Зил

Схема зарядного устройства на солнечных батареях. Зарядное уст-во на солнечных элементах

Собираясь в пеший поход по туристическим маршрутам, необходимо решить вопрос зарядки мобильных устройств - телефона, смартфона, ноутбука или планшета. При отсутствии доступных источников электропитания решить проблему поможет солнечное зарядное устройство для мобильных гаджетов .

Возможность использовать абсолютно бесплатный и неиссякаемый источник энергии привлекательна сама по себе, а когда в этом имеется насущная необходимость, интерес к подобным устройствам возрастает многократно. Рассмотрим зарядное устройство с солнечной батареей внимательнее.

Зарядка от солнца - привлекательный и удобный способ поддерживать работоспособность мобильных устройств, находясь вдали от обычных источников электроэнергии. С этой целью разработаны специализированные устройства, преобразующие в электроток, питающий аккумуляторы телефона или иного подобного устройства.

Солнечные зарядки позволяют не таскать с собой в походе запас тяжелых аккумуляторов, обеспечивая энергией мобильные устройства даже в пасмурные дни, правда, с меньшей эффективностью. Внешне это портативное устройство, размером с планшет средней величины или немного больше (это зависит от конкретной модели или производителя). Солнечная батарея для мобильных телефонов имеет малый вес, который не создаст лишней нагрузки и не займет много места в рюкзаке.

Туристы, люди, работающие в полевых условиях, по достоинству оценили возможности портативных зарядных устройств . Современные средства коммуникации обладают широким выбором гаджетов - GPS, эхолоты, видео- и фотокамеры, радиостанции — все они нуждаются в обновлении источника питания , и возможность использовать зарядку от солнечной батареи оказывает путешественнику заметную помощь.

Конструктивные особенности прибора

Основным элементом прибора является солнечный элемент, улавливающий свет и преобразующий его в электрический сигнал. Зарядник на солнечных батареях способен подавать напряжение непосредственно на аккумулятор телефона или , или накапливать энергию в собственные , что позволяет увеличить скорость зарядки гаджета.

Существуют солнечные аккумуляторы для подзарядки мобильных устройств, или отдельные солнечные панели для зарядки, не имеющие встроенных батарей. Все варианты обладают определенной мощностью и предназначены для использования в определенных условиях.

Основные элементы прибора:

кристаллические элементы, улавливающие солнечную энергию;
контроллер заряда;
преобразователь, перерабатывающий солнечную энергию в электрический ток.

Наличие буферных дополнительных батарей изменяет назначение устройства, делая из него полноценный внешний аккумулятор для телефона на солнечной батарее , обладающий способностью самоподзарядки. Для пользования таким прибором не обязательно присутствие солнца, можно заряжать телефон и в ночное время.

Главное, чтобы аккумуляторные батареи успели получить достаточное количество энергии. Портативная зарядка с солнечной батареей снабжена обычным разъемом USB, большинство моделей комплектуется переходниками под разные виды коннекторов.

Принцип работы устройства

Принцип действия прибора состоит в получении кристаллическими элементами солнечной энергии , передаче ее на преобразователь, откуда она подается либо на буферный накопитель (встроенную батарею), либо непосредственно на прибор потребления - телефон, ноутбук или иной гаджет.

Современные кристаллические элементы способны получать световую энергию не только от солнца, но даже от ламп дневного света. Они могут работать в пасмурные дни, но КПД заметно снижается . Такая универсальность существенно расширяет возможности зарядных устройств на солнечной батарее, позволяя использовать их в ночное время или в сложных погодных условиях.

Виды солнечных зарядок

Существуют разные виды солнечных зарядников для телефона, оформленных в том или ином варианте исполнения, дизайна или конструкции. Они делятся на три категории:

Маломощные. Способны выдавать доли ватта. Применяются для подзарядки смартфонов, КПК или иных гаджетов, не требующих большой мощности. Отличаются небольшой площадью фотоэлементов, относительно дороги.
Универсальные. Используются для зарядки различных устройств в полевых условиях. Наиболее популярный вариант среди туристов, любителей пеших прогулок или людей, работающих вдали от источников электропитания. Имеют широкий ассортимент, массу вариантов исполнения и другие особенности.
Панели солнечных фотоэлементов. Представляют собой компоненты для сборки различных более продвинутых комплектов - для присоединения к преобразователям, подключения друг к другу, прямого питания гаджетов и т.д.

Наиболее популярны:

Моноблок. Размерами и внешним видом напоминает обычный смартфон, но с несколько утолщенным корпусом. Способен заряжаться от солнца, а также от ноутбука или компьютера.
Гибкая панель. Тонкая панель, имеющая довольно большую площадь фотоэлементов. Она имеет гибкую форму, способна сворачиваться в трубку. При этом, она уступает в эффективности моноблочным конструкциям из-за слабых фотоэлементов. Кроме того, большинство гибких панелей способны работать только от солнца, хотя можно подключить их к внешнему накопителю энергии.
Встроенное зарядное устройство. Наиболее выразительным примером подобного девайса служит «энергорюкзак» - походная сумка с вставленными в специальный карман солнечными батареями для зарядки мобильного телефона. Удобны тем, что работают во время движения, не заставляя пользователя останавливаться.
Раскладушка. Корпус таких устройств раскрывается наподобие книжки. Активными элементами могут служить два моноблока, несколько гибких панелей или иные варианты компоновки фотоэлементов. В сложенном виде занимает немного места, но в разложенном обеспечивает довольно большой захват солнечной энергии.

Несмотря на внешние различия, общий принцип работы практически у всех приборов одинаков. Различия состоят лишь в мощности и количестве фотоэлементов и сопровождающих узлов.

Как выбрать подходящее устройство?

Выбор нужного вида солнечного зарядника обусловлен потребностями пользователя, количеством и потребляемой мощностью используемых гаджетов, интенсивностью эксплуатации. Необходимо также выбрать соответствующий тип коннектора, или приобрести переходник к своим гаджетам, чтобы не оказаться в неприятной ситуации. Следует уточнить напряжение питания, емкость собственного аккумулятора и время автономной работы. Эти параметры обычно указаны на штатных ЗУ или в паспорте.

Основные параметры и приятные дополнения

В числе основных параметров, которые имеет зарядное устройство от солнца, имеются:

Ток зарядки. Обычно это значение принято делить на три категории - 1, 2 и 3 ампера. Первая группа предназначена для мобильных телефонов, аудиоплееров, электронных сигарет и т.п. Вторая группа способна зарядить фотоаппарат или видеокамеру, планшет или смартфон. Третья группа предназначена для обслуживания ноутбуков или иных подобных устройств. Важно также знать напряжение, которое имеет портативное зарядное устройство со встроенной солнечной батареей на выходе. Это поможет исключить ситуации, когда прибор потребления имеет большее напряжение, чем способен выдать зарядник.
Мощность солнечных элементов. Этот показатель измеряется в ваттах (W). Мощность напрямую связана с емкостью аккумулятора. Например, 5 W обеспечивает 900 ma/h, а 10 W соответствует 1500 ma/h, что позволяет уменьшить время зарядки почти вдвое. Если мощность зарядки не превышает 2 W, возможна только работа со встроенным аккумулятором. Если мощность превышает 3 W, допускается прямая зарядка приборов потребления.

Кроме того, существуют и другие параметры, определяющие функциональные возможности солнечной зарядки для телефона:

Наличие собственного аккумулятора, увеличивающего возможности работы в условиях отсутствия освещения.
Тип фотоэлементов. Наиболее предпочтительны монокристаллы, имеющие по сравнению с поликристаллами (13-18% против 10-12%). Монокристаллы черные, а поликристаллы имеют темно-синий цвет.
Интерфейс устройства, позволяющий подключение различных разъемов. Некоторые модели имеют индикацию уровня заряда
Защита . Предохраняет приборы от дождя, пыли, ветра или иных природных проявлений.

В качестве бонуса производители снабжают устройства функциями «фонарь» или оборудуют точку WI-FI .

После покупки солнечное зарядное устройство для телефона, оборудованное собственным аккумулятором, необходимо полностью зарядить от электросети . Затем следует подключить разряженный гаджет и полностью слить в него энергию. Только после этого прибор можно выносить на солнце и производить зарядку нуждающихся устройств. Это касается только моделей с аккумуляторами, отдельная для зарядки телефона может использоваться по прямому назначению сразу же, без предварительных действий.

Устройство надо располагать так, чтобы лучи солнца падали на фотоэлементы под прямым углом . Если используется раскладушка, надо обеспечить равномерную освещенность обеих сторон. Для аккумуляторных устройств большой емкости необходим «разгон» - 3-4 цикла полной зарядки и разрядки. Хранить устройство следует при комнатной температуре, зарядив его на 50-70%.

Как сделать зарядное устройство своими руками?

Зарядное устройство на солнечных батареях можно изготовить самостоятельно. Д ля этого надо обладать определенными навыками и познаниями, а также приобрести необходимые детали. Готовые модели вполне доступны по цене и функционалу, но для любителей самодельных устройств задача будет по вкусу. Рассмотрим ее внимательнее.

Схема устройства

Чтобы изготовить солнечное зарядное устройство, необходимо запастись некоторыми элементами:

с моно- или поликристаллическими элементами;
отсек с держателем ;
диод Шоттки;
разъемы, корпус.

Простейшего варианта солнечного аккумулятора для зарядки мобильных устройств выглядит так:

GB1 - это солнечная батарея, к которой через развязывающий диод Шоттки подключается аккумулятор GB2. XS1 и XS2 - это разъемы, соединяющие разные элементы схемы друг с другом.

Сборка действующей модели ЗУ

Сборка модели ЗУ не составляет никакой сложности , главное - наличие всех необходимых деталей. Они аккуратно припаиваются в соответствии со схемой, устанавливаются в корпус и включаются для проверки работоспособности. Необходимо учитывать, что без обладания достаточным познаниями браться за создание ЗУ не следует, так как можно по ошибке вывести из строя гаджеты.

Было бы здорово, если бы вы могли заряжать батарею мобильных телефонов, используя солнце вместо зарядного устройства USB, неправда ли?

В этом уроке мы покажем вам, как заряжать литиевую батарейку 18650, используя чип TP4056 и солнечную энергию (или просто СОЛНЦЕ). В итоге у нас получится портативный блок питания.

Общая стоимость этого проекта, за исключением батареи, составляет чуть менее 5 долларов США. Батарея добавит еще от $4 до $5 баксов. Таким образом, общая стоимость проекта составляет около 10 долларов США. Все компоненты доступны на АлиЭкспресс по действительно хорошей цене.

Комплектующие

Для этого проекта нам понадобятся:

5В солнечная батарея (убедитесь, что она составляет 5В и не меньше);
монтажная плата общего назначения, макетная плата;
1N4007 высоковольтный высокоомный диод (для защиты от обратного напряжения). Этот диод рассчитан на ток в прямом направлении 1А с пиковым значением обратного напряжения 1000 В;
Медный провод;
2x клеммные колодки PCB;
держатель батареи 18650;
аккумулятор 3.7V 18650;
плата защиты аккумулятора TP4056 (с защитой IC или без нее);
усилитель мощности 5В;
некоторые соединительные провода;
оборудование для пайки.

Как работает TP4056

Если посмотреть на саму плату, то мы увидим, что она имеет чип TP4056 наряду с несколькими другими компонентами, представляющими для нас интерес.

На плате один красный и один синий светодиод. Красный загорается, когда он заряжается, а синий - при полной зарядке. Также есть мини-USB-разъем для зарядки аккумулятора от внешнего USB-зарядного устройства. Еще есть также два места куда вы можете припаять свою собственную зарядную единицу. Эти места отмечены как IN- и IN +.

Мы будем использовать их для питания этой платы. Батарея будет подключена к этим двум точкам, обозначенным как BAT + и BAT-. Плата требует входного напряжения от 4,5 до 5,5 В для зарядки аккумулятора.

На рынке доступны две версии этой платы. Один с модулем защиты от разряда батареи и один без него. Обе платы имеют ток зарядки 1А и отключении по завершении.

Кроме того, один с защитой отключает нагрузку, когда напряжение аккумулятора падает ниже 2,4 В, чтобы защитить батарею от слишком низкого тока (например, в пасмурный день), а также защищает от перенапряжения и обратной полярности (обычно уничтожает себя вместо батареи), однако, пожалуйста, проверьте, правильно ли вы всё подключили в самый первый раз.

Схема устройства

Эти платы действительно очень сильно нагреваются, поэтому мы будем паять их немного над печатной платой. Для этого мы будем использовать жесткий медный провод, чтобы сделать ножки для печатной платы. У нас будет 4 кусочка медных проводов, чтобы сделать 4 ножки для монтажной платы. Для этого вы также можете использовать - штыревые разъемы вместо медного провода.

Сборка очень проста.

Солнечный элемент подключается к клеммам IN + и IN-платы зарядки TP4056 соответственно. Диод вставлен в положительный конец для защиты от обратного напряжения. Затем BAT + и BAT- платы подключаются к + ve и -ve концам батареи. Это все, что нам нужно для зарядки аккумулятора.

Теперь для питания платы Arduino нам нужно увеличить выход до 5В. Итак, мы добавляем усилитель напряжения 5 В к этой схеме. Подключите -ve батареи к IN- усилителя и ve+ к IN+, добавив переключатель между ними. Мы подключили бустерную плату прямо к зарядному устройству, но мы рекомендуем установить там SPDT-переключатель. Поэтому, когда устройство заряжает батарею, она заряжается и не используется.

Солнечные элементы подключены к входу зарядного устройства литиевой батареи (TP4056), выход которого подключен к литиевой батарее 18560. Усилитель напряжения 5 В также подключен к аккумулятору и используется для преобразования от 3,7 В постоянного тока до 5 В постоянного тока.

Напряжение зарядки обычно составляет около 4,2 В. Вход усилителя напряжения варьируется от 0,9 до 5,0 В. Таким образом, он увидит около 3,7 В на его входе, когда батарея разряжается, и 4.2 В, когда она подзаряжается. Выходной сигнал усилителя до остальной части цепи будет поддерживать его значение 5 В.

Этот проект будет очень полезен для питания удаленного регистратора данных. Как известно, источник питания всегда является проблемой для удаленного регистратора, и в большинстве случаев нет доступной розетки. Подобная ситуация заставляет вас использовать некоторые батареи для питания вашей цепи. Но в конце концов, батарея умрет. Наш недорогой проект солнечного зарядного устройства станет отличным решением для такой ситуации.

Солнечная энергетика пока что ограничивается (на бытовом уровне) созданием фотоэлектрических панелей относительно невысокой мощности. Но независимо от конструкции фотоэлектрического преобразователя света солнца в ток это устройство оснащается модулем, который называют контроллер заряда солнечной батареи.

Действительно, в схему установки фотосинтеза солнечного света входит аккумуляторная батарея – накопитель энергии, получаемой от солнечной панели. Именно этот вторичный источник энергии обслуживается в первую очередь контроллером.

Электронный модуль, называемый контроллером для солнечной батареи, предназначен выполнять целый ряд контрольных функций в процессе заряда/разряда .

Такой выглядит одна из многочисленных существующих моделей контроллеров заряда для солнечной батареи. Этот модуль относится к числу разработок типа PWM

Когда на поверхность солнечной панели, установленной, к примеру, на крыше дома, падает солнечный свет, фотоэлементами устройства этот свет преобразуется в электрический ток.

Полученная энергия, по сути, могла бы подаваться непосредственно на аккумулятор-накопитель. Однако процесс зарядки/разрядки АКБ имеет свои тонкости (определённые уровни токов и напряжений). Если пренебречь этими тонкостями, АКБ за короткий срок эксплуатации попросту выйдет из строя.

Чтобы не иметь таких грустных последствий, предназначен модуль, именуемый контроллером заряда для солнечной батареи.

Помимо контроля уровня заряда аккумулятора, модуль также отслеживает потребление энергии. В зависимости от степени разряда, схемой контроллера заряда аккумулятора от солнечной батареи регулируется и устанавливается уровень тока, необходимый для начального и последующего заряда.

В зависимости от мощности контроллера заряда аккумуляторных батарей солнечной энергетической установки, конструкции этих устройств могут иметь самую разную конфигурацию

В общем, если говорить простым языком, модуль обеспечивает беззаботную «жизнь» для АКБ, что периодически накапливает и отдаёт энергию устройствам-потребителям.

Применяемые на практике виды

На промышленном уровне налажен и осуществляется выпуск двух видов электронных устройств, исполнение которых подходит для установки в схему солнечной энергетической системы:

Устройства серии PWM.
Устройства серии MPPT.

Первый вид контроллера для солнечной батареи можно назвать «старичком». Такие схемы разрабатывались и внедрялись в эксплуатацию ещё на заре становления солнечной и ветряной энергетики.

Принцип работы схемы PWM контроллера основан на алгоритмах широтно-импульсной модуляции. Функциональность таких аппаратов несколько уступает более совершенным устройствам серии MPPT, но в целом работают они тоже вполне эффективно.

Одна из популярных в обществе моделей контроллера заряда АКБ солнечной станции, несмотря на то, что схема устройства выполнена по технологии PWM, которую считают устаревшей

Конструкции, где применяется технология Maximum Power Point Tracking (отслеживание максимальной границы мощности), отличаются современным подходом к схемотехническим решениям, обеспечивают большую функциональность.

Но если сравнивать оба вида контроллера и, тем более, с уклоном в сторону бытовой сферы, MPPT устройства выглядят не в том радужном свете, в котором их традиционно рекламируют.

Контроллер типа MPPT:

имеет более высокую стоимость;
обладает сложным алгоритмом настройки;
даёт выигрыш по мощности только на панелях значительной площади.

Этот вид оборудования больше подходит для систем глобальной солнечной энергетики.

Контроллер, предназначенный под эксплуатацию в составе конструкции солнечной энергетической установки. Является представителем класса аппаратов MPPT – более совершенных и эффективных

Под нужды обычного пользователя из бытовой среды, имеющего, как правило, панели малой площади, выгоднее купить и с тем же эффектом эксплуатировать ШИМ-контроллер (PWM).

Структурные схемы контроллеров

Принципиальные схемы контроллеров PWM и MPPT для рассмотрения их обывательским взглядом – это слишком сложный момент, сопряжённый с тонким пониманием электроники. Поэтому логично рассмотреть лишь структурные схемы. Такой подход понятен широкому кругу лиц.

Вариант #1 – устройства PWM

Напряжение от солнечной панели по двум проводникам (плюсовой и минусовой) приходит на стабилизирующий элемент и разделительную резистивную цепочку. За счёт этого куска схемы получают выравнивание потенциалов входного напряжения и в какой-то степени организуют защиту входа контроллера от превышения границы напряжения входа.

Здесь следует подчеркнуть: каждая отдельно взятая модель аппарата имеет конкретную границу по напряжению входа (указано в документации).

Так примерно выглядит структурная схема устройств, выполненных на базе PWM технологий. Для эксплуатации в составе небольших бытовых станций такой схемный подход обеспечивает вполне достаточную эффективность

Далее напряжение и ток ограничиваются до необходимой величины силовыми транзисторами. Эти компоненты схемы, в свою очередь, управляются чипом контроллера через микросхему драйвера. В результате на выходе пары силовых транзисторов устанавливается нормальное значение напряжения и тока для аккумулятора.

Также в схеме присутствует датчик температуры и драйвер, управляющий силовым транзистором, которым регулируется мощность нагрузки (защита от глубокой разрядки АКБ). Датчиком температуры контролируется состояние нагрева важных элементов контроллера PWM.

Обычно уровень температуры внутри корпуса или на радиаторах силовых транзисторов. Если температура выходит за границы установленной в настройках, прибор отключает все линии активного питания.

Вариант #2 – приборы MPPT

Сложность схемы в данном случае обусловлена её дополнением целым рядом элементов, которые выстраивают необходимый алгоритм контроля более тщательно, исходя из условий работы.

Уровни напряжения и тока отслеживаются и сравниваются схемами компараторов, а по результатам сравнения определяется максимум мощности по выходу.

Главное отличие этого вида контроллеров от приборов PWM в том, что они способны подстраивать энергетический солнечный модуль на максимум мощности независимо от погодных условий.

Схемой таких устройств реализуются несколько методов контроля:

возмущения и наблюдения;
возрастающей проводимости;
токовой развёртки;
постоянного напряжения.

А в конечном отрезке общего действия применяется ещё алгоритм сравнения всех этих методов.

Способы подключения контроллеров

Рассматривая тему подключений, сразу нужно отметить: для установки каждого отдельно взятого аппарата характерной чертой является работа с конкретной серией солнечных панелей.

Так, например, если используется контроллер, рассчитанный на максимум входного напряжения 100 вольт, серия солнечных панелей должна выдавать на выходе напряжение не больше этого значения.

Любая солнечная энергетическая установка действует по правилу баланса выходного и входного напряжений первой ступени. Верхняя граница напряжения контроллера должна соответствовать верхней границе напряжения панели

Прежде чем подключать аппарат, необходимо определиться с местом его физической установки. Согласно правилам, местом установки следует выбирать сухие, хорошо проветриваемые помещения. Исключается присутствие рядом с устройством легковоспламеняющихся материалов.

Недопустимо наличие в непосредственной близости от прибора источников вибраций, тепла и влажности. Место установки необходимо защитить от попадания атмосферных осадков и прямых солнечных лучей.

Техника подключения моделей PWM

Практически все производители PWM-контроллеров требуют соблюдать точную последовательность подключения приборов.

Подключать периферийные устройства нужно в полном соответствии с обозначениями контактных клемм:

Соединить провода АКБ на клеммах прибора для аккумулятора в соответствии с указанной полярностью.
Непосредственно в точке контакта положительного провода включить защитный предохранитель.
На контактах контроллера, предназначенных для солнечной панели, закрепить проводники, выходящие от солнечной батареи панелей. Соблюдать полярность.
Подключить к выводам нагрузки прибора контрольную лампу соответствующего напряжения (обычно 12/24В).

Указанная последовательность не должна нарушаться. К примеру, подключать солнечные панели в первую очередь при неподключенном аккумуляторе категорически запрещается. Такими действиями пользователь рискует «сжечь» прибор. В более подробно описана схема сборки солнечных батарей с аккумулятором.

Также для контроллеров серии PWM недопустимо подключение инвертора напряжения на клеммы нагрузки контроллера. Инвертор следует соединять непосредственно с клеммами АКБ.

Порядок подключения приборов MPPT

Общие требования по физической инсталляции для этого вида аппаратов не отличаются от предыдущих систем. Но технологическая установка зачастую несколько иная, так как контроллеры MPPT зачастую рассматриваются аппаратами более мощными.

Для контроллеров, рассчитанных под высокие уровни мощностей, на соединениях силовых цепей рекомендуется применять кабели больших сечений, оснащённые металлическими концевиками

Например, для мощных систем эти требования дополняются тем, что производители рекомендуют брать кабель для линий силовых подключений, рассчитанный на плотность тока не менее чем 4 А/мм 2 . То есть, например, для контроллера на ток 60 А нужен кабель для подключения к АКБ сечением не меньше 20 мм 2 .

Соединительные кабели обязательно оснащаются медными наконечниками, плотно обжатыми специальным инструментом. Отрицательные клеммы солнечной панели и аккумулятора необходимо оснастить переходниками с предохранителями и выключателями.

Такой подход исключает энергетические потери и обеспечивает безопасную эксплуатацию установки.

Структурная схема подключения мощного контроллера MPPT: 1 – солнечная панель; 2 – контроллер MPPT; 3 – клеммник; 4,5 – предохранители плавкие; 6 – выключатель питания контроллера; 7,8 – земляная шина

Перед подключением к прибору следует убедиться, что напряжение на клеммах соответствует или меньше напряжения, которое допустимо подавать на вход контроллера.

Подключение периферии к аппарату MTTP:

Выключатели панели и аккумулятора перевести в положение «отключено».
Извлечь защитные предохранители на панели и аккумуляторе.
Соединить кабелем клеммы аккумулятора с клеммами контроллера для АКБ.
Подключить кабелем выводы солнечной панели с клеммами контроллера, обозначенными соответствующим знаком.
Соединить кабелем клемму заземления с шиной «земли».
Установить температурный датчик на контроллере согласно инструкции.

После этих действий необходимо вставить на место ранее извлечённый предохранитель АКБ и перевести выключатель в положение «включено». На экране контроллера появится сигнал обнаружения аккумулятора.

Экран прибора покажет значение напряжения солнечной панели. Этот момент свидетельствует об успешном запуске энергетической солнечной установки в работу.

Выводы и полезное видео по теме

Промышленностью выпускаются устройства многоплановые с точки зрения схемных решений. Поэтому однозначных рекомендаций относительно подключения всех без исключения установок дать невозможно.

Однако главный принцип для любых типов приборов остаётся единым: без подключения АКБ на шины контроллера соединение с фотоэлектрическими панелями недопустимо. Аналогичные требования предъявляются и для включения в схему . Его следует рассматривать как отдельный модуль, подключаемый на АКБ прямым контактом.

Если у вас есть необходимый опыт или знания, пожалуйста, поделитесь им с нашими читателями. Оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке. Здесь же можно задать вопрос по теме статьи.

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 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.

Это может быть:

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;

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.

Как правильно использовать солнечную батарею

Перво-наперво нужно понять, что энергия, получаемая от солнечной батареи – это пока ещё некий полуфабрикат, во многих случаях непригодный для питания многих устройств. Лишь самые “некапризные” из них могут её “переварить”, в основном это аккумуляторы, да и то, не всех типов.

Плохое качество энергии заключается, во-первых, в нестабильности выходного тока и напряжения, и, во-вторых, в малом количестве этой энергии, явно меньше тех циферок, что присутствуют в описании солнечных батарей.

Солнечная батарея должна как можно больше времени находиться на солнце и работать, работать, работать… отдавать всё, что она может.
Должно быть устройство, которое накапливает всю энергию, что выдает солнечная батарея. Чаще всего, это либо аккумулятор, либо более сложный накопитель.

Использование этих двух простых принципов позволяет снизить требования к мощности солнечной батареи в несколько раз, и при этом обеспечить гарантированную зарядку своих устройств, даже когда солнца нет.

Их вид и характеристики показаны ниже.

Выходное напряжение (рабочее / без нагрузки) – около 6 В / 8В
Выходной ток (рабочий / короткого замыкания) – около 1А / до 1.3А
Габариты в сложенном состоянии – 200х195х9 мм
Габариты в раскрытом состоянии – 595х195х6 мм
Вес 400 г

Выходное напряжение (рабочее / без нагрузки) – около 12.5 В / 16В
Выходной ток (рабочий / короткого замыкания) – около 0.66А / до 0.85А
Габариты в сложенном состоянии – 210х350х8 мм
Габариты в раскрытом состоянии – 420х350х6 мм
Вес 460 г

Материал фотоэлементов – аморфный кремний. Обе имеют встроенный последовательный диод для предупреждения разряда заряжаемых аккумуляторов.

Эти аккумуляторы после окончания заряда при пропускании через них тока начинают разлагать электролит и постепенно высыхают, поэтому нужен более строгий контроль за их состоянием. Т.е., как минимум, периодически нужно подбегать с тестером и проверять уровень заряда.

Что же можно подключить из электроники к этим солнечным батареям? Чтобы гарантированно и безопасно заряжалось – практически ничего. Каждый раз нужно проверять эту возможность методом “тыка”. Некоторые рации заряжаются от источника 12 В.

Шаг второй. Улучшаем солнечную батарею.

Первые стабилизаторы были линейными, т.к. просто отсекали лишнее напряжение, не позволяя ему пройти к потребителю. Затем разработчики быстренько сообразили, что грех переводить в тепло и так небольшое количество энергии от солнечной батареи, и начали делать стабилизаторы импульсного типа. Такой стабилизатор просто преобразует напряжение и ток одного уровня в другой с минимальными потерями (КПД около 80…90%), т.е. он может взять 12 В 0.5 А от источника и выдать 6 В, но уже 1 А потребителю (в идеале, без учёта КПД).

Т.о. использование стабилизатора позволяет использовать для зарядки КПК, сотовых, плееров или других “капризных” к питанию устройств как солнечную батарею на 6 Вт, так и на 8 Вт.

Такой накопитель поглощает практически весь ток, который может выработать солнечная батарея.

При построении графика, я пытался более-менее соблюдать масштабы реальных токов и их отношений. Так, например, некоторые КПК уже плохо заряжаются при токах ниже 1.2А, особенно, при разряженном аккумуляторе. Здесь, для примера, использован даже меньший ток – 0.5 А. Накопитель же, например, “Вампирчик-Литий”, начинает заряжать свои аккумуляторы током от 10 мА, но на графике указно с запасом – 50 мА.

Таким образом, получается, что даже, несмотря на то, что при накоплении энергии в промежуточном аккумуляторе и дополнительных преобразований теряется от четверти до половины энергии, полученной от солнечной батареи, мы всё равно оказываемся в выигрыше, причём многократном, по сравнению с непосредственной зарядкой гаджетов от солнечной батареи.

И напоследок, просто приведу два комплекта для обеспечения электропитания в походе, которые мне кажутся наиболее рациональными.

Солнечная батарея 8 Вт;
Накопительный аккумулятор;
Импульсный стабилизатор напряжения.

Солнечная батарея подключена непосредственно к аккумулятору, что позволяет исключить потери на работу схемы его зарядки. Остаются только потери “в химии”, около 15%.

Вторым недостатком, впрочем, весьма относительным, такого набора можно считать желательность использования солнечной батареи именно на 12В. Но эти батареи имеют примерно вдвое большие размеры в сложенном виде, чем 6-ти Ваттные.

Солнечная батарея 6 Вт или 8 Вт;
Накопитель.

Любая из этих батарей просто подключается напрямую к накопителю, и он сам уже следит за зарядкой. Пользователю остаётся только подключиться к его выходу для питания своих устройств.

Простота и компактность, минимум проводов.
Не нужно контролировать аккумуляторы.

Выводы.

Буферный аккумулятор (накопитель) позволяет снизить требования к мощности солнечной батареи в несколько раз. А также обеспечивает дополнительные удобства в эксплуатации.

2 комментария:

Статья интересная, и во многом можно согласиться с автором. но использовать кислотный АКБ 6-12V, (при ёмкости 4,5-7Ah) – это минимум 1-2,5 кг лишнего веса, и для автономного похода (когда на счету каждые 50-100 грамм), на мой взгляд, мало приемлемо.

а можно в данной схеме использовать авто аккумулятор с емкость 45Ah.

Как правильно использовать солнечную батарею, Солнечная энергетика

Все о солнечной энергетике – новости, интервью, технологии, бизнес, анализ тенденций и перспектив

Солнечные батареи

Солнечные батареи могут обеспечить зарядный ток аккумулятора в пределах 35-50 миллиампер, не более того. Причем это будет при хорошем солнечном освещении. Следовательно, с помощью широко распространённых солнечных батарей можно обеспечить заряд маломощных аккумуляторов имеющих емкость не более 0,45 А/ч. Замечу, что широко распространенные аккумуляторы типа ЦНК-0,45 как раз имеют такую емкость.

Самый главный недостаток солнечных элементов - это только их относительная дороговизна. Но этот недостаток окупает эффективная работа заряжаемых с помощью солнца аккумуляторов.

Если же солнечная батарея обеспечивает ток, меньший чем номинальный зарядный ток, менее 0,08 от емкости аккумуляторов, то в данном случае речь может идти не о зарядке, а только о подзарядке аккумуляторов. Это означает, что в светлый период времени солнечная батарея должна быть постоянно подключена к аккумулятору, все это время постоянно подзаряжая его. При этом необходимо контролировать, что бы во время работы аккумуляторной батареи напряжение на одном элементе аккумулятора было бы не ниже 1,2-1,15 вольт. При напряжении ниже 1,15 вольт аккумулятор необходимо снять с работы и поставить на зарядку. В противном случае за короткое время напряжение на элементах аккумулятора упадет до 1,1 вольта, и такую разряженную аккумуляторную батарею уже невозможно будет использовать в экспедиции без серьезной зарядки. Это указывает на то, что в экспедиции, обязательно необходимо контролировать напряжение на аккумуляторной батарее под нагрузкой.

Следовательно, для зарядки аккумуляторов можно применить солнечную батарею, которая имеет максимальный генерируемый ток примерно равный току зарядки аккумуляторов. В этом случае солнечная батарея автоматически будет производить зарядку аккумуляторов необходимым зарядным током при своем освещении. Батарею необходимо подключать к аккумуляторам через диод. Это необходимо потому, что при неблагоприятном солнечном освещении напряжение на солнечной батарее может упасть ниже, чем напряжение на заряжаемых аккумуляторах. В этом случае аккумуляторы вместо своего заряда, разрядятся через внутреннее сопротивление солнечной батареи. Буферный конденсатор необходим, если, аккумуляторы будут использоваться для работы во время своей зарядки/подзарядки.

Шунт для этого индикатора записи тоже сделать достаточно просто. На резисторе типа МЛТ-0,5 наматываем 1 метр провода типа ПЭЛ-0,1. Подключаем шунт параллельно микроамперметру и измеряем, какой максимальный ток он при этом может измерять. Допустим, получилось 100 миллиампер. А для заряда аккумуляторов используется солнечная батарея с максимальным током 40 миллиампер. Следовательно, удобно иметь максимальную шкалу в 50 миллиампер. Для получения такого максимального тока отклонения микроамперметра сопротивление шунта необходимо увеличить в два раза. Для этого необходимо увеличить длину провода шунта до двух метров. Аналогично можно провести практическую подгонку шунта и для других токов отклонения миллиамперметра.

Если же солнечная батарея используется только для подзарядки аккумуляторов, то ее необходимо производить по мере необходимости – по мере разряда аккумуляторов. При неблагоприятных условиях подзарядка может даже продолжаться целый световой день. Ночью солнечные батареи нет необходимости отключать от аккумуляторов, поскольку они будут отключены автоматически с помощью диода.

Зарядка аккумуляторов с - помощью солнечных батарей

Сайт о солнечной энергии, солнечных батареях, сопутствующих вопросах экологии, энергетики. Собраны воедино принципы работы разных типов солнечных элементов и генераторов, примеры реально существующих и проектируемых устройств. На сайте собрана фотогалерея устройств на солнечных батареях, а также приведен список магазинов, в которых можно купить солнечные батареи.

Зарядка аккумулятора от солнечной батареи

Тема конструирования самодельных солнечных батарей и зарядки аккумуляторов от солнечных батарей не раз освещалась в любительской литературе. Данное простое устройство основано на материале .

Схема устройства

Солнечная батарея с рабочим размером 4х4 см заряжает аккумулятор через диод VD1 типа Д311. Он предотвращает разряд аккумулятора в те моменты, когда освещение солнечной батареи мало, а напряжение на ней падает ниже напряжения аккумулятора. Диод VD1 должен быть германиевым с возможно меньшим падением напряжения в прямом направлении. При ярком солнечном освещении данная батарея выдает ЭДС около 3 В, что много для одного Ni-Mh аккумулятора. Для уменьшения напряжения на аккумуляторе параллельно ему включен светодиод VD2. Этот светодиод следует подбирать так, что бы он открывался при напряжении 1,6 – 1,8 В. Аккумулятор размещается в пластиковой колодке для гальванических элементов типоразмера АА.

Сборка действующей модели ЗУ

Устройство собрано навесным монтажом на пластиковой панели подходящего размера, вырезанной из коробки от старого DVD.

Солнечная батарея закреплена на площадке при помощи прокладки из прозрачного упаковочного пластика. В прокладке прорезано окно напротив рабочей поверхности солнечной батареи. Очевидным недостатком данной конструкции является, небольшая площадь солнечной батареи и как следствие малый зарядный ток аккумулятора, не более нескольких миллиампер. Так, что можно говорить скорее о подзарядке аккумулятора, а не о полной зарядке.

Реально с его помощью можно заряжать аккумуляторы емкостью 300-600 мА*ч. Для современных аккумуляторов емкостью 2000-2500 мА*ч время зарядки из длительной превращается в неприемлемое. Реальная ниша применение подобного устройства – это поддержание в заряженном состоянии редко используемого аккумулятора там, где нет доступа к электросети, например на даче.

ПОДЗАРЯДКА АККУМУЛЯТОРОВ ОТ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ

Зарядка аккумулятора от солнечной батареи Тема конструирования самодельных солнечных батарей и зарядки аккумуляторов от солнечных батарей не раз освещалась в любительской литературе.

Зарядка аккумуляторов с помощью солнечных батарей

Для обеспечения работы из радио экспедиций часто применяют никель- кадмиевые аккумуляторы (НКА). Но, с течением времени работы в эфире НКА необходимо подзаряжать. В условиях экспедиционной работы одним из наилучших вариантов подзарядки аккумуляторов является использование солнечных батарей. Энергия Солнца вполне сможет обеспечить работу по зарядке аккумуляторов. Разберем принципы использования солнечных батарей для зарядки аккумуляторов.

Тип солнечной батареи

Наиболее распространённые в странах СНГ являются солнечные батареи типа БСК-1, БСК-2, Электроника МЧ/1. Эти батареи выпускают или ранее выпускали многие радиоэлектронные заводы. Иногда встречаются в продаже также импортные, в основном китайские и корейские, солнечные батареи, с параметрами сравнимыми с батареями типов БСК-1, БСК-2, Электроника МЧ/1.

Эти солнечные батареи могут обеспечить зарядный ток аккумулятора в пределах 35-50 миллиампер, не более того. Причем это будет при хорошем солнечном освещении. Следовательно, с помощью широко распространённых солнечных батарей можно обеспечить заряд маломощных аккумуляторов имеющих емкость не более 0,45 А/ч. Замечу, что широко распространенные аккумуляторы типа ЦНК-0,45 как раз имеют такую емкость.

Необходимо также учитывать, что в середине лета, в июле, световой период, в который батарея эффективно отдаёт энергию, обычно длится не более 7-9 часов. Наиболее эффективное время для работы солнечной батареи с 10 до 17 часов. После этого времени ток солнечных батарей падает. Падает ток, генерируемый солнечной батареей в облачную погоду. Некоторая ориентировка солнечных батарей относительно положения Солнца, помогает увеличить генерируемый ими ток, но… Попробуйте сами покрутить батареи в поисках их лучшего освещения, и убедитесь, что это нелегкое дело.

Что же можно предпринять для увеличения тока, генерируемого солнечной батареей? Наиболее просто ток солнечных батарей можно увеличить при помощи их параллельного включения. Конечно, необходимо включать солнечные батареи, имеющие одинаковое количество элементов и, следовательно, обеспечивающих одинаковое напряжение фото ЭДС. Но все же параллельное включение солнечных батарей, как это показано на рис. 1, нежелательно. Лучшие результаты будут получены при параллельном включении элементов солнечных батарей, как это показано на рис. 2.

Рисунок 1 Нежелательное включение солнечных батарей

Рисунок 2 Параллельное включение элементов солнечных батарей

Давайте разберем, почему нежелательно параллельное включение солнечных батарей, показанное на рис. 1.

Вследствие разной освещенности солнечных батарей генерируемые ими напряжения будут немного отличаться друг от друга. Вследствие этого, эффективно будет работать только одна солнечная батарея. При включении солнечных элементов по схеме, показанной на рис. 2, напряжения, генерируемые ими, более равномерно распределяются по солнечной батарее. Вследствие этого, частичное затенение части элементов не принесет большого вреда для работы солнечной батареи. Однако параллельное включение потребует распайки готовых батарей, а затем новое включение их элементов между собой. Работа достаточно нудная, коса проводов между батареями… Но если необходим большой ток, то эту работу все же придется выполнить.

Для увеличения напряжения солнечной батареи, можно включать последовательно, сколько угодное большое количество солнечных элементов. Напряжение такой солнечной батареи будет равно сумме напряжений на всех составляющих ее солнечных элементах. Ток, отдаваемый этой батареей, будет ограничен током худшего элемента.

Самый главный недостаток солнечных элементов, на мой взгляд, это только их относительная дороговизна. Но этот недостаток окупает эффективная работа заряжаемых с помощью солнца аккумуляторов.

Зарядка/подзарядка аккумуляторов

Итак, при достаточном количестве солнечных элементов можно создать солнечную батарею с практически любыми напряжением и током, и способную обеспечить зарядку любого типа аккумуляторов. Все дело только в стоимости такой солнечной батареи. Конечно, не следует забывать, что мощная солнечная батарея будет занимать большую площадь для своей установки. Следует также заметить, если полноценное солнечное освещение батареи бывает ограниченное время суток, то желательно использовать солнечную батарею, обеспечивающую ускоренный зарядный ток, величина которого находится в пределах 0,15-0,3 от емкости аккумуляторов.

Обычно в радио экспедициях эффективная работа возможна в вечернее и ночное время. В это время прохождение на многих диапазонах улучшается, появляется много местных станций. Использование солнечной батареи позволяет вечером и ночью разрядить аккумуляторы во время работы в эфире, а днем произвести их подзарядку.

Рисунок 3 Разрядная и зарядная характеристика никель/кадмиевого аккумулятора

Для дальнейшего понимания процесса зарядки солнечной батареей аккумулятора рассмотрим характеристики элемента солнечной батареи. Зависимость тока одного элемента солнечной батареи типа БСК-2 от напряжения на нем показана на рис. 4. Этот график снят при оптимальном освещении солнечного элемента. Этот график типичен и для других солнечных элементов. Конечно, значение максимального тока будет зависеть от мощности солнечного элемента. Для снятия этого графика к освещенному солнечному элементу подключают переменный резистор. Изменяют сопротивление переменного резистора, и измеряют ток, поступающий в резистор и напряжение на солнечном элементе. Схема для снятия вольт/амперной характеристики солнечного элемента показана на рис. 5.

Рисунок 4 Вольт/амперная характеристика солнечного элемента

Рисунок 5 Схема для снятия вольт/амперная характеристики солнечного элемента

При работе солнечного элемента без нагрузки напряжение фото ЭДС на нем составит около 0,6 В. При подключении нагрузки, а затем при уменьшении ее сопротивления, ток в нагрузке начнет увеличиваться. Напряжение на нагрузке при этом начнет снижаться. Напряжение примерно 0,45 вольт на нагрузке является оптимальным режимом работы солнечного элемента. При попытках увеличить отбор тока, напряжение на солнечном элементе падает, а ток, который он генерирует, продолжает оставаться практически неизменным. Это говорит о том, что солнечная батарея является почти идеальным источником тока, то, что как раз и надо для зарядки аккумуляторов!

Для схемы измерения тока солнечного элемента (см. рис. 5) был построен график зависимости рассеиваемой мощности в сопротивлении нагрузки солнечного элемента. График показан на рис. 6. Этот график снят при оптимальном освещении солнечного элемента. Для постройки графика измерялось нагрузочное сопротивление солнечного элемента при различных напряжениях на нем. Затем, исходя из значения сопротивления нагрузки, и тока, протекающего через нагрузку, был построен график мощности, рассеиваемой в нагрузке. Из этого графика видно, что максимальная мощность отдаваемая в нагрузку солнечным элементом будет при напряжении на нагрузке 0,45 вольт. Оптимальное напряжение на нагрузке (0,45 вольт) отличается от напряжения фото ЭДС (о,6 вольт) в 0,75 раз.

Рисунок 6 График зависимости рассеиваемой мощности в сопротивлении нагрузки от напряжения на ней

Следовательно, для зарядки аккумуляторов можно применить солнечную батарею, которая имеет максимальный генерируемый ток примерно равный току зарядки аккумуляторов. В этом случае солнечная батарея автоматически будет производить зарядку аккумуляторов необходимым зарядным током при своем освещении. Батарею необходимо подключать к аккумуляторам через диод, как это показано на рис. 7. Это необходимо потому, что при неблагоприятном солнечном освещении напряжение на солнечной батарее может упасть ниже, чем напряжение на заряжаемых аккумуляторах. В этом случае аккумуляторы вместо своего заряда, разрядятся через внутреннее сопротивление солнечной батареи. Буферный конденсатор C1 необходим, если, аккумуляторы будут использоваться для работы во время своей зарядки/подзарядки.

Рисунок 7 Подключение солнечной батареи к аккумуляторам

Последовательно с солнечной батареей включен миллиамперметр. Включение миллиамперметра весьма и весьма желательно. Он показывает, какой величины ток потребляет аккумулятор от солнечной батареи. А это дает возможность судить, находится ли аккумулятор под зарядным током или тренировочным, и вообще, работает ли в данный момент солнечная батарея или нет. В качестве миллиамперметра удобно использовать индикатор записи от старого магнитофона.

Шунт для этого индикатора записи тоже сделать достаточно просто. На резисторе типа МЛТ-0,5 наматываем 1 метр провода типа ПЭЛ-0,1. Подключаем шунт параллельно микроамперметру и измеряем, какой максимальный ток он при этом может измерять. Допустим, получилось 100 миллиампер. А для заряда аккумулято-ров используется солнечная батарея с максимальным током 40 миллиампер. Следовательно, удобно иметь максимальную шкалу в 50 миллиампер. Для получения такого максимального тока отклонения микроамперметра сопротивление шунта необходимо увеличить в два раза. Для этого необходимо увеличить длину провода шунта до двух метров. Аналогично можно провести практическую подгонку шунта и для других токов отклонения миллиамперметра.

В походных условиях можно считать процесс зарядки аккумуляторной батареи оконченным, если напряжение на ее элементах под нагрузкой составляет не менее 1,25 В/на элемент, и их ЭДС составляет не менее 1,36 В/на элемент. Если же солнечная батарея используется только для подзарядки аккумуляторов, то ее необходимо производить по мере необходимости – по мере разряда аккумуляторов. При неблагоприятных условиях подзарядка может даже продолжаться целый световой день. Ночью солнечные батареи нет необходимости отключать от аккумуляторов, поскольку они будут отключены автоматически с помощью диода VD1 (см. рис. 7).

Расчет параметров солнечной батареи

Приведем пример расчета солнечной батареи, необходимой для зарядки аккумуляторов. Как показано на графиках рис. 3, во время зарядки аккумулятора напряжение на нем будет находиться в пределах 1,4 В. Для питания аппаратуры в полевых условиях, обычно применяют напряжение питания 12 вольт. Такое напряжение могут обеспечить 10 никель- кадмиевых аккумуляторов, включенных последовательно. Для зарядки батареи из 10 никель- кадмиевых аккумуляторов, включенных последовательно, необходимо обеспечить напряжение на них равное 14 вольт (10*1,4=14). При максимальном КПД работы солнечной батареи, когда напряжение на одном солнечном элементе составит 0,45 вольт, напряжение 14 вольт может обеспечить солнечная батарея состоящая из 31 элемента (14/0,45=31).

Учтем падение напряжение на диоде, равное 0,7 вольта. Следовательно, солнечная батарея должна иметь еще два лишних элемента. Суммарное количество солнечных элементов в батарее в этом случае будет равно 33 (31+2=33). Напряжение фото ЭДС солнечной батареи содержащей 33 элемента составит 19,8 вольт. Итак, мы подошли к важной вещи. Оказывается, для зарядки аккумуляторной батареи напряжением 12 вольт, необходима солнечная батарея напряжением фото ЭДС почти 20 вольт! Такую батарею можно собрать самостоятельно используя отдельные солнечные элементы или несколько готовых солнечных батарей.

В паспорте на солнечные батареи указывают как раз напряжение фото ЭДС. В продаже имеются солнечные батареи на напряжения фото ЭДС равное 12 и 9 вольт. Следовательно, при оптимальном сопротивлении нагрузки (см. рис. 6) напряжение на этих батареях составит 6,75 вольт, для 9- вольтовой солнечной батареи, 9 вольт для 12 вольтовой солнечной батареи.

Две последовательно включенные солнечные батареи, имеющие напряжение фото ЭДС 9 и 12 вольт можно с успехом использовать для зарядки 12 вольтовой аккумуляторной батареи. Превышение суммарного напряжения, которое для двух батарей составит 21 вольт, расчетного напряжения 20 вольт на один вольт не страшно. Это превышение будет компенсировано некоторым уменьшением выходного напряжения солнечной батареи которое произойдет из-за неравномерного освещения элементов, составляющих солнечную батарею. Конечно, следует не забывать, что ток солнечных батарей не должен превышать зарядный ток аккумуляторов.

Две последовательно включенные солнечные батареи на напряжение 9 вольт не смогут обеспечить полную зарядку аккумуляторной батареи. Они осуществят лишь ее подзарядку, до уровня не более 20% от необходимого заряда (см. рис. 3). Однако, подключенная к 12 вольтовой аккумуляторной батареи солнечная батарея с фото ЭДС 18 вольт поможет “разгрузить” режим работы этой аккумуляторной батареи. Она сможет сгладить пиковые токовые нагрузки и обеспечит по мере своих сил подзарядку аккумуляторов.

Эксплуатация солнечных батарей

При использовании солнечных батарей необходимо стремиться к тому, чтобы они были размещены на максимально освещенном месте и были освещены одинаково. Необходимо принять меры, исключающие механическое повреждение батарей, а также прямое воздействие на них влаги и пыли. При транспортировке необходимо избегать тряски солнечных батарей.

Необходимо соблюдать температурный режим солнечных батарей, который указан в их паспорте. Обычно это -40° +50° С. Летом, в жаркую погоду необходимо располагать солнечные батареи на поверхности мало подверженной нагреванию, например, на отрезе белой материи, или на блестящей алюминиевой фольге. В этом случае они слабо нагреваются и обеспечивают удовлетворительную работу расположенной поверх их солнечной батареи.

Необходимо отметить, что никель-кадмиевые аккумуляторы тоже плохо работают при повышенных и пониженных температурах. Понижение температуры аккумулятора ниже 0° С приводит к значительному понижению их мощности.

Результаты испытания солнечных батарей

Практические испытания солнечных батарей совместно с аккумуляторными батареями показали большую эффективность такой совместной работы.

На практике мной были использованы несколько комплектов солнечных батарей. Один комплект обеспечивал напряжение фото ЭДС 18 вольт. Он был составлен из двух солнечных батарей на напряжение 9 вольт. Позже мне удалось приобрести солнечную батарею на напряжение 12 вольт. В результате этого, появилась возможность использовать комплект солнечных батарей на напряжение 21 вольт. Эти солнечные батареи обеспечивали ток в нагрузке пределах 40 миллиампер.

Первое время эксперименты проводились совместно с солнечной батареей имеющей напряжение фото ЭДС 18 вольт. Солнечная батарея была постоянно подключена к аккумуляторам по схеме показанной на рис. 7. Солнечная батарея на напряжение 18 вольт обеспечивала успешную подзарядку аккумуляторной батареи с использованием элементов ЦНК-0,45 и 1,5-НКГН. К сожалению только подзарядку. Интенсивно разряженные во время ночной работы аккумуляторы такая солнечная батарея уже зарядить не смогла. В результате этого, на следующую ночь аккумуляторы работали непродолжительное время.

Однако при небольших нагрузочных токах этих аккумуляторов такая солнечная батарея была довольно полезной. Во время светлого периода она обеспечивала постоянную подзарядку аккумуляторов, держала их под тренировочным током, что благоприятно сказывалось на работе аккумуляторов. В результате этого, аккумуляторы совместно с солнечной батареей работали гораздо дольше, чем без нее.

Но совсем иная картина была при использовании солнечной батареи на напряжение 21 вольт, которая была составлена из батареи на напряжение 9 и 12 вольт. Эта солнечная батарея позволила производить зарядку аккумуляторов во время светового дня. Причем этой зарядки вполне хватало для интенсивной вечерней работы трансивера мощностью 1 ватт. Конечно, оптимальной такую солнечную батарею надо считать только для зарядки аккумуляторов типа ЦНК-0,45, имеющих зарядный ток равный 45 миллиампер. Аккумуляторы типа 1,5 НКГН, имеющих зарядный ток равный 150 миллиампер, такая батарея полностью зарядить не могла. Но в тоже время она им значительно прибавит растраченной за темное время работы емкости!

Батарею на напряжение 21 вольт можно подключать к работающим в дневное время аккумуляторам типа 1,5 НКГН. Подключать ее к работающим совместно с радиоаппаратурой аккумуляторам типа ЦНК-0,45 нежелательно. В этом случае этот тип аккумуляторов будет работать в тяжелом для них режиме, что может вызвать их ускоренный выход из строя. Для избежания этого в экспедиции желательно использовать две аккумуляторных батареи, одну для работы, а другую в это время для зарядки.

Внимание: возможен перезаряд!

Необходимо обратить внимание радиолюбителя, что в некоторых случаях солнечная батарея может сделать перезаряд аккумуляторной батареи. А это приведет к переполюсовке элементов аккумуляторной батареи и к выходу ее из строя. Сразу можно сказать, что при использование 18 вольтовой солнечной батареи можно не опасаться перезаряда аккумуляторной батареи на 12 вольт. Как мы уже разбирали, солнечная батарея на напряжение 18 вольт сможет обеспечить только дозарядку аккумуляторной батареи на уровне 20% от ее номинальной мощности. После этого солнечная батарея обеспечит только тренировочный ток для этих аккумуляторов.

Совсем другой случай будет при использовании солнечной батареи на напряжение 21 вольт. Эта батарея способна обеспечить зарядный ток даже после полного заряда аккумуляторов. Сразу необходимо отметить, что при использовании солнечной батареи обеспечивающей зарядный ток 40 миллиампер можно испортить только аккумуляторы типа ЦНК- 0,45. Аккумуляторы типа 1,5-НКГН, которые требуют зарядного тока величиной 150 миллиампер такой солнечной батареей за время экспедиции испортить трудно. Но, все же необходимо соблюдать осторожность и при их зарядке.

Для того, что бы, не испортить аккумуляторную батарею, необходимо вести учет времени ее работы. После этого проводить дозарядку отданной емкости. Приведу пример такого расчета. Возьмем самый простой случай. Аккумуляторная батарея, составленная из элементов ЦНК-0,45 (следовательно, имеет зарядный ток 40 миллиампер), питает приемник с током потребления равным 40 миллиампер. Предположим, этот приемник проработал вечером 4 часа. Следовательно, утраченная емкость аккумулятора равна 160мА/час (40*4=160). Для восстановления утраченной емкости аккумуляторной батареи она должна получить заряд на 150% превышающий утраченный заряд. Следовательно, для восстановления заряда эта аккумуляторная батарея днем должна находиться под зарядным током 40 миллиампер в течение 6 часов (160/40=4; 4*1,5=6).

А если аккумуляторная батарея использовалась для питания трансивера, который работает на передачу? Что же, необходимо учитывать время, в течение которого он работает на передачу. Допустим, трансивер потребляет 50 миллиампер на прием и 150 миллиампер во время передачи. Работал трансивер в течение 3 часов, из них полчаса на передачу. Следовательно, аккумуляторная батарея 2,5 часа отдавала ток 50 миллиампер и 0,5 часа 150 миллиампер. Рассчитаем утраченную емкость:

во время приема 125мА/час (50*2,5=125);
во время передачи 75мА/час (150*0,5=75);
общая утраченная емкость равна 200мА/час (125+75=200).

Для восстановления утраченной емкости аккумуляторной батареи она должна получить заряд на 150% превышающий утраченный заряд. Следовательно, для восстановления заряда эта аккумуляторная батарея днем должна находиться под зарядным током 40 миллиампер в течение 7,5 часов (200/40=5; 5*1,5=7,5).

Устранение эффекта памяти

К сожалению, никель-кадмиевые аккумуляторы обладают так называемым эффектом памяти. В чем это проявляется? Если аккумулятор несколько раз разряжать не полностью, допустим на 30% от его емкости, а затем снова производится его дозарядку, то аккумулятор “запомнит” разрядный цикл. Впоследствии аккумулятор будет отдавать только 30% своего заряда, даже при получении им полного заряда. Обычно в радио экспедициях аккумуляторы не успевают подхватить эту болезнь. Аккумулятор каждый день испытывает разные разрядные/зарядные циклы, причем разрядные циклы бывают довольно глубокими. Однако, после окончания экспедиции, в которой использовалась подзарядка аккумуляторов, для устранения эффекта памяти, аккумулятору необходимо дать не менее двух циклов полного разряда/заряда.

Удачного использования солнечной батареи в радиоэкспедициях!

Зарядка аккумуляторов с помощью солнечных батарей

Зарядка аккумуляторов с помощью солнечных батарей Зарядка аккумуляторов с помощью солнечных батарей Григоров Игорь Николаевич, а/я 68, 308015, Белгород РОССИЯ Включите javascript, чтобы увидеть …