Energia solară este privită ca o formă de resursă energetică cu adevărat regenerabilă și ecologică disponibilă pe Pământ. În zilele noastre, oamenii profită la maximum de această resursă, care este deosebit de crucială în zonele îndepărtate, unde transmisia electrică este limitată. Este potrivit în special pentru regiunile cu expunere prelungită la soare în timpul zilei, deoarece poate reduce semnificativ facturile de energie electrică.
Vă vom arăta cum să construiți un sistem de bricolaj pentru încărcarea dispozitivelor electronice DC alimentate prin USB folosind energia solară. Ne propunem să explicăm și să demonstrăm conceptul folosind componente minime și un design simplu.
Cuprins
Înțelegerea energiei solare
Energia solară este conversia energiei din lumina soarelui într-o sursă de energie utilizabilă și eficientă. Panourile solare și generatoarele sunt folosite pentru a transforma energia luminoasă în energie electrică. Panourile solare variază în dimensiune, variind de la câțiva centimetri pătrați până la cele mari folosite pe acoperișurile rezidențiale. De asemenea, puteți interconecta panouri mai mari în câmpuri mari pentru a genera energie electrică pentru utilizare la scară comercială.
Există mai multe moduri de a valorifica energia solară. Cel mai comun este un sistem solar fotovoltaic (PV) care convertește razele solare în curent electric. Pe lângă utilizarea unui sistem fotovoltaic pentru a genera curent electric, oamenii folosesc și energia solară termică sau concentrarea energiei solare pentru a încălzi spațiile interioare sau fluidele. De asemenea, puteți instala sisteme solare de apă caldă.
Selectarea componentelor potrivite
Obiectivul nostru principal este să folosim energia solară din lumina soarelui pentru a obține curentul necesar pentru încărcarea dispozitivelor alimentate cu USB. De asemenea, veți avea nevoie de o baterie pentru a stoca încărcarea în caz de vreme rea și în timpul apusului. Mai mult, bateria asigură și o alimentare continuă a curentului specific necesar pentru încărcarea dispozitivelor electronice.
Pentru acest proiect DIY, veți avea nevoie de următoarele componente:
- Panou solar: Pentru generarea de curent continuu la expunerea la lumina soarelui. Selectați panoul de dimensiune adecvată conform cerințelor de încărcare. Folosim panouri solare de 150 W – cu această capacitate, putem opera chiar și becuri DC și ventilatoare DC.
- Baterie: Pentru stocarea încărcării. Utilizați o baterie de dimensiunea adecvată, în funcție de cerințele de încărcare.
- Controler de încărcare solară: pentru a regla curentul și a preveni supraîncărcarea bateriei și supraîncărcarea electrică. Alegeți un controler de încărcare solar cu un curent nominal adecvat și interfață USB.
- Fire: Pentru conectare.
- Dispozitiv USB: pentru testare, cum ar fi un telefon mobil sau o tabletă.
Pasul 1: Diagrama bloc
Următoarea diagramă prezintă ansamblul necesar pentru obținerea, controlul și utilizarea eficientă a energiei produse de panourile solare.
Conectați toate dispozitivele, cum ar fi unitatea de generare (panoul solar), unitatea de stocare (bateria) și sarcina, la controlerul de încărcare solară. Acest controler va monitoriza curentul de intrare, curentul de sarcină de ieșire și tensiunea de încărcare.
Pasul 2: Conectați panoul solar
Folosim plăci solare (150W) în configurație paralelă pentru a crește curentul de încărcare al bateriei. Puteți utiliza mai puține sau mai multe panouri și capacitatea de putere în funcție de cerința de încărcare. Pentru combinația paralelă, conectați bornele pozitive ale tuturor panourilor solare împreună printr-un fir și faceți același lucru pentru bornele negative ale tuturor panourilor. Apoi acoperiți îmbinările firelor pozitive și negative individual cu bandă izolatoare.
Pasul 3: Atașați controlerul de încărcare
Conectați firul pozitiv al panoului la borna pozitivă a controlerului de încărcare și firul negativ la borna negativă a controlerului de încărcare. Controlerul nostru de încărcare solară are un port USB de tip A pe el. Controlerul de încărcare are un regulator intern de tensiune care convertește 12V DC în 5V DC, permițându-i să încarce dispozitive alimentate prin USB. În modulele USB, în general, pinii 1 și 4 sunt utilizați ca 5V DC și respectiv masă. Folosind acest port USB, puteți încărca dispozitive electronice cu interfețe USB, cum ar fi telefoane mobile, tablete și ceasuri inteligente.
Regulatorul de încărcare solar previne supraîncărcarea/supratensiunea care altfel ar putea cauza încălzirea bateriei. Supraîncălzirea poate deteriora durata de viață și performanța bateriei dispozitivului.
Pasul 4: Instalați bateria
Instalarea unei baterii asigură o rezervă utilă de alimentare în situațiile în care încărcarea solară nu este disponibilă din cauza condițiilor meteorologice nefavorabile sau pe timp de noapte. Folosim baterii de 12V DC pentru stocarea curentului electric. Am aranjat aceste baterii într-o configurație paralelă ceea ce are ca rezultat asigurarea aceleiași tensiuni, adică 12V, prin această combinație paralelă. Cu toate acestea, o combinație paralelă crește capacitatea curentului.
Ar trebui să alegeți capacitatea bateriei (o unitate sau mai multe) în funcție de cerințele de încărcare și de capacitatea de încărcare a panoului solar. Conectați interfața bateriei regulatorului de încărcare solară la bornele bateriei folosind fire metalice groase.
Pasul 5: Finalizați cablarea
Asigurați-vă că conectați toate componentele corect și strâns pentru a evita scânteile. De asemenea, acoperiți îmbinările pentru a evita scurtcircuitarea. Utilizați un fir mai gros de bună calitate pentru interconectare, deoarece reduce pierderile de conductor. În general, se recomandă amplasarea panourilor solare, controlerelor de încărcare și bateriilor aproape unele de altele pentru a evita cablarea electrică îndelungată – acestea din urmă pot duce la pierderi electrice mai mari și pot reduce eficiența sistemului solar.
Pasul 6: Testați încărcătorul
Pentru a testa acest sistem în timpul zilei pentru încărcarea bateriei, apăsați butonul pornit de pe controlerul solar de încărcare. Observați tensiunile care apar pe regulatorul de încărcare. De asemenea, monitorizați curentul care curge folosind un multimetru digital sau un clemă digital.
Veți observa că regulatorul de încărcare afișează tensiunea pe baterie și pe panoul solar. Controlerul de încărcare arată, de asemenea, curentul de sarcină pentru acest sistem, atunci când o sarcină DC este conectată la acesta.
Când bateria de 12 V atinge o tensiune de aproximativ 14 V DC pe controlerul de încărcare solară, aceasta deconectează încărcarea de la panoul solar, pentru a proteja bateria de supraîncărcare. Puteți observa acest lucru prin monitorizarea tensiunii panoului solar, care poate depăși 16V DC în zilele însorite.
Apoi, conectați un dispozitiv USB sau smartphone direct la controlerul de încărcare solar folosind un conector USB de tip A. Portul USB oferă 5V DC, care este reglat intern/convertit în jos de la baterie. Pe măsură ce faceți acest lucru, veți observa că dispozitivul conectat începe să se încarce. Mai mult, puteți observa și curentul absorbit de această sarcină.
În plus, acest sistem poate alimenta alte dispozitive decât printr-o interfață USB; adică puteți folosi interfața de 12V pentru becuri DC, ventilatoare DC etc. Tot ce trebuie să faceți este să le conectați la interfața de încărcare a controlerului de încărcare. Simbolul de sarcină (de exemplu un bec) reprezintă această interfață pe regulatorul de încărcare.
Puteți îmbunătăți și mai mult acest proiect de bricolaj pentru a crea o platformă portabilă mică și ușoară pe care să o utilizați pentru a încărca smartphone-uri și dispozitive alimentate prin USB fără a utiliza o baterie. Cu toate acestea, va funcționa numai în timpul zilei.
Beneficiile unui încărcător solar
Acest aranjament alimentat cu energie solară vă poate ajuta să îmbunătățiți portabilitatea dispozitivului și să reduceți dependența de sistemele convenționale de distribuție a energiei electrice. Încărcarea solară îmbunătățește, de asemenea, eficiența prin evitarea pierderilor suferite în timpul conversiei AC-la-DC în sistemele convenționale. În sistemele alimentate cu energie solară, puteți evita aceste pierderi deoarece toată stocarea/încărcarea se desfășoară în DC; cu toate acestea, poate necesita o conversie ascendentă sau o reglare a tensiunii.
Utilizând energia solară în casa dvs., vă puteți reduce substanțial cheltuielile cu energia electrică. Există o mulțime de alte proiecte cu energie solară pe care le puteți construi singuri, cum ar fi un iluminat stradal cu energie solară, încălzitoare de piscină cu energie solară, difuzoare Bluetooth alimentate cu energie solară etc.