Ładowarka na panele słoneczne: budowa i zasada działania ładowania słonecznego

Coraz więcej miłośników aktywnego wypoczynku woli spędzać urlop i weekendy bliżej dziewiczej przyrody. Współczesnemu człowiekowi trudno jednak zrezygnować z dobrodziejstw cywilizacji – kto z nas nie zabiera w podróż telefonu komórkowego, laptopa czy aparatu?

Jeśli jednak w Państwa bagażu znajdzie się ładowarka słoneczna, problem z zasilaniem urządzeń zostanie rozwiązany. Pozostaje tylko dowiedzieć się, jak prawidłowo wybrać urządzenie. Przedstawiony przez nas artykuł będzie skuteczną pomocą w wyjaśnieniu wszystkich kwestii.

Czym jest ładowarka słoneczna?

Te ładowarki potrafią przekształcać energię słoneczną w stały prąd elektryczny. Mogą współpracować z różnymi modelami nawigatorów, odtwarzaczy, laptopów, telefonów, aparatów fotograficznych i innych urządzeń przenośnych.

Czas ładowania zależy jednak bezpośrednio od mocy samego urządzenia i rodzaju rozładowanego sprzętu, dlatego aby wybrać naprawdę praktyczne i uniwersalne urządzenie, warto zapoznać się z jego parametrami.

Cechy konstrukcyjne urządzenia

Samo urządzenie składa się z panelu krystalicznego, kontrolera poziomu naładowania/rozładowania i przetwornika energii słonecznej na elektryczną.

Niektóre modele są wyposażone dodatkowo w buforowy akumulator z kilku ogniw litowych, który umożliwia urządzeniu nie tylko przetwarzanie, ale także gromadzenie energii, aby oddawać ładunek nawet w nocy.

Jeszcze kilka lat temu ładowarki słoneczne były dość drogimi urządzeniami, a dziś są produktem masowym o przystępnej cenie.

Zalety ładowarek słonecznych:

• Uniwersalne – przystosowane do różnych urządzeń (w obudowie przewidziano złącza USB, a większość modeli jest dodatkowo wyposażona w specjalne przejściówki do różnych rodzajów elektroniki).
• Zajmują mało miejsca w bagażu podróżnym.
• Istnieje szeroki wybór kształtów, kolorów, rozmiarów i mocy, dostosowanych do różnych potrzeb i gustów estetycznych.

Największą wadą wszystkich ładowarek słonecznych jest długi czas potrzebny do zgromadzenia „siły”. Ponadto należy rozumieć, że jeśli z zasilaniem telefonu komórkowego lub aparatu fotograficznego poradzi sobie praktycznie każdy model, to aktywny „pochłaniacz” energii, jak laptop, będzie wymagał już znacznej mocy panelu słonecznego i pojemnego akumulatora.

Zasada działania urządzenia

Przenośne ładowarki słoneczne to autonomiczne systemy, które mogą przetwarzać energię zarówno z promieni słonecznych, jak i z sieci elektrycznej, lamp dziennych lub komputera. Co więcej, wiele modeli nie wymaga intensywnego słońca – gromadzą ładunek nawet w pochmurne dni, choć sprawność oczywiście spada (od 20 do 70%).

Jeśli kupi się urządzenie z możliwością podłączenia do sieci elektrycznej, można znacznie zaoszczędzić czas na gromadzeniu ładunku przy pochmurnej pogodzie.

Urządzenie działa następująco: kryształy na panelu pochłaniają energię słoneczną, przetwornica „przetwarza” ją na prąd elektryczny, który trafia do źródła zasilania. Gdy do tego źródła za pomocą kabla podłączy się telefon komórkowy lub inne urządzenie, zgromadzona energia stopniowo przepływa do rozładowanego urządzenia.

Rodzaje ładowarek słonecznych

Jeśli chodzi o wygląd zewnętrzny – producenci postarali się nie tylko urozmaicić gamę kolorów i kształt urządzeń, ale także uczynić urządzenie maksymalnie wygodnym w użyciu w różnych sytuacjach. Przyjrzyjmy się najpopularniejszym wariantom.

Monoblok – kompaktowe urządzenie składające się z panelu i akumulatora, zamkniętych w sztywnej obudowie z metalu lub plastiku. Takie urządzenie „uratuje” rozładowany telefon na plaży lub pikniku i nie zajmie dużo miejsca w zwykłej torbie.

Monobloki są wygodne w codziennym użytku – nie zajmują dużo miejsca i mogą ładować się nie tylko ze słońca, ale także podczas pracy na laptopie lub komputerze.

Panel elastyczny – cienki, składany lub rozkładany panel z ogniwami fotowoltaicznymi. Zajmuje mało miejsca w bagażu i waży znacznie mniej niż jego sztywny konkurent zamknięty w obudowie. Jednak pomimo znacznej powierzchni „pokrycia”, elastyczne panele gromadzą ładunek słoneczny prawie dwa razy wolniej niż monobloki.

Ponadto większość paneli działa tylko w bezpośrednim świetle słonecznym, nie magazynując energii – nie posiadają one wbudowanego akumulatora. Zawsze jednak można uzupełnić swoją ładowarkę o zewnętrzny magazyn energii o wymaganej mocy.

Tak więc elastyczne panele – to dobry wybór do ładowania urządzeń o niskiej mocy podczas „stacjonarnego” wypoczynku – na działce, na rybach, z namiotem. Natomiast na piesze wędrówki lepiej poszukać innej opcji.

Podczas podróży elastyczny panel można kompaktowo złożyć i umieścić w bagażniku lub przymocować do dachu samochodu, a na postoju – po prostu rozłożyć go w promieniach słońca.

Wbudowana ładowarka – urządzenie składa się z paneli słonecznych, które są mocowane do zewnętrznej strony toreb lub plecaków turystycznych. Pozwalają one na ładowanie urządzeń bezpośrednio w trakcie podróży lub gromadzenie energii we wbudowanym akumulatorze.

A taki dodatek można także wykorzystać zgodnie z jego przeznaczeniem – do przenoszenia dowolnych przedmiotów lub tej samej elektroniki, co jest bardzo wygodne dla miłośników pieszych wędrówek lub osób pracujących na świeżym powietrzu.

Chociaż „energoplecaki” wyglądają atrakcyjnie i stylowo, równie dobrze można tymczasowo przymocować do torby inny rodzaj ładowarki (wiele modeli jest nawet wyposażonych w specjalne karabińczyki) i nie martwić się o bezpieczeństwo urządzenia podczas deszczu lub czyszczenia.

Rozkładane – mogą to być zarówno kilka elastycznych paneli, kompaktowo złożonych w „stos”, jak i wariant z dwóch monobloków zamkniętych w sztywnej obudowie w formie rozkładanej książki.

Głównym celem takiego urządzenia jest zminimalizowanie „zajmowania” przestrzeni w bagażu i zwiększenie wydajności dzięki większej liczbie ogniw fotowoltaicznych. Miłym bonusem jest to, że większość modeli jest wyposażona w uchwyty do plecaka lub szyby samochodowej.

Rozmiar „rozkładanej” można dobrać w zależności od potrzeb: aby naładować telefon, wystarczy urządzenie wielkości samego telefonu, natomiast w przypadku laptopów i tabletów panel nawet po złożeniu będzie nie mniejszy niż kartka A5.

Ale niezależnie od designu, wszystkie ładowarki słoneczne działają na tej samej zasadzie, dlatego przyjrzyjmy się ważnym niuansom technicznym, które pomogą przy zakupie urządzenia.

Jak wybrać odpowiedni wariant?

Na początek warto określić liczbę i rodzaje urządzeń, które zamierza Pan/Pani ładować za pomocą ładowarki słonecznej. Od tych parametrów zależy moc urządzenia i typ portu wyjściowego.

Jeśli urządzenie posiada kilka portów USB, można jednocześnie podłączać i ładować różne urządzenia, pod warunkiem, że pozwala na to moc baterii.

Parametry różnych urządzeń można sprawdzić, zaglądając do instrukcji obsługi, a w niektórych urządzeniach napięcie robocze jest podane także na ładowarce dołączonej do zestawu, więc orientacja nie będzie trudna. W ostateczności, potrzebną przejściówkę zawsze można dokupić.

Główne parametry i przydatne dodatki

Od charakterystyki prądu ładowania zależy czas, jaki urządzenie będzie potrzebować na ładowanie różnych urządzeń. Ten parametr mierzony jest w amperach i podany na portach urządzenia.

Wartości:

• 1 amper – przeznaczony do telefonów komórkowych, e-papierosów, zegarków, odtwarzaczy.
• 2 ampery – nadaje się do tabletów, smartfonów, aparatów cyfrowych i kamer wideo.
• 2,5-3 ampery – poradzi sobie z ładowaniem netbooków i laptopów.

Ważne jest również znać napięcie wyjściowe, ponieważ ładowane urządzenia mogą przewyższać mocą możliwości ładowania słonecznego. Dla większości telefonów i prostych tabletów wymagane jest napięcie wyjściowe 5 woltów, dla kamer cyfrowych i gadżetów do gier – 9, a dla laptopów i samochodowych lodówek – 12-24.

Jednak główną cechą ładowarki jest moc panelu słonecznego. Od tego parametru bezpośrednio zależy czas ładowania baterii. A wszystko sprowadza się do charakterystyk paneli wychwytujących światło.

Na przykład, ogniwa o mocy 5 W (standardowy budżetowy wariant) będą miały prąd 900 mA, a ogniwa 10 W – 1500 mA. Oznacza to, że naładowanie telefonu za pomocą ładowarki słonecznej o mocy 5 W zajmie 2-3 godziny, a panel o mocy 10 W poradzi sobie w półtora godziny.

Do wydajnych urządzeń, takich jak tablety do gier i laptopy, lepiej kupować składane modele z kilku paneli, które szybko generują ładunek.

Ponadto urządzenia z panelami o mocy nieprzekraczającej 2 W są używane tylko do gromadzenia ładunku w wbudowanym akumulatorze. Aby bezpośrednio ładować urządzenia z promieni słonecznych, potrzebne są panele o mocy 3 W i większej.

Inne ważne parametry:

1. Obecność akumulatora – jeśli urządzenie nie ma wbudowanego akumulatora, może działać tylko w czasie przebywania w oświetlonym miejscu. Natomiast urządzenia z akumulatorami mogą oddawać ładunek o każdej porze dnia, a także ładować się z innych źródeł – portu USB laptopa lub gniazdka z zasilaniem 220V.
2. Typ fotoogniw – uważa się, że monokryształy efektywniej pochłaniają promienie słoneczne (ich sprawność wynosi 13-18%). W przypadku polikryształów ten wskaźnik jest niższy – około 10-12%. Można je rozróżnić nawet gołym okiem – polikrystaliczne panele mają ciemnoniebieski odcień, a ich konkurenci – czarny.
3. Interfejs – uniwersalne ładowarki słoneczne są wyposażone w informacyjne porty USB, gdzie można wybrać potrzebną opcję w zależności od typu rozładowanego urządzenia. Niektóre urządzenia są również wyposażone we wskaźnik natężenia promieni słonecznych, które pomogą określić optymalne położenie do szybkiego ładowania.
4. Ochrona – a priori we wszystkich urządzeniach przewidziano system bezpieczeństwa, umożliwiający ich użytkowanie na łonie natury. Ale dla miłośników ekstremalnych przygód warto poszukać urządzenia z wzmocnioną ochroną przed deszczem, kurzem, brudem, uderzeniami i innymi siłami wyższymi.

Dodatkowe możliwości najczęściej są reprezentowane przez funkcję «latarka» lub «lampa». Może to być istotne nie tylko dla miłośników wypoczynku na łonie natury, ale także dla kierowców – przy wymianie koła lub naprawie na nocnej drodze jasne światło stanie się nieodzownym pomocnikiem.

Z innych bonusów producenci mogą zaoferować USB-hub lub punkt Wi-Fi. Ale, oczywiście, wszelkie dodatki znacznie zwiększają końcową cenę produktu. A czy są one naprawdę potrzebne – to należy do Państwa decyzji.

Pod względem intensywności dokonywania zakupów u nas prowadzą następujące modele:

Ogólne zalecenia dotyczące eksploatacji ładowarki

Urządzenia z wbudowanym akumulatorem przed pierwszym użyciem należy w pełni naładować, i to nie na słońcu, a z sieci elektrycznej. Następnie należy podłączyć do ładowarki jakieś urządzenie, aby przyjęło energię i rozładowało magazyn.

Następnie panel można wystawiać na promienie słoneczne i kompensować utracony ładunek. W przypadku modeli działających bezpośrednio na energię słoneczną ta reguła nie obowiązuje – można je od razu ustawiać na oświetlonych obszarach i podłączać urządzenia.

Większość ładowarek słonecznych przeznaczona jest do użytkowania w zakresie temperatur od -20 do +45 stopni, ale istnieją również specjalne modele, działające w warunkach ekstremalnego klimatu, tylko są one wykonywane na zamówienie.

Aby maksymalnie zwiększyć wydajność ładowarki słonecznej, zalecamy Państwu następujące rozwiązania:

1. Proszę ustawiać urządzenie tak, aby promienie padały na panel pod kątem prostym. Nawet jeśli słońce nie znajduje się w zenicie, można nadać ładowaniu odpowiednie położenie, podnosząc je pod kątem 40 stopni za pomocą jakiejś podpórki. W ten sposób można zebrać o 20-30% więcej energii, niż gdyby położyć panel poziomo na oświetlonym miejscu.
2. Proszę używać urządzenia wraz z akumulatorem, i to nie tylko podczas postojów, ale także podczas podróży samochodem lub na wycieczce. Taki tandem będzie w stanie zgromadzić energię na 2-3 ładowania telefonu nawet w pochmurną pogodę bez bezpośredniego światła słonecznego.
3. Proszę pamiętać, że w większości składanych urządzeń panele są połączone szeregowo, dlatego ważne jest, aby wszystkie ogniwa były równomiernie oświetlone. Na przykład, nawet jeśli cień zakryje tylko połowę pierwszego z czterech paneli, moc baterii spadnie o połowę.
4. Aby akumulatory o dużej pojemności osiągnęły deklarowane parametry, zaleca się ich „rozruch” – całkowicie rozładować, a następnie naładować do 100%. I tak 3-4 razy.
5. Podczas dłuższej przerwy w użytkowaniu (miesiąc i więcej) proszę przechowywać ładowarkę w temperaturze pokojowej. Jeśli jest to urządzenie z wbudowanym akumulatorem, należy je wcześniej naładować do 50-70%.

Ostatnia rada – nawet jeśli ładowarka zaczęła gorzej działać lub całkowicie uległa awarii, proszę nie demontować jej samodzielnie, aby nie uszkodzić elementów systemu i samej obudowy. Rozmontowane urządzenie automatycznie traci gwarancję, dlatego lepiej skontaktować się z autoryzowanym centrum serwisowym lub dostawcą.

Jak samodzielnie wykonać ładowarkę?

Choć nowoczesne ładowarki przestały już być urządzeniami z wyższej półki i są w pełni dostępne cenowo dla przeciętnego konsumenta, jeśli chce się zaoszczędzić, zawsze istnieje możliwość wykonania takiego urządzenia samodzielnie.

Przykład samodzielnie wykonanego urządzenia w sztywnej obudowie z metalowej puszki, wyposażonego w złącze USB i przetwornik energii do ładowania urządzeń o małej mocy.

 Aby zrobić prostą słoneczną ładowarkę, należy nabyć kilka podstawowych elementów:

• panel poli- lub monokrystaliczny;
• uchwyt na akumulatory;
• dioda blokująca Schottky'ego;
• gniazdo złącza;
• kontroler ładowania (zresztą, jeśli ładowarka będzie wytwarzać 0,5-5V, można zamiast kontrolera użyć tańszej przetwornicy podwyższającej napięcie do 5V).

Jeśli chodzi o sam panel, tutaj należy dokonać niewielkiego obliczenia liczby ogniw, w oparciu o moc urządzenia, które ma być ładowane.

Na przykład, jeśli prąd ładowania akumulatora wyniesie około 10% jego pojemności, to do naładowania 20 000 mAh potrzebny jest prąd 2A, a zasilanie urządzenia zajmie około 14 godzin. Jeśli zwiększymy prąd dwukrotnie do 4A, czas ładowania skróci się do 7 godzin.

Zastąpienie kontrolera przetwornicą pozwoli złożyć ładowarkę nawet przy użyciu małej baterii z solarnej lampy ogrodowej – i tak na wyjściu otrzymamy wymagane 5V (co prawda będzie się ładować długo).

W zależności od parametrów prądu dla przyszłego ładowania (2 lub 4A) dobiera się również elementy krystaliczne. Zazwyczaj jeden element wytwarza około 0,5V, więc aby uzyskać co najmniej 5V, potrzeba 10-12 elementów.

Następnie należy je połączyć szeregowo ze sobą. Jeśli używany jest panel z latarki, to nawet standardowy 70*70 cm może dawać od 2,5 do 4,5V, dlatego lepiej sprawdzić woltomierzem.

Ostatni etap – umieścić samodziałowe ładowanie w dowolnej odpowiedniej ramce (sprawdzi się nawet puszka po cukierkach) i wyposażyć w złącze USB. Następnie do złącza należy przylutować diodę blokującą, a także przewody od panelu słonecznego do przetwornicy i uchwytu zgodnie z poniższym schematem.

Dioda Schottky jest niezbędna, aby przy włączeniu urządzenia akumulatory nie rozładowywały się przez panel słoneczny. Można ją nabyć, podobnie jak inne komponenty, na giełdach radiowych lub w internecie.

Pozostaje sprawdzić działanie urządzenia na słońcu z dowolnym rozładowanym urządzeniem. Jeśli wszystko jest w porządku, można używać odpowiednich przejściówek i ładować różne urządzenia.

Instrukcja fotograficzna dla majsterkowiczów

Złożenie kompaktowej ładowarki z portem USB do zasilania telefonu można łatwo wykonać własnymi rękami. Wszystkie komponenty są dostępne w sprzedaży, w ostateczności można je zamówić. Samodziałowa ładowarka będzie dziesiątki razy tańsza niż produkt fabryczny, zwłaszcza jeśli jest szeroko reklamowany.

Przy zakupie komponentów do montażu urządzenia należy pamiętać, że baterię słoneczną trzeba kupić o napięciu 5 V lub wyższym. O napięciu akumulatora już mówiliśmy – wynosi 3,7 V. Nie wspomnieliśmy jednak o ważnym szczególe – w oznaczeniu lub dokumentacji technicznej akumulatora powinno znajdować się oznaczenie „PCB protection”. Oznacza to, że jest on zabezpieczony przed głębokim rozładowaniem i przeładowaniem.

Potrzebne będą jeszcze dwa złącza 2,5 mm: jedno z zatrzaskiem na panel, drugie z przewodem. Potrzebny będzie także układ podwyższający napięcie na USB do dostarczania prądu stałego.

Zaopatrzyli się Państwo we wszystko, co niezbędne? Przystąpmy do montażu:

Ponadto należy przylutować diodę. Łączy się ona z jednej strony przewodem z akumulatorem, a z drugiej – ze środkową nóżką złącza. Połączenia lutowane warto wykonać jak najbliżej diody, a wszystkie węzły należy zabezpieczyć rurkami termokurczliwymi lub przynajmniej kroplami kleju.

Z zasadami doboru paneli słonecznych do wyposażenia domu prywatnego lub domku letniskowego zapozna następny artykuł, poświęcony temu interesującemu zagadnieniu.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Aby uzyskać wizualne wyobrażenie o słonecznych urządzeniach ładujących i zasadach ich działania, proponujemy obejrzeć nasz wybór materiałów wideo:

Praktyczne porady i wskazówki, jak wybrać ładowarkę do różnych urządzeń. Zajrzeć do środka i poznać schemat monobloku można razem z autorem tego filmiku:

Jak złożyć urządzenie ładujące działające na energię słoneczną własnoręcznie:

Dziękujmy postępowi technicznemu i bystrym umysłom wynalazców, którzy udostępnili energię słońca zwykłym użytkownikom. Dzięki takim urządzeniom ładującym można nie martwić się, że na odpoczynku w odpowiednim momencie zostanie się bez łączności z cywilizacją.

Cóż, a jeśli z doborem urządzenia pojawiły się trudności, zawsze można zwrócić się o konsultację do profesjonalistów znających się na elektryce.

Proszę opowiedzieć, jak używali Państwo słonecznej ładowarki w warunkach polowych, na pikniku lub w podróży. Proszę pisać komentarze w bloku poniżej. Proszę zadawać pytania, dzielić się wrażeniami i przydatnymi informacjami na temat, publikować zdjęcia.