Încărcător de telefon fotovoltaic DIY

Motivaţia
De multe ori mi se întâmpla să rămân fără baterie la telefon, când mergeam pe munte cu cortul. Fie din cauza lipsei semnalului sau din cauza diferenţelor de temperatură, bateria se consuma mai repede. Soluţia pe moment era să îmi ţin telefonul oprit şi să-l pornesc doar când am nevoie, lucru care nu mă deranja. Dar de când prietena mea şi-a cumpărat un telefon de generaţie mai nouă situaţia s-a schimbat. Dintre multele dotări cu care vine telefonul, GPS-ul e o aplicaţie foarte utilă când eşti pe munte. Problema e că GPS-ul îl foloseşti mai tot timpul iar atunci când faci asta bateria se descarcă mai repede decât în mod normal. O metodă de a încărca telefonul pe vârf de munte (într-o zi însorită) e să foloseşti un încărcător fotovoltaic. Deşi e mult mai comod să cumperi aşa ceva direct din magazin, m-am hotărât să fac un astfel de încărcător pentru că aveam deja aproape toate cele trebuincioase.

Începuturi
De fiecare dată când lucram la un panoul se întâmpla să stric câteva celule. După ce trecea supărarea de moment, venea întrebarea dacă să arunc cioburile rămase sau nu. Nu m-a lăsat inima să fac asta şi foarte bine am făcut, pentru că acum au devenit utile. Din aceste resturi se poate face un panou de putere mică, dar suficientă pentru a încărca un telefon.

Cele trebuincioase
Circuitul de încărcare l-am ales cât mai simplu, conform cu piesele din dotare. Astfel am folosit următoarele:

• câteva cioburi de celule fotovoltaice
• un regulator 7805
• un condensator de 1000uF la 16V
• un condensator de 470uF la 16V
• o diodă schottky
• o mufă mamă dublă de USB (din asta am avut, din asta am folosit)
• două bucăţi de plexiglas (primite cadou)
• o cutie de plastic
• silicon şi puţin cablu

Schema circuitului
Schema e foarte simplă:

E vorba de un circuit regulator de tensiune, de la tensiunea de intrare de 6.5 - 7V la tensiunea de 5V. Tensiunea de la celulele fotovoltaice trece printr-o diodă schottcky (D1). Rolul diodei e de protecţie în cazul în care tensiunea de la celule scade brusc. Am folosit o diodă schottcky pentru a avea pierderi de tensiune cât mai mici. Ştiu că nu e foarte eficient să folosesc un 7805 pentru aşa ceva, dar e ieftin şi funcţionează.
Am încercat să fac un cablaj cât mai îngust ca să încapă în carcasa încărcătorului:

Carcasa e defapt o cutie de plastic în care încape doar un sandwich. După ce am ţinut-o în casă cam jumătate de an fără să o folosesc la depozitarea mâncării, i-am găsit o altă utilitate.

Cât despre mufa de USB, motivul pentru care am folosit o mufă dublă este acela că doar aşa ceva aveam acasă.

Ce înseamnă cioburi de celule fotovoltaice?

Mai întâi trebuie făcută o mică menţiune. Dacă rupi o celulă fotovoltaică în două vei afecta doar caracteristica de curent a acesteia. Asta din cauză că celula scoate un curent direct proporţional cu suprafaţa ei. Astfel, micşorând suprafaţa, micşorezi doar curentul, fără să afectezi caracteristica de tensiune a celulei fotovoltaice. O bucată dintr-o celulă va genera tot 0.5 V ca şi o celulă întreagă.

Astea fiind stabilite am căutat cioburile care au suprafeţele cât de cât la fel, pentru a genera toate un curent asemănător. Dimensiunea aleasă pentru cioburi se apropia de a şasea parte din suprafaţa unei celule întregi. Astfel am reuşit să înghesui 13 cioburi de celule pe cele două bucăţi de plexiglas pe care le aveam. 

Dacă o celulă întreagă generează un curent maxim de 3.5 amperi, atunci a şasea parte dintr-o celulă va genera teoretic un curent maxim de circa 0.5 A. Asta ar fi suficient pentru un încărcător de telefon. În realitate un astfel de ciob generează ceva mai puţin.

Legând cele 13 bucăţi de celule în serie rezultă o tensiune de 6.5 - 7 V care va fi transformată în tensiunea de 5V pentru încărcător.

Cum funcţionează un încărcător pe USB? 

Majoritatea telefoanelor ce se încarcă pe USB folosesc o încărcare relativ simplă. Pentru o parte din telefoane e suficient să aibă tensinunea de 5V a portului pentru a începe încărcarea. Din păcate telefoanele mai noi au modalităţi de detecţie a tipului de încărcător, în cazul încărcătoarelor ce se bagă în priză. Astfel un încărcător de priză de la un iPod s-ar putea să nu funcţioneze cu un alt aparat, chiar dacă ambele se încarcă pe USB. Motivul cred că e pe de o parte curentul de încărcare care poate să difere de la un telefon la altul, iar pe de altă parte e mai profitabil pentru producător ca fiecare tip de telefon să folosească doar un anume tip de încărcător, deşi toate folosesc acelaşi conector de USB. 

La majoritatea încărcătoarelor pe USB diferenţa constă în felul în care se folosesc liniile de date ale USB-ului. Din fericire nu e vorba de nici un transfer de date prin protocolul de USB, ci doar modul în care sunt conectate liniile de date. Unele telefoane verifică înainte de a începe încărcarea dacă liniile de date sunt conectate la 5V, sau la masă, sau o linie la 3V iar cealaltă la masă, sau la 2V, sau 2.8V, etc. 

A trebuit să verific aproape fiecare din aceste variante pe încărcătorul de priză cu care a venit telefonul. Varianta câştigătoare pentru Motorola Defy a fost să leg împreună liniile de date (scurtcircuitarea liniilor de date).

Pentru alte tipuri de telefoane conectarea liniilor de date poate fi diferită. 

Măsurători

Am fost puţin dezamăgit de curentul de scurtcircuit pe care îl dă panoul acesta: 0.38 Amperi. E bine şi aşa, dar mă aşteptam la ceva mai mult (aproximativ 0.5 Amperi).

În schimb tensiunea dată de panou este de 7V, ceea ce e foarte bine.

Rezultatul 

Cam aşa arată încărcătorul fotovoltaic de telefon închis. Cele două puncte mai deschise la culoare, ce ies în relief sunt şuruburile ce fixează plexiglasul. Am scurtat filetul pentru că era prea lung şi l-am acoperit cu un strat de silicon pentru a acoperi muchiile ascuţite apărute în urma tăierii filetului. 

Imediat ce am terminat încărcătorul l-am şi inaugurat cu ocazia unei scurte ieşiri la munte. Mai jos e încărcătorul în plină acţiune. 

Aici e o poză unde se vede mai bine pe ecran că telefonul se încarcă.

Urmează să mai fac nişte măsurători să văd în cât timp se încarcă telefonul cu noul lui încărcător.
Pozele au fost făcute cu aproximativ 5 minute înainte ca soarele să se ascundă dincolo de creastă. Data viitoare o să ţin mai mult telefonul la încărcat.

Celule solare ieftine pe e-bay

Am găsit chiar azi o ofertă foarte bună de celule solare: kit de 200 celule cu catodul lipit la 170.77 dolari.

200 Short Tabbed 3x6 Solar Cells Diy Panel Kit w/Wire (US $170.77)

sau

http://cgi.ebay.com/200-Short-Tabbed-3x6-Solar-Cells-Diy-Panel-Kit-w-Wire-/130437355310?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item1e5eac172e

La preţul ăsta se mai adaugă 49.95 dolari pentru transport. Se ajunge la un total de 220.72 dolari. Asta ar însemna cam 1.1 dolari / celulă, sau 0.86 euro / celulă. Eu zic că asta e o ofertă destul de bună, mai ales că e vorba de celule fără fisuri (deci nu e vorba de celule grade B).

Trebuie să verificaţi atent preţul transportului, pentru că acesta poate varia destul de mult de la un vânzător (seller) la altul.

Un alt lucru la care trebuie să fiţi atenţi e că dacă valoarea pachetului cumpărat depăşeşte 45 euro, se plăteşte o taxă la vamă. Dar, în cazul în care, pe pachetul primit este menţionat că e vorba de un cadou (gift), sau dacă pe pachet este trecută o altă valoare (de exemplu: 45 dolari), nu se mai percepe nici o taxă la vamă. De obicei vânzătorii sunt înţelegători când vine vorba de aşa ceva, şi ţin cont de eventualele rugăminţi legate de ce să fie scris pe pachet. Pentru a putea trimite un mesaj vânzătorului, cel mai sigur e să faceţi asta chiar în momentul în care face-ţi comanda:

Motivul pentru care am scris acest foarte scurt articol a fost din cauză că am fost întrebat de multe ori despre cum am achiziţionat celulele solare şi de preţul acestora. Din experienţă pot spune că ofertele cele mai bune apar în preajma sărbătorilor sau în lunile de vară, când e perioada concediilor.

Oferta de mai sus expiră în 6 zile, adică ultima zi în care se va mai putea face comandă va fi pe 27 Decembrie 2010. Oricum, nu e grabă pentru că astfel de oferte vor mai fi cu siguranţă, trebuie doar răbdare.

Grosimea sticlei la un panou fotovoltaic

Cât de mult poate diminua sticla folosită eficienţa celulei fotovoltaice?

Am vrut să văd ce efect are grosimea sticlei asupra unei celule fotovoltaice expuse la soare, aşa că am cumpărat 4 bucăţi de sticlă de grosimi diferite (3, 4, 6 şi 8 mm) de la un atelier de tăiat sticlă. După o examinare mai atentă a sticlei cumpărate mi-am dat seama că sticla albă (transparentă) poate avea nuanţe diferite. Astfel, sticla de 4 şi 8 mm era mai deschisă la culoare decât cea de 3 şi 6 mm grosime. Asta se poate vedea dacă priveşti partea tăiată a sticlei (marginea sticlei). Nuanţa de verde de pe margine e puţin mai închisă.

Cu prima ocazie în care am prins soare afară am ieşit să fac nişte măsurători. Am vrut să văd cât  de mult e influenţat curentul produs de o celulă fotovoltaică, dacă folosim sticlă de diferite grosimi şi nuanţe. Pentru asta am luat o celulă şi am legat-o la aparatul de măsură.

Am făcut 5 măsurători:

1. Doar celula, fără sticlă a produs un curent de 2.25 A. Presupunând că valoarea aceasta e maximul de curent pe care îl poate da celula, am calculat în continunare procentul curentului măsurat atunci când celula e acoperită de sticlă de diferite grosimi.

2. Celula cu o sticlă de 4mm (nuanţă deschisă) a produs un curent de 2.19A. (97.3%)

3. Celula cu o sticlă de 8mm (nuanţă deschisă) a produs un curent de 2.14A. (95.1%)

4. Celula cu o sticlă de 3mm (nuanţă închisă) a produs un curent de 2.18A. (96.8%)

5. Celula cu o sticlă de 6mm (nuanţă închisă) a produs un curent de 2.16A. (96%)

Concluzia

La următorul panou o să folosesc sticlă de 8 mm, chiar dacă e mai scumpă şi mai grea. O diminuare de 5% a curentului produs e foarte mică, dacă iei în calcul rezistenţa pe care o asigură sticla groasă. Trebuie să fie grindină foarte mare ca să spargă o sticlă de 8 mm...

Celula Solară

Ce este o celulă solară?

O putem numi inima unui panou solar... Este fabricată dintr-un material care în contact cu lumina (un anumit spectru luminos) produce curent electric. Pe scurt, procesul de producere a energiei electrice e în felul următor: Fotonul loveşte suprafaţa fotosensibilă a celulei, care eliberează un electron.

Pe piaţă se găsesc o multitudine de tipuri de celule care se diferentiază prin formă, compoziţie, eficienţă, aranjamentul materialului fotosensibil. Cea mai obişnuită formă este cea dreptunghiulară.

Partea fotosensibilă este catodul (-), iar partea ferită de lumină este anodul (+).

De unde se pot cumpăra?

Asta e o problemă. La noi în ţară nu se prea găsesc celule de vânzare cu bucata, doar panouri gata făcute. Am căutat pe net, iar cele mai convenabile celule le-am găsit pe eBay. Am încercat să cumpar direct de la producătorii europeni, dar fie nu lucrează cu persoane fizice, fie nu vând celule la bucată, fie vând dar mult prea scump.

Eu am cumpărat pe lângă celule si conductori (bandă metalică groasă şi subţire) şi un tub de răşină (un fel de sacâz mai lichid).

Odată cumpărate, cum le folosim?

Pentru a putea culege şi folosi energia produsă de celule, trebuie lipiţi conductori pe anod şi pe catod. Eu am cumpărat celule care aveau deja catodul lipit, aşa că a trebuit să lipesc doar anodul. Desenul de mai jos arată o celulă văzută din profil cu catodul şi anodul lipite.

Pentru început am curăţat cu o răşină punctele de contact de pe anod. Nu trebuie neapărat dat cu răşină, sacâzul e la fel de bun.

Apoi am făcut niste insule de cositor, am pregătit sârma conductoare (care defapt e o bandă metalică foarte subţire), şi am facut lipiturile.

Trebuie avut grijă ca grosimea lipiturilor să nu fie prea mare, ca să nu incomodeze montarea celulelor în panou. Problema asta o să fie mai clară când o să descriu realizarea panoului.

Precizare: se vede în mai toate pozele o cutie-ambalaj de la un telefon fix. Nu este vorba de publicitate mascată :P... Am folosit cutia pe post de suport pentru lipirea sârmelor pe celule şi ca să nu-mi murdăresc biroul (lucru pe care nu l-am prea reuşit). Am lipit de cutie şi nişte piese de plastic în formă de "L" (făcute din distanţiere folosite la montarea faianţei) ca să mă pot ghida mai bine la făcutul lipiturilor şi ca să fixeze celula mai bine. Mai târziu o să se vadă mai bine la ce folosesc distanţierele astea din plastic.

Cum testăm că merg?

Dupa ce am făcut toate lipiturile urmează testarea celulei. Pentru asta e nevoie de un aparat de măsură pus pe măsurat curent si de o lampă (sau orice altă sursa de lumină). Eu am folosit o lampă de birou cu un bec de 60W. La lumina lămpii, celula ar trebui să dea un curent între 60-100 mA (astea sunt valori obtinuţe prin măsurători). Tensiunea nu ne interesează pentru că e oricum foarte mică (0.5V), iar dacă ar fi ceva probleme cu tensiunea, cu siguranţă s-ar vedea la măsurarea curentului (adică ar fi mult mai mic curentul :P).

Se întoarce celula cu catodul în sus şi se fac măsurătorile la ambele puncte de contact (pe stânga şi pe dreapta).

Curentul măsurat e de 97.3 mA pe stânga şi 97.4 mA pe dreapta, ceea ce înseamnă că lipiturile sunt bune, iar curentul generat e simetric. Concluzia e că celula e numai bună pentru a fi folosită la panou.

Motivul pentru care curentul pe care îl dă celula la lumina becului e aşa de mic e acela că materialul fotosensibil "lucrează" pe un anumit spectru al luminii. Cum lumina dată de becul incandescent nu are un spectru complet, curentul produs de celulă nu e mare. Valorile măsurate se schimbă radical dacă înlocuim lumina de la bec cu cea de la soare. Aveţi grijă să nu vă stricaţi aparatele de masură! O singură celula poate da un curent de ordinul amperilor (până la 3.5A). Eu am măsurat 2.24A generat de celulă printr-o sticlă de 3mm grosime.

Ei, şi acum aceeaşi succesiune de paşi trebuie făcută pentru celelalte 29 de celule care o să fie folosite la panoul solar. 

După câteva ore (bune) de muncă cele 30 de celule sunt gata pentru a fi montate pe panou.

Acum că-s toate pregătite ce facem cu ele?

Scopul meu este să realizez un panou care să scoată approximativ 15V şi 2-3A. Pentru asta o să am nevoie de 30 de celule legate în serie. O celulă generează 0.55V şi 3A (ideal), asta înseamnă că 30 de celule legate în serie vor scoate: 30 x 0.5V = 15V şi 3A. Dar cum condiţiile nu să fie ideale, panoul va scoate ceva mai puţin curent.

În serie, celulele vor fi lipite între ele astfel: anodul primei celule se va uni cu catodul următoarei celule, şi aşa mai departe, ca în desenul de mai jos.

Am ales 15V dintr-un motiv simplu: 15V e o tensiune oarecum "nepericuloasă" de încărcare a unei baterii Auto. Asta înseamnă că pot lega panoul direct la o baterie de maşină fără a mai trebui un circuit de reglare a încărcării. Pe măsură ce bateria o să se încarce, o să tragă din ce în ce mai puţin curent, iar pe la 14.5V, când bateria e încărcată complet, o să mai rămână doar un curent foarte mic care o să vină de la panou ca sa compenseze cu autodescărcarea bateriei. Ştiu că nu e sănătos pentru baterie un astfel de regim de încărcare, dar nu am vrut să mă complic (mi-a fost lene).

În episodul următor o să prezint construirea panoului. :)