Ładowarka solarna 4W

solar_chargerTo jest raczej taka „mini” konstrukcja, lub jak kto woli połączone w kupę gotowe podzespoły, i w zasadzie nie powinna trafić do tego działu, i choć jest brzydka jak noc to jednak w pełni funkcjonalna więc trafia. Ładowarka solarna składająca się z dwóch paneli polikrystalicznych „3.5W” każdy, co oczywiście jest jak zwykle ściemą i za chwilę wyjaśnię jak oni to mierzą. Panele rozkładane w formie okładki, zaopatrzone w przetwornicę step-down zamieniającą napięcie z szeregowego połączenia paneli na napięcie 5V.

Moc paneli, jakie panele wybrać

Absolutnie nie jestem jakimś specjalistą ani znawcą energii odnawialnych, po prostu kupiłem dwa panele do eksperymentów i wyszło mi z tego coś niegłupiego :) Na początku kupiłem jeden panel, przy którym wypisywali takie bzdury jak „3.5W”, „6V”, „580mA”, gdzie na początku nie wiedziałem z jakim dystansem należy te informacje traktować – z bardzo dużym. Ich napięcie mierzone jest bez obciążenia, następnie prąd mierzony jest w pełnym zwarciu, i mnożąc te dane wyliczają moc, co jest absolutną bzdurą. Ponadto wraz z nagrzewaniem się panela spada jego sprawność i to dosyć znacznie – jak się domyślacie, „pomiary” wypisywane przez sklep są robione przez bardzo krótki czas przy temperaturze 25*C, tak aby panel nie zdążył się zagrzać. Dla tego realna moc to będzie jakieś 50-60% mocy deklarowanej i należy pamiętać o tym przy zakupie. Tak więc dopiero z dwóch paneli „3.5W” jestem w stanie uzyskać 4W realnej mocy którą da się ładować telefon. A jaki panel wybrać jeśli chodzi o napięcie? To zależy jak będziemy je później stabilizować.

Stabilizacja napięcia 5V

panelWypróbowałem dwie drogi aby uzyskać taką stabilizację. Pierwsza, z mniejszymi stratami energii, to połączenie dwóch 6V paneli równolegle i ograniczanie napięcia tak, aby nie przekroczyło ono progu 5V. Panele łączymy oczywiście przez diody prostownicze tak aby prąd nie cofał się z jednego panelu do drugiego podczas zachmurzenia, lub w ogóle nie cofał się z układu do paneli. Najlepsze będą diody o jak najmniejszym spadku napięcia, np diody shottky o spadku 300mV i mniej będą ok. Za diodami bieguny paneli zbiegały się w przewód dodatni, który następnie trafiał na ogranicznik napięcia, w roli którego z powodzeniem użyłem swojego balancera li-ion, po prostu ustawiłem go na 5V i skutecznie zapobiegał on przekroczeniu tego progu, wytracając niepotrzebną energię w postaci ciepła, wtedy jedyne straty z przetwarzania energii są te występujące na diodach paneli. Sporą wadą jest bardzo silne rozgrzewanie się tego ogranicznika jeśli położymy nieobciążone panele na słońcu, bo jak się okazało każdy z nich jałowo produkuje nieco ponad 7V. W ten sposób uzyskałem 780-840mA dla 5V, ale jest to prąd maksymalny jaki udało mi się otrzymać z pomocą sztucznego obciążenia, i prąd taki nigdy nie trafi do telefonu bo ten jest zbyt wybredny.

MP1584_USBDrugi sposób, bardziej klasyczny, przed którym się broniłem bo wprowadzał on jawne straty w układzie – przetwornica step-down. Dwa panele połączone szeregowo dające do 14V jałowo, już bez żadnej diody, bezpośrednio zasilają popularną przetwornicę na układzie MP1584, z deklarowaną sprawnością na poziomie 92%, ustawioną na 5V. W ten sposób całkowicie pozbyłem się problemu stabilizacji napięcia, przetwornica raz ustawiona trzyma świetnie napięcie. Tutaj pomimo strat na przetwornicy udało mi się uzyskać 750-800mA przy 5V – zaskakująco dużo, myślałem że będzie gorzej. No i całkowicie odpada problem nadmiarowej energii. Pojawia się inny, bo po przekroczeniu granicy 800mA (lub innej w zależności od paneli i oświetlenia) następuje gwałtowny spadek napięcia paneli poniżej napięcia poprawnej pracy przetwornicy. Aby przywrócić jej poprawną pracę, należy zmniejszyć prąd i dopiero potem znów go zwiększać – jak się można domyśleć telefon i jego inteligentne ładowanie mogą tutaj sprawiać problemy. Ostatecznie zdecydowałem się na opcję z przetwornicą,MP1584_heatshrink może ze względu na wysokie temperatury przy opcji z ogranicznikiem. Przed montażem termokurczki warto zabezpieczyć czymś potencjometr aby nie przestawił się podczas jej zakładania i kurczenia. Napięcie wyjściowe można ustawić na 5.1V dla tego żeby skompensować spadek występujący na przewodzie USB i zapewnić odpowiednie napięcie dla telefonu, lepsze powerbanki i ładowarki mają właśnie tak lekko podniesione napięcie, ale nadal mieszczące się w specyfikacji USB 2.0 (4.75V – 5.25V).

Konstrukcja mechaniczna

solar_wiringAby panele zmontować w stylu rozkładanej okładki, wykorzystałem… okładkę. Najpierw ją odpowiednio skróciłem, a następnie przykleiłem panele i elektronikę na dwustronnie klejącą piankę oraz termogluta – i choć później zdałem sobie sprawę z tego że termoglut już po 5 minutach w takich warunkach zrobi się płynny, to myślę że powinno się to trzymać. Pozostaje dodać jakieś w miarę ładne wykończenie, solar_casemożna to ładnie obszyć materiałem dorabiając jakieś uchwyty do plecaka, kieszonkę na telefon, czy co tam dusza zapragnie, albo chamsko okleić taśmą samoprzylepną co też uczyniłem. Wiem że wygląda to paskudnie, ale nie mam czasu na zabawy w przyszywanie sobie palców do własnej garderoby, a jeśli dobrze wiem to lutownicą szyć się nie da? :)

Wybredny telefon

solarx2Ze wszystkich testowanych urządzeń tylko inteligentny inaczej telefon sprawiał problemy z ładowaniem. Wszystkie urządzenia ładowały się normalnie, a czym układ ładowania „głupszy”, tym lepszy urządzenie potrafiło zrobić pożytek z energii słonecznej. Nie miały żadnego problemu z chwilowymi zachmurzeniami (symulowanymi ręką) – ale telefon tak, i to duże, bo albo po „powrocie” słońca ładował się o połowę mniejszym prądem, albo tylko udawał że się ładował. Próbowałem zapobiec temu problemowi poprzez dodanie superkondensatora 6 faradów przed gniazdem USB (na zdjęciu), aby mógł choć przez chwilę podtrzymać ładowanie przy zaniku słońca, i choć napięcie nie spadało już tak gwałtownie to… kompletnie nic to nie dało. Piny D+ i D- gniazda USB połączyłem razem, tak aby „ładowarka” była rozpoznawana jak ładowarka a nie jakieś tam przypadkowe źródło prądu – oczywiście nie zadziała to na wszystkie urządzenia bo niektóre wymagają tam konkretnych napięć a inne nawet dedykowanych układów, ale kompletnie nie chciało mi się w to bawić. Ładowarka solarna spisuje się całkiem dobrze, a na pewno świetnie ładuje powerbanki które mogą później zostać użyte do naładowania kapryśnego telefonu. Układ TP4056 działa z nią świetnie i bardzo ładnie wykorzystuje energię z fotonów.

No i na koniec – czy warto? Myślę że tak, dwa takie panele kosztują w Chinach 40-50zł, gdzie za gotową ładowarkę o podobnej mocy (tylko oczywiście ładniejszą) trzeba zapłacić 120-130zł.

4.20 avg. rating (85% score) - 5 votes

8 komentarzy

  1. Jacek Leśnierowski

    Witam,
    Super artykuł. Mam podobne zainteresowania (pomysły, projekty w głowie). Też jestem w trakcie tworzenia takiej ładowarki solarnej tylko że chcę użyć lepszych ogniw. Kupiłem inny rodzaj ogniw wg producenta osiągają one sprawność około 22% (niby) czy ewentualnie mógłbym wysłać Tobie w ramach testów takie ogniwo celem zmierzenia jego prawdziwych wartości i porównania z Twoimi? http://allegro.pl/show_item.php?item=5711385933 Powiem jedno. Są one baardzo cienkie. Owszem wyginają się o kilkanaście stopni co t przypadku umieszczenia ich na jakiejś większej powierzchni zaokrąglonej zdaje egzamin, ale trzeba to robić z głową i bardzo ostrożnie bo pierwsze ogniwo które wziąłem do ręki od razu połamałem :D

    • Ale co ja w zimę się natestuję, jak tu dobre słońce jest przez 5 godzin na cały tydzień :) Pamiętaj co pisałem, te wszystkie moce i prądy podane dla ogniwa podziel przez 2 żeby otrzymać realne wartości jakie faktycznie będą występować.

  2. Witam. Szukam zestawu solarnego do ładowania popularnych baterii AA i AAA. Czy mógłbyś coś polecić do kupienia lub co mnie bardziej interesuje zbudowania przez początkującego amatora elektroniki.

  3. Poszukaj dedykowanej ładowarki NiCd zasilanej z USB i dorzuć do tego solar ze stabilizacją z artykułu. Upewnij się że solar da wystarczająco dużo prądu, bo nie każda ładowarka sobie poradzi z przysiadającym napięciem.

  4. Mateusz Baranski

    Bardzo ciekawy artykuł, jak i w sumie cała strona :)
    Czy mógłbyś rozwinąć kwestię problemów z przetwornicą przy przekroczeniu około 800mA? Czy związane jest to z tym konkretnym typem i zastosowanie czegoś lepszego, jak np. przetwornicy S18V20F5 5V 2A rozwiązałoby ten problem?
    Myślę o takiej ładowarce do power banku, ale złożonej z większej ilości ogniw, tak 4-6 szt. Pozdrawiam.

    • Zwykły powerbank nie będzie wybredny i zadowoli się na prawdę byle czym, podobnie jak i ładowarki TP4056 – jeśli napięcie na wejściu będzie wyższe od napięcia ogniwa, ogniwo będzie ładowane.

      Jeśli chodzi o przetwornicę. Niestety panele (przynajmniej te moje) mają taką charakterystykę pracy, że do pewnego momentu pracują dobrze, a po przekroczeniu maksymalnej mocy (zależnej np od oświetlenia) napięcie po prostu leci na łeb. Z tego co zauważyłem, panel to nie jest jakiś tam zasilacz że można go przeciążyć do np 150 czy 200%, po prostu ma swoją moc i próbując pociągnąć choćby troszkę więcej następuje szybki spadek napięcia. Tzn moc może i jest zachowana, ale przy niskim napięciu i wysokim prądzie, ale to niekoniecznie może się podobać przetwornicy. Przetwornica próbując utrzymać 5V na wyjściu, przy niższym napięciu wejściowym, próbowała pobierać z paneli większy prąd co już powodowało dalszy spadek napięcia poniżej napięcia poprawnej pracy przetwornicy, i ta nie potrafiła sobie z tym jakoś poradzić, pracując… nie wiem… przy niższej sprawności lub się w jakiś sposób wzbudzała. Niewielkie zmniejszenie prądu odbiornika powodowało że zaskakiwała. Czy inna przetwornica sprawdzi się lepiej? Nie mam zielonego pojęcia.

  5. Witam.
    Można prosić o namiary na te panele?
    Słońce zaczyna już świecić!

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Proszę pozostawić te dwa pola tak jak są: