Гарнитур 

Солнечный контроллер своими руками. Виды контроллеров для солнечных батарей и как выбирать


Здравствуйте. Продолжаю тему солнечной энергетики. Солнечные панели я уже обозревал ( и ). Также писал обзор и на простейший . Настала очередь познакомиться с более «продвинутым» контроллером, так называемым MPPT контроллером.
Что это, для чего, чем лучше PWM, а также распаковка, разборка, тестирование, всё это будет в обзоре.
Заинтересовавшихся прошу.

Теория:

Сначала немного о том для чего нужен контроллер заряда. И действительно, достаточно просто соединить солнечную панель с аккумулятором, и при наличии хоть какого-то света, а еще лучше - солнечного, от солнечной батареи пойдет зарядный ток в аккумулятор и без использования контроллера.
Итак, что будет, если не применять его совсем? При прямом подключении солнечной панели к аккумулятору пойдет зарядный ток и напряжение на клеммах аккумулятора начнет постепенно расти. Пока оно не достигнет предельного напряжения зарядки (которое зависит от типа аккумулятора и его температуры), прямое подключение будет равнозначно присутствию контроллера моделей PWM или ON/OFF, поскольку в этом режиме эти модели просто соединяют вход и выход.
При достижении предельного напряжения (около 14 Вольт), ON/OFF контроллер, который является самым дешевым из всех типов, просто отключит солнечную батарею от аккумулятора и заряд прекратится, хотя в реальности аккумулятор заряжен еще не полностью и для полной зарядки требует поддержания на нем предельного напряжения в течение еще нескольких часов. Эту задачу решает PWM контроллер, который при помощи широтно-импульсного преобразования (ШИМ или, по английски - PWM) понижает напряжение солнечной батареи до нужного значения и поддерживает его.
Если же не использовать никакого контроллера, то необходимо постоянно следить при помощи вольтметра за зарядным напряжением и в нужный момент отключить солнечную панель. Но если забыть ее отключить, то это приведет к перезаряду, выкипанию электролита и сокращению срока службы аккумуляторов. Однако, если отключить ее не вовремя, как при использовании простого ON/OFF контроллера, аккумуляторы останутся заряженными не полностью (примерно на 90%), а регулярный недозаряд в конечном итоге приведет к значительному сокращению их срока службы.
Тут я думаю с необходимостью контроллера заряда можно закончить и перейти к описанию типов контроллеров заряда. Хотя про 2 типа (ON/OFF и PWM) уже было сказано выше. В общем существует третий тип контроллеров, так называемые MPPT контроллеры заряда. Для чего они нужны продемонстрирую на следующем графике:
На этом графике приводится нагрузочная характеристика стандартной 12 вольтовой солнечной панели с напряжением холостого хода около 20 вольт. Если подключить эту панель к 12 вольтовой свинцово-кислотной аккумуляторной батарее через PWM контроллер, можно получить рабочие точки в диапазоне 10-14,5В. Однако точка максимальной мощности солнечной панели находится выше (на этом графике это 17 вольт). И если снимать с панели эту мощность именно в этой точке, КПД всей солнечной установки будет выше. Вот для этого и применяются MPPT контроллеры. MPPT это Maximum Power Point Tracking, т.е. отслеживание точки максимальной мощности. Само отслеживание этой точки может осуществляться по разным алгоритмам и в разных MPPT контроллерах оно реализовано по разному. В самом простейшем случае эту точку можно задавать вручную.
Таким образом, главное отличие MPPT контроллера от PWM это наличие у первого преобразователя напряжения, из-за которого напряжение на солнечной панели не будет равно напряжению на аккумуляторной батарее.
Ну вот, надеюсь не сильно заумно написал.
MPPT контроллеры штука не из дешевых. Их стоимость начинается от 300 долларов. Описываемый же контроллер стоит существенно дешевле. Посмотрим чем он хорош или плох, как получится…

Упаковка и комплектация:

Контроллер был упакован в обычную картонную коробку, дополнительно обмотан «пупыркой». В комплекте кроме контроллера был еще лист А4 с описанием меню. Больше ничего. Т.е. никаких параметров, характеристик, руководств, ни-че-го. Фотографировать коробку, упаковку и горе-инструкцию я не стал, но на видео в конце обзора это всё есть.

Контроллер:

Инструкция по эксплуатации в электронном виде была найдена . Вот параметры контроллера, взятые из этой инструкции:
- Входное напряжение (от солнечной панели) 12-60 В;
- Выходное напряжение 15-90 В;
- Выходной ток 0-10А;
- Максимальная выходная мощность 600 Вт.
Габаритные размеры и вес:




Небольшое описание словами: На передней панели расположен цветной дисплей и 4 кнопки:
SET - выбор поля;
Стрелки вверх/вниз - увеличение/уменьшение величины в выбранном поле;
OK - подтверждение выбора или включение/выключение работы контроллера.
На левой стороне расположен вентилятор, на правой клеммы подключения солнечной панели и аккумулятора.
Подключение:
Очерёдность подключения следующая: сначала солнечную панель, затем аккумуляторную батарею. В большинстве контроллеров заряда делать нужно наоборот, т.е. сначала батарею, потом панель, т.к. контроллер питается от батареи. Здесь же контроллер питается от солнечной панели. Вот такая особенность.
Идем дальше, рассмотрим экран:
Экран разбит на 4 области: 3 горизонтальных и одну вертикальную. Перечисляю поля сверху вниз:
1. Напряжение на солнечной панели;
2. Напряжение на аккумуляторной батарее;
3. Ток заряда;
4. Мощность заряда;
5. Суммированная энергия заряда;
6. Время заряда
С помощью кнопок можно задать: напряжение точки максимальной мощности, максимальное напряжение аккумуляторной батареи, максимальный ток заряда, время свечения экрана, ёмкость аккумуляторной батареи, время зарядки аккумуляторной батареи, яркость экрана, скорость работы вентилятора. Как это делать, описано в инструкции, а также я это продемонстрировал в видеоролике в конце обзора. Все эти настройки можно записать в 1 из 20 ячеек памяти.

Разборка:

Чтобы разобрать корпус, необходимо открутить с одной из сторон 4 винта, лучше это делать со стороны вентилятора. И далее вытащить и плату и переднюю панель.







К качеству сборки и пайки претензий нет, всё аккуратно и чисто. Есть претензии к компоновке. Я не понимаю, зачем применять алюминиевый корпус, если не использовать его в качестве радиатора, а ставить внутрь маленький радиатор и обдувать его вентилятором. Мне кажется это верхом конструкторской глупости. В общем рекомендую транзисторы снять с радиатора и посадить на корпус. Вентилятор демонтировать. Тем более, что он ужасно шумный и потребляет лишнюю энергию.

Тестирование:

Сначала я планировал к этому контроллеру подключить мою 20-ти ваттную солнечную панель и автомобильный аккумулятор. Т.е. заменить свой PWM контроллер на этот и рассказать какой это классный контроллер и насколько он лучше контроллера PWM. Но не тут-то было. Сделав так я пришёл к выводу, что контроллер неработоспособен, т.к. ток и напряжение на аккумулятор не ограничивается и вся энергия из солнечной панели прямиком «шуруется» в аккумулятор. Чтобы изучить работу контроллера я подключил вместо солнечной панели блок питания с напряжением холостого хода около 16 вольт, а к клеммам подключения аккумуляторной батареи подключил 0,5 Вт нагрузочный резистор 2 кОм. Параллельно блоку питания и резистору подключил по мультиметру.
Сразу скажу, контроллер с приемлемой точностью измеряет напряжения на солнечной панели и на аккумуляторной батарее.
Далее, в меню контроллера, я выставил напряжение солнечной панели 10 вольт, напряжение на аккумуляторе 11,15 вольта. При включении, увидел что на входе, что на выходе напряжение около 15 вольт.

Что и требовалось доказать, контроллер работает некорректно.
Однако я пошёл дальше и задал 14В на входе и 20В на выходе, получил 16В и 20В соответственно.

Уже лучше.
Следующая точка тестирования: 14В и 40В. Получил: 15,5В и 40В.


Идём дальше. Задал 13 вольт на входе, и 90В на выходе. Получил 13В и 76В соответственно.

Вот это нормальный режим работы MPPT контроллера. Т.е. контроллер поддерживает на входе напряжение заданное ранее как «напряжение максимальной мощности панели». На выходе контроллер работает в режиме контролирования тока заряда. Просто входной мощности недостаточно, чтобы поднять напряжение до максимальнодопустимого, также выставленного ранее. Как только напряжение на аккумуляторной батарее достигнет максимального, контроллер перейдёт в режим поддержания напряжения и не даст подняться ему выше.

Видеообзор:

В видеообзоре распаковка, разборка и тестирование прибора. Также я подробно показал как работать с меню.

Итог:

В результате всего вышесказанного могу ответственно заявить, что данный контроллер работоспособен и является MPPT контроллером с несколькими оговорками:
1. Контроллер не способен автоматически находить точку максимальной мощности солнечной панели, напряжение этой точки необходимо задавать вручную (конструктивная особенность);
2. Контроллер может быть применим при условии, что напряжение на аккумуляторной батарее выше напряжения холостого хода солнечной панели, иначе ограничений по напряжению и току заряда нет (конструктивная особенность);
3. Контроллер при включении автоматически не считывает из памяти все параметры, поэтому ежедневно требует ручной начальной инициализации (программная недоработка, можно выйти из ситуации применив дополнительный контроллер, например, Ардуино, для начальной инициализации сабжа).
Также к «минусам» можно отнести шумность вентилятора и странную конструктивную особенность прибора: алюминиевый корпус не используется в качестве радиатора. Но здесь достаточно просто произвести необходимые доработки, убрав внутренний маленький радиатор и вентилятор, «посадить» силовые транзисторы на корпус.

Ну вот как-то так получилось. На первый взгляд «минусов» больше, чем «плюсов». Так это или нет не знаю.
При написании данной статьи я перерыл некоторое количество информации по поводу имеющихся в наличии MPPT контроллеров и суммируя могу заявить, что далеко не все продаваемые недорогие MPPT контроллеры являются таковыми. Т.е. производители часто пишут эту аббревиатуру, обманывая покупателей. Это утверждение не относится к сабжу.
Повторю, что обозреваемый контроллер это MPPT контроллер, хоть и самого начального уровня.

Надеюсь информация найдёт своего читателя и будет ему полезна. Удачи!

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Планирую купить +30 Добавить в избранное Обзор понравился +49 +77

Контроллер заряда является очень важным узлом системы, в которой электрический ток создают солнечные панели. Устройство управляет зарядкой и разрядкой аккумуляторных батарей. Именно благодаря ему, батареи не могут перезарядиться и разрядиться настолько, что восстановить их рабочее состояние будет невозможно.

Такие контролеры можно сделать своими руками.

Самодельный контроллер: особенности, комплектующие

Устройство предназначено для работы только , которая создает ток с силой, не более 4 А. Емкость аккумулятора, зарядкой которого , является 3 000 А*ч.

Для изготовления контроллера нужно подготовить следующие элементы:

  • 2 микросхемы: LM385-2.5 и TLC271 (является операционным усилителем);
  • 3 конденсатора: С1 и С2 являются маломощными, имеют 100n; С3 имеет емкость 1000u, рассчитан на 16 V;
  • 1 индикаторный светодиод (D1);
  • 1 диод Шоттки;
  • 1 диод SB540. Вместо него можно использовать любой диод, главное, чтобы он мог выдержать максимальный ток солнечной батареи;
  • 3 транзистора: BUZ11 (Q1), BC548 (Q2), BC556 (Q3);
  • 10 резисторов (R1 – 1k5, R2 – 100, R3 – 68k, R4 и R5 – 10k, R6 – 220k, R7 – 100k, R8 – 92k, R9 – 10k, R10 – 92k). Все они могут быть 5%. Если хочется большей точности, то можно взять резисторы 1%.

Чем можно заменить некоторые комплектующие

Любой из этих элементов можно заменять. При установке других схем нужно подумать об изменении емкости конденсатора С2 и подборе смещения транзистора Q3.

Вместо транзистора MOSFET можно установить любой другой. Элемент должен иметь низкое сопротивление открытого канала. Диод Шоттки лучше не заменять . Можно установить обычный диод, но его нужно правильно разместить.

Резисторы R8, R10 равны 92 кОм. Такое значение нестандартное. Из-за этого такие резисторы найти сложно. Их полноценной заменой может быть два резистора с 82 и 10 кОм. Их нужно включать последовательно .

Читайте также: Особенности внешних аккумуляторов с солнечной батареей

Если контроллер не будет использоваться в агрессивной среде, можно провести установку подстроечного резистора. Он дает возможность управлять напряжением. В агрессивной среде он долго не поработает.

При необходимости использовать контроллер для более сильных панелей нужно провести замену транзистора MOSFET и диода более мощными аналогами. Все остальные компоненты менять не нужно. Нет смысла устанавливать радиатор для регулирования 4 А. При установке MOSFET на подходящем теплоотводе устройство сможет работать с более продуктивной панелью.

Принцип работы

При отсутствии тока с солнечной батареи контроллер находится в спящем режиме. Он не использует ни одного вата из аккумулятора. После попадания солнечных лучей на панель электрический ток начинает поступать к контроллеру. Он должен включиться. Однако индикаторный светодиод вместе с 2 слабыми транзисторами включается только тогда, когда напряжение тока достигнет 10 В.

После достижения такого напряжения ток будет проходить через диод Шоттки к аккумулятору . Если напряжение поднимется до 14 В, начнет работать усилитель U1, который откроет транзистор MOSFET. В результате светодиод погаснет, и состоится закрытие двух не мощных транзисторов. Аккумулятор заряжаться не будет. В это время будет разряжаться С2. В среднем на это уходит 3 секунды. После разрядки конденсатора С2 гистерезис U1 будет преодолен, MOSFET закроется, аккумулятор начнет заряжаться. Зарядка будет происходить до момента, когда напряжение поднимется до уровня переключения.

Зарядка происходит периодически. При этом ее продолжительность зависит от того, каким является зарядный ток аккумуляторной батареи, и насколько мощные подключенные к ней устройства. Зарядка длится до тех пор, пока напряжение не станет равным 14 В.

Схема включается за очень короткое время. На ее включение влияет время зарядки С2 током, который ограничивает транзистор Q3. Ток не может быть больше 40 мА.

Если вы задумывались над альтернативным способом получения энергии и решили устанавливать солнечные батареи, то наверняка хотите сэкономить. Одной из возможностей экономии — сделать контроллер заряда своими руками . При установке солнечных генераторов — панелей, требуется много дополнительного оборудования: контроллеры заряда, аккумуляторы, для перевода тока под технические стандарты.

Рассмотрим изготовление контроллера заряда солнечной батареи своими руками .

Это устройство контролирующее уровень зарядки свинцовых аккумуляторов, не допускающее их полной разрядки и перезарядки. Если аккумулятор начнет разряжаться в аварийном режиме, аппарат снизит нагрузку и не допустит полной разрядки.

Стоит отметить, что самостоятельно изготовленный контроллер не сравниться по качеству и функционалу с промышленным, но он будет вполне достаточен для работы элетросети. В продаже попадаются изделия, изготовленные в подвальных условиях, которые имеют очень низкий уровень надежности. Если у вас не хватает средств на дорогостоящий агрегат, лучше собрать его самостоятельно.

Контроллер заряда акб от солнечных батарей изготовленный самостоятельно

Даже самодельный продукт должен соответствовать следующим условиям:

  • 1,2P< U x I , где P – общая мощность всех используемых источников напряжения, I – ток прибора на выходе, U – вольтаж системы при разряженных батареях
  • Максимально разрешенное входное напряжение должно равняться общему напряжению всех батарей без нагрузки.

На изображении ниже вы увидите схему такого электрооборудования. Для того чтобы собрать его потребуются небольшие познания в электроники и немного терпения. Конструкция немного доработана и теперь вместо диода установлен полевой транзистор, регулирующийся компаратором.
Такой контролер заряда будет достаточен для использования в сетях не высокой мощности, с использованием только . Отличается простотой изготовления и дешевизной материалов.

Контроллер заряда для солнечных батарей работает по простому принципу: когда напряжение на накопителе достигает указанного значения, он прекращает зарядку, дальше идет только капельный заряд. В случае падения напряжения показателя ниже установленного порога подача тока на аккумулятор возобновляется. Использование аккумуляторов отключается контролером когда в них заряд менее 11 V. Благодаря работе такого регулятора акб самопроизвольно не разрядится во время отсутствия солнца.



Основные характеристики схемы контролера заряда :

  • Напряжение заряда V=13,8V (настраивается), измеряется при наличии тока заряда;
  • Отключение нагрузки происходит когда Vbat мене 11V (настраивается);
  • Включение нагрузки когда Vbat=12,5V;
  • Температурная компенсация режима заряда;
  • Экономичный компаратор TLC339 можно заменить на более распространенный TL393 или TL339;
  • Падение напряжения на ключах менее 20mV при заряде током 0,5А.

Усовершенствованный контроллер заряда солнечной батареи

Если вы уверены в своих познаниях электронного оборудования, можно попробовать собрать более сложную схему контроллера заряда. Она более надежна и способна работать как от солнечных батарей, так и от ветрогенератора, который поможет вам получать свет по вечерам.

Выше представлена усовершенствованная схема котроллера заряда своими руками. Для изменения пороговых значений применяются подстроечные резисторы, с помощью которых вы будете регулировать параметры работы. Ток, поступающий от источника коммутируется реле. Само реле управляется ключом полевых транзисторов.

Все схемы контроллера заряда проходили проверку на практике и отлично зарекомендовали себя на протяжении нескольких лет.

Для дачи и прочих объектов, где не требуется большое потребление ресурсов, нет смысла затрачиваться на дорогостоящие элементы. Если вы имеете необходимые знания, можно доработать предложенные конструкции или добавить необходимый функционал.

Так вы можете сделать своими руками контроллер заряда при использовании устройств альтернативной энергии. Не стоит отчаиваться если первый блин вышел комом. Ведь никто не застрахован от ошибок. Немного терпения, старания и экспериментов доведут дело до конца. Зато работающее электроснабжение будет отличным поводом для гордости.

Одним из важнейших компонентов домашней солнечной электростанции является контроллер заряда аккумуляторов. Именно это устройство следит за процессом заряда/разряда аккумуляторов, поддерживая оптимальный режим их работы. Существует множество схем контроллеров для солнечных батарей – от самых простых, выполненных порою кустарным способом, до очень сложных, с применением микропроцессоров. Причем контроллеры заряда для солнечных батарей, сделанные своими руками, частенько работают лучше аналогичных промышленных устройств такого же типа.

Для чего нужны контроллеры заряда аккумуляторов

Если аккумулятор подсоединить напрямую к клеммам солнечных батарей, то заряд его будет происходить непрерывно. В конечном итоге на уже полностью заряженный аккумулятор будет продолжать поступать ток, что вызовет повышение напряжения на несколько вольт. В результате происходит перезаряд АКБ, повышается температура электролита, причем эта температура достигает таких значений, что электролит закипает, происходит резкий выброс паров из банок аккумулятора. Как следствие, может произойти полное испарение электролита и высыхание банок. Естественно, это не добавляет «здоровья» аккумулятору и резко снижает ресурс его работоспособности.

Контроллер в системе солнечного заряда аккумуляторов

Вот, чтобы не допустить подобных явлений, чтобы оптимизировать процессы заряда/разряда, и нужны контроллеры.

Три принципа построения контроллеров заряда

По принципу действия различают три типа солнечных контроллеров.
Первый, самый простой тип – это устройство, выполненное по принципу «On/Off» («Вкл./Выкл.»). Схема такого аппарата представляет собой простейший компаратор, который включает или выключает цепь заряда в зависимости от значения напряжения на клеммах аккумулятора. Это самый простой и дешевый тип контроллеров, но и способ, которым он производит заряд, самый ненадежный. Дело в том, что контроллер отключает цепь заряда по достижении предельного значения напряжения на клеммах аккумуляторной батареи. Но при этом не происходит полного заряда банок. Максимально достигается не более 90% заряда от номинального значения. Вот такой постоянный недобор заряда значительно уменьшает работоспособность аккумулятора и срок его работы.


Вольт-амперная характеристика солнечного модуля

Второй тип контроллеров – это устройства, построенные по принципу ШИМ (широтно-импульсной модуляции). Это более сложные аппараты, в которых кроме дискретных компонентов схемы имеются уже и элементы микроэлектроники. Аппараты на базе ШИМ (англ. – PWM) осуществляют зарядку аккумуляторов ступенчато, выбирая оптимальные режимы заряда. Эта выборка производится автоматически и зависит от того, как глубоко разряжены АКБ. Контроллер повышает напряжение, одновременно понижая силу тока, обеспечивая тем самым полную зарядку аккумуляторной батареи. Большой недостаток ШИМ-контроллера – заметные потери в режиме зарядки аккумулятора – теряются до 40%.


Третий тип – это контроллеры MPPT , то есть работающие по принципу отыскания точки максимальной мощности солнечного модуля. В процессе работы устройства этого типа используют максимально доступную мощность для любого режима заряда. По сравнению с другими, аппараты этого типа отдают на заряд аккумуляторных батарей примерно на 25% - 30% больше энергии, чем другие аппараты.


Заряд АКБ производится меньшим напряжением, чем это делают контроллеры других типов, но большей силой тока. Коэффициент полезного действия аппаратов MPPT достигает 90% - 95%.

Простейший самодельный контроллер

При самостоятельном изготовлении любого контроллера необходимо обязательно соблюдать определенные условия. Во-первых, максимальное напряжение на входе должно быть равным напряжению АКБ без нагрузки. Во-вторых, должно быть выдержано соотношение: 1,2P


Этот аппарат предназначен для работы в составе солнечной электростанции малой мощности. Принцип работы контроллера предельно прост. Когда напряжение на клеммах аккумуляторов достигнет заданного значения, заряд прекращается. В дальнейшем производится только так называемый капельный заряд.


Контроллер, смонтированный на печатной плате

При падении напряжения ниже установленного уровня подача энергии на аккумуляторы возобновляется. Если при работе на нагрузку в отсутствии заряда напряжение АКБ будет ниже 11 вольт, контроллер отключит нагрузку. Тем самым исключается разряд аккумуляторов в период отсутствия солнца.

Аналоговый контроллер для маломощных гелиевых систем

Аналоговые устройства используются, в основном, в гелиевых системах, имеющих небольшую мощность. В мощных системах целесообразно применять цифровые последовательные аппараты типа MPPT. Эти контроллеры прерывают зарядный ток, когда аккумулятор будет полностью заряжен. В предлагаемой схеме аналогового контролера используется параллельное подключение. При таком подключении солнечный модуль всегда соединен с аккумулятором через специальный диод. Когда напряжение на аккумуляторе достигнет заданного значения, контроллер параллельно солнечному модулю включает цепь нагрузочного сопротивления, которое принимает на себя избыток энергии от модуля.

Это устройство было разработано и собрано под конкретную систему, состоящую из солнечной панели с 36 ячейками, с выходным напряжением холостого хода 18 вольт и с током короткого замыкания до одного ампера. Емкость аккумулятора до 50 ампер-часов, при номинальном напряжении 12 вольт. Перед тем, как включить собранный аппарат в рабочую конфигурацию системы, необходимо произвести его настройку. Для быстрой настройки нужно взять предварительно заряженный аккумулятор. Солнечную батарею с соблюдением полярности нужно подключить к клеммам PV по схеме, а аккумулятор – к клеммам ВАТ. К клеммам аккумулятора необходимо также подключить цифровой вольтметр.


Теперь для получения максимальной отдачи от солнечной батареи, нужно сориентировать ее на солнце. После этого медленно поворачивать винт двадцатиоборотного переменного резистора номиналом в 100 кОм. Вращение винта производится до тех пор, пока светодиод не начнет мигать. После того, как начнется мигание, винт следует продолжать медленно поворачивать до тех пор, пока вольтметр не покажет значение напряжения на клеммах аккумулятора, равное желаемому. На этом настройка устройства завершена.

В процессе эксплуатации системы при достижении напряжением на клеммах аккумулятора предельного значения светодиод начинает выдавать краткие световые импульсы с длительными промежутками. При продолжении заряда аккумулятора длительность световых импульсов увеличивается, а интервал между ними, наоборот, сокращается.

Разумеется, при наличии определенных знаний и навыков можно собрать и более сложное устройство, например, MPPT, но если речь заходит о покупке дорогостоящего оборудования для домашней электростанции, то, вероятно, есть смысл все-таки купить промышленный аппарат, на который распространяется к тому же и гарантия изготовителя. И не подвергать аккумуляторные батареи риску повреждения.

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

В этом уроке мы покажем вам, как заряжать литиевую батарейку 18650, используя чип TP4056 и солнечную энергию (или просто СОЛНЦЕ). В итоге у нас получится портативный блок питания.

Общая стоимость этого проекта, за исключением батареи, составляет чуть менее 5 долларов США. Батарея добавит еще от $4 до $5 баксов. Таким образом, общая стоимость проекта составляет около 10 долларов США. Все компоненты доступны на АлиЭкспресс по действительно хорошей цене.

Для этого проекта нам понадобятся:

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

Сборка очень проста.

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. 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.