Схемы солнечных зарядных устройств: работа, применения и пошаговое руководство

Солнечные панели сейчас популярны. Главная причина — простое устройство, использующее фотоэлектрические элементы для преобразования солнечной энергии в электричество. Схемы солнечных зарядных устройств также не в стороне. Они позволяют быстро заряжать батарею солнечной энергией — и это экономично. Помимо простоты сборки, схема достаточно эффективна для базовых нужд батареи.

Солнечное зарядное устройство работает, создавая постоянное напряжение для заряда управляющей схемы.

Если хотите научиться строить это эффективное устройство — повезло: статья освещает все необходимые шаги.

Продолжим!

Что такое схема солнечного зарядного устройства?

Схема солнечного зарядного устройства

Источник: Wikimedia Commons

Схема солнечного зарядного устройства ведет себя как управляющая схема. Отслеживает и контролирует процесс зарядки разных батарей (диапазон 4–12 В).

Устройство имеет фотоэлектрическую солнечную панель как входной источник. Помогает в методе зарядки батарей. Интересно, что схема довольно экономична — можно собрать из простых электронных компонентов.

Работа схемы зависит от двух ключевых факторов:

1. Как напряжение нагрузки клемм солнечной панели соответствует входным клеммам.
2. Правильное число ячеек батареи, заряжаемых на выходе через стабилизатор напряжения (с ограничением тока). Это дает ограниченный нагрев, быструю зарядку и вращающийся переключатель.

Вращающийся переключатель помогает быстро выбрать нужное напряжение — в зависимости от интенсивности солнечного света.

Как работает схема солнечного заряда?

Структура схемы солнечного зарядного устройства

Источник: Wikimedia Commons

Принцип работы прост! Генерирует постоянное напряжение. Ток заряда идет через D1 через стабилизатор напряжения первым.

Стабилизатор регулирует свой вывод для контроля выходного тока и напряжения. Следовательно, аналогичный проект заряжает батарею.

Конструкция схемы солнечного зарядного устройства

Схема солнечного зарядного устройства

Источник: CircuitDiagram

Сначала посмотрим на компоненты для сборки. Затем — на схему:

Компоненты для конструкции

• Соединительные провода
• Батарея постоянного тока
• Потенциометр (2 кОм)
• Солнечная панель (18 В)
• Конденсатор (0,22 мкФ)
• Стабилизатор напряжения (LM317)
• Резисторы (470, 100, 120 Ом)
• Шоттки-диод (3 А, 50 В)
• Диод (1N4001)

Конструкция схемы солнечного зарядного устройства

Идея использования LM317 — дать схеме регулируемый стабилизатор напряжения. Настройка напряжения обязательна. LM317 выдает диапазон 1,25–37 В. Макс. ток 1,5 А.

Падение напряжения на стабилизаторе 2–2,5 В. Нужна солнечная панель с меньшей нагрузкой и большим напряжением. Работаем с 18 В панелью.

Лучший способ избежать обратного напряжения на солнечной панели и LM317, когда батарея не заряжается — шоттки-диод.

Нужен свинцово-кислотный аккумулятор 12 В / 1,3 Ач. Можно использовать любой 3 А диод.

Как зарядить 12 В батарею?

Сначала убедитесь, что выходное напряжение установлено на 14,5 В. Зарядной ток — деление мощности панели на напряжение.

Мощность панели 5 Вт, напряжение 18 В.

Зарядной ток = 5/18 = 0,28 А.

LM317 выдает до 1,5 А — для большего тока нужны панели более высокой мощности.

LM317 не идеален, если батарее нужен начальный ток выше 1,5 А.

Время зарядки = 1,3 Ач / 0,29 А ≈ 4,4 часа.

Рассеиваемая мощность панели 5 Вт. Мощность в батарею 4 Вт, в регулятор — 1 Вт.

Совет: учитывайте все параметры перед зарядкой.

Как использовать схему для 6 В применения?

Посмотрите спецификации батареи и установите выходное напряжение (7,5–8 В). Используйте расчеты выше для рассеиваемой мощности и зарядного тока.

У проекта есть проблемы с ограничениями мощности из-за термического сопротивления радиатора и стабилизатора. Ограничьте мощность ~10 Вт для температуры ниже 125 °C.

Стабилизатор может автоматически отключиться при перегреве — имеет цепь термозащиты.

При начале зарядки радиатор теплый. При завершении с макс. напряжением — горячий. Из-за избыточной мощности, не нужной при зарядке.

Как ограничить ток? Солнечная панель дает постоянный ток — выступает ограничителем тока. Отдельный ограничитель не нужен.

Спецификации солнечного зарядного устройства

• Макс. ток 1,5 А (внутренне ограничен до 2,2 А)
• Макс. рассеиваемая мощность 10 Вт (включая потери шоттки-диода)
• Регулирование напряжения ±100 мВ
• Рейтинг панели 10 Вт (6 В) или 20 Вт (12 В)
• Типичное падение 2–2,75 В
• Диапазон Vout 5–14 В

Шаги использования солнечного зарядного устройства

1. Следуйте схеме выше и соблюдайте соединения.
2. Поставьте солнечную панель на солнце.
3. Настройте потенциометр RV1 для установки выходного напряжения.
4. Цифровым мультиметром проверьте напряжение батареи.
5. Можно собрать схему с LM338.

Как создать солнечное зарядное устройство с LM338

Схема солнечного зарядного устройства на LM338

Источник: Flickr

Материалы для проекта:

• LM338
• Свинцово-кислотная батарея
• R1 (120)
• R3 (0,7 / заряд. ток)
• Амперметр (0–10 А)
• Солнечная панель
• Транзистор BC547
• P1 (10 кОм)

LM338 — еще один универсальный чип для удобного заряда. Процесс безопасен. Схема — простая установка с регулируемым питанием.

Дизайн включает функцию контроля тока. При увеличении интенсивности солнца ток на входе растет пропорционально. Происходит пропорциональное падение напряжения зарядного — уменьшающее ток до заданного номинала.

Подключение эмиттера BC547 между ADJ и землей активирует контроль тока. При росте входного тока батарея начинает потреблять дополнительный ток.

Результат — нарастание напряжения на R3. Создает соответствующий базовый драйв транзистора. Транзистор через LM338 проводит и корректирует напряжение. Ток подстраивается под требования безопасности батареи.

R3 (предел тока) = 0,7 / предел тока (макс.)

Можно собрать более дешевую схему без больших затрат.

Как собрать простую и дешевую схему солнечного зарядного устройства

Материалы:

• Диоды (1N5408) — 9 шт.
• Вольтметр
• Батарея (12 В)

Этот тип схемы идеален для очень доступного и эффективного варианта. Однако настройка техническая. Нужен комплект диодов и вольтметр. Или вращающийся переключатель и мультиметр.

Соедините девять диодов последовательно. Это защищает панель от подключения к напряжению батареи. Также убирает максимальный зарядной ток.

Устройте компоненты для MPPT зарядного. Если сложить прямые падения диодов — около 5 В. Добавив 14,4 В зарядного напряжения, итого ~20 В.

В пиковое солнце при последовательных диодах напряжение панели может снизиться до 19 В. Это эффективный заряд. Если солнце слабеет — напряжение панели упадет ниже номинала.

Можно пропустить диоды, пока батарея не восстановится оптимальной мощностью.

Применения схемы солнечного заряда

• Никель-кадмиевые батареи
• Свинцово-кислотные батареи

Преимущества схемы солнечного заряда

• Экономична и проста
• Регулируемое выходное напряжение
• Доступные компоненты
• Нет разряда батареи без солнечного света

Итоги

Схема солнечного заряда позволяет получить солнечную энергию, конвертировать в электрическую для повторного использования: зарядка планшетов и др.

Практически отличный вариант для сбора бесплатной энергии.

Какую схему планируете собрать? Есть вопросы или рекомендации? Обращайтесь к нам.