Solarna energija se smatra istinskim obnovljivim i ekološki prihvatljivim oblikom energetskog izvora koji nam je dostupan na Zemlji. Savremeni svet sve više koristi ovaj resurs, što je posebno važno u udaljenim regionima gde je distribucija električne energije otežana. Naročito je korisna u područjima sa dugotrajnim sunčevim zračenjem, jer može značajno smanjiti troškove električne energije.
U ovom tekstu ćemo objasniti kako da sami napravite sistem za napajanje DC elektronskih uređaja, koji se pune preko USB priključka, koristeći solarnu energiju. Cilj nam je da predstavimo ovaj koncept kroz jednostavan dizajn i minimalan broj potrebnih komponenti.
Razumevanje solarne energije
Solarna energija je proces pretvaranja energije sunčeve svetlosti u upotrebljiv i efikasan oblik energije. Solarni paneli i generatori se koriste za transformaciju svetlosne energije u električnu. Solarni paneli variraju po veličini, od malih, površine nekoliko kvadratnih inča, do velikih koji se montiraju na krovovima kuća. Veći paneli mogu se povezati u solarna polja radi proizvodnje električne energije za komercijalnu upotrebu.
Postoji nekoliko načina da se iskoristi solarna energija. Najčešći je solarni fotonaponski (PV) sistem koji sunčeve zrake pretvara u električnu struju. Osim fotonaponskih sistema, solarna toplotna energija ili koncentrisana solarna energija se koriste za zagrevanje prostora ili tečnosti. Takođe, možete instalirati solarne sisteme za pripremu tople vode.
Odabir odgovarajućih komponenti
Primarni cilj ovog projekta je da iskoristimo sunčevu energiju za proizvodnju struje potrebne za punjenje uređaja koji koriste USB port. Potrebna vam je i baterija za skladištenje energije kada je vreme oblačno ili nakon zalaska sunca. Pored toga, baterija obezbeđuje stabilno napajanje, sa odgovarajućom strujom za punjenje elektronskih uređaja.
Za ovaj “uradi sam” projekat, biće vam potrebne sledeće komponente:
- Solarni panel: Za generisanje jednosmerne struje kada je izložen sunčevoj svetlosti. Odaberite panel odgovarajuće veličine u zavisnosti od potreba potrošača. Mi koristimo solarne panele od 150W – što nam omogućava da napajamo i DC sijalice i ventilatore.
- Baterija: Za skladištenje električne energije. Koristite bateriju odgovarajuće veličine u zavisnosti od potreba potrošača.
- Solarni kontroler punjenja: Za regulisanje struje i sprečavanje prekomernog punjenja baterije ili električnog preopterećenja. Izaberite kontroler punjenja odgovarajuće jačine struje sa USB interfejsom.
- Žice: Za povezivanje komponenti.
- USB uređaj: Za testiranje, kao što je mobilni telefon ili tablet.
Korak 1: Blok dijagram
Sledeći dijagram prikazuje potrebnu konfiguraciju za prikupljanje, kontrolu i efikasno korišćenje energije koju proizvode solarni paneli.
Povežite sve uređaje – kao što su jedinica za proizvodnju (solarni panel), jedinica za skladištenje (baterija) i potrošač – na solarni kontroler punjenja. Ovaj kontroler će nadgledati ulaznu struju, izlaznu struju prema potrošaču i napon punjenja.
Korak 2: Povezivanje solarnog panela
Koristimo solarne panele (150W) u paralelnoj konfiguraciji kako bismo povećali struju punjenja baterije. Možete koristiti manje ili više panela, kao i drugačiju snagu u zavisnosti od vaših potreba. Za paralelno povezivanje, spojite pozitivne terminale svih solarnih panela zajedno žicom, i uradite isto za negativne terminale. Zatim, izolovati spojeve pozitivnih i negativnih žica pomoću izolir trake.
Korak 3: Povezivanje kontrolera punjenja
Povežite pozitivnu žicu solarnog panela sa pozitivnim terminalom kontrolera punjenja, a negativnu žicu sa negativnim terminalom kontrolera. Naš solarni kontroler punjenja ima USB Type-A port. Kontroler punjenja poseduje unutrašnji regulator napona koji pretvara 12V DC u 5V DC, što omogućava punjenje uređaja koji se napajaju putem USB porta. U USB modulima, pinovi 1 i 4 se obično koriste za napon od 5V DC i uzemljenje. Koristeći ovaj USB port, možete puniti elektronske uređaje sa USB interfejsom, kao što su mobilni telefoni, tableti i pametni satovi.
Solarni kontroler punjenja sprečava prekomerno punjenje ili prenapone, koji mogu izazvati pregrevanje baterije. Prekomerno zagrevanje može negativno uticati na vek trajanja i performanse baterije uređaja.
Korak 4: Instaliranje baterije
Instaliranje baterije pruža korisnu rezervu energije u situacijama kada solarno punjenje nije moguće zbog lošeg vremena ili noću. Za skladištenje električne struje koristimo 12V DC baterije. Baterije su povezane u paralelnoj konfiguraciji, što znači da je napon sistema 12V, dok se kapacitet struje povećava.
Kapacitet baterije (jedne ili više jedinica) treba izabrati u skladu sa potrošnjom i kapacitetom punjenja solarnog panela. Povežite interfejs baterije solarnog kontrolera punjenja sa terminalima baterije pomoću debljih metalnih žica.
Korak 5: Završavanje ožičenja
Proverite da li su sve komponente pravilno i čvrsto povezane kako biste izbegli varničenje. Takođe, izolujte sve spojeve kako biste sprečili kratak spoj. Koristite kvalitetne, deblje žice za povezivanje jer smanjuju gubitke u provodnicima. Preporučuje se da solarni paneli, kontroler punjenja i baterije budu postavljeni blizu jedan drugog kako bi se izbeglo dugo ožičenje – što može dovesti do većeg gubitka energije i smanjenja efikasnosti solarnog sistema.
Korak 6: Testiranje punjača
Da biste testirali ovaj sistem, pritisnite dugme za uključivanje na solarnom kontroleru punjenja tokom dana, kada puni bateriju. Obratite pažnju na napone koji se prikazuju na kontroleru punjenja. Takođe, pratite protok struje pomoću digitalnog multimetra ili digitalnih klešta.
Možete primetiti da kontroler punjenja prikazuje napon baterije i solarnog panela. Takođe, kontroler punjenja prikazuje struju koju sistem isporučuje potrošaču, kada je na njega povezan DC uređaj.
Kada napon baterije od 12V dostigne vrednost oko 14V DC na solarnom kontroleru punjenja, kontroler isključuje punjenje sa solarnog panela kako bi zaštitio bateriju od prekomernog punjenja. Ovo možete pratiti posmatranjem napona solarnog panela, koji može preći 16V DC tokom sunčanih dana.
Zatim, povežite USB uređaj ili pametni telefon direktno na solarni kontroler punjenja pomoću USB konektora tipa A. USB port obezbeđuje 5V DC, koji se interno reguliše/pretvara iz napona baterije. Kada to uradite, primetićete da povezani uređaj počinje da se puni. Dodatno, možete pratiti jačinu struje koju povlači ovaj uređaj.
Osim toga, ovaj sistem može da napaja i druge uređaje koji nisu sa USB interfejsom. Možete koristiti 12V interfejs za DC sijalice, DC ventilatore, itd. Sve što treba da uradite je da ih povežete sa priključkom za potrošač na kontroleru punjenja. Simbol za potrošač (npr. sijalica) označava ovaj priključak na kontroleru punjenja.
Ovaj “uradi sam” projekat možete dodatno poboljšati i napraviti malu, laganu i prenosivu platformu koja će se koristiti za punjenje pametnih telefona i USB uređaja bez potrebe za baterijom. Međutim, ona će raditi samo tokom dana.
Prednosti solarnog punjača
Ovakav sistem na solarni pogon vam može pomoći da poboljšate prenosivost vaših uređaja i smanjite zavisnost od tradicionalnih sistema za distribuciju električne energije. Solarno punjenje takođe poboljšava efikasnost izbegavanjem gubitaka koji nastaju tokom AC-to-DC konverzije u klasičnim sistemima. U sistemima na solarni pogon, ovi gubici se mogu izbeći jer se svo skladištenje i punjenje odvija u DC naponu; međutim, može biti neophodna konverzija ili regulacija napona.
Korišćenjem solarne energije u vašem domu, možete značajno smanjiti troškove električne energije. Postoji mnogo drugih „uradi sam“ projekata na solarni pogon koje možete sami napraviti, kao što su solarna ulična rasveta, solarni grejači za bazene, Bluetooth zvučnici na solarni pogon, itd.