Solenergi fremstår som en autentisk fornybar og miljøvennlig energikilde, lett tilgjengelig på jordkloden. I dag utnytter folk denne ressursen maksimalt, noe som er spesielt viktig i utilgjengelige områder der elektrisk infrastruktur er begrenset. Den er ideell for regioner med langvarig sollys, da den kan redusere strømkostnadene betydelig.
Vi skal demonstrere hvordan man bygger et hjemmelaget system for å lade USB-drevne elektroniske enheter med solenergi. Målet er å forklare og vise prinsippet med et minimum av deler og en enkel konstruksjon.
Forståelse av solenergi
Solenergi refererer til transformasjon av sollys til en anvendelig og effektiv energiform. Solcellepaneler og solgeneratorer benyttes for å konvertere lysenergi til elektrisk energi. Solcellepaneler kommer i forskjellige størrelser, fra små på få kvadratcentimeter til store paneler på hustak. Flere paneler kan også kobles sammen over store områder for å generere strøm i kommersiell skala.
Det finnes flere måter å utnytte solenergi på. Den vanligste metoden er et solcelleanlegg (PV), som omdanner solstråler til elektrisk strøm. Foruten fotovoltaiske systemer for å generere elektrisitet, bruker man også solenergi til oppvarming av rom eller væsker. Det er også mulig å installere solvarmeanlegg.
Velg de rette komponentene
Vårt hovedmål er å bruke solenergi fra sollys for å produsere den strømmen som trengs for å lade USB-drevne enheter. Et batteri er nødvendig for å lagre energi for bruk ved dårlig vær og etter solnedgang. Batteriet sørger også for en stabil strømforsyning som kreves for å lade elektroniske enheter.
For dette DIY-prosjektet trenger du følgende deler:
- Solcellepanel: For å generere likestrøm når det utsettes for sollys. Velg en passende panelstørrelse basert på behovet. Vi bruker et 150W solcellepanel – med denne kapasiteten kan vi til og med drive likestrømslys og -vifter.
- Batteri: For lagring av energi. Bruk et batteri med passende kapasitet i forhold til strømbehovet.
- Solar ladekontroller: For å regulere strømmen og forhindre overladning av batteriet og elektrisk overbelastning. Velg en solcelleladeregulator med passende strømstyrke og USB-tilkobling.
- Ledninger: For tilkobling.
- USB-enhet: For testing, for eksempel en mobiltelefon eller et nettbrett.
Trinn 1: Blokkskjema
Det følgende skjemaet viser oppsettet som er nødvendig for å samle, kontrollere og effektivt utnytte energien som produseres av solcellepaneler.
Koble alle enhetene – inkludert strømgeneratoren (solpanelet), lagringsenheten (batteriet) og enheten som bruker strøm – til solcelleladeregulatoren. Denne kontrolleren vil overvåke inngående strøm, strøm til lasten og ladespenning.
Trinn 2: Koble til solcellepanelet
Vi bruker solcellepaneler (150W) i en parallell konfigurasjon for å øke ladestrømmen til batteriet. Du kan bruke færre eller flere paneler og strømkapasitet etter behov. For den parallelle koblingen, koble de positive polene på alle solcellepanelene sammen med en ledning, og gjør det samme for de negative polene. Deretter dekkes de positive og negative koblingene individuelt med isolasjonstape.
Trinn 3: Koble til laderegulatoren
Koble den positive ledningen fra panelet til den positive terminalen på laderegulatoren, og den negative ledningen til den negative terminalen på laderegulatoren. Vår solcelleladeregulator har en USB Type-A-port. Laderegulatoren har en intern spenningsregulator som konverterer 12V DC til 5V DC, slik at den kan lade USB-drevne enheter. I USB-moduler er vanligvis pinne 1 og 4 brukt som henholdsvis 5V DC og jord. Via denne USB-porten kan du lade elektroniske enheter med USB-grensesnitt som mobiltelefoner, nettbrett og smartklokker.
Solcelleladeregulatoren forhindrer overladning/overspenning som ellers kan føre til at batteriet overopphetes. Overoppheting kan forringe levetiden og ytelsen til batteriet.
Trinn 4: Installer batteriet
Å installere et batteri gir en nyttig strømreserve i situasjoner der solenergi ikke er tilgjengelig, på grunn av dårlig vær eller om natten. Vi bruker 12V DC-batterier for å lagre elektrisk strøm. Vi har koblet disse batteriene i en parallell konfigurasjon som resulterer i samme spenning, dvs. 12V, i hele denne parallelle kombinasjonen. En parallell kobling øker imidlertid strømkapasiteten.
Du bør velge batterikapasitet (ett eller flere batterier) basert på strømbehovet og solcellepanelets ladekapasitet. Koble batteritilkoblingen til solcelleladeregulatoren til batteripolene ved hjelp av tykke metalltråder.
Trinn 5: Fullfør kablingen
Sørg for at alle komponenter er koblet riktig og tett for å unngå gnister. Dekk også koblingene for å forhindre kortslutning. Bruk tykkere ledninger av god kvalitet for tilkobling, siden dette reduserer tap i ledningene. Det anbefales generelt å plassere solcellepaneler, laderegulatorer og batterier nær hverandre for å unngå lange kabler – da dette kan føre til større elektrisk tap og redusere effektiviteten til solenergisystemet.
Trinn 6: Test laderen
For å teste systemet for batterilading i løpet av dagen, trykker du på strømknappen på solcelleladeregulatoren. Legg merke til spenningene som vises på regulatoren. Overvåk også strømmen ved hjelp av et digitalt multimeter eller en digital strømtang.
Du vil se at laderegulatoren viser spenningen på batteriet og solcellepanelet. Laderegulatoren viser også strømmen til lasten, når en DC-last er koblet til den.
Når 12V-batteriet når en spenning på ca. 14V DC på solcelleladeregulatoren, kobler den fra ladingen fra solcellepanelet for å beskytte batteriet mot overladning. Dette kan observeres ved å se på solpanelspenningen, som kan overstige 16V DC på solrike dager.
Koble deretter en USB-enhet eller smarttelefon direkte til solcelleladeregulatoren ved hjelp av en USB Type A-kontakt. USB-porten gir 5V DC, som er internt regulert/konvertert ned fra batteriet. Når du gjør dette, vil du merke at den tilkoblede enheten begynner å lades. Du kan også observere strømmen som trekkes av denne lasten.
Dette systemet kan i tillegg drive andre enheter enn via et USB-grensesnitt; du kan for eksempel bruke 12V-grensesnittet for DC-lys, DC-vifter osv. Det eneste du trenger å gjøre er å koble disse til lastgrensesnittet på laderegulatoren. Lastsymbolet (f.eks. en lyspære) representerer dette grensesnittet på laderegulatoren.
Du kan videreutvikle dette DIY-prosjektet til en liten og lett bærbar plattform som kan brukes til å lade smarttelefoner og USB-drevne enheter uten bruk av batteri. Det vil imidlertid bare fungere om dagen.
Fordelene med en solcellelader
Dette solcelledrevne oppsettet kan hjelpe deg med å forbedre portabiliteten til enheten din og redusere avhengigheten av konvensjonelle elektriske distribusjonssystemer. Solcellelading forbedrer også effektiviteten ved å unngå tap som oppstår under AC-til-DC-konverteringen i konvensjonelle systemer. I solcelledrevne systemer kan man unngå disse tapene da all lagring/lading foregår med DC; det kan likevel kreve oppkonvertering eller spenningsregulering.
Ved å bruke solenergi i hjemmet kan du redusere strømregningene betraktelig. Det finnes mange andre solcelledrevne prosjekter du kan bygge selv, for eksempel solcelledrevne gatelys, solcelledrevne bassengvarmere, solcelledrevne Bluetooth-høyttalere osv.