Calculadora de Bateria e Placa Solar

Este formulário ajuda a estimar o tamanho do banco de baterias e a potência necessária da placa solar para um nó repetidor MeshCore operar de forma ininterrupta na região de Sorocaba, mesmo durante períodos prolongados sem sol.

Tipo de Dispositivo ESP32 nRF52840 Microcontrolador da sua repetidora. Heltec V3 e V4 e XIAO S3 usam ESP32. RAK4631, Heltec T114, XIAO nRF52 e Faketec (ProMicro) usam nRF52840.

Consumo Médio do Dispositivo (mA) Corrente média de operação do repetidor em milliampères. O valor muda automaticamente ao selecionar o tipo de dispositivo acima, mas pode ser editado manualmente. Para ESP32 e firmware MeshCore <1.16, utilize 86 mA. Com módulo GPS, adicione 30-60 mA.

Tensão Máxima da Bateria (V) Tensão da bateria completamente carregada. Para baterias Li-Ion/Li-Po típicas, esse valor é 4,2 V.

Tensão Mínima da Bateria (V) Tensão mínima da bateria. Um valor seguro é 3,6 V para evitar reinicializações do dispositivo durante picos de transmissão (considere 3,8 V para Heltec V4).

Dias Seguidos Sem Sol

Inserir manualmente Estimar pelo mapa

Número máximo de dias consecutivos sem irradiação solar significativa.

Clique no mapa para marcar a localização do repetidor. O valor será estimado automaticamente com dados históricos da NASA.

Dias de Sol para Recarregar Número de dias com sol disponível para recarregar o banco de baterias após o período sem sol.

Horas de Pico Solar por Dia Equivalente em horas de irradiação máxima (1000 W/m²) por dia. O valor de 4.2 h representa o pior valor diário médio em Sorocaba (mês de maio), com uma placa a um ângulo de 66° com a vertical e voltada para o norte com uma incerteza de 23° graus. Utilize a calculadora do Solar Electricity Handbook para valores mais precisos.

Calcular Restaurar Padrão

Resultados

Capacidade do Banco de Baterias:

Corrente Mínima de Carregamento Solar:

Carga a 4,2 V:  |  Carga a 3,6 V:  |  Faixa útil:

Explicação

Por que dimensionar para "dias sem sol"?

A região de Sorocaba, assim como grande parte do sudeste brasileiro, experimenta períodos de baixa irradiação solar — especialmente entre novembro e fevereiro, quando frentes frias e sistemas meteorológicos podem bloquear a luz solar direta por vários dias consecutivos.

O dimensionamento segue então uma lógica simples:

1. O banco de baterias deve sobreviver à pior sequência de dias sem sol.
2. A placa solar deve ser grande o suficiente para repor toda a energia gasta — e ainda alimentar o repetidor — durante a janela de dias ensolarados que segue.

Como é calculado o banco de baterias

O consumo total de energia durante o período sem sol é:

\[E_{\text{gasto}} = I_{\text{dispositivo}} \times 24 \times N_{\text{dias sem sol}}\]

Porém, as baterias de lítio não podem ser usadas de 0% a 100% de sua capacidade. Para estimar a faixa útil de carga da bateria, usamos a tensão da bateria com a seguinte aproximação polinomial:

\[\text{carga}(\%) = 287{,}39\,V^5 - 5181{,}73\,V^4 + 37185{,}21\,V^3 - 132703{,}14\,V^2 + 235499{,}32\,V - 166288{,}13\]

Válida para V entre 3,03 V e 4,18 V. Fora desse intervalo, a porcentagem de carga é truncada para 0% ou 100%.

A capacidade necessária do banco de baterias é então:

\[C_{\text{bateria}} = \frac{I_{\text{dispositivo}} \times 24 \times N_{\text{dias sem sol}}}{\text{% carga}_{\text{máx}} - \text{% carga}_{\text{mín}}}\]

onde:

• \(\text{% carga}_{\text{máx}}\) refere-se à porcentagem de carga na tensão máxima da bateria (ex: 4,2 V → ≈100%)
• \(\text{% carga}_{\text{mín}}\) refere-se à porcentagem de carga na tensão mínima de corte (ex: 3,6 V → ≈32%)

A diferença entre eles representa a fração da bateria que efetivamente pode ser utilizada.

Como é calculada a placa solar

Após a sequência de dias sem sol, a placa solar precisa repor toda a energia gasta e ainda alimentar o repetidor durante os dias de recarga. A energia total a ser entregue é:

\[E_{\text{recarga}} = C_{\text{bateria}} \times (\text{% carga}_{\text{máx}} - \text{% carga}_{\text{mín}}) + I_{\text{dispositivo}} \times 24 \times N_{\text{dias de sol}}\]

Dividindo pelas horas de pico solar disponíveis:

\[I_{\text{solar}} = \frac{E_{\text{recarga}}}{H_{\text{pico}} \times N_{\text{dias de sol}}}\]

A potência da placa solar é estimada multiplicando a corrente pela tensão nominal do painel (tipicamente 5 V ou 6 V para painéis USB/portáteis).

Sobre os dados de dias sem sol

O parâmetro MAX_EQUIV_NO_SUN_DAYS (Máximo de Dias Equivalentes Sem Sol) utilizado na estimativa automática é obtido da API NASA POWER (Prediction Of Worldwide Energy Resources). Esse valor representa o número máximo de dias consecutivos equivalente sem sol, calculado a partir de dados climatológicos de 20 anos (janeiro de 2001 a dezembro de 2020). O script seleciona o mês com o maior valor e o arredonda para cima, garantindo um dimensionamento conservador.

Ao informar o valor manualmente, considere usar como referência os dados da NASA POWER para a sua localização ou dados de estações meteorológicas locais.

Sobre as horas de pico solar

A "hora de pico solar" (HSP) é uma unidade que equivale a 1 hora de irradiação a 1000 W/m². Mesmo que o sol brilhe por 10 horas, a efetiva energia captada pode corresponder a apenas 3–4 HSP, pois a irradiação varia ao longo do dia (ângulo de incidência, atmosfera, etc.). O valor de 3,4 HSP representa o pior cenário observado em Sorocaba, garantindo que o dimensionamento seja conservador.

Dica

Sempre arredonde para cima os valores calculados. Baterias e placas solares vêm em capacidades e potências padronizadas — escolha o modelo mais próximo acima do valor indicado. Considere também uma margem de segurança de 20–30% para compensar perdas por temperatura, envelhecimento da bateria e sujeira na placa solar.