Så, vil du ha en solar USB-lader? Vel, du har kommet til rett sted for en ganske billig en:)

Jeg opprettet denne laderen som et verksted på DIY elektronikk for en bærekraftig klubb. Ladere koster litt under $ 9 hver (materialer kjøpt i bulk) og og kan gjøres på under en time. Bildet ovenfor gjør det ikke en fullstendig rettferdighet, for når du først gjør det, blir du umiddelbart forelsket i det.

Konseptet med denne laderen er enkel, skape en solar USB-lader som fungerer både utendørs og innendørs for maksimal nytte. Det fungerer utendørs basert på sola:) og innendørs av det interne oppladbare batteripakken.

Designkravene var enkle: kunne bruke en funksjonell sol-USB-lader i en brukers lomme til en nettokost under $ 10 / lader.

forsyninger:

Trinn 1: Opprette kretsen

For referanse, se på vedlagte kretsdiagram.

Det første trinnet innebærer USB-standarder. USB 2.0 går av med 5 V ved 0,5 A max. Så vi snakker om maksimalt 2,5 W strømkrav. En solcelle som kunne produsere denne kraften, ville være stor og over budsjett, så rett utenfor flaggermuset visste jeg at det var utenfor designkriteriet.

Mange billige solceller produserer under 5 V, selv om de er vurdert til 5 V. Så det betydde at en DC-DC-oppstartskonverter var nødvendig. Jeg så meg etter måter å gjøre disse billigere, og kunne ikke finne en god metode. Så jeg bestemte meg for å kjøpe en DC-DC-omformer med USB-porten innebygd i den. Jeg vil ringe denne modulen en 'USB Boost Module' herfra.

Solceller er mer eller mindre spesialiserte fotodioder. Imidlertid er de ikke ideelle dioder, og kan oppføre seg som en motstand når de ikke er i sollys. Dette kan føre til at solenergiladeren reverserer lade USB-enheten din når den er i lommen. Ingen ønsker at en solar lader skal bli en "discharger", så jeg bestemte meg for en blokkering diode var nødvendig. Etter å ha undersøkt dioder og deres spesifikasjoner bestemte jeg meg for en 1N914 diode var tilstrekkelig.

Billige solceller produserer en svært liten mengde strøm. Denne strømmen kan være liten nok til at selv i sollys, kan den gjennomsnittlige mobiltelefonen ikke engang registrere lading. Så, for å øke dagens utgang bestemte jeg meg for å få batteripakken til å levere USB-strømmen. Solcellen ville bare eksistere for å lade batteripakken.

Som nevnt ovenfor, bør laderen være i stand til å gå tom for batteristrøm. Siden laderen skal brukes flere ganger, må batteriene være oppladbare. For å lade batteriene, må de på en eller annen måte plasseres parallelt med solcellen. Jeg bestemte meg for å plassere dem direkte parallelt, fordi dette betyr når solcellen produserer en spenning det lader batteriene.

For å gjøre det mulig for brukeren å slå på / av laderen, ble en knappbryter plassert i serie med USB boost-modulen. Alt som kreves av bryteren er at det skal være single pole single throw (SPST).

Helt her er de fire mulige statene:

• Sollys og USB-ladning:
  • Batteripakke gir strøm til USB boost modul
  • Solcellebatterier
    • Solcelle bidrar også litt til lading
• Ingen sollys og USB-ladning:
  • Batteripakke gir strøm til USB boost modul
  • Blokkeringsdioden forhindrer solcelle fra å synke strøm og tømme batteripakken
• Sollys og ikke USB-ladning:
  • Solcellebatterier
• Ingen sollys og ikke USB-ladning:
  • Blokkeringsdioden forhindrer solcelle fra å synke strøm og tømme batteripakken

Trinn 2: BOM

Hvis du skal lage denne laderen, er det på tide å kjøpe deler. Da jeg ledet et verksted for ca 12 personer, kjøpte jeg nok komponenter for å lage 16 ladere. Prisene som er oppført her, vil variere avhengig av hvor billig du kan finne disse komponentene og hvor mye frakttid du har.For noen komponenter ventet jeg 2 måneder: /

Jeg har vedlagt min BOM-regneark til dette trinnet, du kan se på det for detaljene

• Batterier og batteriholder
  • Enhetskostnad = $ 2,19
  • 3 AA batterier kan gi 3,6 V (får trinn opptil 5 V i USB boost modul) vurdert til 3 Ah (seriekonfigurasjon)
    • Dette er 10,8 Wh, som er rikelig med strøm
• USB Boost Module
  • Enhetskostnad = $ 1,59
  • Tar alt mellom 2,5 - 6 V og konverterer det til 5V @ 92% effektivitet og 1 A maks strøm
    • Effektiviteten øker med spenning
• Solar Panel
  • Jeg valgte å kjøpe en ferdig liten "solcellepanel" for sin holdbarhet sammenlignet med en sprø solcelle
    • Jeg legger "panel" fordi for de fleste som kaller det et solcellepanel, innebærer en stor størrelse og kostnad
  • Bare en standard 5 V solcelle inne i panelet
• Metalltråd
  • Jeg valgte høyttalertråd fordi den inneholder både rød og svart ledning i ett kjøp
  • 20 gauge er tilstrekkelig for at strømmen strømmer gjennom systemet
  • Pass på at ledningen er strandet for fleksibilitet
    • Solid core wire har en tendens til tretthet raskt, spesielt i et verksted for første timere
• diode
  • 1N914, ikke mye å si her
• Bytte om
  • Dioden i bryteren vil ikke bli brukt da det ikke er noe skikkelig "bakke" i denne bærbare laderen
  • Denne bryteren var billig, alt som virkelig er nødvendig er en SPST-bryter

Trinn 3: Påkrevd verktøy - La oss komme i gang

Du trenger flere verktøy for å lage denne laderen.

• Loddejern, fluss og loddetråd
  • Helst å hjelpe hendene også
• Wire Strippers
• Elektrisk tape
• EKSTRA: Varm limpistol
  • Kan gjøre lakkering av lakkering enklere
• EKSTRA: Multimeter
  • For å teste loddetilkoblinger

Trinn 4: Klargjør tråd

Dette er enkelt og bør ta bare noen få minutter. Hvis du ikke vet hvordan du gjør noen av disse trinnene, kan du se dette instruerbare.

1. Klipp 9 "av høyttalertråd og kutt det i tredjedeler
2. Del høyttalertrådene røde og svarte ledninger fra hverandre
3. Strip alle trådender
   1. Jeg liker å strippe om 3/8 "
   2. Røde ledninger vil bli brukt i "positive" linjer, svart ledning vil bli brukt i "negative" linjer
4. Tinn alle trådender

Trinn 5: Loddetråd til Panel og Boost Module

Solar Panel

1. Vend solcellepanelet over på bakenden
2. Loddetråd ledning fører til "+" -fanen av solpanel
   1. Prøv å møte ledningene mot det indre av cellen for å minimere fotavtrykk
   2. Prøv å lodde raskt, fordi vi ikke ønsker å bruke overflødig varme til solpanelet i lengre perioder
3. Solder svart ledning fører til "-" fanen av solpanel
4. Dekk loddetrinn i elektrisk tape eller varmt lim

Boost Module

1. Loddetrådsledning til "+" -fanen på boost-modulen
   1. Vær forsiktig! Det er lett å lodde ledning til andre komponenter på brettet, da fliken ligger nær flere overflatefeste komponenter
   2. Det bidrar til lodding til bunnen av modulen der det ikke finnes komponenter, slik at denne risikoen ikke er tilstede
2. Solder svart ledning til "-" -fanen av boost-modulen
3. Dekk loddetrinn i elektrisk tape eller varmt lim

Trinn 6: Loddemodus

Hvis du ikke er sikker på hvilken retning din diode går, les denne artikkelen: Diode Polarity.

1. Loddiode til "+" led fra solcellepanelet
   1. Den svarte ledningsenden (katoden) skal være på den motsatte enden av panelets "+" ledning
   2. Diode test denne tilkoblingen i riktig retning for å være sikker
2. Løs en svart ledning til den andre enden av dioden
3. Dekk utsatt loddetråd i elektrisk tape

Trinn 7: Koble negativknutepunktet

Å hjelpe hendene gjør dette trinnet lettere. Ovennevnte bilde viser en batteripakke med bare to batterispor, ignorere dette, jeg har nettopp brukt denne under prototyping.

1. Strip / tinn wire ende på både røde og sorte ledninger fra batteripakken
   1. Ikke sett batteriene i batteripakken ennå
2. Vri alle tre svarte ledninger sammen til det beste av evner
3. Lod dem sammen i en stor negativ knutepunkt
   1. Pass på at skjøten er sterk
      1. Hvis det ser stygg ut, ikke bekymre deg for at det blir dekket av tape eller lim
4. Slather på det varme limet eller vikle i elektrisk tape

Trinn 8: Opprett Positive Node og Loddemåler

Form Positive Node:

1. Vri rød ledning fra batteripakken rundt den røde ledningen som kommer ut av dioden
2. Lod dem sammen, danner den positive knuten
   1. Igjen hjelpende hender er nyttig her.

Kranbryteren har tre ledninger. En av dem er bakken for lysdioden (gruven var farget gull), ikke bruk denne. De andre to lederne vil svare til bryteren. Du vil lodde den positive noden til en av disse og den røde ledningen fra USB boost modulen til den andre. Bryterens stifter du lodde ledningene til å svare til lukket stilling. Jeg valgte å trykke på siden av bryteren med LED for å lukke bryteren.

1. Løs den positive knuten til den ytre ledningen til bryteren
2. Løs den røde ledningen som kommer fra USB boost-modulen til den siste ledningen (på min trykkbryter var den plassert på midten)
3. Dekk tilkoblingene med elektrisk tape eller varmt lim

Trinn 9: Fullfør og test laderen din

For å fullføre laderen

1. Fjern plastdekselet på solpanelet
2. Bytt bryteren til "åpen" stilling
3. Sett inn AA-batteriene
   1. De bør komme for ladet nok til å teste laderens operasjon

For å teste lader:

1. Bytt bryteren til "lukket" stilling
2. Det er en indikatorlampe på USB boost-modulen, kontroller at den er slått på
   1. Den er liten og svak, så du må kanskje slå hånden over den for å se lysdiodens lys
3. Hvis den slås på, skaper den 5 V på USB-porten. Hvis LED-lampen er slått av, kontroller alle loddingsjobber og at batteriene produserer sin nominelle spenning.
4. Hvis lysdioden er på, må du lade laderen i solen i noen timer for å sikre at de oppladbare batteriene har litt ladning
5. Koble til en USB-kabel og koble laderen med et perifert valg
   1. Jeg valgte min mobiltelefon - det fungerte!
6. Test laderen din. Hvis det mislykkes, les dette på nytt og kontroller alt. Til slutt, kontroller at de enkelte komponentene fortsatt fungerer

Trinn 10: Avsluttende tanker

Fordeler:

• Lite fotavtrykk
• Billig og krever lite verktøy
• Små tid investering

ulemper:

• Holder ikke mye avgift og belaster enheter sakte
• Har ikke et tilfelle: Loddetrådene kan enkelt brytes

Forbedringsområder:

• Som noen i kommentarene påpekte, lader 5 V solpanelet batteribanken på 3,6 V. Denne overspenningsladningen vil redusere levetiden til batteriene og føre til at de brister (ikke bra!)
  • Kan løses ved å bruke en slags spenningsregulering eller bringe batteribankens spenning til 5 V (som også ville være mer effektiv gjennom USB boost modulen)
  • Kan også løses ved hjelp av en ladestyring, som et ekte solpanel!
• Bruk en mer komplisert bryter for å muliggjøre at batteribanken kobles fra solcellepanelet
  • På den måten kan batterilevetiden forlenges
  • Dette kan alternativt gjøres med en SPST-bryter mellom solpanelet og batteribanken
• Hvis budsjettet var høyere, kjøp høyere kvalitetskomponenter
• Som nevnt ovenfor, utform en sak for det
  • Saken kan være så enkel som en Altoids kan

Jeg leter alltid etter anbefalinger, vennligst legg inn dine kommentarer hvis du ser noen hull i elektronikken!