёзные деньги сливать на электричество для кондиционеров (под 30 евроцентов за 1 кВт*ч!).

На разработку собственного супер-пупер аккумулятора с "куртизанками и преферансом" нас сподвигли статьи на Хабре:

https://habr.com/ru/articles/350142/ - читаешь и кажется все таким простым

https://habr.com/ru/articles/386099/ - очень все подробно и интересно

https://habr.com/ru/articles/386899/ - вроде тоже ничего сложного и даже кое-какие подводные камни описаны.

Ну всё, будем делать на контроллере bq40z50 супер-пупер аккумулятор, а не это вот все, собранное на коленке, что из Китая возят.

Сначала спроектировали форм-фактор, определились с напряжением 10,8, схемой сборки – 3S3P была выбрана модель ячейки, оптимальная для нас по емкости и току, под нее и будем плясать (забегая сильно вперед, можно сразу сказать, что ключевое – это модель ячейки, основные настройки контроллеров для разных сборок, будут одинаковы, но вот ТОНКИЕ настройки, от которых зависит получится ли у вас в итоге или вы уйдете в запой или, что еще хуже, на форумы техподдержки Texas instruments, вот они все настраиваются индивидуально под каждую ячейку).

Мудрый кот, из мультфильма Том и Джерри в отношении написанного другими людьми учил наc «Don’t You believe it» и только сейчас пройдя этот ад, я понял, насколько он был мудр.

Схема будущей платы была взята из datasheet (SLUSCB3 – 56 страниц) для bq40z50r1 от 2015 года, казалось бы, ничего не предвещало беды.

Ну разве что ошибки в документации, про назначение порта FUSE было написано еще в одной из вдохновивших статей, указанных ранее, поэтому это не было сюрпризом. Тем более, что мы решил «сделать по большому», то есть с дополнительным контроллером заряда и балансировки, с отдельным термистором на силовые транзисторы ну и предохранителем – это была фатальная ошибка, но мы пока об этом не знали.

Это самый популярный шуруповерт на Wildberries. Каждый месяц их продают примерно по 8-9 тыс. штук на 15 млн. руб. Все остальные шуруповерты отстают по продажам в разы.

Скорее всего люди клюют на привлекательный ценник: за 2 тыс. руб. обещают мощный шуруповерт в пластиковом кейсе с двумя аккумуляторами, набором бит и насадок. Внешне он как бы приличный. Отзывы, как нынче водится, практически все «няшные».

Для разборщика фейков это отличный экземпляр. Например, не каждый день встретишь 48-вольтовый аккумулятор емкость 4 А*ч (192 Вт*ч) размером с пауэрбанк на 36 Вт*ч.

А вот для рядового покупателя это опасное приобретение.

Привет, Хабр! Меня зовут Саша Салтыков, я отвечаю за сервисное обслуживание инженерных систем в ИТ-компании К2Тех. Сервис – дело творческое, и часто в работе нам встречаются ситуации, о которых, как говорится, невозможно молчать. Решил поделиться с вами опытом недавнего обслуживания партнерского центра обработки данных и рассказать, как не положить ЦОД во время смены источников бесперебойного питания. Читайте историю под катом!

Привет, Хабр! На связи Виктор Сергеев из МТС Диджитал. Сегодня обсудим настоящее и будущее солнечных панелей. 

Группе ученых из Турции и Саудовской Аравии удалось добиться отличного результата: эффективность солнечных элементов тандемного типа — 34%. Правда, пока он установлен только в лабораторных условиях. Ученые воспользовались тандемной структурой фотоэлемента, покрыв обычные кремниевые панели специальной пленкой из стабилизированного перовскита. Подробности — под катом.