Зарядного устройства от солнечной панели схема

Зарядка аккумуляторов от солнечной батареи

Автор: SSMix
Опубликовано 17.09.2013
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса «Поздравь Кота по-человечески 2013!»

Как-то для дежурной подзарядки 3-х пальчиковых NiMH аккумуляторов были недорого приобретены 3 солнечные батареи из поликристаллического кремния типа YH40*40-4A/B40-P размерами 40×40 мм каждая. В datasheet на них был указан ток Iкз = 44 мА и напряжениеUхх = 2,4 В. Также было указано, что в отличие от монокристаллического кремния, данные элементы незначительно снижают мощность при облачности или частичном затенении. Соединив последовательно три этих солнечных элемента и через диод Шоттки подав на последовательно соединённые три NiMH аккумулятора, было получено простейшее зарядное устройство. Простейшее, поскольку при такой схеме включения зарядка аккумуляторов происходила лишь при ярком солнечном свете. В пасмурную погоду и при искусственном освещении выходное напряжение солнечных элементов значительно падало, в результате чего не хватало напряжения для зарядки.

Сперва к солнечной батарее был просто добавлен импульсный повышающий преобразователь 5В на NCP1450ASN50T1G со стандартной обвязкой,

но результат оказался неудовлетворительный.

После запуска преобразователя напряжение на выходе солнечной батареи значительно просаживалось, и даже при хорошем солнечном освещении не превышало 2В. Ток зарядки аккумуляторов при этом был в несколько раз ниже, чем при непосредственном подключении к ним солнечной батареи. Подключение вывода разрешения работы 1 (CE) DA1 через делитель напряжения для увеличения порога запуска преобразователя также не дало существенного улучшения ситуации. Стало ясно, что при слабом освещении режим работы схемы должен быть совсем другим. Сперва нужно накопить заряд от солнечных элементов на дополнительном конденсаторе, а затем по достижению на нём определённого порогового напряжения «выплеснуть» этот заряд на повышающий преобразователь. При ярком освещении, когда напряжения на выходе солнечной батареи достаточно для непосредственной зарядки аккумуляторов, повышающий преобразователь должен автоматически отключаться. В итоге была разработана следующая схема, обеспечивающая автоматический переход из одного в другой режимы работы:

Работает устройство следующим образом. При первоначальном включении (освещении) все транзисторы закрыты и происходит заряд конденсатора C1, подключенного параллельно солнечной батарее. Напряжение с C1 через дроссель L1 и диод Шоттки VD3 также поступает на вход питания микросхемы повышающего преобразователя DA1 NCP1450ASN50T1G, на конденсатор C4 и на положительный вывод батареи аккумуляторов GB1. Отрицательный вывод GB1 подсоединён к общей шине схемы через диод VD4 для исключения тока разрядки аккумуляторов через схему при отсутствии внешнего освещения. По достижению на конденсаторе C1 порогового напряжения открывания VT3 (около 1,8В) последний открывает также и транзистор VT4. При этом на управляющий вход CE DA1 подаётся отпирающее напряжение (>0,9В) и запускается импульсный повышающий преобразователь (DA1, R10, C3, VT5, L1, VD3, C4), подзаряжая конденсатор C4. Одновременно с работой преобразователя начинает светиться красный светодиод HL2. Если освещения солнечной батареи недостаточно для поддержания рабочего тока нагрузки, напряжение на конденсаторе C1 будет снижаться, VT3, VT4 закроются, управляющее напряжение на выводе CE DA1 упадёт ниже 0,3 В и преобразователь выключится, а светодиод HL2 погаснет. Поскольку нагрузка для солнечной батареи отключилась, вновь запустится процесс зарядки конденсатора C1 до порогового напряжения открывания VT3. Опять запустится преобразователь и в конденсатор C4 поступит очередная порция заряда. После серии таких циклов напряжение на C4 возрастёт до напряжения открывания VD4 плюс суммарное напряжение на аккумуляторах. Через GB1, VD4 потечет ток зарядки аккумуляторов. Тока в несколько мА будет достаточно для падения напряжения на VD4, при котором начнёт открываться транзистор VT2. Диод VD4 используется при этом в качестве датчика тока. Пульсирующее напряжение с солнечной батареи и C1 подаётся на выпрямитель VD1 (BAS70), C2, R1. С резистора R1 выпрямленное напряжение подаётся на последовательно включенные З-И VT1 и К-Э VT2. Если вырабатываемой солнечной батареей энергии становится достаточно для одновременного открывания VT1 (напряжением на C2, R1) и VT2 (током зарядки аккумуляторов), то будет происходить шунтирование нижнего плеча делителя R4, что приведет к повышению порога открывания VT3, VT4 для запуска повышающего преобразователя. Таким образом, чем больше энергии вырабатывается солнечной батареей, тем больше становится порог запуска преобразователя, т.е. с накопительного конденсатора C1 снимается всё больший заряд энергии. При достаточном освещении, когда напряжения солнечной батареи под нагрузкой хватает для непосредственной зарядки трёх аккумуляторов (через L1, VD3, VD4), открытые VT1, VT2 шунтируют R4 настолько, что повышающий преобразователь находится в выключенном состоянии. При этом красный светодиод HL2 перестаёт мигать. Зелёный светодиод HL1 светится постоянно при напряжении на C1 более 2В для индикации работоспособности устройства. Процесс автоматического переключения режима работы происходит плавно, адаптируясь под внешнее освещение. При слабом освещении наблюдаются редкие мигания красного светодиода. С возрастанием освещённости частота мигания повышается, а также начинает в противофазе мигать зелёный светодиод. При дальнейшем повышении освещённости, когда в повышающем преобразователе надобность отпадает, остаётся гореть только зелёный светодиод. В ясную солнечную погоду ток зарядки аккумуляторов достигает 25 мА. Для ограничения выходного напряжения солнечной батареи на уровне 5,5 В предназначен стабилитрон VD2, поскольку по datasheet на NCP1450A максимальное входное напряжение для неё не должно превышать 6 В.

Устройство собрано на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размерами 132х24мм.

Все элементы, за исключением разъёма питания для подключения аккумуляторов, в SMD исполнении. Светодиоды HL1, HL2 – ультра яркие типоразмера 1206. Тип приобретённых светодиодов остался неизвестен, но они довольно яркие, а светиться начинают уже при микроамперных токах. Резисторы и керамические конденсаторы – типоразмера 0805 (C3 и R10 – 0603, но можно запаять и 0805 в два этажа). Конденсаторы C1, C4 – танталовые, типоразмера C. Дроссель L1 – типа CDRH6D28 на 15мкГн, 1,4А. Транзисторы применены широко распространённые, корпус SOT-23-3. Разъём питания – стандартный. Внимание! Плата разведена для наружного плюсового контакта штекера.

Настройка устройства практически не требуется. При необходимости подбором сопротивления резисторов R2, R7 можно установить требуемую яркость свечения имеющихся светодиодов. Подбором резистора R4 можно добиться наиболее оптимального режима работы преобразователя (по максимуму КПД) при пониженной яркости освещения.

Источник

Зарядное устройство на солнечных батареях: принципы работы + мастер-класс по изготовлению

Использование солнечного света для зарядки аккумуляторов давно перестало быть сюжетом для фантастических книг и эффективно используется в современном мире. При помощи зарядного устройства на базе солнечных батарей можно легко зарядить MP3-плееры, ноутбуки, сотовые телефоны и смартфоны, что может быть очень кстати в ситуациях внезапного отключения электричества или нахождения вдали от источников электрического питания.

Зарядное устройство на солнечных батареях очень легко в использовании: достаточно расположить его под прямым солнечным светом и подсоединить гаджет и портативное устройство произведёт зарядку.

Принцип работы

Принцип работы его достаточно прост: солнечный свет попадает на специальную панель, которая поглощает его, после чего энергия перерабатывается устройством в электрический ток и подаётся на встроенный источник питания.

Подобные устройства отличаются рядом преимуществ: они бесшумны, безопасны для окружающей среды, долговечны, не требуют топлива и вырабатывают электроэнергию бесплатно.

Разновидности

Если вы решили купить внешнее зарядное устройство на солнечных батареях, для начала стоит определиться, где вы планируете его применять.

Зарядка мобильных телефонов, смартфонов и других карманных устройств. Для подзарядки телефона в случае форс-мажора вам будет достаточно самого миниатюрного зарядного устройства, однако если вы желаете использовать вдали от цивилизации все возможности своих мобильных устройств, тогда следует выбрать зарядку с более высокой ёмкостью аккумулятора.
Зарядка ноутбуков или планшетов. Для планшетов с исходящим напряжением 5 В также подойдёт практически любое устройство, а вот с прожорливыми ноутбуками сложнее – покупая зарядку, нужно убедиться, что выходное напряжение не ниже напряжения вашего ноутбука. Вместе с этим зарядка будет способна восстановить энергию смартфона, камеры и пр.
Зарядные устройства для дачных участков и кемпингов. Наиболее мощные из зарядных устройств со встроенными розетками переменного тока, в которые можно включать бытовую или медицинскую технику.

Также зарядки бывают с аккумулятором и без него. При наличии аккумулятора преобразуемая солнечная энергия заряжает его, после чего он заряжает ваши гаджеты. При его отсутствии солнечные лучи, преобразуясь, напрямую заряжают технику.

Критерии выбора

Итак, вам необходимо зарядное устройство на солнечных батареях – как выбрать оптимальный в соотношении цены и качества вариант?

Для этого необходимо следовать простой инструкции:

Изучите технические характеристики зарядного устройства и сравните их с параметрами гаджетов, которые вы собираетесь заряжать.
Проверьте совместимость разъёмов зарядного устройства и подсоединяемых приборов, а также наличие дополнительных штекеров и переходников.
Изучите дополнительные функции и выберите подходящие. Многие модели оборудованы встроенным фонариком, выпускаются устройства с функцией Bluetooth и даже с радиоприёмником.
Оцените компактность конструкции, вес и удобство в использовании и переноске.
Определитесь с выбором внешнего вида и дизайна устройства. Также существуют разнообразные варианты исполнения основанных на работе солнечных батарей зарядок: в жёстком корпусе, гибкие, антиударные, влагонепроницаемые, а также устройства с буферным аккумулятором.
Выберите подходящее по цене. Стоит учитывать, что главным ценообразующим фактором является мощность устройства.

Важные моменты использования

При использовании зарядного устройства на солнечных батареях следует знать несколько моментов, которые помогут максимально использовать возможности вашего устройства и продлят срок эксплуатации.

На производительность солнечной батареи могут повлиять такие факторы как:

Площадь панели. При большей площади энергии вырабатывается, соответственно, больше.
Тип ячеек. Наиболее высокой производительностью отличаются полисиликоновые и монокристаллические элементы.
Облачность увеличивает время накопления энергии в аккумуляторе.
Если панель неправильно расположить по отношению к солнцу, это тоже может существенно понизить скорость. Выбрать наиболее удачное место для расположения панели можно с помощью миниатюрного индикатора интенсивности света, при его отсутствии действует общее правило: вертикальное расположение панели удачнее, чем горизонтальное.
Для постоянной подзарядки нужного устройства вы можете закрепить зарядник на рюкзак. Но не стоит забывать, что работать он будет только под прямым солнцем на открытых площадках – в лесной чаще толку от него не будет.
Время зарядки подключенного гаджета определяется выходной мощностью аккумулятора.
Время заряда с помощью фотоэлемента меньше, чем при использовании обычной зарядки от электрической сети.
При использовании зарядного устройства на базе солнечных батарей следует контролировать температуру: его нежелательно перегревать — в слишком жаркий день зарядник желательно периодически убирать в тень. Также слишком высокий (или низкий) уровень температуры способен значительно уменьшить ёмкость аккумулятора.
При хранении желательно время от времени подзаряжать аккумулятор во избежание увеличения коэффициента статического разряжения.
Перед тем, как начинать использовать зарядник, рекомендуется 2-3 раза провести тренировочный цикл (полностью зарядить — полностью разрядить).

Как сделать своими руками

Некоторые предпочитают альтернативный вариант, такой как сделать зарядку из солнечной батареи самостоятельно, тем более что это не так сложно, не затратно и интересно.

Инструменты

Чтобы сделать зарядное устройство на солнечных батареях своими руками, понадобятся инструменты:

пинцет;
плоскогубцы;
клеевой пистолет;
паяльная лампа;
нож.

Материалы

А также приготовьте следующие материалы:

панель солнечной батареи на 5 В или больше;
литий-ионный аккумулятор на 3,7 В;
схема контроля заряда аккумулятора;
повышающая схема постоянного тока (USB);
два разъёма 2,5 мм – один с креплением к панели, второй с проводом;
диод 1N4001;
провод.

И вспомогательные материалы для конструкции: изоляционная лента, термоусадочные трубки (желательно), двухсторонняя пенолента, припой, коробка (жестяная или любая подходящая).

Этапы работы

Приготовив всё необходимое, можно начинать изготавливать зарядное устройство на солнечной батарее своими руками.

Этапы изготовления следующие:

Присоединение провода.
Подготовка отверстий для разъёмов в корпусе.
Подключение контроллера заряда.
Подключение аккумулятора и USB схемы.
Тщательная изоляция проводов.
Размещение электронных компонентов в корпусе.

Если вы сделали зарядное от солнечной батареи своими руками, вы знаете, что заряжается оно также от солнечного света или через мини порт USB. В процессе зарядки светодиод должен гореть красным цветом, по окончании – синим.

Теперь вы можете не только выбрать оптимальный вариант зарядки, но и знаете, как из солнечной батареи сделать зарядное устройство, которое поможет вам сэкономить электричество и не остаться без связи и прочих удобства современной техники в экстремальных ситуациях, да и просто на отдыхе.

Видео

Подробнее изучить этапы изготовления зарядки аккумулятора от солнечной батареи своими руками вы можете, ознакомившись с нашим видео.

Источник