Solenergi framstår som en verkligt hållbar och miljövänlig energikälla som vi har tillgång till på vår planet. Numera nyttjar människor den här resursen maximalt, vilket är särskilt värdefullt i mer avlägsna områden där tillgången till elnätet är begränsad. Det är extra fördelaktigt i områden som får mycket solljus under dagen, eftersom det kan leda till märkbara besparingar på elräkningen.
Vi ska visa hur du själv kan konstruera ett system för att ladda USB-drivna enheter med likström, enbart med hjälp av solenergi. Vårt mål är att förklara och demonstrera detta med så få komponenter som möjligt och en enkel design.
Förståelse för solenergi
Solenergi är omvandlingen av solljusets energi till en användbar och effektiv energikälla. Solpaneler och solkraftverk används för att omvandla ljusenergi till elektrisk energi. Solpaneler finns i många storlekar, allt från små enheter på några kvadratcentimeter till stora paneler som används på hustak. Större paneler kan också sammankopplas på stora ytor för att producera el i kommersiell skala.
Det finns flera sätt att ta tillvara solenergi. Det vanligaste är genom ett solcellssystem, även kallat PV-system, som omvandlar solens strålar till elektrisk ström. Förutom att använda solcellssystem för att generera el, använder man även solens värmeenergi, eller koncentrerad solenergi, för att värma upp inomhusutrymmen eller vätskor. Det är även möjligt att installera system för soluppvärmt vatten.
Att välja rätt komponenter
Vårt huvudsyfte är att använda solenergi från solljuset för att generera den ström som behövs för att ladda USB-drivna enheter. Du kommer också behöva ett batteri för att lagra energin under molniga dagar eller på natten. Batteriet säkerställer även en kontinuerlig tillförsel av den specifika ström som behövs för att ladda elektroniska enheter.
För det här projektet behöver du följande komponenter:
- Solpanel: För att generera likström när den exponeras för solljus. Välj en panel av lämplig storlek utifrån dina behov. Vi använder 150W solpaneler – med den kapaciteten kan vi driva även likströmslampor och fläktar.
- Batteri: För att lagra den genererade laddningen. Använd ett batteri av lämplig storlek baserat på dina behov.
- Solcellsladdningsregulator: För att kontrollera strömmen och förhindra att batteriet överladdas eller överbelastas. Välj en solcellsladdningsregulator med lämplig strömstyrka och ett USB-gränssnitt.
- Ledningar: För att koppla samman komponenterna.
- USB-enhet: För att testa systemet, till exempel en mobiltelefon eller surfplatta.
Steg 1: Blockschema
Schemat nedan visar hur du ska koppla ihop komponenterna för att ta tillvara, kontrollera och effektivt använda den energi som solpanelen producerar.
Anslut alla komponenter – solpanelen som genererar energin, batteriet som lagrar den, och den enhet du vill ladda – till solcellsladdningsregulatorn. Den här regulatorn övervakar inkommande ström, utgående ström till enheten som laddas och batteriets laddningsspänning.
Steg 2: Anslut solpanelen
Vi använder solpaneler (150W) kopplade parallellt för att öka laddningsströmmen till batteriet. Du kan använda färre eller fler paneler, med mer eller mindre effekt, beroende på ditt behov. För parallellkoppling ansluter du alla solpanelernas positiva poler med varandra, och gör likadant med alla negativa poler. Täck sedan var och en av de ihopkopplade polerna med isoleringstejp.
Steg 3: Anslut laddningsregulatorn
Anslut solpanelens positiva ledning till laddningsregulatorns positiva pol och den negativa ledningen till regulatorns minuspol. Vår solcellsladdningsregulator har en USB Type-A-port. Den interna spänningsregulatorn omvandlar 12V DC till 5V DC, vilket gör det möjligt att ladda USB-drivna enheter. I USB-moduler används oftast stift 1 och 4 för 5V DC respektive jord. Med denna USB-port kan du ladda elektroniska enheter med USB-gränssnitt som mobiltelefoner, surfplattor och smartklockor.
Solcellsladdningsregulatorn förhindrar överladdning/överspänning, vilket annars skulle kunna leda till att batteriet överhettas. Överhettning kan skada batteriets livslängd och prestanda.
Steg 4: Installera batteriet
Att installera ett batteri säkerställer en användbar reservström för situationer där solcellsladdning inte är tillgänglig på grund av dåligt väder eller under natten. Vi använder 12V DC-batterier för att lagra elektrisk ström. Vi har kopplat dessa batterier parallellt vilket resulterar i att samma spänning, 12V, erhålls genom denna koppling. En parallellkoppling ökar dock strömkapaciteten.
Du bör välja batterikapacitet (ett eller flera batterier) baserat på ditt behov och solpanelens laddningskapacitet. Anslut batteriets anslutningar på solcellsladdningsregulatorn till batteriets poler med tjocka metallkablar.
Steg 5: Slutför kabeldragningen
Se till att alla komponenter är ordentligt och korrekt anslutna för att undvika gnistor. Täck även över anslutningarna för att förhindra kortslutning. Använd tjockare kablar av god kvalitet för sammankoppling eftersom det minskar ledningsförluster. Det rekommenderas generellt att placera solpaneler, laddningsregulatorer och batterier nära varandra för att undvika långa elkablar – detta kan leda till större energiförluster och sänka solsystemets effektivitet.
Steg 6: Testa laddaren
För att testa systemet och batteriladdningen under dagtid, tryck på startknappen på solcellsladdningsregulatorn. Observera spänningarna som visas på laddningsregulatorn. Du kan även mäta strömmen med en digital multimeter eller klämmätare.
Du kommer att se att laddningsregulatorn visar batteriets och solpanelens spänning. Laddningsregulatorn visar även den ström som förbrukas av systemet när en enhet är ansluten.
När 12V-batteriet når en spänning på cirka 14V DC på solcellsladdningsregulatorn, kopplar den bort laddningen från solpanelen för att skydda batteriet mot överladdning. Du kan se detta genom att observera solpanelens spänning, som kan överstiga 16V DC under soliga dagar.
Anslut sedan en USB-enhet eller smartphone direkt till solcellsladdningsregulatorn med en USB Typ A-kontakt. USB-porten ger 5V DC, som regleras internt från batteriet. När du gör det kommer du märka att den anslutna enheten börjar laddas. Du kan även observera den ström som enheten drar.
Dessutom kan det här systemet användas för att driva andra enheter än via ett USB-gränssnitt; du kan alltså använda 12V-anslutningen för likströmslampor, fläktar osv. Allt du behöver göra är att ansluta dem till lastanslutningen på laddningsregulatorn. Lastsymbolen (t.ex. en glödlampa) representerar det gränssnittet på laddningsregulatorn.
Du kan vidareutveckla det här projektet för att skapa en liten och lätt bärbar plattform som du kan använda för att ladda smartphones och USB-drivna enheter utan att använda ett batteri. Det fungerar dock endast under dagen.
Fördelarna med en solcellsladdare
Det här solcellsdrivna systemet kan förbättra dina enheters portabilitet och minska beroendet av traditionella elsystem. Solcellsladdning förbättrar även effektiviteten genom att eliminera de energiförluster som uppstår när växelström omvandlas till likström i konventionella system. I solcellsdrivna system kan du undvika dessa förluster eftersom all lagring och laddning sker med likström; det kan dock krävas omvandling eller spänningsreglering.
Genom att använda solenergi i ditt hem kan du sänka dina elkostnader avsevärt. Det finns massor av andra soldrivna projekt du kan bygga själv, som solcellsdrivna gatlyktor, soldrivna poolvärmare och soldrivna Bluetooth-högtalare etc.