Come costruire il tuo caricatore USB ad energia solare

L’energia solare è considerata una forma di risorsa energetica realmente rinnovabile ed ecologica disponibile sulla Terra. Al giorno d’oggi, le persone stanno sfruttando al massimo questa risorsa, che è particolarmente cruciale nelle aree remote dove la trasmissione elettrica è limitata. È particolarmente adatto per le regioni con esposizione prolungata al sole durante il giorno, poiché può ridurre significativamente le bollette elettriche.

Ti mostreremo come costruire un sistema fai-da-te per caricare dispositivi elettronici CC alimentati tramite USB utilizzando l'energia solare. Il nostro obiettivo è spiegare e dimostrare il concetto utilizzando componenti minimi e un design semplice.

Comprendere l'energia solare

Energia solare è la conversione dell'energia della luce solare in una fonte di energia utilizzabile ed efficiente. Pannelli solari e generatori vengono utilizzati per convertire l'energia luminosa in energia elettrica. I pannelli solari variano in dimensioni, da pochi pollici quadrati a quelli di grandi dimensioni utilizzati sui tetti residenziali. È inoltre possibile interconnettere pannelli più grandi su vasti campi per generare energia elettrica da utilizzare su scala commerciale.

Esistono diversi modi per sfruttare l’energia solare. Il più comune è un sistema solare fotovoltaico (PV) che converte i raggi del sole in corrente elettrica. Oltre a utilizzare un sistema fotovoltaico per generare corrente elettrica, le persone utilizzano anche l’energia solare termica o la concentrazione dell’energia solare per riscaldare spazi interni o fluidi. È inoltre possibile installare sistemi solari per l'acqua calda.

Selezionare i componenti giusti

Il nostro obiettivo principale è utilizzare l'energia solare proveniente dalla luce solare per ottenere la corrente necessaria per caricare i dispositivi alimentati tramite USB. Avrai bisogno anche di una batteria per conservare la carica in caso di maltempo e durante il tramonto. Inoltre la batteria garantisce anche un'erogazione continua della corrente specifica necessaria per caricare i dispositivi elettronici.

Per questo progetto fai-da-te, avrai bisogno dei seguenti componenti:

• Pannello solare: Per generare corrente continua in caso di esposizione alla luce solare. Selezionare il pannello di dimensioni appropriate in base ai requisiti di carico. Utilizziamo pannelli solari da 150 W: con questa capacità possiamo far funzionare anche lampadine e ventilatori DC.
• Batteria: Per l'immagazzinamento della carica. Utilizzare una batteria di dimensioni adeguate in base ai requisiti di carico.
• Regolatore di carica solare: Per regolare la corrente e prevenire il sovraccarico della batteria e il sovraccarico elettrico. Scegli un regolatore di carica solare con una corrente nominale adeguata e un'interfaccia USB.
• Fili: Per la connessione.
• Dispositivo USB: Per i test, ad esempio un telefono cellulare o un tablet.

Passaggio 1: diagramma a blocchi

Il diagramma seguente mostra l'insieme necessario per ottenere, controllare e utilizzare in modo efficace l'energia prodotta dai pannelli solari.

Collega tutti i dispositivi, come l'unità di generazione (pannello solare), l'unità di accumulo (batteria) e il carico, al regolatore di carica solare. Questo controller monitorerà la corrente di afflusso, la corrente di carico in uscita e la tensione di carica.

Passaggio 2: collegare il pannello solare

Utilizziamo piastre solari (150 W) in configurazione parallela per aumentare la corrente di carica della batteria. È possibile utilizzare meno o più pannelli e capacità di alimentazione in base ai requisiti di carico. Per la combinazione in parallelo, collegare insieme i terminali positivi di tutti i pannelli solari tramite un filo e fare lo stesso per i terminali negativi di tutti i pannelli. Quindi coprire singolarmente le giunzioni dei fili positivo e negativo con nastro isolante.

Passaggio 3: collegare l'XW SCC

Collegare il filo positivo del pannello al terminale positivo del regolatore di carica e il filo negativo al terminale negativo del regolatore di carica. Il nostro regolatore di carica solare è dotato di una porta USB di tipo A. Il controller di carica è dotato di un regolatore di tensione interno che converte 12 V CC in 5 V CC, consentendogli di caricare dispositivi alimentati tramite USB. Nei moduli USB, generalmente i pin 1 e 4 vengono utilizzati rispettivamente come 5 V CC e terra. Utilizzando questa porta USB è possibile caricare dispositivi elettronici dotati di interfaccia USB come telefoni cellulari, tablet e smartwatch.

Il regolatore di carica solare impedisce il sovraccarico/sovratensione che altrimenti potrebbe causare il surriscaldamento della batteria. Il surriscaldamento può causare danni alla durata e alle prestazioni della batteria del dispositivo.

Passaggio 4: installare la batteria

L'installazione di una batteria garantisce a utile riserva di energia in situazioni in cui la ricarica solare non è disponibile a causa di cattive condizioni meteorologiche o di notte. Utilizziamo batterie da 12 V CC per immagazzinare la corrente elettrica. Abbiamo disposto queste batterie in una configurazione parallela che si traduce nella fornitura della stessa tensione, cioè 12 V, attraverso questa combinazione parallela. Tuttavia, una combinazione parallela aumenta la capacità attuale.

Dovresti scegliere la capacità della batteria (una o più unità) in base ai requisiti di carico e alla capacità di carica del pannello solare. Collegare l'interfaccia della batteria del regolatore di carica solare ai terminali della batteria utilizzando fili metallici spessi.

Passaggio 5: finalizzare il cablaggio

Assicurarsi di collegare tutti i componenti correttamente e saldamente per evitare scintille. Inoltre, coprire le giunture per evitare cortocircuiti. Utilizzare un filo più spesso di buona qualità per l'interconnessione in quanto riduce le perdite del conduttore. In genere si consiglia di posizionare i pannelli solari, i controller di carica e le batterie uno vicino all'altro per evitare cavi elettrici lunghi: quest’ultimo può provocare maggiori perdite elettriche e ridurre l’efficienza dell’impianto solare sistema.

Passaggio 6: testare il caricabatterie

Per testare questo sistema durante il giorno per la ricarica della batteria, premere il pulsante di accensione sul regolatore di carica solare. Osservare le tensioni che appaiono sul regolatore di carica. Monitorare anche la corrente che scorre utilizzando un multimetro digitale o pinza amperometrica digitale.

Noterai che il regolatore di carica visualizza la tensione sulla batteria e sul pannello solare. Il regolatore di carica mostra anche la corrente di carico per questo sistema, quando ad esso è collegato un carico CC.

Quando la batteria da 12 V raggiunge una tensione di circa 14 V CC sul regolatore di carica solare, disconnette la ricarica dal pannello solare, per proteggere la batteria dal sovraccarico. Puoi osservarlo monitorando la tensione del pannello solare, che potrebbe superare i 16 V CC nelle giornate soleggiate.

Successivamente, collega un dispositivo USB o uno smartphone direttamente al regolatore di carica solare utilizzando un connettore USB di tipo A. La porta USB fornisce 5 V CC, che viene regolata/convertita internamente dalla batteria. Mentre lo fai, noterai che il dispositivo connesso inizia a caricarsi. Inoltre, puoi anche osservare la corrente assorbita da questo carico.

Inoltre, questo sistema può alimentare dispositivi diversi dall'interfaccia USB; cioè puoi utilizzare l'interfaccia 12V per lampadine DC, ventole DC, ecc. Tutto quello che devi fare è collegarli all'interfaccia di carico sul regolatore di carica. Il simbolo del carico (ad esempio una lampadina) rappresenta questa interfaccia sul regolatore di carica.

Puoi migliorare ulteriormente questo progetto fai-da-te per creare una piattaforma portatile piccola e leggera da utilizzare per caricare smartphone e dispositivi alimentati tramite USB senza utilizzare la batteria. Tuttavia funzionerà solo durante il giorno.

I vantaggi di un caricabatterie solare

Questa soluzione ad energia solare può aiutarti a migliorare la portabilità del tuo dispositivo e a ridurre la dipendenza dai sistemi di distribuzione dell'energia elettrica convenzionali. La ricarica solare migliora inoltre l’efficienza evitando le perdite subite durante la conversione da CA a CC nei sistemi convenzionali. Nei sistemi ad energia solare, è possibile evitare queste perdite poiché tutte le operazioni di stoccaggio/ricarica vengono effettuate in corrente continua; tuttavia, potrebbe richiedere una conversione verso l'alto o una regolazione della tensione.

Utilizzando l'energia solare nella tua casa, puoi ridurre sostanzialmente le spese per l'elettricità. Ci sono molti altri progetti a energia solare che puoi realizzare da solo, come un lampione a energia solare, riscaldatori per piscine a energia solare, altoparlanti Bluetooth a energia solare, ecc.