Jak zbudować własną ładowarkę USB zasilaną energią słoneczną?
Energia słoneczna jest uważana za prawdziwie odnawialną i przyjazną dla środowiska formę zasobów energetycznych dostępnych na Ziemi. W dzisiejszych czasach ludzie w pełni wykorzystują ten zasób, co jest szczególnie istotne w odległych obszarach, gdzie przesył energii elektrycznej jest ograniczony. Jest to szczególnie przydatne w regionach o długotrwałym nasłonecznieniu w ciągu dnia, ponieważ może znacznie obniżyć rachunki za energię elektryczną.
Zilustrujemy podejście “zrób to sam” do stworzenia systemu, który ładuje przenośne urządzenia elektroniczne z obsługą USB poprzez wykorzystanie energii słonecznej. Naszym zamiarem jest wyjaśnienie i zaprezentowanie tego procesu poprzez oszczędność komponentów i prostą konstrukcję.
Zrozumienie energii słonecznej
Energia słoneczna odnosi się do procesu przekształcania promieniowania słonecznego w dostępną i efektywną formę energii. Ta transformacja zazwyczaj obejmuje wykorzystanie paneli słonecznych lub generatorów, które są zaprojektowane do przekształcania fotonów z promieni słonecznych w energię elektryczną. Rozmiar tych urządzeń jest bardzo zróżnicowany - niektóre z nich mają zaledwie kilka cali kwadratowych, podczas gdy inne mogą obejmować całe dachy lub być połączone na rozległych obszarach, aby wytwarzać energię elektryczną na skalę przemysłową.
Energia słoneczna może być wykorzystywana na różne sposoby. Powszechnie stosowaną metodą jest wykorzystanie systemu fotowoltaicznego (PV), który przekształca światło słoneczne w prąd elektryczny. Oprócz generowania energii elektrycznej za pomocą systemu PV, użytkownicy mogą również wykorzystywać słoneczną energię cieplną lub skoncentrowaną energię słoneczną do ogrzewania pomieszczeń lub cieczy. Instalacja systemów ciepłej wody użytkowej to kolejna opcja przechwytywania i przekształcania promieniowania słonecznego w ciepło użytkowe.
Wybór odpowiednich komponentów
Głównym celem naszego projektu jest wykorzystanie energii słonecznej jako sposobu na dostarczenie niezbędnej energii elektrycznej potrzebnej do ładowania urządzeń obsługujących USB. Ważne jest, aby pamiętać, że dodatkowa bateria powinna być wykorzystywana w przypadku złej pogody lub w okresach, gdy słońce zachodzi, aby utrzymać stały przepływ prądu elektrycznego wymaganego do ładowania urządzeń. Akumulator służy nie tylko jako nośnik tego prądu, ale także jako źródło zapasowe w przypadku niewystarczającej ilości światła słonecznego.
Aby podjąć się tego samodzielnego przedsięwzięcia, konieczne jest uzyskanie zbioru określonych elementów, które obejmują:
Panel słoneczny przeznaczony jest do przetwarzania światła słonecznego na prąd stały. Ważne jest, aby wybrać odpowiedni panel w oparciu o wymaganą moc wyjściową, aby skutecznie obsługiwać różne urządzenia elektryczne, takie jak światła DC lub wentylatory.Nasza preferowana opcja składa się ze 150-watowych paneli słonecznych, które są w stanie zasilać zarówno oprawy oświetleniowe DC, jak i wentylatory bez żadnych problemów.
Zastosowanie odpowiedniej wielkości akumulatora jest kluczowe dla efektywnego magazynowania energii, biorąc pod uwagę wymagania podłączonego obciążenia.
Kontroler ładowania jest niezbędnym urządzeniem do regulacji przepływu energii elektrycznej w systemie solarnym, zapewniając, że akumulator nie jest ani niedoładowany, ani przeładowany, co mogłoby spowodować uszkodzenie akumulatora lub nawet stanowić zagrożenie dla bezpieczeństwa. Zapobiega on również przeciążeniu obwodów elektrycznych, ograniczając ilość prądu, który może przez nie przepływać. Przy wyborze kontrolera ładowania słonecznego ważne jest, aby wziąć pod uwagę jego prąd znamionowy, a także obecność interfejsu USB, który może być niezbędny do ładowania mniejszych urządzeń, takich jak smartfony lub tablety.
⭐ Przewody: Do podłączenia.
Gadżet obsługujący USB jest wykorzystywany do oceny celów, w tym smartfonów i tabletów.
Krok 1: Schemat blokowy
Powyższa ilustracja przedstawia niezbędne komponenty zaangażowane w wykorzystanie, regulację i efektywne wykorzystanie energii generowanej przez panele słoneczne.
Upewnij się, że wszystkie elementy systemu są ze sobą połączone, podłączając moduł generatora (panel słoneczny), urządzenie magazynujące energię (akumulator) i obciążenie do regulatora ładowania słonecznego. Ten ostatni będzie stale nadzorował prąd wejściowy, wyjściowy prąd obciążenia i potencjał ładowania.
Krok 2: Podłącz panel słoneczny
Wykorzystujemy panele słoneczne o mocy 150 W w układzie równoległym, aby zwiększyć prąd ładowania akumulatora. Liczbę paneli i ich ogólną moc można dostosować w oparciu o konkretne zapotrzebowanie obciążenia. Aby skonfigurować połączenie równoległe, należy połączyć dodatnie zaciski każdego panelu za pomocą przewodu i wykonać ten sam proces dla zacisków ujemnych. Następnie należy otoczyć połączenia między dodatnim i ujemnym okablowaniem elektrycznie izolującą taśmą samoprzylepną, aby zapewnić odpowiednią izolację.
Twoja przeglądarka nie obsługuje tagu wideo.
Krok 3: Podłączenie kontrolera ładowania
Podłącz przewód dodatni panelu ładowania systemu solarnego do dodatniego zacisku naszego kontrolera ładowania, a przewód ujemny do ujemnego zacisku tego samego urządzenia. Warto zauważyć, że nasz kontroler ładowania posiada wbudowany port USB typu A do wygodnego ładowania urządzeń kompatybilnych z USB.Port ten pozwala nam wykorzystać wewnętrzny regulator napięcia kontrolera ładowania, który skutecznie konwertuje 12V DC na 5V DC. W rezultacie możemy teraz używać tego portu USB do ładowania różnych urządzeń obsługujących USB, w tym między innymi telefonów komórkowych, tabletów i smartwatchy.
Wdrożenie kontrolera ładowania słonecznego służy zasadniczemu celowi, jakim jest zapobieganie występowaniu przeładowania lub przepięcia, z których oba mogą potencjalnie powodować nadmierne nagrzewanie się akumulatora. Takie nadmierne nagrzewanie może mieć szkodliwy wpływ na ogólną żywotność i wydajność akumulatora, ostatecznie pogarszając jego wydajność w czasie.
Twoja przeglądarka nie obsługuje tagu wideo.
Krok 4: Instalacja akumulatora
Instalacja akumulatora ułatwia skuteczne magazynowanie energii, zapewniając niezawodne źródło zasilania w scenariuszach, w których dostęp do ładowania słonecznego może być ograniczony przez niekorzystne warunki pogodowe lub w okresach ciemności. Wykorzystując 12-woltowe akumulatory prądu stałego (DC), skonfigurowaliśmy je w układzie równoległym, który utrzymuje stałe napięcie wyjściowe na poziomie 12 woltów, jednocześnie zwiększając wydajność prądową.
Przy określaniu odpowiedniej pojemności akumulatora dla systemu zasilania poza siecią, ważne jest, aby wziąć pod uwagę zarówno wymagania dotyczące obciążenia, jak i maksymalne możliwości ładowania paneli słonecznych. Aby zapewnić prawidłowe działanie, należy podłączyć interfejs akumulatora kontrolera ładowania do zacisków akumulatora za pomocą wytrzymałych metalowych połączeń kablowych.
Twoja przeglądarka nie obsługuje tagu wideo.
Krok 5: Zakończ okablowanie
Zapewnij prawidłowe połączenie i bezpieczne zamocowanie wszystkich komponentów, aby zapobiec iskrzeniu. Ponadto należy zadbać o zakrycie wszelkich odsłoniętych połączeń, aby uniknąć zwarć. Do połączeń należy stosować przewody o większej grubości, ponieważ minimalizuje to straty przewodnika. Ogólnie rzecz biorąc, zaleca się umieszczanie paneli słonecznych, kontrolerów ładowania i akumulatorów blisko siebie, aby zmniejszyć odległość między nimi, co może prowadzić do zwiększonych strat elektrycznych i zmniejszenia ogólnej wydajności systemu.
Krok 6: Przetestuj ładowarkę
Aby ocenić funkcjonalność naszego systemu w godzinach dziennych do ładowania baterii, należy aktywować przełącznik “on” znajdujący się na kontrolerze ładowania słonecznego. Jednocześnie należy obserwować odczyty napięcia wyświetlane na kontrolerze ładowania, monitorując jednocześnie przepływający przez niego prąd elektryczny za pomocą multimetru cyfrowego lub cyfrowego miernika cęgowego.
Można zauważyć, że kontroler ładowania pokazuje napięcie zarówno akumulatora, jak i panelu słonecznego.Dodatkowo, kontroler ładowania wskazuje prąd pobierany przez obciążenie DC systemu, gdy jest ono do niego podłączone.
Po osiągnięciu około 14 woltów prądu stałego (DC) przez 12-woltowy akumulator za pośrednictwem kontrolera ładowania słonecznego, wspomniane urządzenie przerywa połączenie między panelem słonecznym a akumulatorem w celu zabezpieczenia przed przeładowaniem. Proces ten może być obserwowany poprzez monitorowanie napięcia panelu słonecznego, które może przekroczyć 16 V DC w warunkach obfitego nasłonecznienia.
Następnie podłącz urządzenie USB lub telefon komórkowy do kontrolera zasilania energią słoneczną za pośrednictwem interfejsu USB typu A. To połączenie zapewni napięcie 5 V DC, które jest wewnętrznie regulowane i konwertowane w dół z akumulatora. Wykonując tę czynność, powinieneś być świadkiem procesu ładowania podłączonego urządzenia. Dodatkowo możliwe jest monitorowanie prądu pobieranego przez to konkretne obciążenie.
Twoja przeglądarka nie obsługuje tagu wideo.
Ponadto system ten ma możliwość dostarczania energii do urządzeń peryferyjnych poza interfejsem USB; to znaczy umożliwia wykorzystanie wejścia 12V do diod elektroluminescencyjnych (LED), wentylatorów itp. poprzez podłączenie ich do zacisku obciążenia regulatora ładowania. Ikona reprezentująca obciążenie, takie jak urządzenie podświetlające, oznacza ten punkt połączenia na jednostce zarządzania energią.
Aby stworzyć bardziej zaawansowaną wersję tego projektu DIY, można zaprojektować kompaktowe i przenośne urządzenie zdolne do zasilania smartfonów i innych gadżetów obsługujących USB wyłącznie za pomocą energii słonecznej. Ważne jest, aby pamiętać, że takie urządzenie byłoby funkcjonalne tylko w ciągu dnia.
Zalety ładowarki słonecznej
Ten innowacyjny system oparty na energii słonecznej stanowi okazję do zwiększenia możliwości transportu sprzętu przy jednoczesnym zmniejszeniu zależności od tradycyjnej infrastruktury sieci elektrycznej. Wykorzystując energię słoneczną do ładowania, a nie poddając się procesowi konwersji AC-DC powszechnie występującemu w standardowych konfiguracjach, metodologia ta promuje skuteczność operacyjną, eliminując wszelkie rozpraszanie energii, które występuje podczas takich konwersji. Należy jednak wziąć pod uwagę potencjalne potrzeby związane z konwersją w górę lub kontrolą napięcia przy stosowaniu podejścia skoncentrowanego na energii słonecznej.
Wykorzystanie energii słonecznej do użytku domowego może przynieść znaczne oszczędności kosztów energii elektrycznej. Można realizować różne projekty solarne typu “zrób to sam”, w tym samodzielnie generowane oświetlenie uliczne, systemy ogrzewania basenów i bezprzewodowe urządzenia audio.