Hogyan készítse el saját napelemes USB-töltőjét

A napenergiát a Földön elérhető, valóban megújuló és környezetbarát energiaforrásnak tekintik. Manapság az emberek a legtöbbet hozzák ki ebből az erőforrásból, ami különösen fontos a távoli területeken, ahol az elektromos átvitel korlátozott. Különösen alkalmas azokban a régiókban, ahol a nap folyamán hosszabb ideig vannak kitéve a napsugárzásnak, mivel jelentősen csökkentheti a villanyszámlát.

Megmutatjuk, hogyan építhetsz barkácsrendszert az USB-ről táplált egyenáramú elektronikus eszközök napenergiával történő töltésére. Célunk, hogy elmagyarázzuk és bemutatjuk a koncepciót minimális komponensekkel és egyszerű tervezéssel.

A napenergia megértése

Napenergia a napfényből származó energia használható és hatékony energiaforrássá alakítása. Napelemek és generátorok fényenergiát elektromos energiává alakítanak át. A napelemek mérete változó, a néhány négyzetcentimétertől a nagyméretűekig, amelyeket a lakóházak háztetőin használnak. A nagyobb paneleket nagy mezőkön keresztül is összekapcsolhatja, hogy elektromos energiát állítson elő kereskedelmi méretekben.

A napenergia hasznosításának többféle módja van. A legelterjedtebb a napelemes fotovoltaikus (PV) rendszer, amely a napsugarakat elektromos árammá alakítja. Amellett, hogy fotovoltaikus rendszert használnak elektromos áram előállítására, az emberek napenergiát vagy a napenergia koncentrálását is használják beltéri terek vagy folyadékok fűtésére. Napkollektoros melegvíz rendszereket is telepíthet.

A megfelelő komponensek kiválasztása

Fő célunk, hogy a napfényből származó napenergiát használjuk fel az USB-ről táplált eszközök töltéséhez szükséges áramerősség beszerzésére. Akkumulátorra is szüksége lesz a töltés tárolására rossz idő esetén és naplementekor. Továbbá az akkumulátor biztosítja az elektronikus eszközök töltéséhez szükséges fajlagos áram folyamatos ellátását is.

Ehhez a barkácsprojekthez a következő összetevőkre lesz szüksége:

• Napelem: Egyenáram előállítására napfény hatására. Válassza ki a megfelelő méretű panelt a terhelési igénynek megfelelően. 150 W-os napelemeket használunk – ezzel a kapacitással akár egyenáramú izzókat és egyenáramú ventilátorokat is működtethetünk.
• Akkumulátor: Töltőtároláshoz. Használjon a terhelési igénynek megfelelő méretű akkumulátort.
• Napelemes töltésvezérlő: Az áram szabályozására és az akkumulátor túltöltésének és elektromos túlterhelésének megakadályozására. Válasszon megfelelő áramerősséggel és USB interfésszel rendelkező napelemes töltésvezérlőt.
• Vezetékek: A csatlakozáshoz.
• USB eszköz: Tesztelésre, például mobiltelefonra vagy táblagépre.

1. lépés: Blokkdiagram

A következő diagram a napelemek által termelt energia megszerzéséhez, szabályozásához és hatékony felhasználásához szükséges összeszerelést mutatja be.

Csatlakoztassa az összes eszközt – például a termelőegységet (napelem), a tárolóegységet (akkumulátor) és a terhelést – a napelemes töltésvezérlőhöz. Ez a vezérlő figyeli a bemeneti áramot, a kimeneti terhelési áramot és a töltési feszültséget.

2. lépés: Csatlakoztassa a napelemet

Az akkumulátor töltőáramának növelésére párhuzamos konfigurációban napelemes lemezeket (150W) használunk. A terhelési igény szerint kevesebb vagy több panelt és teljesítménykapacitást használhat. A párhuzamos kombinációhoz kösse össze az összes napelem panel pozitív kivezetését egy vezetéken keresztül, és tegye ugyanezt az összes panel negatív kapcsaival. Ezután a pozitív és negatív vezetékek csatlakozásait egyenként fedje le szigetelőszalaggal.

3. lépés: Csatlakoztassa a töltésvezérlőt

Csatlakoztassa a panel pozitív vezetékét a töltésvezérlő pozitív kivezetéséhez, a negatív vezetéket pedig a töltésvezérlő negatív kivezetéséhez. A napelemes töltésvezérlőnk USB Type-A porttal rendelkezik. A töltésvezérlőnek van egy belső feszültségszabályozója, amely a 12 V egyenfeszültséget 5 V DC-re alakítja, lehetővé téve az USB-ről táplált eszközök töltését. Az USB-modulokban általában az 1. és 4. érintkezőket használják 5 V DC-ként, illetve földelésként. Ezzel az USB-porttal USB interfésszel rendelkező elektronikus eszközöket, például mobiltelefonokat, táblagépeket és okosórákat tölthet.

A napelemes töltésvezérlő megakadályozza a túltöltést/túlfeszültséget, amely egyébként az akkumulátor felmelegedését okozhatja. A túlmelegedés károsíthatja a készülék akkumulátorának élettartamát és teljesítményét.

4. lépés: Helyezze be az akkumulátort

Az akkumulátor behelyezése biztosítja a hasznos biztonsági mentés olyan helyzetekben, amikor a napelemes töltés nem elérhető rossz időjárási viszonyok miatt vagy éjszaka. Az elektromos áram tárolására 12V DC akkumulátorokat használunk. Ezeket az akkumulátorokat párhuzamos konfigurációba helyeztük el, ami ugyanazt a feszültséget, azaz 12 V-ot biztosít ezen a párhuzamos kombináción keresztül. A párhuzamos kombináció azonban növeli az áramkapacitást.

Az akkumulátor kapacitását (egy egység vagy több) a terhelési igény és a napelem töltési kapacitása alapján kell kiválasztani. Csatlakoztassa a szoláris töltésvezérlő akkumulátor interfészét az akkumulátor kivezetéseihez vastag fémhuzalokkal.

5. lépés: Végezze el a huzalozást

Ügyeljen arra, hogy az összes alkatrészt megfelelően és szorosan csatlakoztassa a szikraképződés elkerülése érdekében. Ezenkívül takarja le az illesztéseket, hogy elkerülje a rövidzárlatot. Használjon jó minőségű vastagabb vezetéket az összekapcsoláshoz, mivel ez csökkenti a vezető veszteségeit. Általában ajánlott a napelemeket, a töltésvezérlőket és az akkumulátorokat egymás közelében elhelyezni, hogy elkerüljék hosszadalmas elektromos vezetékezés – ez utóbbi nagyobb elektromos veszteséget és csökkentheti a napelem hatásfokát rendszer.

6. lépés: Tesztelje a töltőt

A rendszer napközbeni akkumulátortöltési teszteléséhez nyomja meg a bekapcsoló gombot a napelemes töltésvezérlőn. Figyelje meg a töltésvezérlőn megjelenő feszültségeket. Figyelje a folyó áramot is digitális multiméter segítségével vagy digitális bilincsmérő.

Látni fogja, hogy a töltésvezérlő kijelzi a feszültséget az akkumulátoron és a napelemen. A töltésvezérlő a rendszer terhelési áramát is mutatja, ha egyenáramú terhelés van rá csatlakoztatva.

Amikor a 12 V-os akkumulátor 14 V DC körüli feszültséget ér el a napelemes töltésvezérlőn, leválasztja a töltést a napelemről, hogy megvédje az akkumulátort a túltöltéstől. Ezt a napelem panel feszültségének figyelésével figyelheti meg, amely napsütéses napokon meghaladhatja a 16 V egyenfeszültséget.

Ezután csatlakoztasson egy USB-eszközt vagy okostelefont közvetlenül a napelemes töltésvezérlőhöz egy A típusú USB-csatlakozóval. Az USB port 5 V DC feszültséget biztosít, amely belsőleg szabályozható/lefelé konvertálható az akkumulátorról. Miközben ezt megteszi, észre fogja venni, hogy a csatlakoztatott eszköz töltődni kezd. Ezenkívül megfigyelheti a terhelés által felvett áramot is.

Ezenkívül ez a rendszer más eszközöket is képes táplálni, mint az USB interfészen keresztül; azaz használhatod a 12V-os interfészt DC izzókhoz, DC ventilátorokhoz stb. Mindössze annyit kell tennie, hogy csatlakoztatja ezeket a töltésvezérlő terhelési interfészéhez. A terhelés szimbólum (pl. izzó) a töltésvezérlőn ezt az interfészt jelöli.

Továbbfejlesztheti ezt a barkácsprojektet, hogy egy kicsi és könnyű hordozható platformot készítsen okostelefonok és USB-tápellátású eszközök akkumulátor nélküli töltésére. Ez azonban csak napközben működik.

A napelemes töltő előnyei

Ez a napelemes elrendezés segíthet eszköze hordozhatóságának javításában, és csökkentheti a hagyományos elektromos áramelosztó rendszerektől való függést. A szoláris töltés a hatékonyságot is javítja azáltal, hogy elkerüli a hagyományos rendszerek AC-DC átalakítása során fellépő veszteségeket. Napenergiával működő rendszerekben elkerülheti ezeket a veszteségeket, mivel minden tárolás/töltés egyenáramban történik; azonban szükség lehet felfelé átalakításra vagy feszültségszabályozásra.

Ha otthonában napenergiát használ, jelentősen csökkentheti áramköltségeit. Rengeteg más napelemes projektet is megépíthet, például napenergiával működő utcai lámpát, napenergiával működő medencefűtést, napenergiával működő Bluetooth hangszórókat stb.