Como construir o seu próprio carregador USB alimentado por energia solar
A energia solar é considerada uma forma de energia genuinamente renovável e amiga do ambiente disponível na Terra. Hoje em dia, as pessoas estão a tirar o máximo partido deste recurso, que é particularmente crucial em áreas remotas onde a transmissão eléctrica é limitada. É especialmente adequado para regiões com exposição solar prolongada durante o dia, uma vez que pode reduzir significativamente as facturas de eletricidade.
Vamos ilustrar uma abordagem do tipo “faça você mesmo” para criar um sistema que carrega dispositivos electrónicos portáteis com USB através da utilização de energia solar. A nossa intenção é clarificar e apresentar este processo através de uma economia de componentes e de um design simples.
Compreender a energia solar
A energia solar refere-se ao processo de transformação da radiação solar numa forma de energia acessível e eficaz. Esta transformação envolve normalmente a utilização de painéis solares ou geradores que são concebidos para converter os fotões dos raios solares em eletricidade. O tamanho destes dispositivos varia muito, com alguns a medirem apenas alguns centímetros quadrados, enquanto outros podem abranger telhados inteiros ou estar ligados em vastas extensões de terra para produzir quantidades de eletricidade à escala industrial.
A energia solar pode ser utilizada de várias formas. Um método predominante envolve a utilização de um sistema solar fotovoltaico (PV) que transforma a luz solar em corrente eléctrica. Para além de gerar eletricidade através de um sistema fotovoltaico, as pessoas também podem utilizar a energia solar térmica ou a energia solar concentrada para aquecer áreas interiores ou líquidos. A instalação de sistemas solares de água quente é outra opção para captar e converter a radiação solar em calor utilizável.
Seleção dos componentes certos
O principal objetivo do nosso projeto é aproveitar a energia solar da luz do sol como meio de fornecer a eletricidade necessária para recarregar dispositivos com USB. É importante notar que deve ser utilizada uma bateria adicional em casos de mau tempo ou durante os períodos em que o sol se põe, de modo a manter um fluxo constante da corrente eléctrica necessária para o carregamento dos dispositivos. A bateria serve não só como um meio de armazenamento para esta corrente, mas também como uma fonte de reserva em caso de luz solar insuficiente.
Para levar a cabo este empreendimento autónomo, é necessário obter um conjunto de elementos específicos, que incluem:
O painel solar foi concebido para converter a luz solar em eletricidade de corrente contínua. É essencial escolher um painel adequado com base na potência de saída necessária para fazer funcionar eficazmente vários dispositivos eléctricos, como luzes de corrente contínua ou ventoinhas.A nossa opção preferida consiste em painéis solares de 150 watts que são capazes de alimentar sem problemas tanto as luminárias de corrente contínua como as ventoinhas.
A utilização de uma bateria de tamanho adequado é crucial para o armazenamento eficiente de energia, tendo em conta as exigências da carga ligada.
Um controlador de carga solar é um dispositivo essencial para regular o fluxo de eletricidade num sistema de energia solar, assegurando que a bateria não é subcarregada nem sobrecarregada, o que poderia resultar em danos na bateria ou mesmo constituir um risco de segurança. Também evita a sobrecarga do circuito elétrico, limitando a quantidade de corrente que pode passar através dele. Ao selecionar um controlador de carregamento solar, é importante ter em conta a sua corrente nominal, bem como a presença de uma interface USB, que pode ser necessária para carregar dispositivos mais pequenos, como smartphones ou tablets.
⭐Fios:Para ligação.
Um gadget com USB é utilizado para fins de avaliação, incluindo smartphones e tablets.
Passo 1: Diagrama de blocos
A ilustração acima mostra os componentes necessários para aproveitar, regular e explorar eficientemente a energia gerada pelos painéis solares.
Certifique-se de que todos os componentes do sistema estão interligados entre si, ligando o módulo gerador (painel solar), o dispositivo de armazenamento de energia (bateria) e a carga ao regulador de carga solar. Este último supervisionará continuamente a corrente de entrada, a corrente de saída da carga e o potencial de carga.
Passo 2: Ligar o painel solar
Utilizamos placas solares com uma potência nominal de 150 Watts numa disposição paralela para aumentar a corrente de carga da bateria. O número de painéis e a sua capacidade de potência global podem ser ajustados com base na procura específica da carga. Para configurar a ligação paralela, interligar os terminais positivos de cada painel através de um condutor e efetuar o mesmo processo para os terminais negativos. Posteriormente, envolver as junções entre a cablagem positiva e negativa com uma fita adesiva eletricamente isolante para garantir um isolamento adequado.
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Passo 3: Fixar o controlador de carga
Ligue o fio positivo do painel de carregamento do seu sistema de energia solar ao terminal positivo do nosso controlador de carga solar, enquanto liga o fio negativo ao terminal negativo do mesmo dispositivo. Vale a pena notar que o nosso controlador de carga possui uma porta USB tipo A incorporada para um carregamento cómodo de dispositivos compatíveis com USB.Esta porta permite-nos utilizar o regulador de tensão interno do controlador de carga, que converte efetivamente 12V DC em 5V DC. Como resultado, podemos agora utilizar esta porta USB para carregar vários dispositivos compatíveis com USB, incluindo, mas não se limitando a, telemóveis, tablets e smartwatches.
A implementação de um controlador de carga solar tem um objetivo essencial na prevenção da ocorrência de sobrecarga ou sobretensão, ambas com potencial para resultar em aquecimento indevido da bateria. Este aquecimento excessivo pode ter efeitos prejudiciais na longevidade e eficiência globais da bateria, acabando por comprometer o seu desempenho ao longo do tempo.
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Passo 4: Instalar a bateria
A instalação de uma bateria facilita um meio eficaz de armazenamento de energia, fornecendo uma fonte fiável de energia em cenários em que o acesso ao carregamento solar pode ser limitado por condições meteorológicas adversas ou durante períodos de escuridão. Utilizando baterias de corrente contínua (CC) de 12 volts, configurámo-las numa disposição paralela que mantém uma saída de tensão consistente a 12 volts, aumentando simultaneamente a capacidade de corrente.
Ao determinar a capacidade adequada da bateria para o seu sistema de energia fora da rede, é importante considerar tanto os requisitos de carga como as capacidades máximas de carregamento dos seus painéis solares. Para garantir o funcionamento correto, ligue a interface da bateria do controlador de carregamento solar aos terminais da bateria, utilizando ligações de fios metálicos resistentes.
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Passo 5: Finalizar a cablagem
Assegure-se de que todos os componentes estão corretamente ligados e bem fixados para evitar faíscas. Além disso, tenha o cuidado de cobrir todas as juntas expostas para evitar curto-circuitos. Utilize fios de maior espessura para as interligações, uma vez que isso minimiza a perda de condutores. De um modo geral, é aconselhável posicionar os painéis solares, os controladores de carga e as baterias perto uns dos outros para reduzir a distância entre eles, o que pode levar a um aumento das perdas eléctricas e a uma diminuição da eficiência global do sistema.
Passo 6: Testar o carregador
Para avaliar a funcionalidade do nosso sistema durante as horas de luz do dia para carregar as baterias, por favor, active o interrutor “on” situado no controlador de carga solar. Simultaneamente, observe as leituras de tensão apresentadas no controlador de carga enquanto monitoriza a corrente eléctrica que o atravessa, utilizando um multímetro digital ou uma pinça amperimétrica digital.
Pode constatar que o regulador de carga apresenta a tensão da bateria e do painel solar.Além disso, o controlador de carga indica a corrente consumida pela carga de corrente contínua do sistema quando esta está ligada ao mesmo.
Ao atingir cerca de 14 volts de corrente contínua (CC) pela bateria de 12 volts através do controlador de carga solar, o referido dispositivo corta a ligação entre o painel solar e a bateria, a fim de evitar sobrecargas. Este processo pode ser observado através da monitorização da tensão do painel solar, que pode ultrapassar os 16 volts DC em condições de luz solar abundante.
Em seguida, ligue um dispositivo USB ou um telemóvel ao controlador de energia solar através de uma interface USB tipo A. Esta ligação fornecerá uma tensão de 5V CC que foi regulada internamente e convertida para baixo a partir da bateria. Ao executar esta ação, deverá assistir ao processo de carregamento do dispositivo ligado. Além disso, é possível monitorizar a corrente consumida por esta carga específica.
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Além disso, este sistema tem a capacidade de fornecer energia a periféricos para além da interface USB, ou seja, permite a utilização da entrada de 12V para díodos emissores de luz (LEDs), ventoinhas, etc., ligando-os ao terminal de carga do regulador de carga. O ícone que representa a carga, como um dispositivo de iluminação, significa este ponto de ligação na unidade de gestão de energia.
Para criar uma versão mais avançada deste projeto de bricolage, é possível conceber um dispositivo compacto e transportável capaz de alimentar smartphones e outros aparelhos com USB apenas através de energia solar. É importante notar que este dispositivo só funcionaria durante o dia.
As vantagens de um carregador solar
Este sistema inovador baseado na energia solar apresenta uma oportunidade para melhorar a transportabilidade do seu equipamento, diminuindo a dependência das infra-estruturas tradicionais da rede eléctrica. Ao utilizar a energia solar para recarregar, em vez de passar pelo processo de conversão AC-to-DC normalmente encontrado em configurações padrão, esta metodologia promove a eficácia operacional ao eliminar qualquer dissipação de energia que ocorra durante tais conversões. No entanto, é necessário ter em conta as potenciais necessidades de conversão ascendente ou de controlo da tensão quando se utiliza uma abordagem centrada na energia solar.
O aproveitamento da energia solar para uso doméstico pode resultar em poupanças significativas nos custos eléctricos. É possível construir uma variedade de projectos solares do tipo “faça você mesmo”, incluindo iluminação pública autogerada, sistemas de aquecimento de piscinas e dispositivos áudio sem fios.