Ako si zostaviť vlastnú solárnu USB nabíjačku

Solárna energia sa považuje za skutočne obnoviteľnú a ekologickú formu zdroja energie dostupnej na Zemi. V súčasnosti ľudia využívajú tento zdroj na maximum, čo je obzvlášť dôležité v odľahlých oblastiach, kde je elektrický prenos obmedzený. Je obzvlášť vhodný pre oblasti s dlhodobým slnečným žiarením počas dňa, pretože môže výrazne znížiť účty za elektrinu.

Ukážeme vám, ako si zostaviť svojpomocne systém na nabíjanie elektronických zariadení s jednosmerným prúdom napájaným cez USB pomocou solárnej energie. Naším cieľom je vysvetliť a demonštrovať koncept pomocou minimálneho počtu komponentov a jednoduchého dizajnu.

Pochopenie solárnej energie

Solárna energia je premena energie zo slnečného žiarenia na využiteľný a efektívny zdroj energie. Solárne panely a generátory sa používajú na premenu svetelnej energie na elektrickú energiu. Solárne panely sa líšia veľkosťou, od niekoľkých štvorcových palcov až po veľké panely používané na obytných strechách. Môžete tiež prepojiť väčšie panely naprieč veľkými poľami a generovať elektrickú energiu na použitie v komerčnom meradle.

Existuje niekoľko spôsobov, ako využiť slnečnú energiu. Najbežnejší je solárny fotovoltaický (PV) systém, ktorý premieňa slnečné lúče na elektrický prúd. Okrem využívania fotovoltaického systému na výrobu elektrického prúdu ľudia využívajú aj solárnu tepelnú energiu alebo koncentrovanú solárnu energiu na ohrev vnútorných priestorov alebo tekutín. Môžete tiež nainštalovať solárne systémy na prípravu teplej vody.

Výber správnych komponentov

Naším hlavným cieľom je využívať slnečnú energiu zo slnečného žiarenia na získanie prúdu potrebného na nabíjanie zariadení napájaných cez USB. Batériu budete potrebovať aj na nabitie v prípade zlého počasia a pri západe slnka. Okrem toho batéria tiež zaisťuje nepretržitú dodávku špecifického prúdu potrebného na nabíjanie elektronických zariadení.

Pre tento DIY projekt budete potrebovať nasledujúce komponenty:

• Solárny panel: Na generovanie jednosmerného prúdu pri vystavení slnečnému žiareniu. Vyberte panel vhodnej veľkosti podľa požiadaviek na zaťaženie. Používame 150W solárne panely – s touto kapacitou dokážeme prevádzkovať aj jednosmerné žiarovky a jednosmerné ventilátory.
• Batéria: Na uskladnenie náboja. Použite batériu vhodnej veľkosti na základe požiadavky na zaťaženie.
• Solárny regulátor nabíjania: Na reguláciu prúdu a zabránenie prebíjaniu batérie a elektrickému preťaženiu. Vyberte si solárny regulátor nabíjania s vhodným menovitým prúdom a rozhraním USB.
• Drôty: Na spojenie.
• USB zariadenie: Na testovanie, napríklad mobilný telefón alebo tablet.

Krok 1: Blokový diagram

Nasledujúci diagram znázorňuje zostavu potrebnú na získanie, riadenie a efektívne využitie energie vyrobenej solárnymi panelmi.

Pripojte všetky zariadenia – ako napríklad generačnú jednotku (solárny panel), úložnú jednotku (batériu) a záťaž – k solárnemu regulátoru nabíjania. Tento ovládač bude monitorovať prítokový prúd, výstupný zaťažovací prúd a nabíjacie napätie.

Krok 2: Pripojte solárny panel

Na zvýšenie nabíjacieho prúdu batérie používame solárne dosky (150W) v paralelnej konfigurácii. Môžete použiť menej alebo viac panelov a výkonovú kapacitu podľa požiadavky na zaťaženie. Pre paralelnú kombináciu prepojte kladné svorky všetkých solárnych panelov dohromady pomocou vodiča a urobte to isté pre záporné svorky všetkých panelov. Potom prelepte spoje kladných a záporných vodičov jednotlivo izolačnou páskou.

Krok 3: Pripojte ovládač nabíjania

Pripojte kladný vodič panelu ku kladnému pólu regulátora nabíjania a záporný vodič k zápornému pólu regulátora nabíjania. Náš solárny regulátor nabíjania má na sebe port USB typu A. Regulátor nabíjania má vnútorný regulátor napätia, ktorý konvertuje 12 V DC na 5 V DC, čo mu umožňuje nabíjať zariadenia napájané cez USB. V moduloch USB sa vo všeobecnosti kolíky 1 a 4 používajú ako 5V DC a zem. Pomocou tohto portu USB môžete nabíjať elektronické zariadenia s rozhraním USB, ako sú mobilné telefóny, tablety a inteligentné hodinky.

Solárny regulátor nabíjania zabraňuje prebitiu/prepätiu, ktoré by inak mohlo spôsobiť prehriatie batérie. Prehriatie môže spôsobiť poškodenie životnosti a výkonu batérie zariadenia.

Krok 4: Nainštalujte batériu

Inštalácia batérie zabezpečuje a užitočná záloha napájania v situáciách, keď nie je k dispozícii solárne nabíjanie kvôli zlým poveternostným podmienkam alebo v noci. Na akumuláciu elektrického prúdu používame 12V DC batérie. Tieto batérie sme usporiadali do paralelnej konfigurácie, čo má za následok poskytovanie rovnakého napätia, t.j. 12 V, prostredníctvom tejto paralelnej kombinácie. Paralelná kombinácia však zvyšuje prúdovú kapacitu.

Mali by ste zvoliť kapacitu batérie (jedna jednotka alebo viac) na základe požiadavky na zaťaženie a kapacity nabíjania solárneho panelu. Pripojte rozhranie batérie solárneho regulátora nabíjania ku svorkám batérie pomocou hrubých kovových drôtov.

Krok 5: Dokončite zapojenie

Dbajte na správne a pevné pripojenie všetkých komponentov, aby ste predišli iskreniu. Zakryte aj spoje, aby ste predišli skratu. Na prepojenie použite kvalitný hrubší vodič, pretože znižuje straty vo vodiči. Vo všeobecnosti sa odporúča umiestniť solárne panely, regulátory nabíjania a batérie blízko seba, aby sa tomu zabránilo zdĺhavé elektrické vedenie — to môže viesť k väčším elektrickým stratám a zníženiu účinnosti solárneho systému systém.

Krok 6: Otestujte nabíjačku

Ak chcete tento systém otestovať počas dňa na nabíjanie batérie, stlačte tlačidlo zapnutia na solárnom regulátore nabíjania. Sledujte napätia, ktoré sa zobrazujú na regulátore nabíjania. Sledujte aj pretekajúci prúd pomocou digitálneho multimetra alebo digitálny kliešťový merač.

Všimnete si, že regulátor nabíjania zobrazuje napätie na batérii a solárnom paneli. Regulátor nabíjania zobrazuje aj záťažový prúd pre tento systém, keď je k nemu pripojená jednosmerná záťaž.

Keď 12V batéria dosiahne napätie okolo 14V DC na solárnom regulátore nabíjania, odpojí nabíjanie od solárneho panela, aby bola batéria chránená pred prebitím. Môžete to pozorovať monitorovaním napätia solárneho panela, ktoré môže počas slnečných dní prekročiť 16 V DC.

Potom pripojte zariadenie USB alebo smartfón priamo k solárnemu regulátoru nabíjania pomocou konektora USB typu A. USB port poskytuje 5V DC, ktoré je vnútorne regulované/prevedené z batérie. Keď to urobíte, všimnete si, že sa pripojené zariadenie začína nabíjať. Okrem toho môžete tiež sledovať prúd odoberaný týmto zaťažením.

Navyše tento systém dokáže napájať zariadenia aj inak ako cez USB rozhranie; t.j. 12V rozhranie môžete použiť pre DC žiarovky, DC ventilátory atď. Všetko, čo musíte urobiť, je pripojiť ich k rozhraniu záťaže na regulátore nabíjania. Symbol záťaže (napr. žiarovka) predstavuje toto rozhranie na regulátore nabíjania.

Tento svojpomocný projekt môžete ďalej vylepšiť a vytvoriť malú a ľahkú prenosnú platformu na nabíjanie smartfónov a zariadení napájaných cez USB bez použitia batérie. Fungovať však bude len cez deň.

Výhody solárnej nabíjačky

Toto solárne napájané usporiadanie vám môže pomôcť zlepšiť prenosnosť vášho zariadenia a znížiť závislosť od konvenčných systémov distribúcie elektrickej energie. Solárne nabíjanie tiež zlepšuje účinnosť tým, že predchádza stratám, ktoré vznikajú počas konverzie AC-na-DC v konvenčných systémoch. V solárnych systémoch sa týmto stratám môžete vyhnúť, pretože celé skladovanie/nabíjanie prebieha v jednosmernom prúde; môže však vyžadovať konverziu smerom nahor alebo reguláciu napätia.

Využitím slnečnej energie vo vašej domácnosti môžete výrazne znížiť náklady na elektrinu. Existuje množstvo ďalších projektov so solárnym pohonom, ktoré si môžete postaviť sami, ako napríklad solárne pouličné osvetlenie, solárne ohrievače bazénov, solárne reproduktory Bluetooth atď.