Carregador de painéis solares: dispositivo e princípio de funcionamento da recarga solar

Cada vez mais apreciadores de atividades ao ar livre preferem passar as férias e os fins de semana em contato com a natureza intocada. Porém, é difícil para o homem moderno abrir mão das comodidades da civilização – quem de nós não leva em viagem um celular, notebook ou câmera?

Mas se houver um carregador solar em sua bagagem, o problema de alimentação dos dispositivos estará resolvido. Resta apenas descobrir como escolher corretamente o aparelho. O artigo que apresentamos oferecerá uma ajuda eficaz para esclarecer todas as dúvidas.

O que é um carregador solar?

Esses carregadores são capazes de converter energia solar em corrente elétrica contínua. Eles podem funcionar com vários modelos de navegadores, players, notebooks, celulares, câmeras e outros dispositivos portáteis.

No entanto, o tempo de carregamento depende diretamente da potência do próprio dispositivo e do tipo de aparelho descarregado; por isso, para escolher um equipamento realmente prático e versátil, vale a pena conhecer suas características.

Características construtivas do aparelho

O próprio aparelho é composto por um painel cristalino, um controlador de nível de carga/descarga e um conversor de energia solar em energia elétrica.

Alguns modelos também vêm equipados com uma bateria tampão composta por várias células de lítio, o que permite ao aparelho não apenas converter, mas também armazenar energia para fornecer carga mesmo durante a noite.

Há apenas alguns anos, os carregadores solares eram dispositivos bastante caros, mas hoje são um produto de massa com preço acessível.

Vantagens dos carregadores solares:

• São universais – adaptados para vários dispositivos (o corpo possui conectores USB e a maioria dos modelos vem adicionalmente equipada com adaptadores especiais para vários tipos de equipamentos elétricos).
• Ocupam pouco espaço na bagagem de viagem.
• Há uma ampla variedade de formas, cores, tamanhos e potências para atender a diferentes necessidades e gostos estéticos.

Bem, a desvantagem mais significativa para todos os carregadores solares é o longo tempo necessário para acumular 'energia'. Além disso, deve-se entender que, enquanto praticamente qualquer modelo consegue alimentar um telefone celular ou câmera, um 'absorvedor' ativo de energia como um laptop já exigirá uma potência considerável de painel solar e uma bateria de alta capacidade.

Princípio de funcionamento do dispositivo

Carregadores portáteis com painéis solares são sistemas autônomos que podem processar energia tanto dos raios solares quanto da rede elétrica, lâmpadas fluorescentes ou computador. Além disso, muitos modelos não exigem sol intenso – eles acumulam carga mesmo em dias nublados, embora a eficiência, obviamente, caia (de 20% a 70%).

Se você comprar um dispositivo com a capacidade de conectar à rede elétrica, poderá economizar muito tempo no acúmulo de carga em tempo nublado.

O dispositivo funciona assim: os cristais no painel absorvem a energia solar, o conversor a 'transforma' em corrente elétrica, que segue para a fonte de alimentação. Quando um telefone celular ou outro dispositivo é conectado a essa fonte por meio de um cabo, a energia acumulada flui gradualmente para o dispositivo descarregado.

Tipos de carregadores solares

Quanto à aparência, os fabricantes se esforçaram não apenas para diversificar o esquema de cores e a forma dos dispositivos, mas também para tornar o aparelho o mais conveniente possível para uso em diversas situações. Vamos considerar as opções mais populares.

Monobloco – um dispositivo compacto composto por painel e acumulador, alojados em um corpo rígido de metal ou plástico. Esse aparelho 'salva' um telefone descarregado na praia ou em um piquenique e não ocupa muito espaço em uma bolsa comum.

Os monoblocos são convenientes para o dia a dia – não ocupam muito espaço e podem ser carregados não apenas pelo sol, mas também enquanto estão conectados a um laptop ou computador.

Painel flexível – um painel fino que pode ser dobrado ou desdobrado, com células fotovoltaicas. Ocupa pouco espaço na bagagem e pesa muito menos que seu concorrente rígido alojado em uma carcaça. Mas, apesar da área de 'cobertura' considerável, as placas flexíveis acumulam carga solar quase duas vezes mais lentamente que os monoblocos.

Além disso, a maioria dos painéis funciona apenas com luz solar direta, sem armazenar energia – eles não possuem bateria embutida. No entanto, você sempre pode complementar seu carregador com um acumulador externo da potência necessária.

Portanto, os painéis flexíveis – são uma boa opção para carregar dispositivos de baixa potência durante o lazer «estacionário» – na casa de campo, pescaria, com barraca. Mas para caminhadas, é melhor procurar outra opção.

Durante o movimento, o painel flexível pode ser dobrado de forma compacta e colocado no porta-malas ou fixado no teto do carro, e no acampamento – basta estendê-lo sob a luz solar.

Carregador embutido – o dispositivo consiste em painéis solares que são fixados na parte externa de bolsas ou mochilas de viagem. Eles permitem carregar dispositivos diretamente durante o trajeto ou acumular carga na bateria embutida.

E esse acessório também pode ser usado para seu propósito original – para transportar qualquer item ou a própria eletrônica, o que é muito conveniente para quem pratica caminhadas ou trabalha ao ar livre.

Embora as «mochilas energéticas» pareçam atraentes e elegantes, você pode temporariamente fixar na bolsa qualquer outro tipo de carregador (muitos modelos são equipados até com mosquetões especiais) e não se preocupar com a integridade do dispositivo durante a chuva ou limpeza.

Dobráveis – podem ser vários painéis flexíveis, compactamente empilhados, ou uma variação de dois monoblocos em um invólucro rígido em forma de livro que se abre.

O principal objetivo de tal dispositivo é minimizar a «ocupação» de área útil no volume da sua bagagem e aumentar a eficiência graças ao maior número de fotocélulas. Um bônus agradável – a maioria dos modelos vem com suportes para mochila ou vidro do carro.

O tamanho do «dobrável» pode ser escolhido de acordo com suas necessidades: para carregar um celular, um dispositivo do tamanho do próprio telefone é suficiente, mas para notebooks e tablets, o painel mesmo dobrado não será menor que uma folha A5.

Mas independentemente do design, todos os carregadores solares funcionam com o mesmo princípio, por isso vamos considerar as nuances técnicas importantes que ajudarão na hora de comprar o dispositivo.

Como escolher a opção adequada?

Para começar, é preciso decidir a quantidade e os tipos de dispositivos que você planeja carregar com o carregador solar. A potência do dispositivo e o tipo de porta de saída dependem desses parâmetros.

Se o dispositivo possuir várias portas USB, é possível conectar e carregar diferentes aparelhos simultaneamente, desde que a potência da bateria permita.

As especificações dos diferentes dispositivos podem ser verificadas consultando o manual de instruções, e em alguns aparelhos a tensão de operação também está indicada no carregador que acompanha o produto, portanto, não será difícil se orientar. Em último caso, o adaptador necessário sempre pode ser adquirido separadamente.

Principais parâmetros e recursos adicionais úteis

O tempo necessário para o dispositivo carregar diferentes aparelhos depende da característica da corrente de carga. Esse valor é medido em amperes e está indicado nas portas do aparelho.

Valores:

• 1 ampere – destinado a telefones celulares, cigarros eletrônicos, relógios, reprodutores de áudio.
• 2 amperes – adequado para tablets, smartphones, câmeras digitais e câmeras de vídeo.
• 2,5-3 amperes – capaz de carregar netbooks e notebooks.

Também é importante saber a tensão de saída, pois os aparelhos a serem carregados podem exceder a capacidade do carregador solar. Assim, para a maioria dos telefones e tablets simples, é necessária uma saída de 5 volts; para câmeras digitais e gadgets de jogos, 9 volts; e para notebooks e refrigeradores automotivos, 12-24 volts.

Mas a principal característica do carregador é a potência do painel solar. O tempo de carregamento da bateria depende diretamente desse indicador. E tudo se resume às características dos painéis fotovoltaicos.

Por exemplo, em elementos com potência de 5 W (opção padrão de baixo custo), a corrente será de 900 mA, e em 10 W – 1500 mA. Ou seja, para carregar um telefone com um carregador solar de 5 W, serão necessárias 2-3 horas, enquanto um painel de 10 W consegue fazer em uma hora e meia.

Para dispositivos potentes, como tablets gamers e laptops, é melhor comprar modelos dobráveis com vários painéis, que geram carga rapidamente.

Além disso, dispositivos com painéis cuja potência não excede 2 W são usados apenas para acumular carga na bateria interna. Para carregar aparelhos diretamente com luz solar, são necessários painéis com potência de 3 W ou mais.

Outros parâmetros importantes:

1. Presença de bateria – se o dispositivo não tiver um acumulador, ele só poderá funcionar enquanto estiver em um local iluminado. Já os aparelhos com baterias podem fornecer carga a qualquer hora do dia, além de serem carregados por outras fontes – porta USB do laptop ou tomada com conexão de 220V.
2. Tipo de fotocélulas – acredita-se que os monocristais absorvem a luz solar de forma mais eficiente (sua eficiência está entre 13-18%). Já os policristais têm um índice menor – cerca de 10-12%. É possível diferenciá-los até a olho nu – os painéis policristalinos têm um tom azul escuro, enquanto seus concorrentes são pretos.
3. Interface – carregadores solares universais são equipados com USBs informativos, onde você pode escolher a opção necessária dependendo do tipo de dispositivo descarregado. Alguns dispositivos também possuem um indicador de intensidade dos raios solares, que ajudam a determinar a localização ideal para uma carga rápida.
4. Proteção – a priori, todos os dispositivos possuem um sistema de segurança que permite sua utilização ao ar livre. Mas para os amantes de aventuras extremas, vale a pena procurar um aparelho com proteção reforçada contra chuva, poeira, sujeira, impactos e outras situações imprevistas.

Recursos adicionais geralmente são apresentados na função 'lanterna' ou 'luminária'. Isso pode ser útil não apenas para os amantes de atividades ao ar livre, mas também para motoristas – ao trocar um pneu ou fazer reparos em uma estrada à noite, a luz brilhante se tornará uma ajuda indispensável.

Entre outros bônus, os fabricantes podem oferecer um hub USB ou um ponto de Wi-Fi. Mas, é claro, qualquer complemento aumenta significativamente o custo final do produto. E se eles são realmente necessários – é você quem decide.

Em termos de intensidade de compras, os seguintes modelos lideram:

Recomendações gerais para utilização do carregador

Dispositivos com bateria embutida precisam ser totalmente carregados antes do primeiro uso, não sob o sol, mas da rede elétrica. Em seguida, conecte algum aparelho ao carregador para que ele receba a energia e descarregue o acumulador.

Depois disso, o painel pode ser colocado sob os raios para compensar a carga perdida. Para modelos que funcionam diretamente com o sol, essa regra não se aplica – eles podem ser imediatamente colocados em áreas iluminadas e conectar os aparelhos.

A maioria dos carregadores solares é projetada para operação em temperaturas de -20 a +45 graus, mas existem modelos especiais que funcionam em condições climáticas extremas, mas são fabricados sob encomenda.

Para maximizar a eficiência do carregador solar, recomendamos o seguinte:

1. Posicione o dispositivo de modo que os raios incidam no painel em um ângulo reto. Mesmo que o sol não esteja a pino, você pode dar ao carregador a posição correta, levantando-o em um ângulo de 40 graus com algum suporte. Assim, você poderá coletar de 20 a 30% mais carga do que se colocar o painel horizontalmente em um local iluminado.
2. Use o dispositivo junto com um power bank, não apenas nas paradas, mas também durante viagens de carro ou caminhadas. Essa combinação pode coletar energia para 2 a 3 cargas de telefone mesmo em tempo nublado, sem luz solar direta.
3. Lembre-se de que, na maioria dos dispositivos dobráveis, os painéis são conectados em série, por isso é importante que todos os elementos sejam iluminados uniformemente. Por exemplo, mesmo que uma sombra cubra apenas metade do primeiro de quatro painéis, a potência da bateria cairá pela metade.
4. Para que baterias de grande capacidade atinjam as especificações declaradas, recomenda-se 'condicioná-las' – descarregá-las completamente e depois carregá-las até 100%. Repita isso 3 a 4 vezes.
5. Durante um longo período de inatividade (um mês ou mais), armazene o carregador em temperatura ambiente. Se for um dispositivo com bateria interna, carregue-o previamente até 50-70%.

E um último conselho – mesmo que o carregador comece a funcionar mal ou pare completamente, não o desmonte sozinho para não danificar os componentes do sistema e o próprio gabinete. Um dispositivo desmontado perde automaticamente a garantia; portanto, é melhor entrar em contato com uma central de assistência autorizada ou com o fornecedor.

Como fazer um carregador solar com as próprias mãos?

Embora os carregadores modernos não sejam mais dispositivos premium e sejam bastante acessíveis para o consumidor comum, se você quiser economizar, sempre há a possibilidade de fabricar esse dispositivo você mesmo.

Exemplo de um dispositivo caseiro em um invólucro rígido feito de uma lata metálica, equipado com conector USB e conversor de energia para carregar dispositivos de baixa potência

 Para fazer um carregador solar simples, você precisa adquirir alguns elementos básicos:

• painel poli ou monocristalino;
• suporte para baterias;
• diodo Schottky de bloqueio;
• tomada para conector;
• controlador de carga (no entanto, se o carregador produzir 0,5-5V, você pode usar um conversor elevador mais barato para 5V em vez do controlador).

Quanto ao próprio painel, aqui você precisa fazer um pequeno cálculo da quantidade de elementos com base na potência do dispositivo que pretende carregar.

Por exemplo, se a corrente de carga da bateria for cerca de 10% de sua capacidade, para carregar uma bateria de 20.000 mAh será necessária uma corrente de 2A, e para alimentar o dispositivo serão necessárias cerca de 14 horas. Se você dobrar a corrente para 4A, o tempo de carga será reduzido para 7 horas.

Substituir o controlador por um conversor permitirá montar um carregador até mesmo usando uma bateria de baixa potência de uma luminária solar de jardim – ainda assim, você obterá os 5V necessários na saída (embora a carga demore bastante).

Dependendo dos parâmetros de corrente para o carregamento futuro (2 ou 4A), também são selecionados os elementos cristalinos. Normalmente, 1 peça gera cerca de 0,5V, ou seja, para obter pelo menos 5V, serão necessários 10-12 elementos.

Em seguida, eles precisam ser soldados em série. Se for usado um painel de lanterna, mesmo um padrão de 70x70 cm pode fornecer de 2,5 a 4,5V, por isso é melhor verificar com um voltímetro.

A etapa final – é colocar o carregador caseiro em qualquer moldura adequada (até uma lata de doces serve) e equipá-lo com um conector USB. Em seguida, deve-se soldar ao conector um diodo de bloqueio, assim como os fios do painel solar ao conversor e ao suporte, conforme o esquema abaixo.

O diodo Schottky é necessário para que, ao ligar o dispositivo, as baterias não descarreguem através do painel solar. Pode-se adquiri-lo, assim como outros componentes, em mercados de eletrônica ou na internet.

Resta verificar o funcionamento do dispositivo sob o sol com qualquer aparelho descarregado. Se estiver tudo certo, pode-se usar os adaptadores apropriados e carregar vários dispositivos.

Instruções fotográficas para quem gosta de fazer por conta própria

Montar um carregador compacto com porta USB para alimentar o telefone é fácil de fazer com as próprias mãos. Todos os componentes estão disponíveis para compra; em último caso, podem ser encomendados. O custo do artesanal é dezenas de vezes menor do que um produto fabricado em fábrica, especialmente se for amplamente anunciado.

Ao adquirir os componentes para montar o dispositivo, é preciso considerar que a bateria solar deve ser comprada com tensão de 5V ou mais. Sobre a tensão da bateria, já falamos, ela é de 3,7V. No entanto, não mencionamos um detalhe importante – na marcação ou nos documentos técnicos da bateria deve constar “PCB protection”. Isso significa que ela está protegida contra descarga profunda e sobrecarga.

Também serão necessários dois conectores de 2,5 mm: um com trava para o painel, o outro com fio. Também será necessário um circuito elevador para USB para fornecer corrente contínua.

Você já separou tudo o que é necessário? Vamos começar a montagem:

Além disso, é necessário soldar o diodo. Ele é conectado de um lado por um fio à bateria, do outro lado – ao pino central do conector. É aconselhável fazer as conexões soldadas o mais próximo possível do diodo, todos os nós devem ser protegidos com tubos termorretráteis ou, pelo menos, com gotas de cola.

As regras para seleção de painéis solares para equipar uma casa particular ou casa de campo são apresentadas no próximo artigo, dedicado a esta questão interessante.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Para ter uma ideia visual sobre carregadores solares e seus princípios de funcionamento, sugerimos assistir à nossa seleção de vídeos:

Dicas práticas e sugestões de como escolher um carregador para diferentes dispositivos. É possível ver o interior e estudar o esquema do monobloco junto com o autor deste vídeo:

Como montar um carregador movido a energia solar por conta própria:

Graças ao progresso técnico e às mentes brilhantes dos inventores que tornaram a energia solar acessível aos usuários comuns. Com esses carregadores, você não precisa se preocupar em ficar sem contato com a civilização durante o lazer no momento crucial.

Bem, se houver dificuldades na escolha do dispositivo, sempre é possível consultar profissionais que entendem de eletricidade.

Conte-nos como você usou o carregador solar em acampamentos, piqueniques ou viagens. Por favor, escreva comentários no bloco abaixo. Faça perguntas, compartilhe impressões e informações úteis sobre o assunto, publique fotos.