Solární energie je považována za skutečně obnovitelný a ekologicky šetrný zdroj energie dostupný na Zemi. V dnešní době lidé využívají tento zdroj na maximum, což je zvláště důležité v odlehlých oblastech, kde je elektrický přenos omezený. Je zvláště vhodný pro oblasti s dlouhodobým slunečním zářením během dne, protože může výrazně snížit účty za elektřinu.
Ukážeme vám, jak si sami sestavit systém pro nabíjení stejnosměrných elektronických zařízení napájených přes USB pomocí solární energie. Naším cílem je vysvětlit a demonstrovat koncept pomocí minimálních součástí a jednoduchého designu.
Table of Contents
Pochopení solární energie
Solární energie je přeměna energie ze slunečního záření na využitelný a účinný zdroj energie. Solární panely a generátory se používají k přeměně světelné energie na elektrickou energii. Solární panely se liší velikostí, od několika čtverečních palců až po velké panely používané na obytných střechách. Můžete také propojit větší panely napříč velkými poli a vyrábět elektrickou energii pro použití v komerčním měřítku.
Existuje několik způsobů, jak využít sluneční energii. Nejběžnější je solární fotovoltaický (PV) systém, který přeměňuje sluneční paprsky na elektrický proud. Kromě využití fotovoltaického systému k výrobě elektrického proudu lidé využívají také solární tepelnou energii nebo koncentrovanou solární energii k ohřevu vnitřních prostor nebo tekutin. Můžete také nainstalovat solární systémy pro ohřev vody.
Výběr správných komponent
Naším hlavním cílem je využívat solární energii ze slunečního světla k získání proudu potřebného k nabíjení zařízení napájených přes USB. Budete také potřebovat baterii pro nabití v případě špatného počasí a při západu slunce. Kromě toho baterie také zajišťuje nepřetržitý přívod specifického proudu potřebného pro nabíjení elektronických zařízení.
Pro tento DIY projekt budete potřebovat následující komponenty:
- Solární panel: Pro generování stejnosměrného proudu při vystavení slunečnímu záření. Vyberte panel vhodné velikosti podle požadavků na zatížení. Používáme 150W solární panely — s touto kapacitou můžeme provozovat i DC žárovky a DC ventilátory.
- Baterie: Pro skladování nabití. Použijte baterii vhodné velikosti podle požadavků na zatížení.
- Solární regulátor nabíjení: Pro regulaci proudu a zabránění přebití baterie a elektrickému přetížení. Vyberte solární regulátor nabíjení s vhodným jmenovitým proudem a rozhraním USB.
- Vodiče: Pro připojení.
- Zařízení USB: Pro testování, například mobilní telefon nebo tablet.
Krok 1: Blokové schéma
Následující diagram ukazuje sestavu potřebnou k získání, řízení a efektivnímu využití energie vyrobené solárními panely.
Připojte všechna zařízení – jako je generační jednotka (solární panel), úložná jednotka (baterie) a zátěž – k regulátoru solárního nabíjení. Tento regulátor bude monitorovat vstupní proud, výstupní proud zátěže a nabíjecí napětí.
Krok 2: Připojte solární panel
Pro zvýšení nabíjecího proudu baterie používáme solární desky (150W) v paralelní konfiguraci. Můžete použít méně nebo více panelů a kapacitu napájení podle požadavků na zatížení. Pro paralelní kombinaci propojte kladné svorky všech solárních panelů dohromady pomocí vodiče a proveďte totéž pro záporné svorky všech panelů. Potom spoje kladných a záporných vodičů jednotlivě přelepte izolační páskou.
Krok 3: Připojte ovladač nabíjení
Připojte kladný vodič panelu ke kladné svorce regulátoru nabíjení a záporný vodič k záporné svorce regulátoru nabíjení. Náš solární regulátor nabíjení má na sobě port USB typu A. Regulátor nabíjení má vnitřní regulátor napětí, který převádí 12V DC na 5V DC, což umožňuje nabíjet zařízení napájená přes USB. V modulech USB se obecně kolíky 1 a 4 používají jako 5V DC a zem. Pomocí tohoto portu USB můžete nabíjet elektronická zařízení s rozhraním USB, jako jsou mobilní telefony, tablety a chytré hodinky.
Solární regulátor nabíjení zabraňuje přebití/přepětí, které by jinak mohlo způsobit zahřátí baterie. Přehřátí může způsobit poškození životnosti a výkonu baterie zařízení.
Krok 4: Nainstalujte baterii
Instalace baterie zajišťuje užitečnou zálohu energie v situacích, kdy je solární nabíjení nedostupné kvůli špatným povětrnostním podmínkám nebo v noci. Pro akumulaci elektrického proudu používáme 12V DC baterie. Tyto baterie jsme uspořádali do paralelní konfigurace, což má za následek poskytnutí stejného napětí, tj. 12V, prostřednictvím této paralelní kombinace. Paralelní kombinace však zvyšuje proudovou kapacitu.
Měli byste zvolit kapacitu baterie (jedna jednotka nebo více) na základě požadavku na zatížení a nabíjecí kapacity solárního panelu. Připojte rozhraní baterie solárního regulátoru nabíjení ke svorkám baterie pomocí silných kovových drátů.
Krok 5: Dokončete zapojení
Ujistěte se, že jsou všechny součásti připojeny správně a pevně, aby nedošlo k jiskření. Zakryjte také spoje, aby nedošlo ke zkratu. Pro propojení použijte kvalitní silnější drát, který snižuje ztráty vodičů. Obecně se doporučuje umístit solární panely, regulátory nabíjení a baterie blízko sebe, aby se předešlo zdlouhavému elektrickému vedení – to může mít za následek větší elektrické ztráty a nižší účinnost solárního systému.
Krok 6: Otestujte nabíječku
Chcete-li tento systém během dne otestovat na nabíjení baterie, stiskněte tlačítko zapnutí na solárním regulátoru nabíjení. Sledujte napětí, která se objeví na regulátoru nabíjení. Také sledujte protékající proud pomocí digitálního multimetru nebo digitálního klešťového měřiče.
Všimnete si, že regulátor nabíjení zobrazuje napětí na baterii a solárním panelu. Regulátor nabíjení také ukazuje zátěžový proud pro tento systém, když je k němu připojena stejnosměrná zátěž.
Když 12V baterie dosáhne na solárním regulátoru nabíjení napětí přibližně 14V DC, odpojí nabíjení od solárního panelu, aby byla baterie chráněna před přebitím. Můžete to pozorovat sledováním napětí solárního panelu, které může za slunečných dnů překročit 16V DC.
Poté připojte zařízení USB nebo smartphone přímo k regulátoru solárního nabíjení pomocí konektoru USB typu A. Port USB poskytuje 5V DC, které je vnitřně regulováno/převáděno z baterie. Když to uděláte, všimnete si, že se připojené zařízení začíná nabíjet. Navíc můžete také sledovat proud odebíraný touto zátěží.
Kromě toho může tento systém napájet zařízení i jinak než přes rozhraní USB; tj. můžete použít 12V rozhraní pro stejnosměrné žárovky, stejnosměrné ventilátory atd. Vše, co musíte udělat, je připojit je k zátěžovému rozhraní na regulátoru nabíjení. Symbol zátěže (např. žárovka) představuje toto rozhraní na regulátoru nabíjení.
Tento DIY projekt můžete dále vylepšit a vytvořit malou a lehkou přenosnou platformu pro nabíjení chytrých telefonů a zařízení napájených přes USB bez použití baterie. Bude však fungovat pouze ve dne.
Výhody solární nabíječky
Toto solárně napájené uspořádání vám může pomoci zlepšit přenositelnost vašeho zařízení a snížit závislost na konvenčních systémech distribuce elektrické energie. Solární nabíjení také zlepšuje účinnost tím, že zabraňuje ztrátám vznikajícím během konverze AC-na-DC v konvenčních systémech. U solárně napájených systémů se těmto ztrátám můžete vyhnout, protože veškeré skladování/nabíjení probíhá ve stejnosměrném proudu; může však vyžadovat konverzi směrem nahoru nebo regulaci napětí.
Využitím solární energie ve vaší domácnosti můžete výrazně snížit náklady na elektřinu. Existuje spousta dalších solárně napájených projektů, které si můžete sami postavit, jako je solární pouliční osvětlení, solární ohřívače bazénů, solární Bluetooth reproduktory atd.