A energia solar é considerada uma forma genuinamente renovável e ecológica de recurso energético disponível na Terra. Hoje em dia, as pessoas tiram o máximo partido deste recurso, o que é particularmente crucial em áreas remotas onde a transmissão eléctrica é limitada. É especialmente indicado para regiões com exposição solar prolongada durante o dia, pois pode reduzir significativamente a conta de luz.
Mostraremos como construir um sistema DIY para carregar dispositivos eletrônicos DC alimentados por USB usando energia solar. Nosso objetivo é explicar e demonstrar o conceito usando componentes mínimos e um design simples.
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Compreendendo a energia solar
A energia solar é a conversão da energia da luz solar em uma fonte de energia utilizável e eficiente. Painéis solares e geradores são usados para converter energia luminosa em energia elétrica. Os painéis solares variam em tamanho, variando de alguns centímetros quadrados até grandes usados em telhados residenciais. Você também pode interconectar painéis maiores em campos grandes para gerar energia elétrica para uso em escala comercial.
Existem várias maneiras de aproveitar a energia solar. O mais comum é um sistema solar fotovoltaico (PV) que converte os raios solares em corrente elétrica. Além de utilizar um sistema fotovoltaico para gerar corrente elétrica, as pessoas também utilizam energia solar térmica ou concentração de energia solar para aquecer espaços internos ou fluidos. Você também pode instalar sistemas solares de água quente.
Selecionando os componentes certos
Nosso principal objetivo é utilizar a energia solar proveniente da luz solar para obter a corrente necessária para carregar dispositivos alimentados por USB. Você também precisará de uma bateria para armazenar carga em caso de mau tempo e durante o pôr do sol. Além disso, a bateria também garante um fornecimento contínuo da corrente específica necessária para carregar dispositivos eletrónicos.
Para este projeto DIY, você precisará dos seguintes componentes:
- Painel solar: Para gerar corrente contínua quando exposto à luz solar. Selecione o painel de tamanho apropriado de acordo com os requisitos de carga. Estamos usando painéis solares de 150 W – com essa capacidade, podemos operar até mesmo lâmpadas e ventiladores CC.
- Bateria: Para armazenamento de carga. Use uma bateria de tamanho apropriado com base nos requisitos de carga.
- Controlador de carga solar: Para regular a corrente e evitar sobrecarga e sobrecarga elétrica da bateria. Escolha um controlador de carregamento solar com classificação de corrente adequada e interface USB.
- Fios: Para conexão.
- Dispositivo USB: Para testes, como um celular ou tablet.
Etapa 1: diagrama de blocos
O diagrama a seguir mostra a montagem necessária para obter, controlar e utilizar efetivamente a energia produzida pelos painéis solares.
Conecte todos os dispositivos – como unidade de geração (painel solar), unidade de armazenamento (bateria) e carga – ao controlador de carregamento solar. Este controlador monitorará a corrente de entrada, a corrente de carga de saída e a tensão de carga.
Etapa 2: Conecte o Painel Solar
Estamos utilizando placas solares (150W) em configuração paralela para aumentar a corrente de carga da bateria. Você pode usar menos ou mais painéis e capacidade de energia conforme a necessidade de carga. Para a combinação paralela, conecte os terminais positivos de todos os painéis solares através de um fio e faça o mesmo para os terminais negativos de todos os painéis. Em seguida, cubra as juntas dos fios positivos e negativos individualmente com fita isolante.
Etapa 3: conecte o controlador de carregamento
Conecte o fio positivo do painel ao terminal positivo do controlador de carregamento e o fio negativo ao terminal negativo do controlador de carregamento. Nosso controlador de carregamento solar possui uma porta USB Tipo A. O controlador de carregamento possui um regulador de tensão interno que converte 12 V DC em 5 V DC, permitindo carregar dispositivos alimentados por USB. Em módulos USB, geralmente os pinos 1 e 4 são usados como 5V DC e terra, respectivamente. Usando esta porta USB, você pode carregar dispositivos eletrônicos com interfaces USB, como telefones celulares, tablets e smartwatches.
O controlador de carregamento solar evita sobrecarga/sobretensão que poderia causar o aquecimento da bateria. O superaquecimento pode causar danos à vida útil e ao desempenho da bateria do dispositivo.
Etapa 4: Instale a bateria
A instalação de uma bateria garante uma reserva de energia útil em situações em que o carregamento solar não está disponível devido a más condições meteorológicas ou à noite. Estamos usando baterias de 12V DC para armazenar corrente elétrica. Organizamos estas baterias numa configuração paralela que resulta no fornecimento da mesma tensão, ou seja, 12V, através desta combinação paralela. No entanto, uma combinação paralela aumenta a capacidade atual.
Você deve escolher a capacidade da bateria (uma unidade ou múltiplas) com base nos requisitos de carga e na capacidade de carga do painel solar. Conecte a interface da bateria do controlador de carregamento solar aos terminais da bateria usando fios metálicos grossos.
Etapa 5: finalizar a fiação
Certifique-se de conectar todos os componentes corretamente e firmemente para evitar faíscas. Além disso, cubra as juntas para evitar curto-circuito. Use fio mais grosso de boa qualidade para interconexão, pois reduz as perdas do condutor. Geralmente, é recomendado colocar painéis solares, controladores de carga e baterias próximos uns dos outros para evitar longas fiações elétricas – esta última pode resultar em maiores perdas elétricas e diminuir a eficiência do sistema solar.
Etapa 6: teste o carregador
Para testar este sistema durante o dia para carregar a bateria, pressione o botão ligar no controlador de carregamento solar. Observe as tensões que aparecem no controlador de carregamento. Monitore também o fluxo de corrente usando um multímetro digital ou alicate amperímetro digital.
Você observará que o controlador de carregamento exibe a tensão na bateria e no painel solar. O controlador de carregamento também mostra a corrente de carga deste sistema, quando uma carga CC está conectada a ele.
Quando a bateria de 12 V atinge uma tensão de cerca de 14 V CC no controlador de carregamento solar, ele desconecta o carregamento do painel solar, para proteger a bateria contra sobrecarga. Você pode observar isso monitorando a tensão do painel solar, que pode exceder 16V DC em dias ensolarados.
Em seguida, conecte um dispositivo USB ou smartphone diretamente ao controlador de carregamento solar usando um conector USB Tipo A. A porta USB fornece 5 Vcc, que é regulada internamente/convertida para baixo a partir da bateria. Ao fazer isso, você notará que o dispositivo conectado começa a carregar. Além disso, você também pode observar a corrente consumida por esta carga.
Além disso, este sistema pode alimentar dispositivos que não sejam através de uma interface USB; ou seja, você pode usar a interface de 12 V para lâmpadas DC, ventiladores DC, etc. Tudo o que você precisa fazer é conectá-los à interface de carga no controlador de carregamento. O símbolo de carga (por exemplo, uma lâmpada) representa esta interface no controlador de carregamento.
Você pode aprimorar ainda mais este projeto DIY para criar uma plataforma portátil pequena e leve para carregar smartphones e dispositivos alimentados por USB sem usar bateria. No entanto, funcionará apenas durante o dia.
Os benefícios de um carregador solar
Este arranjo movido a energia solar pode ajudá-lo a melhorar a portabilidade do seu dispositivo e reduzir a dependência de sistemas convencionais de distribuição de energia elétrica. O carregamento solar também melhora a eficiência, evitando perdas incorridas durante a conversão CA em CC em sistemas convencionais. Em sistemas alimentados por energia solar, você pode evitar essas perdas, pois todo o armazenamento/carregamento é realizado em CC; no entanto, pode exigir conversão ascendente ou regulação de tensão.
Ao utilizar energia solar em sua casa, você pode reduzir substancialmente suas despesas com eletricidade. Existem muitos outros projetos movidos a energia solar que você mesmo pode construir, como postes de luz movidos a energia solar, aquecedores de piscina movidos a energia solar, alto-falantes Bluetooth movidos a energia solar, etc.