Повербанк на солнечной батарее своими руками

Обновлено: 04.07.2024

Когда световой день становится длинным, логично заряжать свои девайсы от солнечных батарей.

PowerBank сегодня все более актуален, это устройство помогает заряжать смартфоны и прочие гаджеты в любом месте. Учитывая то, как быстро иногда садится смартфон, такая штука необходима каждому, особенно если человек любит путешествовать, проводить время на природе, в общем часто бывает далеко от дома и розеток с электрическим питанием. PowerBank можно купить во многих магазинах, но как насчет того, чтобы сделать такую штуку своими руками. Заряжаться устройство будет не от сети, а от солнца. Корпус такого приспособления небольшой, и можно свободно носить его в кармане или сумке в качестве брелока. Зато у вас всегда будет запасная энергия и возможность зарядить телефон даже в экстренных случаях.

Компактный PowerBank на солнечных батареях

Необходимые материалы и первый этап

Понадобится следующий набор элементов:

несколько солнечных панелей;
аккумулятор, предназначенный для PowerBank;
регулятор для зарядки;
несколько USB-выходов;
корпус нужных размеров.

Автор видео сделал корпус на 3D-принтере, это отличный и простой вариант. Если такой возможности нет, просто подберите нужных размеров коробку из пластика. Сделать держатель для батареи можно из тонкого листа латуни. Вырезаем пластинки, сгибаем пополам, припаиваем к ним проводки. Крепим все контакты по своим местам, фиксируем термоклеем. Если батарею часто заменять не планируется, можно припаять к ней провода.

Сборка электроники

Солнечные батареи нужно подключить по одной к разъемам USB. Делается это параллельно и последовательно, опять соответственно схеме. Когда все будет готово, припаиваем модуль зарядки с проводами.

Собираем электронику по этой схеме

Сборка конструкции

Когда все элементы подсоединены, остается собрать корпус PowerBank с использованием термоклея. Если корпус делается на принтере 3D, важно все тщательно измерить, чтобы в корпус уместились необходимые элементы. Если подбираете коробочку, тоже ориентируйтесь на размеры составляющих. Перед тем, как собирать, нужно все протестировать и убедиться, что устройство будет работать и не подведет. Разряжаем аккумулятор, пробуем зарядить его от солнца. Если все работает, можно собирать конструкцию.

Схема подключения солнечных батарей к разъемам USB

Корпус соединяем и фиксируем термоклеем, когда все окончательно подсохнет, к стенкам приклеиваем солнечные батареи. Должен получиться небольшой и аккуратный PowerBank. Теперь тестируем, как хорошо он заряжает смартфон. Конечно стоит предварительно убедиться, что устройство заряжено и может отдавать энергию аккумулятора гаджета.

Если у вас уже есть PowerBank, можно просто приобрести солнечные батареи и оборудовать ими корпус. И не забываем заряжать устройство на солнце, чтобы в нем всегда была энергия.

В продаже встречаются Solar Power Bank разных размеров и дизайна, при этом больше всего поражает ресурсоемкость их встроенных аккумуляторов, которая колеблется в пределах 10000–45000 mAh. Но действительно ли эти портативные устройства соответствуют заявленным производителем характеристикам?

Как проверить реальные показатели китайского повербанка?

Стандартная комплектация предусматривает несколько разъемов: два USB-порта (для подзарядки смартфонов) и один miniUSB — для зарядки аккумуляторной батареи повербанка от сети. Power Bank оснащен также LED-индикаторами, которые показывают уровень емкости заряжаемой батареи, и простым светодиодным фонариком для подсветки.

Теперь перейдем к главному вопросу: как в домашних условиях можно проверить реальные показатели солнечной зарядки мобильного телефона и сравнить их с заводскими техническими характеристиками? Для начала потребуется вскрыть корпус устройства — в зависимости от конструкции повербанка, нужно отвинтить 6–8 винтиков или же просто разомкнуть пластиковые защелки.

1) Проверка солнечного элемента

Оригинальные модели иногда показывают мощность солнечных батарей для зарядки на уровне 6–7 V, что однозначно хорошо. Тогда как некоторые китайские повербанки очень часто не способны вырабатывать и 70% от заявленной производителем мощности фотоэлектрического модуля. В этом случае мобильное зарядное устройство лучше вернуть — пользы от него будет мало, поскольку аккумуляторы будут заряжаться от солнца на протяжении нескольких месяцев.

Обратите внимание, что при рассеянном свете или ярком искусственном освещении фотоэлектрические элементы не будут заряжать аккумулятор, и даже если горит зеленый индикатор заряда, — это указывает только на то, что фотоэлектрический модуль работает, как датчик света. Для полноценной подзарядки встроенной аккумуляторной батареи требуется исключительно солнечное излучение.

2) Проверка емкости аккумулятора

Больше всего пользователей интересует реальная емкость АКБ, ведь от этого зависит, сколько гаджетов можно будет подзарядить при 100% заряде повербанка. Замерить ресурсоемкость литий-ионных батарей или литий-полимерного аккумулятора можно двумя способами.

(2*2000) + (0,75*2000) = 5500 mAh.

При этом не забывайте учитывать коэффициент потерь в процессе преобразовании солнечной энергии. По умолчанию — это 1,3.

5500*1,3 = 7150 mAh.

В данном случае реальная емкость аккумуляторной батареи повербанка составляет порядка 7000 мАч. Как показывает практика, реальная емкость портативных источников питания китайского производства обычно меньше в 2–3 раза.

Существует и более точный способ проверки емкости зарядки для телефона от солнечной батареи, но для этого придется дополнительно приобрести специальный USB-Tester, который способен измерять основные характеристики АКБ, а также показатели силы тока и напряжения. Перед началом теста обязательно разрядите устройство.

Как можно доработать повербанк с солнечной батареей?

Зачем вообще покупать китайские Solar Power Bank?

Переносные источники питания — полезная штука, особенно если вы собираетесь на шашлыки или в поход. Несмотря на то, что китайские заряжающие устройства, которые продаются в Москве, чаще всего попадаются дефектными, спрос на них все равно растет. И привлекает именно низкая стоимость. Зачем переплачивать деньги за бренд, когда можно купить подделку и доработать? При этом вам не придется дополнительно мастерить корпус — все уже готово и выглядит весьма презентабельно.

Для зарядки аккумуляторов смартфонов и увеличения времени работы электронных гаджетов используются внешние источники постоянного тока, оборудованные портами USB или microUSB. Можно сделать Power Bank своими руками из батарей для сотового телефона или стандартных алкалиновых батареек.

Преимущества и недостатки самоделки

К преимуществам самостоятельной сборки Power Bank относятся:

возможность создания устройств с увеличенным напряжением или емкостью;
для изготовления используются компоненты старых изделий, литийионные или никель-металлогидридные элементы питания, оставшиеся от бытовой или компьютерной техники;
возможна замена части аккумуляторов, вышедших из строя в процессе эксплуатации (при использовании разборного бокса).

Недостатки самодельного оборудования:

необходимы знания электрики и навыки работы с паяльным оборудованием;
требуется приобретение или самостоятельное изготовление блока зарядки (с цепью защиты от переразряда) и повышающего модуля;
сложность поиска бокса подходящей конфигурации;
грубый внешний вид устройства (кроме случаев применения заводских кожухов);
меньший срок службы по сравнению с заводскими изделиями;
отсутствие дополнительных элементов (переключателя питания, контрольных диодов или вспомогательных разъемов);
риск повреждения внешнего оборудования при зарядке из-за ошибок в установке или сборке регулятора напряжения;
при использовании качественных комплектующих итоговая стоимость зарядного приспособления сопоставима с ценой заводских устройств.

Материалы изготовления

Базой для изготовления самодельных источников постоянного тока являются портативные аккумуляторные батарейки, аккумуляторы сотовых телефонов или элементы питания ноутбуков. Допускается использование алкалиновых батареек стандарта АА или ААА, а также перезаряжаемых элементов на никель-металлогидридной основе, имеющих аналогичные размеры корпуса.

Дополнительно приобретаются разъем USB и контроллер, поддерживающий стабильное напряжение в цепи питания.

Возможно изготовление конструкций, использующих для восполнения заряда энергию солнечного излучения. В конструкцию изделия включается светочувствительный элемент, преобразующий солнечный свет в электрическую энергию. Панель подключается к блоку управления зарядкой, оснащенному портом microUSB для подключения к внешней цепи питания, поскольку от солнечного излучения аккумуляторную батарею зарядить невозможно.

Из телефонных аккумуляторов

Для создания компактного повербанка небольшой емкости используются аккумуляторы мобильных телефонов. Рекомендуется использовать не менее 6 однотипных изделий одинаковой емкости, которые соединяются в общую цепь, а затем закрываются пластиковым кожухом.

Для уменьшения размеров требуется собрать 2 банки, для удержания элементов используется малярный скотч или изоляционная лента. Для упрощения коммутационной схемы аккумуляторы размещаются контактными площадками в одном направлении.

Затем производится соединение медным кабелем крайних контактов источников тока в каждой банке. Проводка крепится методом пайки, перед соединением тестовым прибором проверяется полярность элементов. Батареи соединяются в параллельную цепь, что позволяет увеличить емкость будущего Power Bank.

При сборке следует использовать только крайние контакты на каждом источнике тока, средняя площадка не используется (этот элемент предназначен для контроля температуры батареи). По аналогичной схеме коммутируется вторая банка.

Подготовить пластиковый корпус с подходящими габаритами, который должен вместить блок управления зарядкой и собранные ранее аккумуляторные банки.

Внутри кожуха размещаются соединительная электропроводка и задняя часть разъема USB.

После соединения кабелей компоненты помещают в коробку, для ограничения подвижности устанавливаются пластиковые или поролоновые прокладки. Нужно протестировать работу полученного устройства, емкости установленных элементов должно хватать на 3-5 зарядок батареи смартфона.

Для соединения частей кожуха и дополнительных крышек применяется термоклей, винты или защелки. Тип конструкции зависит от конфигурации и конструкции деталей. Рекомендуется делать разъемную конструкцию, которая позволит удалять скопившиеся в ходе эксплуатации загрязнения и менять вышедшие из строя элементы.

Хороший результат достигается при использовании пластиковой водопроводной трубы, которая нагревается строительным феном и обжимается вокруг муляжа аккумуляторных банок.

Из пальчиковых батареек

Бюджетный Powerbank собирается по следующей методике:

Установить алкалиновые батарейки АА или ААА попарно в картонные коробки. Элементы питания располагаются полюсами в одном направлении. Для увеличения емкости и напряжения рекомендуется собирать 3 банки.
Соединить контакты в параллельную цепь, используя подручные предметы (например, скобы от канцелярского степлера) или припаяв проводники. Рекомендуется устанавливать соединительные шнуры при помощи припоя, поскольку другие методики не обеспечивают длительного надежного контакта.
Установить полученные банки в подходящую коробку из картона или пластика, а затем соединить цепи последовательно, что позволит получить на выходе напряжение 4,5 В.
Разместить в кожухе разъем USB, который напрямую подключается к выводам пальчиковых батареек. Колодка крепится к корпусу или размещается свободно на соединительных электрических кабелях. Установка контроллера зарядки не требуется, поскольку элементы питания не поддерживают восстановления емкости.
Закрепить компоненты зарядника при помощи термоклея. Полученное устройство является одноразовым, пригодным для подзарядки сотового телефона или иного электронного прибора в чрезвычайной ситуации.

Вместо пальчиковых батареек возможно использование аналогичных по конфигурации аккумуляторов на никель-металлогидридной или никель-кадмиевой основе. В конструкцию узла требуется включить блок контроля параметров зарядки, при эксплуатации устройств следует учитывать конструктивные особенности элементов питания.

Например, никель-кадмиевые банки необходимо разряжать до нуля, что позволит сохранить емкость изделий. Можно сделать Power Bank со съемными элементами, которые заряжаются в специальном зарядном устройстве.

Из автомобильной зарядки

Мощный портативный источник постоянного тока, предназначенный для восполнения емкости аккумуляторов ноутбуков, собирается на основе компонентов автомобильного зарядного приспособления для телефонов. Для сборки изделия потребуются элементы питания стандарта 18650, которые извлекаются из неисправных батарей для компьютерной техники.

Рекомендуется проверить состояние изделий, использовать вышедшие из строя элементы недопустимо. Для изготовления Power Bank потребуется 8 устройств формата 18650 (напряжение каждого составляет 3,7 В).

Из имеющихся батарей собираются 2 банки, контакты соединяются последовательно. Суммарное напряжение каждой банки составит 14,8 В, для соединения элементов используется медный монолитный кабель, который крепится к полюсам при помощи припоя. Рекомендуется использовать провод сечением не менее 0,5 мм², который обеспечит передачу повышенной мощности и гарантирует надежность соединения.

Блоки устанавливаются в пластиковый бокс, для фиксации элементов применяется термоклей. В качестве корпуса рекомендуется использовать пластиковый бокс от реле, устанавливаемый в автомобилях. Материал стенок обладает повышенной прочностью, крышка устанавливается на винтах через резиновый уплотнительный кант, предотвращающий попадание воды на элементы питания и контроллер.

В стенках кожуха предварительно прорезаются технологические отверстия для дополнительных элементов (портов USB и трехпозиционного переключателя).

Выходы от батарей припаиваются к клеммам выключателя, шнуры выводятся к контроллеру от автомобильного зарядного блока. Затем подключается блок разъемов USB, все точки соединения изолируются специальной поливинилхлоридной трубкой или изоляционной лентой.

Кабели укладываются в пустоты между элементами, для крепления применяется термический клей или пластиковые хомуты. Затем на место ставится крышка и производится тестирование зарядного устройства, емкости хватает на 2-3 зарядки сотового телефона.

Существуют специальные боксы, рассчитанные на размещение 8 элементов стандарта 18650. При применении заводского кожуха нет необходимости соединять элементы питания проводами, в нижней части кожуха предусмотрены металлические контактные пластины.

Дополнительным достоинством бокса является фиксация источников тока пружинами контактов и специальными выступами на крышке. К недостаткам изделия можно отнести срок его поставки (оно производится в Китае) и хрупкость защелок, расположенных по периметру секций бокса.

Внутри корпуса установлен штатный контроллер зарядки, на внешней стороне предусмотрены порты USB, рассчитанные на ток 1 и 2 А. Для зарядки элементов имеется отдельный вход, снабженный контрольным диодом. Для поддержания выходного напряжения на уровне 4,85-5,0 В используется штатный регулятор. В конструкции предусмотрен регулятор зарядки элементов, автоматически разрывающий цепь питания.

При изготовлении самодельного блока зарядки возможно расширить функциональные возможности устройства, разместив на кожухе светодиоды. Источники света устанавливаются в заранее просверленные отверстия, для фиксации используется термоклей, который дополнительно герметизирует устройство.

Затем лампы соединяются в общую цепь, которая подключается к батарее через переключатель. Устройство применяется одновременно как фонарик и как блок зарядки, количество и схема расположения лампочек могут быть произвольными.

Из фонарика

Для сборки Повер Банк подходит бытовой электрический фонарик с аккумулятором напряжением 3,7 В. Дополнительно потребуется сделать блок управления зарядкой и установить преобразователь (для конвертации напряжения до 5 вольт), а затем установить кабель, подающий ток на разъем USB. В качестве корпуса используется корпус фонаря, который модифицируют под установку дополнительных компонентов.

Алгоритм изготовления изделия:

Блок повышения напряжения собирается на основе транзисторов и дополнительных электронных компонентов. В конструкции предусматриваются стабилитроны, путем подбора рабочих параметров обеспечивается нужное напряжения на выходе. Дополнительное влияние на работу узла оказывает катушка индуктивности, для регулирования рабочих параметров изменяют число витков провода.

Для самостоятельного изготовления преобразователя необходимо обладать знаниями в области схемотехники и электроники, в противном случае собрать узел не получится.

Как оказалось, из-за экономии на схемотехнике дешевые китайские мобильные аккумуляторы с солнечными батареями могут прожить очень короткую жизнь.

Предыстория

Первая проверка после покупки показала, что его емкость составляет не менее 4500 мАч, что весьма неплохо. После этого он был принят на вооружение и эксплуатировался в длительных походах для подзарядки гаджетов.

Изначально мне было весьма интересно поиграться с солнечной батареей, и я оставлял его по нескольку дней на солнце с целью пополнения заряда. Толку от этого было маловато, и его все равно приходилось дозаряжать от сети с использованием зарядки от смартфона Samsung. При этом уже через десяток циклов стало заметно, что его емкость уменьшилась практически вдвое. Погоревав, я списал его в запас, и он провалялся в шкафу ровно до того момента, пока у меня не возникла необходимость поэкспериментировать с солнечной батареей. И тут началось самое интересное.

Разобрав пауэрбанк я с удивлением обнаружил, что солнечная батарея припаяна напрямую к контактам Li-Ion аккумулятора параллельно с основным контроллером заряда/разряда.

Недолго думая я вытащил его на яркое солнце и замерил напряжение и ток, который выдавала солнечная батарея. Она тоже оказалась качественной и закачивала в бедный литий-ионный аккумулятор 0,2 А с напряжением в 5,3 В. Чтобы понять, что тут не так, заглянем в теорию.

Что губит Li-Ion

Литий-ионные аккумуляторы – штука капризная. Они боятся глубокого разряда, перезаряда и высоких напряжений. Чтобы зарядить их, используется специальный контроллер, разделяющий процесс на две фазы. Сначала на аккумулятор подается постоянный ток и невысокое напряжение, которое растет параллельно набору заряда. По достижении примерно 80%, когда напряжение на аккумуляторе достигнет своего максимального регламентированного значения, оно фиксируется, а ток резко уменьшается. И в таком режиме он пребывает еще час, пока не зарядится до максимального уровня, после чего контроллер завершает процесс. Этот же контроллер не даст использовать аккумулятор, если в нем менее 10% заряда (не путайте это с тем, что показывают индикаторы гаджетов, там всегда скорректированные значения).

А теперь давайте заглянем в спецификации к типичному литий-ионнуму аккумулятору. Для типичных моделей (один из которых как раз установлен в этом пауэрбанке) максимальное напряжение зарядки на финальной стадии составляет 4,2 вольта. Казалось бы, чего тут страшного, ну подали вместо 4,2 какие-то 5,3 В. Но не все так просто. Например, регулярное превышение напряжения всего на 0,05 В весьма сильно сокращает ресурс батареи. Превышение на 0,1 В – сокращает уже в разы. Вот график, позаимствованный мной с BatteryUniversity. Он отражает зависимость количества циклов перезаряда от подаваемого максимального напряжения.

При этом надо учитывать, что при низком уровне заряда аккумулятора изначально подаваемое напряжение должно быть еще ниже!

Поэтому неудивительно, что аккумулятор был убит всего за несколько циклов.

Какой совет тут можно дать? Если уж покупать что-то дешевое, то пусть это будут брендовые вещи. Наверняка там таких фейлов со схемотехникой не допустят.

Читайте также: