Солнечная батарея для зарядки телефона, проверка и доработка

Солнечная батарея для зарядки телефона , проверка и доработка

Мобильные зарядные устройства Solar Power Bank пользуются сегодня повышенным спросом среди владельцев смартфонов. Оно и понятно — сама идея заряжать гаджеты от солнца весьма интересна. Впрочем, есть одно маленькое «но». Космические технологии даже в миниатюрных размерах (солнечная батарея для зарядки телефона) стоят дорого, поэтому пользователи выбирают дешевые китайские аналоги, которые можно купить на AliExpress всего за несколько десятков долларов.

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?

Внешне Power Bank с солнечной батареей однозначно внушает доверие — девайс имеет достаточно сложную конструкцию, которая состоит из монокристаллических фотопанелей, «впитывающих» энергию солнца, и электроники, скрытой под прочным корпусом из пластика и металла.

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

Замерить напряжение фотоэлектрической панели можно при помощи стандартного вольтметра или мультиметра. Обычно этот показатель держится на уровне 5 V, но обратите внимание, что напряжение может «скакать», в зависимости от положения фотоэлементов относительно солнечных лучей. Для максимально точной проверки рекомендуется размещать Power Bank под прямым углом к солнцу.

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.

Самый простой, но далеко не лучший метод — проверка емкости зарядки на солнечных батареях, исходя из фактического количества полных циклов подзарядки смартфона. Если у вас смартфон с емкостью батареи на 2000 mAh, то потребуется посчитать общее количество полных циклов подзарядки мобильного телефона от переносного источника питания. Например, если полностью удалось зарядить смартфон только два раза, а в третий раз подзарядка «зависла» на уровне 75%, то определить реальную емкость аккумулятора повербанка можно по формуле:

(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?

Апгрейд Power Bank — дело тонкое, и занимаются этим исключительно радиолюбители и «технари». Давать какие-то конкретные советы в этом случае будет неуместно, поскольку у каждого пользователя собственные потребности и предпочтения. Добавлять новые литий-ионные аккумуляторы с целью увеличения емкости нужно крайне осторожно, так как встроенный балансир (контроллер заряда) попросту может не справиться с нагрузкой. Если добавить новые аккумуляторы параллельно и в обход балансира, то устройство работать будет, но до первого взрыва АКБ.

Продвинутые владельцы Power Bank, работающих на литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторных батареях рекомендуют делать выносную солнечную панель, потому что в китайский моделях «кустарные» батарейки часто перегреваются, когда долго лежат на солнце. Это приводит к выходу литий-ионных аккумуляторов из строя.

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.

Еще портативные зарядные устройства часто покупают для проведения домашних экспериментов. И в этом случае китайские аналоги считаются самым оптимальным вариантом. Не нужно паять микросхему «с нуля» — даже в дешевых платах предусмотрена встроенная защита от перезаряда, переразряда и короткого замыкания, а также установлен преобразователь солнечной энергии в электрический ток. Поэтому китайский зарядник для телефона на солнечной батарее позволяет экспериментировать без ущерба для домашнего бюджета.

Складная туристическая солнечная батарея на 10 китайских ватт: выясняем реальные возможности

Современному настоящему туристу (который с рюкзаком ходит, а не который в зарубежном отеле «всё включено» сидит) в походе жизненно необходимо электричество. В первую очередь оно нужно для подзарядки смартфона и/или навигатора, во вторую очередь — для поддержания жизнеспособности фонариков, в третью очередь — для всего остального. В особо сложных походах может требоваться и подзарядка средств спутниковой связи и спасения (они должны быть в постоянной боевой готовности, и очень хорошо, если не потребуются). И вот здесь на помощь приходят туристические солнечные батареи (часто именуются туристическими солнечными панелями, но называть батареями — правильнее).

Эта солнечная батарея из пяти солнечных элементов была куплена на Алиэкспресс у этого продавца, цена на дату обзора — $22.3 (в дальнейшем может меняться). В продаже есть и аналогичная батарея, но не с пятью, а с четырьмя солнечными элементами. Её цена — $20.4, но её покупать нет смысла (значительная потеря в энергии при незначительной экономии в стоимости). Производитель заявляет для батареи мощность в 10 Ватт. Но так ли это, и на сколько именно «ошибся» производитель — разберёмся по ходу обзора.

Прежде чем перейти к обзору, разберёмся с ближайшим конкурирующим решением: павербанком со встроенной солнечной панелью.

Сравнение полезности туристических солнечных батарей и павербанков с солнечными панелями

Часто можно встретить рекламу павербанков со встроенными солнечными панелями в качестве походных устройств для туристов. Выглядят они примерно так:

Но, уважаемые читатели, их полезность для зарядки от солнечной энергии крайне мала.

Главная, но не единственная, причина их слабой пригодности для преобразования солнечной энергии — маленькая площадь солнечного элемента. Элементы такой площади могут отдать от 0.5 до 1.5 Вт мощности даже на прямом солнечном свете (в зависимости от площади и других факторов). В результате для зарядки типового павербанка с ёмкостью 10000 мА*ч (37 Вт*ч) может потребоваться несколько дней. А если погода будет не очень солнечная, то павербанк вообще так и не зарядится за весь поход.

Вторая причина — это потеря КПД при передаче заряда от павербанка к смартфону. Сначала от солнечной батареи должен зарядиться аккумулятор в павербанке, а затем энергия от аккумулятора павербанка должна быть передана аккумулятору смартфона. Типовой КПД павербанков при передаче энергии на смартфон составляет 65-75%. Соответственно, при прямом заряде смартфона от туристической солнечной батареи этих потерь не будет.

Третья причина — это перегрев аккумулятора в павербанке при зарядке от прямого солнечного света. Предмет, лежащий на солнцепёке, может нагреваться на 20-30 и более градусов выше температуры окружающей среды. Для литий-ионных аккумуляторов такой нагрев вреден и приводит к преждевременному старению аккумулятора (с соответствующей потерей ёмкости, если его заряжать таким способом систематически).

И, наконец, последняя причина, которая может и не состояться: некоторые производители припаивают солнечную панель в павербанках напрямую к аккумулятору, минуя контроллер. В этом случае аккумулятор может ещё страдать и от перезаряда, если вдруг не остановить зарядку, когда он уже заряжен до 100%. В качестве итога можно сказать, что пользоваться такими павербанками для зарядки от солнечного света можно только в чрезвычайных, когда другого выхода нет. Во всех прочих случаях такие устройства лучше заряжать классическим способом — от сетевого адаптера, если Вы уже стали владельцем подобного девайса.

Теперь можно вернуться к основному предмету обзора.

Конструкция туристической солнечной батареи

Тестируемая туристическая солнечная батарея состоит из 5-ти солнечных панелей и аналогичного по форме блока контроллера, т.е. всего в устройстве 6 пластин. Так солнечная батарея выглядит в разложенном виде:

Обратите внимание на разные соединительные промежутки между панелями. Так сделано, чтобы при складывании батареи получилась аккуратная стопка панелей, т.к. внешние витки при складывании получаются длиннее внутренних.

Панели соединены с помощью очень мягкого кожзаменителя. Интересно, что панели не просто вставлены в карманы, а очень плотно приклеены к кожзаменителю как с задней стороны, так и с передней (по периметру). Благодаря этому обеспечивается защита выходных контактов солнечных панелей от влаги. Сами панели имеют матовую поверхность.

Думается, что это — дань эстетике, поскольку вряд ли матовая поверхность даст увеличение КПД по сравнению с глянцевой поверхностью. Размер активной части каждой солнечной панели составляет 134*65 мм, т.е. 0.871 кв. дм. Все пять панелей соединены параллельно.

В отличие от солнечных панелей, блок контроллера не столь надежно защищён от влаги. На блоке контроллера предусмотрено два запараллеленных выхода: UBS (универсальный) и micro-USB (увы, постепенно отмирающий вид соединения). В контроллере есть встроенный в него кабель micro-USB с длиной шнура 75 мм.

Корпус контроллера представляет собой две пластиковых половинки, соединённых защёлками и парой шурупов без проклейки или резиновых уплотнителей. С нижнего торца контроллера расположен стандартный USB-порт:

Слева от порта USB находится прямоугольное отверстие для видимости излучения индикаторных светодиодов (об их работе будет рассказано далее).

Раскроем корпус контроллера:

Половинки корпуса соединены очень плотно, но резиновых уплотнений или проклейки по периметру нет.

В результате не исключена возможность попадания влаги, если солнечная батарея окажется полностью погруженной в воду. Такие ситуации возможны, например, при переходе речек вброд, переворачивании байдарок и при других туристических приключениях. Для подобных случаев рекомендуется позаботиться о дополнительной защите устройства.

И, конечно, оставлять устройство прямо под дождём тоже не рекомендуется.

Теперь изучим плату контроллера:

Соединения платы с солнечными панелями и с выходным micro-USB разъёмом выполнены тонким многожильным проводом, устойчивым к перетиранию на изгибах (как в проводах наушников). На плате, помимо обвязки, размещены два чипа: понижающий DC-DC преобразователь XL1410E1 и сдвоенный операционник LM358.

Вопрос: зачем нужен преобразователь; или почему нельзя смартфон (или другое устройство) запитать напрямую от солнечной батареи?

Для зарядки смартфонов и большинства других устройств, нужных туристу, требуется напряжение 5 Вольт. Но от солнечной батареи невозможно получить напряжение ровно 5 Вольт — оно будет меняться в зависимости от освещённости и уровня нагрузки. Решение проблемы: применить солнечные батареи с более высоким номинальным напряжением; а до уровня 5 В довести его с помощью понижающего импульсного DC-DC преобразователя. Такие преобразователи имеют более высокий КПД, чем линейные, и решают задачу понижения напряжения до требуемого уровня почти без потерь энергии.

Кстати, преобразователь XL1410 имеет также функции термозащиты и защиты от короткого замыкания, что также поможет выживаемости устройства в условиях туристического похода. Максимально допустимый ток выхода для этого преобразователя — 2 Ампера.

Операционник на плате выполняет функцию полного отключения напряжения на выходе, если напряжение солнечной батареи слишком мало (ниже, чем примерно 3 В). Нужна ли ещё и такая защита — не уверен, но она есть. Напряжение холостого хода на выходе солнечных панелей при наилучших условиях освещения, поступающее на вход преобразователя, составляет 7.1 В.

На плате расположены два светодиода: красный и зелёный (на следующем фото — в левом нижнем углу платы):

Красный светится, если на выходе есть напряжение (к работе готов). Зелёный светится, если на выход подключена нагрузка с током от 0.28 А и выше.

В сложенном виде туристическая солнечная батарея получается довольно компактной. В комплект также входят карабин и компас. С помощью карабина можно повесить батарею на дерево или на заднюю сторону рюкзака при движении, и т.п.

Что касается компаса — то это очень дешевое и примитивное устройство, работает плохо, стрелка иногда застревает. В общем, годится только как украшение.

Ещё одна не очень полезная часть комплекта — дополнительный micro-USB кабель 30 см. Зачем он тут — не знаю.

В сложенном виде солнечная батарея занимает примерно столько же места по площади, сколько типовой смартфон с экраном 5.5 — 6 дюймов:

Для транспортировки солнечная батарея получается очень компактной и занимает мало места. Её вес — тоже весьма умеренный — 260 грамм. Теперь пора оценить её полезность при использовании по прямому назначению — как источник энергии.

Испытания туристической солнечной панели в условиях, приближенных к боевым

Испытания проводились в начале июня на широте 56 градусов с.ш. (эти данные очень важны для работы солнечных батарей, подробнее будет в заключении). Кстати, вблизи этой широты расположены такие крупные города, как, например, Нижний Новгород, Казань, Омск, Новосибирск, и даже Москва, Копенгаген и Эдинбург.

Пример применения туристической солнечной батареи на природе:

Для создания оптимального угла наклона под батарею можно что-нибудь подложить, например, кусок бревна, как на фото. А вот питаемое устройство (смартфон) располагать, как на фото, не надо. Во избежание перегрева его надо положить в тень; или хотя бы прямо под эту же батарею.

Вернёмся к методике испытаний.

При испытаниях нагрузка повышалась до тех пор, пока напряжение на выходе батареи не упадёт до уровня примерно в 4.2 В. Это напряжение — точка максимальной зарядки большинства литий-ионных аккумуляторов, т.е. при более низком напряжении зарядного устройства аккумуляторы не смогут зарядиться на 100%. При самых наилучших условиях (полдень, открытое место, ориентация батареи перпендикулярно солнечным лучам) максимальный ток, который удалось «выжать» из батареи, составил 1.14 А:

Итого, отдаваемая мощность составила 5.04 Ватт, т.е. почти точно в 2 раза ниже заявленной производителем.

Надо сказать, что такой обман далёк от предельного, который можно встретить в рекламе китайских солнечных батарей. Там могут заявить мощность и в 10 раз больше реальной!

Кроме того, надо отметить, что все поголовно производители солнечных батарей указывают отдаваемую мощность для «идеальных» условий, которых у нас не может быть: замер должен быть произведён вблизи экватора точно в астрономический полдень при строго перпендикулярно падающих лучах Солнца и при абсолютно прозрачной атмосфере. Такие условия могут реально существовать в некоторых пустынных районах Южной Америки (в африканской Сахаре слишком пыльно).

Теперь — измерение при горизонтальном положении батареи (без наклона в сторону Солнца):

Мощность снизилась до 4.37 Вт. То есть, наклонять батарею на Солнце всё-таки смысл есть, если погода безоблачная или с умеренной (не сплошной) облачностью. Как увидим дальше из таблицы, чем ниже положение Солнца, тем важнее правильный наклон батареи.

Далее в таблице сведены данные этих и других измерений при разной погоде и в разное время суток:

Условия измеренияУгол Солнца над горизонтом
Ток выхода солнечной батареи
Полдень, Солнце светит перпендикулярно батарее57°1.14 А
Полдень, Солнце, батарея лежит горизонтально57°0.99 А
18:00, Солнце светит перпендикулярно батарее23°0.93 А
11:00, полупрозрачная облачность, батарея лежит горизонтально53°0.72 А
18:00, Солнце, батарея лежит горизонтально23°0.44 А
11:30, сплошная лёгкая облачность, батарея лежит горизонтально55°0.42 А
Полдень, «рваная» облачность 5 баллов, в тени облаков, батарея лежит горизонтально57°0.25 А
9:30, сплошная тяжелая облачность44°0.07 А
Помещение, светодиодная лампа 10 Вт на расстоянии 1 м0 А (преобразователь не включился)

Угол Солнца над поверхностью рассчитывался с помощью этого сервиса.

Мораль из этой таблицы: эффективность батареи крайне сильно зависит от погодных условий и правильного угла наклона батареи (может изменяться в разы). При тяжелой сплошной облачности батарея становится практически бесполезной.

Реальная удельная отдача энергии от панели при наилучших условиях составляет 1.16 Вт/кв. дм (с активной поверхности, без учёта обрамления, естественно). Эта цифра может пригодиться при оценке других солнечных батарей.

Возможные проблемы

Один из покупателей этой батареи обратил внимание, что после 6 часов использования на прямом Солнце произошло отслаивание края «кармана» одной из панелей от самой панели:

Возможно, есть смысл класть панель для работы на проветриваемом месте, например, подкладывать под панель что-либо для создания воздушного промежутка между панелью и поверхностью под батареей. Также лучше не класть батарею на горячие камни и т.п. Кроме того, не следуют прикладывать сдвигающее или растягивающее усилие к материалу оболочки батареи. Такая ситуация не исключена и с другими солнечными батареями, за исключением тех из них, которые находятся в жестких корпусах или заламинированы в пластик. С тестируемой батареей пока такого случая не было, но и большой жары в наших краях тоже пока не было.

Итоги и выводы

Протестированная туристическая солнечная батарея показала свою пригодность для использования в турпоходах, но при этом надо учитывать множество нюансов.

  1. Солнечная батарея не может выдать обещанные 10 Вт даже в наилучших условиях (реальная мощность — до 5 Вт). Если трезво смотреть на её возможности, то она в состоянии обслужить в походе только одно непрерывно используемое устройство (смартфон, навигатор и т.п.).
  2. Эффективность солнечной батареи (не только этой, но и вообще любой) крайне сильно зависит от сезона, угла наклона батареи, погоды и географической широты. Для средних широт лучше не надеяться на солнечную энергетику в период с осеннего до следующего весеннего равноденствия.
  3. Рекомендация: в походе надо подзаряжать своё основное устройство при каждой возможности, не дожидаясь, например, когда заряд дойдёт до 50%. Иначе, в случае длительного ухудшения погоды, в течение длительного времени будет невозможна и подзарядка.
  4. Не возбраняется взять с собой в поход, помимо солнечной батареи, ещё и небольшой павербанк на 5000 — 10000 мАч. Он может пригодиться для экономного использования в крайних случаях (при затяжном ненастье).
  5. Для краткосрочных походов (или краткосрочных переходов между пунктами доступа к розетке до 3-х дней включительно) лучше вообще не связываться с солнечными батареями, а взять с собой 1-2 мощных хорошо заряженных павербанка (от 20000 мАч).

Теперь снова вернёмся к позитиву.

Кроме использования в походах, эта солнечная батарея подойдёт для подзарядки мобильных устройств в самых различных местах, не соединённых с централизованным источником электроэнергии (туристические приюты, горные домики, охотничьи и рыбачьи избушки и т.п.).

Данная модель солнечной батареи имеет несколько других модификаций с разным числом панелей — от 1 до 4. С точки зрения энергетической и экономической полезности нет смысла приобретать батареи с числом панелей менее 5-ти.

Конечно, существуют и более мощные панели, чем протестированная в этом обзоре, но и места они тоже занимают больше; и не всегда столь же удобны для транспортировки.

Источник https://earthgenerator.ru/sun/solar-battery/apgrejd-kitajskogo-power-bank-dlya-telefona/

Источник https://www.ixbt.com/live/supply/skladnaya-turisticheskaya-solnechnaya-batareya.html

Источник