Tomasz Bartuś

Ładowarka słoneczna (modyfikacja)

Tomasz Bartuś

Tweet
2018-01-04

Wstęp

W projekcie 25 przedstawiłem projekt prostej ładowarki 5V opartej o osiem ogniw solarnych 6V 1W. Ogniwa były połączone równolegle. Poza samym układem ładowarki ogniw litowo-jonowych, nie wykorzystywano w nich żadnych dodatkowych elementów elektronicznych. Zbudowane urządzenia miało charakter niezbyt trwały i mało estetyczny. W tym projekcie (Fig. 1) układ poprawiono o dodanie zestawu diod zabezpieczjących ogniwa przed uszkodzeniem wskutek obciążania jednych drugimi oraz poprawiono konstrukcję i estetykę urządzenia.

Opis konstrukcji

Typowo w układach ogniw solarnych wykorzystywane są specjalne diody zabezpieczające ogniwa przed ich uszkodzeniem wskutek obciążania jednych drugimi np. z powodu zacienienia części z nich. W układach ogniw połączonych szeregowo diody takie są nazywane diodami bypass (bocznikującymi) i są montowane równolegle do każdego ogniwa (Fig. 2). Gdy pewna część ogniw znajdzie się w cieniu (szare baterie na Fig. 2) - ich wydajność gwałtownie spada i stają się wtedy obciążeniem dla pozostałych baterii. Diody bypass pozwalają na uniknięcie takich sytuacji i skierowanie prądu wprost do kolejnych ogniw, z pominięciem ogniw zacienionych.

W układach ogniw połączonych równolegle, diody montowane są szeregowo w obwody każdego z ogniw fotowoltaicznych (Fig. 3). W układach takich nazywane są one diodami blokującymi. Instalacje fotowoltaiczne w połączeniach równoległych wyposażone w diody blokujące także są zabezpieczone przed zacienieniem części ogniw. Gdy zmniejsza się wydajność jednego z paneli fotowoltaicznych, reszta pracuje z normalną mocą. Dodatkową cechą takich instalacji jest, to że prąd nie "cofa się" z instalacji do ogniw (np. gdy posiadamy regulator ładowania czy przetwornicę bez zabezpieczenia tego typu) (Energia).

W zastosowanym układzie równoległym, schemat uległ modyfikacji do postaci Fig. 4. W trosce o minimalny spadek napięcia na diodach, jako elementy wykonawcze wybrano diody Schotkiego. Ich parametry dobrano wg. zasady dwukrotnie wyższego napięcia i natężenia prądu od warunków występujących w układzie. Jedna bateria słoneczna posiada napięcie około 6V oraz maksymalne narężenie prądu 160mA, dlatego dobrymi parametrami dla diod blokujących będzie napięcie 20V i prąd 1A. Wybrano diody 1N 5820 cechujące się maksymalnym napięciem 20V i maksymalnym prądem 3A.

Lista części

1. panele słoneczne 6V 1W (8 sztuk),
2. moduł konwertera step down DC 6V-18V na 5V 2A USB,
3. diody Schotkiego 20V, 3A 1N 5820 (8 szt.),
4. przewody,
5. płytka styropianowa o grubości 5mm,
6. płytka przezroczystej pleksi o grubości ok. 5mm,
7. folia termoplastyczna CARBON 3D do pokrywania karoserii samochodowych.

Konstrukcję panelu fotowoltaicznego oparto o płytę przezroczystej pleksi o długości 315mm, szerokości 295mm i grubości około 5mm. Płyta była dwustronnie pokryta folią zabezpieczającą. Jej powierzchnia stanowi podstawę dla ośmiu ogniw solarnych. W narożnikach panelu wywiercono cztery otwory, które stanowią system nośny i mogą być w przyszłości wykorzystane do przytwierdzenia ładowarki w dowolnej pozycji np. za pomocą linek mocujących czy karabinków (Fig. 5). Dodatkowo wywiercono 16 większych otworów. Połowa z nich umożliwi dostęp do ogniw podczas lutowania wyprowadzeń elektrycznych, a druga połowa zostanie wykorzystana do ukrycia diod blokujących.

Z panelu zdjęto folie zabezpieczające, a następnie, za pomocą kleju na gorąco przytwierdzono osiem ogniw solarnych (Fig. 6).

Na panel z przytwierdzonymi ogniwami, od strony tylnej nałożono warstwę folii termoplastycznej CARBON 3D, stanowiącej tło dla przytwierdzonych ogniw solarnych. Na tak przygotowanej powierzchni, zgodnie ze schematem połączeniowym (Fig. 4), wykonano odpowiednie połączenia elektryczne (Fig. 7). Miejsca polączeń lutowniczych zabezpieczono taśmą nieprzewodzącą.

Tylną część ogniwa stanowi płyta styropianowa o grubości około 5mm. W jej narożnikach wycięto otwory oraz wnękę na moduł konwertera step down. Następnie wycięto duży kawałek folii termoplastycznej CARBON 3D o wielkości przekraczającej wymiary panelu w osi X i Y o około 10-20cm. W folii wycięto otwór o wielkości panelu pomniejszonej z każdej strony o 5mm. Wycięty otwór będzie przyklejony od strony czołowej panelu fotowoltaicznego. Tak przygotowaną naklejkę przyklejono z przodu panelu. Pomagano sobie przy tym elektryczną suszarką do włosów. Naklejoną powierzchnię wygładzano plastikowymi kartami kredytowymi. Marginesy naklejki zagięto i naklejono od strony tylnej panelu. Na koniec, dla poprawienia estetyki, od strony tylnej naklejono jeszcze jeden płat folii termoplastycznej (Fig. 8).

Podsumowanie

Wprowadzenie do układu diod Schotkiego spowodowało, że napięcie uzyskiwane z ogniw solarnych zostało pomniejszone o spadki napięcia na tych diodach w stanie przewodzenia (ok. 0,7V). Powoduje to, że przy gorszych warunkach oświetlenioych, układ staje się mało wydajny. Wydaje się, że w prostych, turystycznych ogniwach solarnych nie warto dodawać tych diod do układu.