Solárna nabíjačka: konštrukcia a princíp fungovania nabíjania zo slnka

Čoraz viac milovníkov aktívneho odpočinku uprednostňuje tráviť dovolenku a víkendy bližšie k panenskej prírode. Ale pre moderného človeka je ťažké vzdať sa výhod civilizácie – kto z nás si na cestu neberie mobilný telefón, notebook alebo fotoaparát?

Ak sa však vo vašej batožine nachádza solárna nabíjačka, problém s napájaním zariadení bude vyriešený. Zostáva už len zistiť, ako si správne vybrať zariadenie. Náš článok vám poskytne účinnú pomoc pri objasňovaní všetkých otázok.

Čo je solárna nabíjačka?

Tieto nabíjačky dokážu premieňať slnečnú energiu na jednosmerný elektrický prúd. Môžu fungovať s rôznymi modelmi navigácií, prehrávačov, notebookov, telefónov, fotoaparátov a iných prenosných zariadení.

Čas nabíjania však priamo závisí od výkonu samotného zariadenia a typu vybitého zariadenia, preto, aby ste si vybrali skutočne praktické a univerzálne zariadenie, oplatí sa oboznámiť sa s jeho charakteristikami.

Konštrukčné vlastnosti zariadenia

Samotné zariadenie pozostáva z kryštalického panelu, regulátora úrovne nabitia/vybitia a meniča slnečnej energie na elektrickú.

Niektoré modely sú vybavené aj vyrovnávacím akumulátorom z niekoľkých lítiových článkov, ktorý umožňuje zariadeniu nielen premieňať, ale aj akumulovať energiu, aby mohlo dodávať náboj aj v tme.

Len pred pár rokmi boli solárne nabíjačky pomerne drahými zariadeniami, dnes sú to masový produkt s dostupnou cenou.

Výhody solárnych nabíjačiek:

• Univerzálne – sú prispôsobené pre rôzne zariadenia (na tele sú USB konektory a väčšina modelov je dodatočne vybavená špeciálnymi adaptérmi pre rôzne druhy elektronických zariadení).
• Zaberajú málo miesta v cestovnej batožine.
• Existuje široký výber tvarov, farieb, veľkostí a výkonov pre rôzne potreby a estetický vkus.

No najvýznamnejšou nevýhodou všetkých solárnych nabíjačiek je dlhý čas, ktorý potrebujú na nahromadenie „sily“. Okrem toho treba pochopiť, že ak si s napájaním mobilného telefónu alebo fotoaparátu poradí prakticky každý model, tak aktívny „požierač“ energie, ako je notebook, už bude vyžadovať výrazný výkon solárneho panelu a kapacitný akumulátor.

Princíp činnosti zariadenia

Prenosné nabíjačky na solárne batérie – autonómne systémy, ktoré dokážu spracovávať energiu zo slnečných lúčov, ale aj z elektrickej siete, žiariviek alebo počítača. Navyše mnohé modely nevyžadujú intenzívne slnko – nabíjajú sa aj v zamračených dňoch, aj keď účinnosť samozrejme klesá (z 20 na 70 %).

Ak si kúpite zariadenie s možnosťou pripojenia do elektrickej siete, môžete výrazne ušetriť čas pri nabíjaní v zamračenom počasí.

Zariadenie funguje takto: kryštály na paneli absorbujú slnečnú energiu, menič ju „premieňa“ na elektrický prúd, ktorý prúdi do zdroja energie. Keď sa k tomuto zdroju pomocou kábla pripojí mobilný telefón alebo iné zariadenie, nahromadená energia postupne preteká do vybitého zariadenia.

Typy solárnych nabíjačiek

Čo sa týka vzhľadu – výrobcovia sa snažili nielen diverzifikovať farebnú schému a tvar zariadení, ale aj urobiť zariadenie čo najpohodlnejšie na používanie v rôznych situáciách. Pozrime sa na najobľúbenejšie možnosti.

Monoblok – kompaktné zariadenie pozostávajúce z panelu a akumulátora, uzavretých v pevnom tele z kovu alebo plastu. Takýto prístroj „zachráni“ vybitý telefón na pláži alebo pikniku a nezaberie veľa miesta v bežnej taške.

Monobloky sú vhodné pre každodenný život – nezaberajú veľa miesta a môžu sa nabíjať nielen zo slnka, ale aj počas práce na notebooku alebo počítači.

Flexibilný panel – tenký skladací alebo rozkladací panel s fotovoltaickými článkami. Zaberá málo miesta v batožine a váži oveľa menej ako jeho pevný konkurent uzavretý v tele. Avšak napriek slušnej ploche „pokrytia“ flexibilné panely akumulujú solárny náboj takmer dvakrát pomalšie ako monobloky.

Okrem toho väčšina panelov funguje iba na priamom slnečnom svetle, neukladá energiu do zásoby – nemajú vstavaný akumulátor. Vždy je však možné doplniť svoju nabíjačku externým úložiskom požadovaného výkonu.

Takže flexibilné panely – sú dobrým riešením na dobíjanie nízkoenergetických zariadení počas „stacionárneho“ oddychu – na chate, rybárčení, so stanom. Pre pešiu turistiku je však lepšie vybrať inú možnosť.

Počas pohybu je možné flexibilný panel kompaktne zložiť a umiestniť do kufra alebo pripevniť na strechu auta, a na odpočívadle – jednoducho rozložiť pod slnečnými lúčmi.

Vstavané nabíjanie – zariadenie pozostáva z solárnych batérií, ktoré sa pripevňujú na vonkajšiu stranu tašiek alebo turistických batohov. Umožňujú dobíjať zariadenia priamo počas cesty alebo ukladať nabitie do vstavaného akumulátora.

A takýto doplnok možno použiť na priamy účel – na prenášanie akýchkoľvek predmetov alebo tej istej elektroniky, čo je veľmi výhodné pre tých, ktorí sa venujú pešej turistike alebo pracujú pod holým nebom.

Hoci „energobatohy“ vyzerajú príťažlivo a štýlovo, s rovnakým úspechom možno dočasne pripevniť na tašku aj akýkoľvek iný typ nabíjačky (mnohé modely sú dokonca vybavené špeciálnymi karabínami) a nestarať sa o bezpečnosť zariadenia počas dažďa alebo čistenia.

Skladačky – to môžu byť ako niekoľko flexibilných panelov, kompaktne zložených „na hromádke“, tak aj variácia z dvoch monoblokov uzavretých v pevnom kryte v tvare rozkladacej knihy.

Hlavným cieľom takéhoto zariadenia je minimalizovať „zaberanie“ užitočnej plochy v objeme vašej batožiny a zvýšiť účinnosť vďaka väčšiemu počtu fotovoltaických článkov. Príjemným bonusom je, že väčšina modelov je vybavená úchytmi na batoh alebo na sklo auta.

Veľkosť „skladačky“ je možné zvoliť podľa vašich potrieb: na nabíjanie mobilu stačí zariadenie veľké ako samotný telefón, no pre notebooky a tablety bude panel aj v zloženom stave veľký minimálne ako list A5.

Ale bez ohľadu na dizajn, všetky solárne nabíjačky fungujú na rovnakom princípe, preto sa pozrieme na dôležité technické nuansy, ktoré vám pomôžu pri kúpe zariadenia.

Ako si vybrať vhodnú možnosť?

Najprv je potrebné určiť počet a druhy zariadení, ktoré plánujete nabíjať zo solárnej nabíjačky. Od týchto parametrov závisí výkon zariadenia a typ výstupného portu.

Ak má zariadenie niekoľko USB portov, môžete súčasne pripájať a nabíjať rôzne prístroje, pokiaľ to umožňuje výkon batérie.

Charakteristiky rôznych zariadení si môžete overiť v návode na ich obsluhu, a v niektorých prístrojoch je pracovné napätie uvedené aj na nabíjačke, ktorá je súčasťou balenia, takže orientácia bude jednoduchá. V krajnom prípade si vždy môžete dokúpiť potrebný adaptér.

Hlavné parametre a príjemné doplnky

Od charakteristiky nabíjacieho prúdu závisí čas, ktorý zariadenie potrebuje na nabitie rôznych prístrojov. Tento údaj sa meria v ampéroch a je uvedený na portoch zariadenia.

Hodnoty:

• 1 ampér – je určený pre mobilné telefóny, elektronické cigarety, hodinky, prehrávače.
• 2 ampéry – sú vhodné pre tablety, smartfóny, digitálne fotoaparáty a videokamery.
• 2,5-3 ampéry – zvládnu nabíjanie netbookov a notebookov.

Taktiež je dôležité poznať napätie na výstupe, pretože nabíjané prístroje môžu svojím výkonom prevyšovať možnosti solárneho nabíjania. Takže pre väčšinu telefónov a jednoduchých tabletov je potrebný výstup 5 voltov, pre digitálne fotoaparáty a herné gadgety – 9 voltov, a pre notebooky a automobilové chladničky – 12-24 voltov.

Ale predsa len hlavnou charakteristikou nabíjacieho zariadenia je výkon solárneho panelu. Od tohto údaja priamo závisí čas nabíjania batérie. A tu všetko spočíva v charakteristikách svetlozachytávajúcich panelov.

Napríklad, pri prvkoch s výkonom 5 W (štandardná lacná varianta) bude prúd 900 mAh a pri 10 W – 1500 mAh. To znamená, že na nabitie telefónu zo solárneho nabíjania s výkonom 5 W bude potrebných 2-3 hodiny, zatiaľ čo panel s výkonom 10 W to zvládne za jeden a pol hodiny.

Pre výkonné zariadenia, ako sú herné tablety a notebooky, je lepšie kupovať skladacie modely z niekoľkých panelov, ktoré rýchlo generujú nabitie.

Okrem toho, zariadenia s panelmi, ktorých výkon nepresahuje 2 W, sa používajú iba na akumuláciu nabitia vstavanej batérie. A na priame nabíjanie prístrojov slnečnými lúčmi sú potrebné panely s výkonom 3 W a viac.

Ďalšie dôležité parametre:

1. Prítomnosť batérie – ak zariadenie nemá zabudovaný akumulátor, môže fungovať iba počas pobytu na osvetlenom mieste. Prístroje s batériami sú schopné dodávať nabitie kedykoľvek počas dňa, a tiež sa nabíjať z iných zdrojov – USB portu notebooku alebo elektrickej zásuvky s pripojením na 220 V.
2. Typ fotovoltaických článkov – považuje sa, že monokryštály absorbujú slnečné lúče efektívnejšie (ich účinnosť na úrovni 13-18%). U polykryštálov je tento ukazovateľ nižší – približne 10-12%. Rozlíšiť ich možno aj voľným okom – polykryštalické panely majú tmavomodrý odtieň, zatiaľ čo ich konkurenti – čierny.
3. Rozhranie – univerzálne nabíjačky na slnko sú vybavené informatívnymi USB portami, kde si môžete vybrať potrebný variant v závislosti od typu vybitého zariadenia. Niektoré prístroje sú vybavené aj indikátorom intenzity slnečných lúčov, ktoré pomôžu určiť optimálne umiestnenie pre rýchle nabíjanie.
4. Ochrana – na všetkých zariadeniach je a priori zabezpečený bezpečnostný systém, ktorý umožňuje ich používanie v prírode. No pre milovníkov extrémnych dobrodružstiev sa oplatí hľadať prístroj so zosilnenou ochranou proti dažďu, prachu, špine, nárazom a iným nepredvídaným udalostiam.

Doplnkové funkcie sú najčastejšie zastúpené funkciou „baterka“ alebo „svietidlo“. To môže byť aktuálne nielen pre milovníkov oddychu v prírode, ale aj pre motoristov – pri výmene kolesa alebo oprave na nočnej ceste sa jasné svetlo stane nepostrádateľným pomocníkom.

Z ďalších bonusov môžu výrobcovia ponúknuť USB hub alebo Wi-Fi prístupový bod. Ale samozrejme, akékoľvek doplnky výrazne zvyšujú konečnú cenu produktu. Sú však naozaj potrebné – rozhodnúť musíte vy.

Podľa intenzity nákupov u nás vedú nasledujúce modely:

Všeobecné odporúčania na používanie nabíjačky

Zariadenia s vstavaným akumulátorom je potrebné pred prvým použitím úplne nabiť, a to nie na slnku, ale z elektrickej siete. Potom pripojte k nabíjačke nejaký prístroj, aby prijal energiu a vybil zásobník.

Potom môžete panel vystaviť lúčom a kompenzovať stratený náboj. Pre modely, ktoré pracujú priamo zo slnka, toto pravidlo neplatí – môžete ich ihneď umiestniť na osvetlené miesta a pripojiť prístroje.

Väčšina solárnych nabíjačiek je určená na prevádzku v teplotnom rozsahu od –20 do +45 stupňov, ale existujú aj špeciálne modely určené na prácu v extrémnych klimatických podmienkach, lenže tie sa vyrábajú na objednávku.

Aby ste maximalizovali účinnosť solárnej nabíjačky, odporúčame nasledovné:

1. Umiestnite prístroj tak, aby lúče dopadali na panel v pravom uhle. Aj keď slnko nie je v zenite, môžete mu dať správnu polohu tak, že ho zdvihnete pod uhlom 40 stupňov pomocou nejakej podpery. Takto získate o 20–30 % viac energie, ako keby ste panel položili vodorovne na osvetlené miesto.
2. Používajte zariadenie spolu s batériou, a to nielen počas prestávok, ale aj počas jazdy autom alebo na túre. Takáto dvojica dokáže získať energiu na 2–3 nabitia telefónu aj v zamračenom počasí bez priameho slnečného svitu.
3. Majte na pamäti, že vo väčšine skladacích prístrojov sú panely zapojené sériovo, preto je dôležité, aby boli všetky prvky rovnomerne osvetlené. Napríklad, aj keď tieň zakryje iba polovicu prvého zo štyroch panelov, výkon batérie klesne na polovicu.
4. Aby akumulátory s veľkou kapacitou dosiahli deklarované parametre, odporúča sa ich «rozbehať» – úplne vybiť, potom nabiť na 100 %. A to 3–4 krát.
5. Počas dlhšej prestávky v prevádzke (mesiac a viac) skladujte nabíjačku pri izbovej teplote. Ak ide o zariadenie so vstavaným akumulátorom, treba ho predtým nabiť na 50–70 %.

A posledná rada – aj keď nabíjačka začala fungovať horšie alebo úplne zlyhala, nerozoberajte ju sami, aby ste nepoškodili prvky systému a samotné puzdro. Rozobraté zariadenie automaticky stráca záruku, preto je lepšie obrátiť sa na autorizované servisné stredisko alebo na dodávateľa.

Ako si vyrobiť solárnu nabíjačku svojpomocne?

Hoci moderné nabíjačky už prestali byť zariadeniami prémiovej triedy a sú cenovo dostupné bežnému spotrebiteľovi, ak chcete ušetriť, vždy je možné vyrobiť si takéto zariadenie sám.

Príklad domáceho zariadenia v pevnom puzdre z kovovej plechovky, vybaveného USB konektorom a meničom energie na nabíjanie nízkoenergetických zariadení.

 Na výrobu jednoduchej solárnej nabíjačky je potrebné zakúpiť niekoľko základných prvkov:

• poly- alebo monokryštalický panel;
• držiak na akumulátory;
• blokovacia Schottkyho dióda;
• zásuvka na konektor;
• riadiaca jednotka nabíjania (v prípade, že nabíjačka bude produkovať 0,5–5 V, možno namiesto riadiacej jednotky použiť lacnejší zvyšovací menič na 5 V).

Čo sa týka samotného panelu, tu je potrebné urobiť malý výpočet počtu prvkov na základe výkonu zariadenia, ktoré plánujete nabíjať.

Napríklad, ak nabíjací prúd pre akumulátor dosiahne približne 10 % jeho kapacity, potom na nabitie 20 000 mA je potrebný prúd 2 A a na napájanie zariadenia bude potrebných približne 14 hodín. Ak sa prúd zdvojnásobí na 4 A, čas nabíjania sa skráti na 7 hodín.

Nahradenie riadiacej jednotky meničom umožní zostaviť nabíjačku aj pomocou nízkovýkonnej batérie zo solárneho záhradného svetla – aj tak na výstupe získame požadovaných 5 V (pravda, nabíjanie bude trvať dlho).

V závislosti od parametrov prúdu pre budúce nabíjanie (2 alebo 4A) sa vyberajú aj kryštalické prvky. Zvyčajne jeden diel produkuje približne 0,5V, teda na získanie aspoň 5V bude potrebných 10-12 prvkov.

Potom ich treba postupne spájkovať dohromady. Ak sa používa panel z baterky, aj štandardný 70*70 cm môže vydávať od 2,5 do 4,5V, preto je lepšie skontrolovať voltmetrom.

Záverečná fáza – uzavrieť domácu nabíjačku do vhodného rámu (postačí aj plechovka od cukríkov) a vybaviť USB konektorom. Potom ku konektoru treba prispájkovať blokovaciu diódu, ako aj vodiče od solárneho panelu k prevodníku a držiaku podľa nižšie uvedenej schémy.

Schottkyho dióda je potrebná, aby sa pri zapnutí zariadenia batérie nevybíjali cez solárny panel. Zohnať ho možno, rovnako ako ostatné súčasti, na rádiových trhoch alebo na internete.

Zostáva skontrolovať fungovanie zariadenia na slnku s akýmkoľvek vybitým zariadením. Ak je všetko v poriadku, je možné použiť príslušné adaptéry a nabíjať rôzne prístroje.

Fotonávod pre domácich majstrov

Zostaviť kompaktné nabíjacie zariadenie s USB portom na napájanie telefónu je možné jednoducho vlastnými rukami. Všetky komponenty sú voľne v predaji, v krajnom prípade si ich možno objednať. Domáca výroba vyjde desaťkrát lacnejšie ako továrenský výrobok, najmä ak je široko reklamovaný.

Počas získavania komponentov na zostavenie zariadenia je potrebné zohľadniť, že solárnu batériu je potrebné kúpiť s napätím 5V alebo viac. O napätí akumulátora sme už hovorili, je 3,7 V. Nespomenuli sme však dôležitú jemnosť – v označení alebo technických dokumentoch akumulátora musí byť uvedené “PCB protection”. To znamená, že je chránený proti hlbokému vybitiu a prebitiu.

Ešte budú potrebné dva konektory 2,5 mm: jeden s aretáciou na panel, druhý s káblom. Taktiež bude potrebný zvyšovací obvod pre USB na dodávku jednosmerného prúdu.

Zásobili ste sa všetkým potrebným? Pristúpime k montáži:

Okrem toho je potrebné prispájkovať diódu. Spája sa na jednej strane vodičom s akumulátorom, na druhej strane – so strednou nožičkou konektora. Spájkované spoje je vhodné urobiť čo najbližšie k dióde, všetky uzly treba chrániť teplom zmršťovacími trubičkami alebo aspoň kvapkami lepidla.

S pravidlami výberu solárnych batérií na zariadenie súkromného domu alebo chaty vás oboznámi nasledujúci článok, venovaný tejto zaujímavej otázke.

Závery a užitočné video k téme

Aby ste získali vizuálnu predstavu o solárnych nabíjacích zariadeniach a princípoch ich fungovania, odporúčame vám pozrieť si náš výber video materiálov:

Praktické rady a tipy, ako si vybrať nabíjačku na rôzne zariadenia. Nahliadnuť dovnútra a preštudovať si schému monobloku môžete spolu s autorom tohto videa:

Ako si vlastnými rukami zostaviť nabíjačku, ktorá funguje na slnečné lúče:

Vďaka technickému pokroku a jasným hlavám vynálezcov, ktorí sprístupnili energiu slnka bežným používateľom. Vďaka takýmto nabíjacím zariadeniam sa nemusíte obávať, že na dovolenke v potrebnej chvíli zostanete bez spojenia s civilizáciou.

No, a ak pri výbere zariadenia vznikli ťažkosti, vždy sa môžete obrátiť na konzultáciu s profesionálmi, ktorí sa vyznajú v elektrike.

Povedzte o tom, ako ste používali solárnu nabíjačku v podmienkach na túre, na pikniku alebo na cestách. Napíšte, prosím, komentáre do bloku umiestneného nižšie. Pýtajte sa, zdieľajte dojmy a užitočné informácie k téme, uverejňujte fotografie.