A energia solar destaca-se como uma alternativa energética genuinamente renovável e amiga do ambiente, disponibilizada pela natureza. Atualmente, a sociedade tem aproveitado ao máximo este recurso, o que se revela de particular importância em regiões remotas onde o acesso à rede elétrica é limitado. A sua aplicação é especialmente indicada em áreas com longa exposição solar diária, podendo reduzir significativamente as despesas com eletricidade.
Este artigo demonstra como construir um sistema “faça você mesmo” para carregar dispositivos eletrónicos de corrente contínua (CC) alimentados por USB, utilizando a energia do sol. O objetivo é explicar e demonstrar o conceito com um número mínimo de componentes e um design simples.
Entendendo a Energia Solar
A energia solar consiste na conversão da energia da luz solar em uma fonte de energia aproveitável e eficiente. Painéis solares e geradores são os instrumentos utilizados para esta transformação da energia luminosa em eletricidade. Os painéis solares apresentam dimensões variadas, desde poucos centímetros quadrados até aos grandes painéis instalados em telhados residenciais. É ainda possível interligar painéis de maiores dimensões em campos extensos para gerar energia elétrica em larga escala, para fins comerciais.
Há várias maneiras de aproveitar a energia solar. A mais comum é através de um sistema solar fotovoltaico (FV) que converte os raios solares diretamente em corrente elétrica. Adicionalmente ao uso de um sistema fotovoltaico para geração elétrica, a energia solar térmica, também conhecida como concentração de energia solar, pode ser empregue no aquecimento de espaços interiores ou fluidos. Há também a possibilidade de instalar sistemas solares para aquecimento de água.
Seleção dos Componentes Adequados
O propósito principal deste projeto é utilizar a energia solar para obter a corrente necessária para carregar dispositivos alimentados por USB. É também indispensável o uso de uma bateria para armazenar energia em situações de mau tempo ou durante a noite. A bateria garante também o fornecimento constante de corrente, vital para o carregamento adequado de dispositivos eletrónicos.
Para este projeto “faça você mesmo”, os seguintes componentes são necessários:
- Painel solar: Componente essencial para gerar corrente contínua quando exposto à luz solar. Selecione um painel com dimensões adequadas às necessidades de carregamento. Para este exemplo, utilizamos painéis solares de 150 W, o que permite alimentar inclusive lâmpadas e ventoinhas CC.
- Bateria: Utilizada para o armazenamento de energia. Selecione uma bateria de capacidade adequada, com base nas necessidades de carga.
- Controlador de carga solar: Dispositivo para regular a corrente, evitando sobrecarga ou descarga excessiva da bateria. Escolha um controlador com uma classificação de corrente apropriada e com interface USB.
- Fios: Essenciais para as ligações elétricas.
- Dispositivo USB: Para testes, como um telemóvel ou tablet.
Etapa 1: Diagrama de Blocos
O diagrama abaixo demonstra a montagem necessária para captar, controlar e utilizar eficientemente a energia produzida pelos painéis solares.
Todos os elementos, como a unidade de geração (painel solar), a unidade de armazenamento (bateria) e a carga, são ligados ao controlador de carga solar. Este controlador monitoriza a corrente de entrada, a corrente de carga de saída e a tensão de carga.
Etapa 2: Ligar o Painel Solar
Para este projeto, são utilizadas placas solares (150 W) numa configuração paralela, para aumentar a corrente de carga da bateria. É possível utilizar um número inferior ou superior de painéis e adaptar a capacidade de energia de acordo com a necessidade de carga. Numa ligação em paralelo, os terminais positivos de todos os painéis solares são ligados entre si através de um fio, assim como os terminais negativos. Posteriormente, cada ligação dos fios positivos e negativos é isolada com fita isolante.
Etapa 3: Ligar o Controlador de Carregamento
O fio positivo do painel é ligado ao terminal positivo do controlador de carregamento e o fio negativo ao terminal negativo do controlador. O controlador de carregamento solar utilizado dispõe de uma porta USB Tipo A. O controlador incorpora um regulador de tensão que converte 12 V CC em 5 V CC, possibilitando o carregamento de dispositivos alimentados por USB. Em módulos USB, os pinos 1 e 4 são normalmente utilizados para 5V CC e terra, respetivamente. Através desta porta USB, é possível carregar dispositivos eletrónicos com interfaces USB, tais como telemóveis, tablets e smartwatches.
O controlador de carga solar previne sobrecargas/sobretensões, que poderiam originar o sobreaquecimento da bateria, o qual pode comprometer a durabilidade e o desempenho da mesma.
Etapa 4: Instalar a Bateria
A instalação de uma bateria assegura uma reserva de energia útil em situações em que o carregamento solar não está disponível devido a condições meteorológicas adversas ou durante a noite. Neste projeto, são utilizadas baterias de 12 V CC para armazenar energia elétrica. As baterias são dispostas numa configuração paralela, que resulta no fornecimento da mesma tensão, ou seja, 12 V, através desta combinação. No entanto, uma configuração paralela aumenta a capacidade da corrente.
A capacidade da bateria (uma unidade ou múltiplas) deve ser escolhida com base nas necessidades de carga e na capacidade de carga do painel solar. A interface da bateria do controlador de carga solar é ligada aos terminais da bateria, utilizando fios metálicos de secção adequada.
Etapa 5: Finalizar a Cablagem
É essencial garantir que todos os componentes estão devidamente conectados e fixados, de modo a evitar faíscas. Adicionalmente, as juntas devem ser isoladas para prevenir curto-circuitos. Utilize cabos de boa qualidade e com secção adequada para as interligações, uma vez que isso reduz as perdas no condutor. Em geral, recomenda-se colocar os painéis solares, controladores de carga e baterias próximos uns dos outros, para evitar longas extensões de cabos, que podem causar maiores perdas elétricas e diminuir a eficiência do sistema solar.
Etapa 6: Testar o Carregador
Para testar o sistema durante o dia para carregamento da bateria, pressione o botão de ligar no controlador de carga solar. Observe as tensões apresentadas no controlador. Monitore também o fluxo de corrente com recurso a um multímetro digital ou a um alicate amperímetro digital.
Será possível observar que o controlador de carga exibe a tensão na bateria e no painel solar. O controlador também indica a corrente de carga deste sistema quando uma carga CC é ligada ao mesmo.
Quando a bateria de 12 V atinge uma tensão de cerca de 14 V CC no controlador de carga solar, este interrompe o carregamento a partir do painel solar, de modo a proteger a bateria contra sobrecarga. Este fenómeno pode ser observado através do monitoramento da tensão do painel solar, que pode exceder 16V CC em dias ensolarados.
Em seguida, conecte um dispositivo USB ou smartphone diretamente ao controlador de carga solar através de um conector USB Tipo A. A porta USB fornece 5 Vcc, que é regulada ou convertida internamente a partir da bateria. Ao efetuar esta ação, irá verificar que o dispositivo conectado inicia o carregamento. É ainda possível monitorar a corrente consumida por esta carga.
Adicionalmente, este sistema pode alimentar dispositivos que não utilizam uma interface USB; ou seja, é possível utilizar a interface de 12 V para lâmpadas CC, ventoinhas CC, entre outros. Para tal, basta ligá-los à interface de carga no controlador de carregamento. O símbolo de carga (por exemplo, uma lâmpada) representa esta interface no controlador de carregamento.
Este projeto “faça você mesmo” pode ser aprimorado para criar uma plataforma portátil, pequena e leve, para carregar smartphones e dispositivos alimentados por USB sem recurso a bateria. No entanto, este sistema funcionará apenas durante o dia.
As Vantagens de um Carregador Solar
Esta configuração movida a energia solar pode ajudar a melhorar a portabilidade dos seus dispositivos e reduzir a dependência dos sistemas convencionais de distribuição de energia elétrica. O carregamento solar também aumenta a eficiência, evitando perdas resultantes da conversão de corrente alternada (CA) para corrente contínua (CC) em sistemas tradicionais. Em sistemas de energia solar, é possível evitar estas perdas, dado que todo o armazenamento/carregamento é realizado em CC. No entanto, pode ser necessária uma conversão para aumentar ou regular a tensão.
Ao utilizar energia solar em casa, é possível reduzir significativamente as despesas com eletricidade. Existem inúmeros outros projetos alimentados a energia solar que é possível construir, como postes de luz solares, aquecedores solares para piscinas, altifalantes Bluetooth solares, etc.