Меню

Схема зарядного устройства аккумуляторов с солнечной батареей

Схема зарядного устройства аккумуляторов с солнечной батареей

Зарядка аккумуляторов от солнечной батареи

Автор: SSMix
Опубликовано 17.09.2013
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса «Поздравь Кота по-человечески 2013!»

Как-то для дежурной подзарядки 3-х пальчиковых NiMH аккумуляторов были недорого приобретены 3 солнечные батареи из поликристаллического кремния типа YH40*40-4A/B40-P размерами 40×40 мм каждая. В datasheet на них был указан ток Iкз = 44 мА и напряжениеUхх = 2,4 В. Также было указано, что в отличие от монокристаллического кремния, данные элементы незначительно снижают мощность при облачности или частичном затенении. Соединив последовательно три этих солнечных элемента и через диод Шоттки подав на последовательно соединённые три NiMH аккумулятора, было получено простейшее зарядное устройство. Простейшее, поскольку при такой схеме включения зарядка аккумуляторов происходила лишь при ярком солнечном свете. В пасмурную погоду и при искусственном освещении выходное напряжение солнечных элементов значительно падало, в результате чего не хватало напряжения для зарядки.

Сперва к солнечной батарее был просто добавлен импульсный повышающий преобразователь 5В на NCP1450ASN50T1G со стандартной обвязкой,

но результат оказался неудовлетворительный.

После запуска преобразователя напряжение на выходе солнечной батареи значительно просаживалось, и даже при хорошем солнечном освещении не превышало 2В. Ток зарядки аккумуляторов при этом был в несколько раз ниже, чем при непосредственном подключении к ним солнечной батареи. Подключение вывода разрешения работы 1 (CE) DA1 через делитель напряжения для увеличения порога запуска преобразователя также не дало существенного улучшения ситуации. Стало ясно, что при слабом освещении режим работы схемы должен быть совсем другим. Сперва нужно накопить заряд от солнечных элементов на дополнительном конденсаторе, а затем по достижению на нём определённого порогового напряжения «выплеснуть» этот заряд на повышающий преобразователь. При ярком освещении, когда напряжения на выходе солнечной батареи достаточно для непосредственной зарядки аккумуляторов, повышающий преобразователь должен автоматически отключаться. В итоге была разработана следующая схема, обеспечивающая автоматический переход из одного в другой режимы работы:

Работает устройство следующим образом. При первоначальном включении (освещении) все транзисторы закрыты и происходит заряд конденсатора C1, подключенного параллельно солнечной батарее. Напряжение с C1 через дроссель L1 и диод Шоттки VD3 также поступает на вход питания микросхемы повышающего преобразователя DA1 NCP1450ASN50T1G, на конденсатор C4 и на положительный вывод батареи аккумуляторов GB1. Отрицательный вывод GB1 подсоединён к общей шине схемы через диод VD4 для исключения тока разрядки аккумуляторов через схему при отсутствии внешнего освещения. По достижению на конденсаторе C1 порогового напряжения открывания VT3 (около 1,8В) последний открывает также и транзистор VT4. При этом на управляющий вход CE DA1 подаётся отпирающее напряжение (>0,9В) и запускается импульсный повышающий преобразователь (DA1, R10, C3, VT5, L1, VD3, C4), подзаряжая конденсатор C4. Одновременно с работой преобразователя начинает светиться красный светодиод HL2. Если освещения солнечной батареи недостаточно для поддержания рабочего тока нагрузки, напряжение на конденсаторе C1 будет снижаться, VT3, VT4 закроются, управляющее напряжение на выводе CE DA1 упадёт ниже 0,3 В и преобразователь выключится, а светодиод HL2 погаснет. Поскольку нагрузка для солнечной батареи отключилась, вновь запустится процесс зарядки конденсатора C1 до порогового напряжения открывания VT3. Опять запустится преобразователь и в конденсатор C4 поступит очередная порция заряда. После серии таких циклов напряжение на C4 возрастёт до напряжения открывания VD4 плюс суммарное напряжение на аккумуляторах. Через GB1, VD4 потечет ток зарядки аккумуляторов. Тока в несколько мА будет достаточно для падения напряжения на VD4, при котором начнёт открываться транзистор VT2. Диод VD4 используется при этом в качестве датчика тока. Пульсирующее напряжение с солнечной батареи и C1 подаётся на выпрямитель VD1 (BAS70), C2, R1. С резистора R1 выпрямленное напряжение подаётся на последовательно включенные З-И VT1 и К-Э VT2. Если вырабатываемой солнечной батареей энергии становится достаточно для одновременного открывания VT1 (напряжением на C2, R1) и VT2 (током зарядки аккумуляторов), то будет происходить шунтирование нижнего плеча делителя R4, что приведет к повышению порога открывания VT3, VT4 для запуска повышающего преобразователя. Таким образом, чем больше энергии вырабатывается солнечной батареей, тем больше становится порог запуска преобразователя, т.е. с накопительного конденсатора C1 снимается всё больший заряд энергии. При достаточном освещении, когда напряжения солнечной батареи под нагрузкой хватает для непосредственной зарядки трёх аккумуляторов (через L1, VD3, VD4), открытые VT1, VT2 шунтируют R4 настолько, что повышающий преобразователь находится в выключенном состоянии. При этом красный светодиод HL2 перестаёт мигать. Зелёный светодиод HL1 светится постоянно при напряжении на C1 более 2В для индикации работоспособности устройства. Процесс автоматического переключения режима работы происходит плавно, адаптируясь под внешнее освещение. При слабом освещении наблюдаются редкие мигания красного светодиода. С возрастанием освещённости частота мигания повышается, а также начинает в противофазе мигать зелёный светодиод. При дальнейшем повышении освещённости, когда в повышающем преобразователе надобность отпадает, остаётся гореть только зелёный светодиод. В ясную солнечную погоду ток зарядки аккумуляторов достигает 25 мА. Для ограничения выходного напряжения солнечной батареи на уровне 5,5 В предназначен стабилитрон VD2, поскольку по datasheet на NCP1450A максимальное входное напряжение для неё не должно превышать 6 В.

Читайте также:  Зарядное устройств орион 150

Устройство собрано на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размерами 132х24мм.

Все элементы, за исключением разъёма питания для подключения аккумуляторов, в SMD исполнении. Светодиоды HL1, HL2 – ультра яркие типоразмера 1206. Тип приобретённых светодиодов остался неизвестен, но они довольно яркие, а светиться начинают уже при микроамперных токах. Резисторы и керамические конденсаторы – типоразмера 0805 (C3 и R10 – 0603, но можно запаять и 0805 в два этажа). Конденсаторы C1, C4 – танталовые, типоразмера C. Дроссель L1 – типа CDRH6D28 на 15мкГн, 1,4А. Транзисторы применены широко распространённые, корпус SOT-23-3. Разъём питания – стандартный. Внимание! Плата разведена для наружного плюсового контакта штекера.

Настройка устройства практически не требуется. При необходимости подбором сопротивления резисторов R2, R7 можно установить требуемую яркость свечения имеющихся светодиодов. Подбором резистора R4 можно добиться наиболее оптимального режима работы преобразователя (по максимуму КПД) при пониженной яркости освещения.

Источник



Зарядное устройство от солнечной батареи своими руками

В этом уроке мы покажем вам, как заряжать литиевую батарейку 18650, используя чип TP4056 и солнечную энергию.

Комплектующие

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

Общая стоимость этого проекта, за исключением батареи, составляет чуть менее 5 долларов США. Батарея добавит еще от $4 до $5 баксов. В итоге у нас получится портативный блок питания.

Таким образом, общая стоимость проекта составляет около 10 долларов США. Все компоненты доступны на АлиЭкспресс по действительно хорошей цене.

Для этого проекта нам понадобятся:

  1. 5В солнечная батарея (убедитесь, что она составляет 5В и не меньше);
  2. монтажная плата общего назначения, макетная плата;
  3. 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;
  4. Медный провод;
  5. 2x клеммные колодки PCB;
  6. держатель батареи 18650;
  7. аккумулятор 3.7V 18650;
  8. плата защиты аккумулятора TP4056 (с защитой IC или без нее);
  9. усилитель мощности 5В;
  10. некоторые соединительные провода;
  11. 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.

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.

Читайте также:  Автомобильное зарядное устройство хиаоми купить

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.

Источник

Зарядное устройство аккумуляторов с солнечной батареей

Представлена схема зарядного устройства для 12-вольтового аккумулятора. В качестве источника зарядного тока используется солнечная батарея с номинальным напряжением 24 В. При полном заряде аккумулятора схема отключается автоматически.

Solar Inverter Battery Charger Circuit

Надписи на схеме
Heat Sink Теплоотвод
Solar Panel Панель солнечной батареи
LED green Зеленый светодиод

В схеме используется микросхема стабилизатора напряжения LM317, с помощью которой напряжение заряда устанавливается на уровне порядка 16 В. Подстройка выходного напряжения производится резистором VR. Когда солнечная батарея освещена и вырабатывает ток, диод D1 открыт. Ток заряда течет через микросхему стабилизатора, диод D2 и резистор R3. Выходное напряжение LM317 зависит от положения движка подстроечного резистора VR, а ток заряда – от величины сопротивления R1. Если резистором VR выходное напряжение установлено на уровне выше 16 В, стабилитрон ZD2 открыт и аккумулятор заряжается напряжением 15 В. Ток заряда определяется номиналами R1 и R3. В нашей схеме он находится в диапазоне 250…300 мА. Зеленый светодиод индицирует режим заряда. Когда аккумулятор наберет полный заряд, и напряжение на нем поднимется приблизительно до 13 В, откроются стабилитрон ZD1 и транзистор T1. Транзистор будет шунтировать нагрузку схемы, забирая весь ток заряда на себя. Зарядка аккумулятора прекратится. Когда напряжение на аккумуляторе опустится ниже 12 В, стабилитрон ZD1 закроется, и процесс заряда начнется вновь.

Подключение зарядного устройства

Подключите к зарядному устройству солнечную батарею и убедитесь, что напряжение на батарее не ниже 18 В. Соблюдайте правильную полярность подключения. Вращайте подстроечный резистор VR до тех пор, пока не загорится зеленый светодиод. Это будет означать, что стабилитрон ZD2 открылся и началась зарядка аккумулятора.

Микросхема LM317 и транзистор TIP122 должны быть установлены на теплоотвод.

Замечание:

Схему можно легко модифицировать для зарядки аккумуляторов других типов. Достаточно только заменить стабилитроны ZD1 и ZD2. Напряжение стабилизации стабилитрона ZD2 должно соответствовать требуемому выходному напряжению, а ZD1 – напряжению отключения. Остальные элементы схемы остаются прежними.

Например, для аккумулятора 6 В следует выбрать ZD1 с напряжением стабилизации 6.1 В, и ZD2 с напряжением 6.8 В.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Источник

Зарядное устройство на солнечных батареях: принципы работы + мастер-класс по изготовлению

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

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

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.

зарядное устройство

Разновидности

Если вы решили купить внешнее зарядное устройство на солнечных батареях, для начала стоит определиться, где вы планируете его применять.

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.

зарядное устройство

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:

  1. Изучите технические характеристики зарядного устройства и сравните их с параметрами гаджетов, которые вы собираетесь заряжать.
  2. Проверьте совместимость разъёмов зарядного устройства и подсоединяемых приборов, а также наличие дополнительных штекеров и переходников.
  3. Изучите дополнительные функции и выберите подходящие. Многие модели оборудованы встроенным фонариком, выпускаются устройства с функцией Bluetooth и даже с радиоприёмником.
  4. Оцените компактность конструкции, вес и удобство в использовании и переноске.
  5. 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.
  6. Выберите подходящее по цене. Стоит учитывать, что главным ценообразующим фактором является мощность устройства.
Читайте также:  Беспроводные зарядные устройства для смартфонов рейтинг

зарядное устройство

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:

  1. Площадь панели. При большей площади энергии вырабатывается, соответственно, больше.
  2. Тип ячеек. Наиболее высокой производительностью отличаются полисиликоновые и монокристаллические элементы.
  3. Облачность увеличивает время накопления энергии в аккумуляторе.
  4. 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.
  5. 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.
  6. Время зарядки подключенного гаджета определяется выходной мощностью аккумулятора.
  7. Время заряда с помощью фотоэлемента меньше, чем при использовании обычной зарядки от электрической сети.
  8. 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.
  9. При хранении желательно время от времени подзаряжать аккумулятор во избежание увеличения коэффициента статического разряжения.
  10. Перед тем, как начинать использовать зарядник, рекомендуется 2-3 раза провести тренировочный цикл (полностью зарядить — полностью разрядить).

зарядное устройство

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;
  • нож.

зарядное устройство на солнечных батареях

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).

зарядное устройство

Этапы работы

Приготовив всё необходимое, можно начинать изготавливать зарядное устройство на солнечной батарее своими руками.

Этапы изготовления следующие:

  1. Присоединение провода.
  2. Подготовка отверстий для разъёмов в корпусе.
  3. Подключение контроллера заряда.
  4. Подключение аккумулятора и USB схемы.
  5. Тщательная изоляция проводов.
  6. 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.

Источник

«Солнечное» зарядное устройство для аккумулятора

Вступление:

Эта схема является одним из самых простых способов заряда аккумулятора солнечными панелями. Данная схема предназначена для зарядки 12 В аккумуляторов, током до 500мА. Для нормальной работы устройства напряжение холостого хода солнечных панелей должно быть около 16-18 вольт, а ток короткого замыкания не более 500 мА. Батарея для зарядки может использоваться практически любая, емкостью до 20 A/час.

Принципиальная схема:

Схема солнечного зарядного устройства

Описание схемы:

Солнечная энергия направляется от панели PV через 1N5818 диод Шоттки к батарее. Когда на аккумуляторе по ходу зарядки повышается напряжение, то на и управляемом стабилитроне TL431 напряжение поднимается до точки регулирования. Если напряжение окажется выше этой точки, то транзистор начнет закрываться. Когда батарея зарядится, схема будет рассеивать всю солнечную энергию в виде тепла. Схема ограничена 500 мА зарядным током.

Диод Шоттки 1N5818 препятствует обратному току течь в схему регулятора в ночное время суток, или в облачную погоду, когда панели не могут отдавать нужный ток и напряжение. Диод типа Шоттки, имеет более низкое падение напряжения по сравнению с регулярным диод кремния, это повышает эффективность цепи.

Диод Шоттки можно использовать практически любой, временно можно заменить на обычный диод, Резистор 22 Ома использовать меньшей мощности не рекомендуется, Транзистор TIP30B нужно установить на небольшой радиатор, заменить его можно на схожий по параметрам аналог.

Настройка устройства:

Подключите блок питания на вход вместо солнечных панелей, установите напряжение 13.8 вольт, а ток ограничьте на 500-600мА, через амперметр подключаем предварительно заряженный аккумулятор 12V к выходу. Подстроечный резистор крутим до тех пор, пока на амперметре стрелка не спадет почти до нуля. На этом настройка завершена.

Рисунок печатной платы и расположение элементов на ней:

Источник