Hur man bygger din egen solcellsdrivna USB-laddare

Solenergi betraktas som en genuint förnybar och miljövänlig form av energiresurs som finns på jorden. Nuförtiden får människor ut det mesta av denna resurs, vilket är särskilt viktigt i avlägsna områden där elektrisk överföring är begränsad. Det är särskilt lämpligt för regioner med långvarig solexponering under dagtid, eftersom det kan minska elräkningen avsevärt.

Vi visar dig hur du bygger ett gör-det-själv-system för att ladda USB-drivna elektroniska likströmsenheter med hjälp av solenergi. Vi strävar efter att förklara och demonstrera konceptet med minimala komponenter och en enkel design.

Förstå solenergi

Solkraft är omvandlingen av energi från solljuset till en användbar och effektiv kraftkälla. Solpaneler och generatorer används för att omvandla ljusenergi till elektrisk energi. Solpaneler varierar i storlek, allt från några kvadrattum till stora som används på hustak. Du kan också koppla ihop större paneler över stora fält för att generera elektrisk energi för användning i kommersiell skala.

Det finns flera sätt att utnyttja solenergi. Det vanligaste är ett solcellssystem (PV) som omvandlar solens strålar till elektrisk ström. Förutom att använda ett solcellssystem för att generera elektrisk ström, använder människor också solvärmeenergi eller koncentrerar solenergi för att värma inomhusutrymmen eller vätskor. Du kan även installera solvarmvattensystem.

Välja rätt komponenter

Vårt huvudmål är att använda solenergi från solljus för att få den ström som krävs för att ladda USB-drivna enheter. Du kommer också att behöva ett batteri för att lagra laddningen vid dåligt väder och under solnedgången. Dessutom säkerställer batteriet en kontinuerlig tillförsel av den specifika ström som krävs för att ladda elektroniska enheter.

För detta gör-det-själv-projekt behöver du följande komponenter:

• Solpanel: För generering av likström vid exponering för solljus. Välj lämplig panelstorlek enligt belastningskrav. Vi använder 150W solpaneler – med denna kapacitet kan vi driva även DC-lampor och DC-fläktar.
• Batteri: För laddningsförvaring. Använd ett batteri av lämplig storlek baserat på belastningskravet.
• Solar laddningsregulator: För att reglera strömmen och förhindra att batteriet överladdning och elektrisk överbelastning. Välj en solcellsladdningsregulator med lämplig strömstyrka och USB-gränssnitt.
• Ledningar: För anslutning.
• USB-enhet: För testning, till exempel en mobiltelefon eller surfplatta.

Steg 1: Blockdiagram

Följande diagram visar den montering som krävs för att erhålla, kontrollera och effektivt utnyttja den kraft som produceras av solpaneler.

Anslut alla enheter – som genereringsenheten (solpanel), lagringsenhet (batteri) och belastning – till solcellsladdningsregulatorn. Denna styrenhet kommer att övervaka inflödesströmmen, utgångsbelastningsströmmen och laddningsspänningen.

Steg 2: Anslut solpanelen

Vi använder solpaneler (150W) i en parallell konfiguration för att öka batteriets laddningsström. Du kan använda färre eller fler paneler och effektkapacitet enligt belastningskrav. För den parallella kombinationen, anslut de positiva terminalerna på alla solpaneler tillsammans genom en tråd och gör samma sak för de negativa terminalerna på alla panelerna. Täck sedan skarvarna av positiva och negativa ledningar individuellt med isoleringstejp.

Steg 3: Fäst Charge Controller

Anslut panelens positiva ledning till laddningsregulatorns positiva pol och den negativa ledningen till laddningsregulatorns minuspol. Vår laddningskontroll för solenergi har en USB Type-A-port. Laddningsregulatorn har en intern spänningsregulator som omvandlar 12V DC till 5V DC, vilket gör att den kan ladda USB-drivna enheter. I USB-moduler används vanligtvis stift 1 och 4 som 5V DC respektive jord. Med denna USB-port kan du ladda elektroniska enheter med USB-gränssnitt som mobiltelefoner, surfplattor och smartklockor.

Solcellsladdningsregulatorn förhindrar överladdning/överspänning som annars skulle kunna göra att batteriet värms upp. Överhettning kan orsaka skada på enhetens batterilivslängd och prestanda.

Steg 4: Installera batteriet

Att installera ett batteri säkerställer en användbar strömbackup i situationer där solcellsladdning inte är tillgänglig på grund av dåliga väderförhållanden eller på natten. Vi använder 12V DC-batterier för att lagra elektrisk ström. Vi arrangerade dessa batterier i en parallell konfiguration vilket resulterar i tillhandahållandet av samma spänning, dvs 12V, genom denna parallella kombination. En parallell kombination ökar dock strömkapaciteten.

Du bör välja batterikapacitet (en enhet eller flera) baserat på belastningskravet och solpanelens laddningskapacitet. Anslut batterigränssnittet på solarladdningsregulatorn till batteripolerna med tjocka metalltrådar.

Steg 5: Slutför kabeldragningen

Se till att ansluta alla komponenter korrekt och tätt för att undvika gnistor. Täck också över lederna för att undvika kortslutning. Använd tjockare tråd av god kvalitet för sammankoppling eftersom det minskar ledarförlusterna. Det rekommenderas generellt att placera solpaneler, laddningskontroller och batterier nära varandra för att undvika långa elektriska ledningar - det senare kan resultera i större elektriska förluster och sänka solenergins effektivitet systemet.

Steg 6: Testa laddaren

För att testa detta system under dagtid för batteriladdning, tryck på på-knappen på solcellsladdningsregulatorn. Observera spänningarna som visas på laddningsregulatorn. Övervaka också strömmen som flyter med hjälp av en digital multimeter eller digital klämmätare.

Du kommer att se att laddningsregulatorn visar spänningen på batteriet och solpanelen. Laddningsregulatorn visar även lastströmmen för detta system, när en DC-last är ansluten till den.

När 12V-batteriet uppnår en spänning på cirka 14V DC på solcellsladdningsregulatorn, kopplar det bort laddningen från solpanelen, för att skydda batteriet från överladdning. Du kan observera detta genom att övervaka solpanelens spänning, som kan överstiga 16V DC under soliga dagar.

Anslut sedan en USB-enhet eller smartphone direkt till solcellsladdningskontrollen med en USB Typ A-kontakt. USB-porten ger 5V DC, som är internt reglerad/nedkonverterad från batteriet. När du gör detta kommer du att märka att den anslutna enheten börjar laddas. Dessutom kan du också observera strömmen som dras av denna belastning.

Dessutom kan detta system driva andra enheter än via ett USB-gränssnitt; d.v.s. du kan använda 12V-gränssnittet för DC-lampor, DC-fläktar etc. Allt du behöver göra är att ansluta dessa till laddningsgränssnittet på laddregulatorn. Lastsymbolen (t.ex. en glödlampa) representerar detta gränssnitt på laddningsregulatorn.

Du kan ytterligare förbättra detta gör-det-själv-projekt för att göra en liten och lätt bärbar plattform att använda för att ladda smartphones och USB-drivna enheter utan att använda ett batteri. Det kommer dock bara att fungera under dagen.

Fördelarna med en solladdare

Detta solcellsdrivna arrangemang kan hjälpa dig att förbättra din enhets portabilitet och minska beroendet av konventionella eldistributionssystem. Solarladdning förbättrar också effektiviteten genom att undvika förluster som uppstår under AC-till-DC-konverteringen i konventionella system. I solcellsdrivna system kan du undvika dessa förluster då all lagring/laddning sker i DC; det kan dock kräva uppkonvertering eller spänningsreglering.

Genom att använda solenergi i ditt hem kan du minska dina elkostnader avsevärt. Det finns massor av andra soldrivna projekt du kan bygga själv som en solcellsdriven gatlykta, soldrivna poolvärmare, soldrivna Bluetooth-högtalare, etc.