So bauen Sie Ihr eigenes solarbetriebenes USB-Ladegerät

Solarenergie gilt als eine wirklich erneuerbare und umweltfreundliche Form der auf der Erde verfügbaren Energiequelle. Heutzutage holen die Menschen das Beste aus dieser Ressource heraus, was besonders in abgelegenen Gebieten, in denen die elektrische Übertragung begrenzt ist, von entscheidender Bedeutung ist. Es eignet sich besonders für Regionen mit längerer Sonneneinstrahlung tagsüber, da es die Stromrechnung deutlich senken kann.

Wir zeigen Ihnen, wie Sie ein DIY-System zum Laden von USB-betriebenen Gleichstrom-Elektronikgeräten mithilfe von Solarenergie bauen. Unser Ziel ist es, das Konzept mit minimalen Komponenten und einem einfachen Design zu erklären und zu demonstrieren.

Solarenergie verstehen

Solarenergie ist die Umwandlung von Energie aus dem Sonnenlicht in eine nutzbare und effiziente Energiequelle. Sonnenkollektoren und Generatoren dienen der Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie. Die Größe von Solarmodulen variiert von wenigen Quadratzoll bis hin zu großen Solarmodulen, die auf Wohndächern verwendet werden. Sie können auch größere Panels über große Felder hinweg miteinander verbinden, um elektrische Energie für die kommerzielle Nutzung zu erzeugen.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, Solarenergie zu nutzen. Am gebräuchlichsten ist eine Photovoltaikanlage (PV), die die Sonnenstrahlen in elektrischen Strom umwandelt. Neben der Nutzung einer Photovoltaikanlage zur Stromerzeugung nutzen Menschen auch Solarthermie oder konzentrierende Solarenergie zur Beheizung von Innenräumen oder Flüssigkeiten. Sie können auch Solarwarmwassersysteme installieren.

Auswahl der richtigen Komponenten

Unser Hauptziel ist es, Sonnenenergie aus Sonnenlicht zu nutzen, um den Strom zu gewinnen, der zum Laden von USB-betriebenen Geräten erforderlich ist. Außerdem benötigen Sie eine Batterie, um die Ladung bei schlechtem Wetter und bei Sonnenuntergang zu speichern. Darüber hinaus gewährleistet die Batterie auch eine kontinuierliche Versorgung mit dem spezifischen Strom, der zum Laden elektronischer Geräte erforderlich ist.

Für dieses DIY-Projekt benötigen Sie folgende Komponenten:

• Sonnenkollektor: Zur Erzeugung von Gleichstrom bei Sonneneinstrahlung. Wählen Sie je nach Belastungsanforderung die entsprechende Plattengröße aus. Wir verwenden 150-W-Solarmodule – mit dieser Leistung können wir sogar Gleichstromlampen und Gleichstromventilatoren betreiben.
• Batterie: Zur Ladungsspeicherung. Verwenden Sie je nach Lastanforderung eine Batterie geeigneter Größe.
• Solarladeregler: Zur Regulierung des Stroms und zur Vermeidung von Überladung und elektrischer Überlastung der Batterie. Wählen Sie einen Solarladeregler mit passender Stromstärke und USB-Schnittstelle.
• Drähte: Zur Verbindung.
• USB Gerät: Zum Testen, z. B. ein Mobiltelefon oder Tablet.

Schritt 1: Blockdiagramm

Das folgende Diagramm zeigt die erforderliche Baugruppe, um den von Solarmodulen erzeugten Strom zu gewinnen, zu steuern und effektiv zu nutzen.

Schließen Sie alle Geräte – wie die Erzeugungseinheit (Solarpanel), die Speichereinheit (Batterie) und die Last – an den Solarladeregler an. Dieser Controller überwacht den Eingangsstrom, den Ausgangslaststrom und die Ladespannung.

Schritt 2: Schließen Sie das Solarpanel an

Wir verwenden Solarplatten (150 W) in Parallelschaltung, um den Ladestrom der Batterie zu erhöhen. Sie können je nach Lastanforderung weniger oder mehr Panels und Leistungskapazitäten verwenden. Für die Parallelschaltung verbinden Sie die positiven Anschlüsse aller Solarmodule über ein Kabel miteinander und machen Sie dasselbe für die negativen Anschlüsse aller Module. Decken Sie dann die Verbindungsstellen der Plus- und Minusdrähte einzeln mit Isolierband ab.

Schritt 3: Befestigen Sie den Laderegler

Verbinden Sie das Pluskabel des Panels mit dem Pluspol des Ladereglers und das Minuskabel mit dem Minuspol des Ladereglers. Unser Solarladeregler verfügt über einen USB-Typ-A-Anschluss. Der Laderegler verfügt über einen internen Spannungsregler, der 12 V Gleichstrom in 5 V Gleichstrom umwandelt und so USB-betriebene Geräte laden kann. In USB-Modulen werden im Allgemeinen die Pins 1 und 4 als 5 V DC bzw. Masse verwendet. Über diesen USB-Anschluss können Sie elektronische Geräte mit USB-Schnittstelle wie Mobiltelefone, Tablets und Smartwatches aufladen.

Der Solarladeregler verhindert eine Überladung/Überspannung, die sonst zu einer Erwärmung der Batterie führen könnte. Überhitzung kann die Lebensdauer und Leistung des Akkus des Geräts beeinträchtigen.

Schritt 4: Installieren Sie die Batterie

Der Einbau einer Batterie gewährleistet a nützliche Notstromversorgung in Situationen, in denen aufgrund schlechter Wetterbedingungen oder nachts keine Solarladung möglich ist. Wir verwenden 12-V-Gleichstrombatterien zur Speicherung von elektrischem Strom. Wir haben diese Batterien in einer Parallelkonfiguration angeordnet, was dazu führt, dass durch diese Parallelkombination die gleiche Spannung, d. h. 12 V, bereitgestellt wird. Allerdings erhöht eine Parallelkombination die Stromkapazität.

Sie sollten die Batteriekapazität (eine Einheit oder mehrere) basierend auf der Lastanforderung und der Ladekapazität des Solarpanels wählen. Verbinden Sie die Batterieschnittstelle des Solarladereglers mit dicken Metalldrähten mit den Batterieklemmen.

Schritt 5: Schließen Sie die Verkabelung ab

Achten Sie darauf, alle Komponenten richtig und fest anzuschließen, um Funkenbildung zu vermeiden. Decken Sie außerdem die Verbindungsstellen ab, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Verwenden Sie für die Verbindung dickere Drähte von guter Qualität, da dadurch Leiterverluste reduziert werden. Es wird generell empfohlen, Solarmodule, Laderegler und Batterien nahe beieinander zu platzieren, um dies zu vermeiden langwierige elektrische Verkabelung – Letzteres kann zu größeren Stromverlusten führen und die Effizienz der Solaranlage verringern System.

Schritt 6: Testen Sie das Ladegerät

Um dieses System tagsüber auf Batterieladung zu testen, drücken Sie die Ein-Taste am Solarladeregler. Beobachten Sie die Spannungen, die am Laderegler angezeigt werden. Überwachen Sie auch den fließenden Strom mit einem Digitalmultimeter oder digitales Zangenmessgerät.

Sie werden feststellen, dass der Laderegler die Spannung an der Batterie und am Solarpanel anzeigt. Der Laderegler zeigt auch den Laststrom für dieses System an, wenn eine DC-Last daran angeschlossen ist.

Wenn die 12-V-Batterie am Solarladeregler eine Spannung von etwa 14 V Gleichstrom erreicht, trennt er den Ladevorgang vom Solarpanel, um die Batterie vor Überladung zu schützen. Sie können dies beobachten, indem Sie die Spannung des Solarmoduls überwachen, die an sonnigen Tagen 16 V Gleichstrom überschreiten kann.

Anschließend schließen Sie ein USB-Gerät oder Smartphone über einen USB-Typ-A-Stecker direkt an den Solarladeregler an. Der USB-Anschluss liefert 5 V Gleichstrom, der intern vom Akku geregelt/herunterkonvertiert wird. Während Sie dies tun, werden Sie feststellen, dass das angeschlossene Gerät mit dem Aufladen beginnt. Darüber hinaus können Sie auch die Stromaufnahme dieser Last beobachten.

Darüber hinaus kann dieses System Geräte auch über eine andere USB-Schnittstelle mit Strom versorgen; d.h. Sie können die 12V-Schnittstelle für DC-Glühbirnen, DC-Lüfter usw. nutzen. Diese müssen lediglich an die Lastschnittstelle des Ladereglers angeschlossen werden. Das Lastsymbol (z. B. eine Glühbirne) repräsentiert diese Schnittstelle am Laderegler.

Sie können dieses DIY-Projekt weiter verbessern, um eine kleine und leichte tragbare Plattform zum Laden von Smartphones und USB-Geräten ohne Batterie zu schaffen. Allerdings funktioniert es nur tagsüber.

Die Vorteile eines Solarladegeräts

Diese solarbetriebene Anordnung kann Ihnen dabei helfen, die Tragbarkeit Ihres Geräts zu verbessern und die Abhängigkeit von herkömmlichen Stromverteilungssystemen zu verringern. Das Solarladen verbessert auch die Effizienz, indem es Verluste vermeidet, die bei der Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom in herkömmlichen Systemen entstehen. In solarbetriebenen Systemen können Sie diese Verluste vermeiden, da die gesamte Speicherung/Ladung im Gleichstrom erfolgt; Es kann jedoch eine Aufwärtskonvertierung oder Spannungsregelung erforderlich sein.

Durch die Nutzung von Solarenergie in Ihrem Zuhause können Sie Ihre Stromkosten erheblich senken. Es gibt viele andere solarbetriebene Projekte, die Sie selbst bauen können, z. B. eine solarbetriebene Straßenlaterne, solarbetriebene Poolheizungen, solarbetriebene Bluetooth-Lautsprecher usw.