Πώς να φτιάξετε τον δικό σας φορτιστή USB με ηλιακή ενέργεια

Η ηλιακή ενέργεια θεωρείται ως μια πραγματικά ανανεώσιμη και φιλική προς το περιβάλλον μορφή ενεργειακού πόρου που διατίθεται στη Γη. Σήμερα, οι άνθρωποι αξιοποιούν στο έπακρο αυτόν τον πόρο, ο οποίος είναι ιδιαίτερα σημαντικός σε απομακρυσμένες περιοχές όπου η ηλεκτρική μετάδοση είναι περιορισμένη. Είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για περιοχές με παρατεταμένη έκθεση στον ήλιο κατά τη διάρκεια της ημέρας, καθώς μπορεί να μειώσει σημαντικά τους λογαριασμούς ρεύματος.

Θα σας δείξουμε πώς να δημιουργήσετε ένα σύστημα DIY για τη φόρτιση ηλεκτρονικών συσκευών DC που τροφοδοτούνται από USB χρησιμοποιώντας ηλιακή ενέργεια. Στόχος μας είναι να εξηγήσουμε και να επιδείξουμε την ιδέα χρησιμοποιώντας ελάχιστα στοιχεία και απλό σχεδιασμό.

Κατανόηση της ηλιακής ενέργειας

Ηλιακή ενέργεια είναι η μετατροπή της ενέργειας από το ηλιακό φως σε μια αξιοποιήσιμη και αποδοτική πηγή ενέργειας. Ηλιακά πάνελ και γεννήτριες

χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή της φωτεινής ενέργειας σε ηλεκτρική. Τα ηλιακά πάνελ ποικίλλουν σε μέγεθος, που κυμαίνονται από μερικές τετραγωνικές ίντσες έως μεγάλα που χρησιμοποιούνται σε στέγες κατοικιών. Μπορείτε επίσης να διασυνδέσετε μεγαλύτερα πάνελ σε μεγάλα πεδία για να παράγετε ηλεκτρική ενέργεια για χρήση σε εμπορική κλίμακα.

Υπάρχουν πολλοί τρόποι αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας. Το πιο συνηθισμένο είναι ένα ηλιακό φωτοβολταϊκό σύστημα (PV) που μετατρέπει τις ακτίνες του ήλιου σε ηλεκτρικό ρεύμα. Εκτός από τη χρήση φωτοβολταϊκού συστήματος για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος, οι άνθρωποι χρησιμοποιούν επίσης ηλιακή θερμική ενέργεια ή συγκεντρώνουν την ηλιακή ενέργεια για τη θέρμανση εσωτερικών χώρων ή υγρών. Μπορείτε επίσης να εγκαταστήσετε ηλιακά συστήματα ζεστού νερού.

Επιλέγοντας τα σωστά εξαρτήματα

Ο κύριος στόχος μας είναι να χρησιμοποιήσουμε την ηλιακή ενέργεια από το φως του ήλιου προκειμένου να λάβουμε το ρεύμα που απαιτείται για τη φόρτιση συσκευών που τροφοδοτούνται με USB. Θα χρειαστείτε επίσης μια μπαταρία για αποθήκευση φόρτισης σε περίπτωση κακοκαιρίας και κατά τη διάρκεια του ηλιοβασιλέματος. Επιπλέον, η μπαταρία εξασφαλίζει επίσης συνεχή παροχή του συγκεκριμένου ρεύματος που απαιτείται για τη φόρτιση ηλεκτρονικών συσκευών.

Για αυτό το έργο DIY, θα χρειαστείτε τα ακόλουθα στοιχεία:

• Ηλιακά πάνελ: Για παραγωγή συνεχούς ρεύματος κατά την έκθεση στο ηλιακό φως. Επιλέξτε το κατάλληλο πλαίσιο μεγέθους ανάλογα με την απαίτηση φορτίου. Χρησιμοποιούμε ηλιακούς συλλέκτες 150 W—με αυτή τη χωρητικότητα, μπορούμε να λειτουργήσουμε ακόμη και λαμπτήρες DC και ανεμιστήρες DC.
• Μπαταρία: Για αποθήκευση φόρτισης. Χρησιμοποιήστε μπαταρία κατάλληλου μεγέθους με βάση την απαίτηση φορτίου.
• Ελεγκτής ηλιακής φόρτισης: Για να ρυθμίσετε το ρεύμα και να αποτρέψετε την υπερφόρτιση της μπαταρίας και την ηλεκτρική υπερφόρτωση. Επιλέξτε έναν ελεγκτή ηλιακής φόρτισης με κατάλληλη βαθμολογία ρεύματος και διεπαφή USB.
• Σύρματα: Για σύνδεση.
• Συσκευή USB: Για δοκιμές, όπως κινητό τηλέφωνο ή tablet.

Βήμα 1: Μπλοκ διάγραμμα

Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει τη συναρμολόγηση που απαιτείται για την απόκτηση, τον έλεγχο και την αποτελεσματική χρήση της ισχύος που παράγεται από τα ηλιακά πάνελ.

Συνδέστε όλες τις συσκευές—όπως τη μονάδα παραγωγής (ηλιακό πάνελ), τη μονάδα αποθήκευσης (μπαταρία) και το φορτίο—στον ελεγκτή φόρτισης ηλιακής ενέργειας. Αυτός ο ελεγκτής θα παρακολουθεί το ρεύμα εισροής, το ρεύμα φορτίου εξόδου και την τάση φόρτισης.

Βήμα 2: Συνδέστε το ηλιακό πάνελ

Χρησιμοποιούμε ηλιακές πλάκες (150W) σε παράλληλη διαμόρφωση για να αυξήσουμε το ρεύμα φόρτισης της μπαταρίας. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε λιγότερα ή περισσότερα πάνελ και χωρητικότητα ισχύος ανάλογα με την απαίτηση φορτίου. Για τον παράλληλο συνδυασμό, συνδέστε τους θετικούς ακροδέκτες όλων των ηλιακών συλλεκτών μαζί μέσω ενός καλωδίου και κάντε το ίδιο για τους αρνητικούς ακροδέκτες όλων των πλαισίων. Στη συνέχεια, καλύψτε τις ενώσεις των θετικών και αρνητικών καλωδίων ξεχωριστά με μονωτική ταινία.

Βήμα 3: Συνδέστε τον ελεγκτή φόρτισης

Συνδέστε το θετικό καλώδιο του πίνακα στον θετικό ακροδέκτη του ελεγκτή φόρτισης και το αρνητικό καλώδιο στον αρνητικό ακροδέκτη του ελεγκτή φόρτισης. Ο ηλιακός μας ελεγκτής φόρτισης διαθέτει θύρα USB Type-A. Ο ελεγκτής φόρτισης διαθέτει έναν εσωτερικό ρυθμιστή τάσης που μετατρέπει τα 12V DC σε 5V DC, επιτρέποντάς του να φορτίζει συσκευές που τροφοδοτούνται από USB. Στις μονάδες USB, γενικά οι ακίδες 1 και 4 χρησιμοποιούνται ως 5V DC και γείωση αντίστοιχα. Χρησιμοποιώντας αυτήν τη θύρα USB, μπορείτε να φορτίσετε ηλεκτρονικές συσκευές με διεπαφές USB, όπως κινητά τηλέφωνα, tablet και smartwatches.

Ο ελεγκτής ηλιακής φόρτισης αποτρέπει την υπερφόρτιση/υπέρταση που διαφορετικά θα μπορούσε να προκαλέσει τη θέρμανση της μπαταρίας. Η υπερθέρμανση μπορεί να προκαλέσει ζημιά στη διάρκεια ζωής και στην απόδοση της μπαταρίας της συσκευής.

Βήμα 4: Τοποθετήστε την μπαταρία

Η τοποθέτηση μπαταρίας διασφαλίζει α χρήσιμο εφεδρικό ρεύμα σε περιπτώσεις όπου η ηλιακή φόρτιση δεν είναι διαθέσιμη λόγω κακών καιρικών συνθηκών ή τη νύχτα. Χρησιμοποιούμε μπαταρίες 12V DC για την αποθήκευση ηλεκτρικού ρεύματος. Τακτοποιήσαμε αυτές τις μπαταρίες σε μια παράλληλη διαμόρφωση που έχει ως αποτέλεσμα την παροχή της ίδιας τάσης, δηλαδή 12 V, μέσω αυτού του παράλληλου συνδυασμού. Ωστόσο, ένας παράλληλος συνδυασμός αυξάνει την τρέχουσα χωρητικότητα.

Θα πρέπει να επιλέξετε τη χωρητικότητα της μπαταρίας (μία μονάδα ή πολλαπλή) με βάση την απαίτηση φορτίου και την ικανότητα φόρτισης του ηλιακού πάνελ. Συνδέστε τη διεπαφή μπαταρίας του ελεγκτή φόρτισης ηλιακής ενέργειας στους ακροδέκτες της μπαταρίας χρησιμοποιώντας χοντρά μεταλλικά καλώδια.

Βήμα 5: Ολοκληρώστε την καλωδίωση

Βεβαιωθείτε ότι έχετε συνδέσει όλα τα εξαρτήματα σωστά και σφιχτά για να αποφύγετε τους σπινθήρες. Επίσης, καλύψτε τις αρθρώσεις για να αποφύγετε βραχυκύκλωμα. Χρησιμοποιήστε παχύτερο καλώδιο καλής ποιότητας για διασύνδεση, καθώς μειώνει τις απώλειες αγωγού. Συνιστάται γενικά να τοποθετείτε ηλιακούς συλλέκτες, ελεγκτές φόρτισης και μπαταρίες το ένα κοντά στο άλλο για αποφυγή μακρά ηλεκτρική καλωδίωση—η τελευταία μπορεί να οδηγήσει σε μεγαλύτερη ηλεκτρική απώλεια και να μειώσει την απόδοση της ηλιακής Σύστημα.

Βήμα 6: Δοκιμάστε τον φορτιστή

Για να ελέγξετε αυτό το σύστημα κατά τη διάρκεια της ημέρας για φόρτιση μπαταρίας, πατήστε το κουμπί ενεργοποίησης στον ελεγκτή φόρτισης ηλιακής ενέργειας. Παρατηρήστε τις τάσεις που εμφανίζονται στον ελεγκτή φόρτισης. Παρακολουθήστε επίσης το ρεύμα που ρέει χρησιμοποιώντας ψηφιακό πολύμετρο ή ψηφιακό μετρητή σφιγκτήρα.

Θα παρατηρήσετε ότι ο ελεγκτής φόρτισης εμφανίζει την τάση στην μπαταρία και στον ηλιακό πίνακα. Ο ελεγκτής φόρτισης δείχνει επίσης το ρεύμα φορτίου για αυτό το σύστημα, όταν είναι συνδεδεμένο φορτίο DC σε αυτό.

Όταν η μπαταρία 12V επιτυγχάνει τάση περίπου 14V DC στον ελεγκτή ηλιακής φόρτισης, αποσυνδέει τη φόρτιση από το ηλιακό πάνελ, για να προστατεύσει την μπαταρία από υπερφόρτιση. Μπορείτε να το παρατηρήσετε παρακολουθώντας την τάση του ηλιακού πάνελ, η οποία μπορεί να υπερβαίνει τα 16 V DC τις ηλιόλουστες μέρες.

Στη συνέχεια, συνδέστε μια συσκευή USB ή ένα smartphone απευθείας στον ελεγκτή φόρτισης ηλιακής ενέργειας χρησιμοποιώντας μια υποδοχή USB Type A. Η θύρα USB παρέχει 5V DC, το οποίο ρυθμίζεται εσωτερικά/μετατρέπεται από την μπαταρία. Καθώς το κάνετε αυτό, θα παρατηρήσετε ότι η συνδεδεμένη συσκευή αρχίζει να φορτίζει. Επιπλέον, μπορείτε επίσης να παρατηρήσετε το ρεύμα που τραβιέται από αυτό το φορτίο.

Επιπλέον, αυτό το σύστημα μπορεί να τροφοδοτήσει άλλες συσκευές εκτός από μια διασύνδεση USB. δηλαδή μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τη διασύνδεση 12V για λαμπτήρες DC, ανεμιστήρες DC κ.λπ. Το μόνο που χρειάζεται να κάνετε είναι να τα συνδέσετε στη διεπαφή φορτίου στον ελεγκτή φόρτισης. Το σύμβολο φορτίου (π.χ. ένας λαμπτήρας) αντιπροσωπεύει αυτή τη διεπαφή στον ελεγκτή φόρτισης.

Μπορείτε να βελτιώσετε περαιτέρω αυτό το έργο DIY για να φτιάξετε μια μικρή και ελαφριά φορητή πλατφόρμα που θα χρησιμοποιείται για τη φόρτιση smartphone και συσκευών που τροφοδοτούνται από USB χωρίς τη χρήση μπαταρίας. Ωστόσο, θα λειτουργήσει μόνο κατά τη διάρκεια της ημέρας.

Τα οφέλη ενός ηλιακού φορτιστή

Αυτή η διάταξη με ηλιακή ενέργεια μπορεί να σας βοηθήσει να βελτιώσετε τη φορητότητα της συσκευής σας και να μειώσετε την εξάρτηση από τα συμβατικά συστήματα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Η ηλιακή φόρτιση βελτιώνει επίσης την απόδοση αποφεύγοντας απώλειες που προκύπτουν κατά τη μετατροπή AC σε DC σε συμβατικά συστήματα. Σε συστήματα που λειτουργούν με ηλιακή ενέργεια, μπορείτε να αποφύγετε αυτές τις απώλειες, καθώς όλη η αποθήκευση/φόρτιση πραγματοποιείται σε συνεχές ρεύμα. Ωστόσο, μπορεί να απαιτεί ανοδική μετατροπή ή ρύθμιση τάσης.

Χρησιμοποιώντας την ηλιακή ενέργεια στο σπίτι σας, μπορείτε να μειώσετε σημαντικά τα έξοδα ηλεκτρικής ενέργειας. Υπάρχουν πολλά άλλα έργα ηλιακής ενέργειας που μπορείτε να κατασκευάσετε μόνοι σας, όπως φωτιστικό δρόμου με ηλιακή ενέργεια, θερμάστρες πισίνας με ηλιακή ενέργεια, ηχεία Bluetooth με ηλιακή ενέργεια κ.λπ.