Как да създадете свое собствено USB зарядно устройство със слънчева енергия

Слънчевата енергия се счита за наистина възобновяема и екологична форма на енергиен ресурс, наличен на Земята. В наши дни хората се възползват максимално от този ресурс, който е особено важен в отдалечени райони, където електропреносът е ограничен. Особено подходящ е за райони с продължително излагане на слънце през деня, тъй като може значително да намали сметките за ток.

Ще ви покажем как да изградите система „Направи си сам“ за зареждане на електронни устройства с постоянен ток, захранвани от USB, използвайки слънчева енергия. Ние се стремим да обясним и демонстрираме концепцията, като използваме минимални компоненти и прост дизайн.

Разбиране на слънчевата енергия

Слънчевата енергия е преобразуването на енергията от слънчевата светлина в използваем и ефективен източник на енергия. Слънчеви панели и генератори се използват за преобразуване на светлинната енергия в електрическа. Слънчевите панели варират по размер, вариращи от няколко квадратни инча до големи, използвани на жилищни покриви. Можете също така да свържете по-големи панели през големи полета, за да генерирате електрическа енергия за използване в търговски мащаб.

Има много начини за използване на слънчевата енергия. Най-често срещаната е слънчева фотоволтаична (PV) система, която преобразува слънчевите лъчи в електрически ток. Освен използването на фотоволтаична система за генериране на електрически ток, хората също използват слънчева топлинна енергия или концентрирана слънчева енергия за отопление на вътрешни пространства или течности. Можете също така да инсталирате слънчеви системи за топла вода.

Избор на правилните компоненти

Нашата основна цел е да използваме слънчевата енергия от слънчевата светлина, за да получим тока, необходим за зареждане на устройства, захранвани от USB. Ще ви е необходима и батерия за съхранение на заряд в случай на лошо време и по време на залез. Освен това батерията осигурява непрекъснато захранване със специфичния ток, необходим за зареждане на електронни устройства.

За този проект „Направи си сам“ ще ви трябват следните компоненти:

• Слънчев панел: За генериране на постоянен ток при излагане на слънчева светлина. Изберете панел с подходящ размер според изискването за натоварване. Ние използваме слънчеви панели от 150 W—с този капацитет можем да работим дори с DC крушки и DC вентилатори.
• Батерия: За съхранение на заряд. Използвайте батерия с подходящ размер според изискването за натоварване.
• Слънчев контролер за зареждане: За регулиране на тока и предотвратяване на презареждане на батерията и електрическо претоварване. Изберете соларен контролер за зареждане с подходящ ток и USB интерфейс.
• Проводници: За връзка.
• USB устройство: За тестване, като мобилен телефон или таблет.

Стъпка 1: Блокова диаграма

Следващата диаграма показва монтажа, необходим за получаване, контрол и ефективно използване на енергията, произведена от слънчеви панели.

Свържете всички устройства - като генераторен модул (соларен панел), модул за съхранение (батерия) и товар - към соларния контролер за зареждане. Този контролер ще следи входящия ток, изходния ток на натоварване и напрежението на зареждане.

Стъпка 2: Свържете слънчевия панел

Ние използваме соларни плочи (150W) в паралелна конфигурация за увеличаване на зарядния ток на батерията. Можете да използвате по-малко или повече панели и мощност според изискванията за натоварване. За паралелната комбинация свържете положителните клеми на всички слънчеви панели заедно чрез проводник и направете същото за отрицателните клеми на всички панели. След това покрийте фугите на положителния и отрицателния проводник поотделно с изолационна лента.

Стъпка 3: Прикрепете контролера за зареждане

Свържете положителния проводник на панела към положителния извод на контролера за зареждане и отрицателния проводник към отрицателния извод на контролера за зареждане. Нашият соларен контролер за зареждане има USB порт тип A. Контролерът за зареждане има вътрешен регулатор на напрежението, който преобразува 12V DC в 5V DC, което му позволява да зарежда устройства, захранвани от USB. В USB модулите обикновено щифтове 1 и 4 се използват съответно като 5V DC и маса. Използвайки този USB порт, можете да зареждате електронни устройства с USB интерфейси като мобилни телефони, таблети и смарт часовници.

Слънчевият контролер за зареждане предотвратява презареждане/пренапрежение, което в противен случай може да доведе до нагряване на батерията. Прегряването може да навреди на живота и работата на батерията на устройството.

Стъпка 4: Инсталирайте батерията

Инсталирането на батерия гарантира a полезно резервно захранване в ситуации, когато слънчевото зареждане не е налично поради лоши метеорологични условия или през нощта. Ние използваме 12V DC батерии за съхранение на електрически ток. Ние подредихме тези батерии в паралелна конфигурация, което води до осигуряване на същото напрежение, т.е. 12 V, чрез тази паралелна комбинация. Паралелната комбинация обаче увеличава текущия капацитет.

Трябва да изберете капацитета на батерията (една единица или няколко) въз основа на изискването за натоварване и капацитета за зареждане на слънчевия панел. Свържете интерфейса на батерията на соларния контролер за зареждане към клемите на батерията, като използвате дебели метални проводници.

Стъпка 5: Финализирайте окабеляването

Уверете се, че сте свързали всички компоненти правилно и плътно, за да избегнете искри. Освен това покрийте ставите, за да избегнете късо съединение. Използвайте по-дебел проводник с добро качество за взаимно свързване, тъй като той намалява загубите в проводника. Обикновено се препоръчва да се поставят слънчеви панели, контролери за зареждане и батерии близо една до друга, за да се избегне дълго електрическо окабеляване—последното може да доведе до по-големи електрически загуби и по-ниска ефективност на слънчевата енергия система.

Стъпка 6: Тествайте зарядното устройство

За да тествате тази система през деня за зареждане на батерията, натиснете бутона за включване на соларния контролер за зареждане. Наблюдавайте напреженията, които се показват на контролера за зареждане. Също така наблюдавайте протичащия ток с помощта на цифров мултицет или цифров клещ метър.

Ще забележите, че контролерът за зареждане показва напрежението на батерията и соларния панел. Контролерът за зареждане също показва тока на натоварване за тази система, когато към нея е свързан DC товар.

Когато 12V батерия достигне напрежение от около 14V DC на соларния контролер за зареждане, той прекъсва зареждането от слънчевия панел, за да предпази батерията от презареждане. Можете да наблюдавате това, като наблюдавате напрежението на слънчевия панел, което може да надхвърли 16 V DC в слънчеви дни.

След това свържете USB устройство или смартфон директно към соларния контролер за зареждане с помощта на USB конектор тип A. USB портът осигурява 5V DC, който се регулира вътрешно/понижава от батерията. Докато правите това, ще забележите, че свързаното устройство започва да се зарежда. Освен това можете също да наблюдавате тока, консумиран от това натоварване.

В допълнение, тази система може да захранва устройства, различни от USB интерфейс; т.е. можете да използвате 12V интерфейс за DC крушки, DC вентилатори и т.н. Всичко, което трябва да направите, е да ги свържете към интерфейса за натоварване на контролера за зареждане. Символът за натоварване (напр. крушка) представлява този интерфейс на контролера за зареждане.

Можете допълнително да подобрите този проект „Направи си сам“, за да направите малка и лека преносима платформа, която да използвате за зареждане на смартфони и устройства, захранвани от USB, без да използвате батерия. Той обаче ще работи само през деня.

Предимствата на слънчевото зарядно устройство

Това устройство, захранвано от слънчева енергия, може да ви помогне да подобрите преносимостта на вашето устройство и да намалите зависимостта от конвенционалните системи за разпределение на електричество. Слънчевото зареждане също така подобрява ефективността, като избягва загубите, възникнали по време на преобразуването AC-to-DC в конвенционалните системи. В системите със слънчево захранване можете да избегнете тези загуби, тъй като цялото съхранение/зареждане се извършва в DC; въпреки това може да изисква преобразуване нагоре или регулиране на напрежението.

Използвайки слънчевата енергия във вашия дом, можете значително да намалите разходите си за електроенергия. Има много други проекти, захранвани със слънчева енергия, които можете да изградите сами, като улично осветление със слънчева енергия, нагреватели за басейн със слънчева енергия, Bluetooth високоговорители със слънчева енергия и т.н.