Мощная походная солнечная электростанция «Сол-1000»

Главная особенность этой электростанции — она модульная и масштабируемая. А как следствие этого — гибкость (возможность собрать тот комплект, который наиболее уместен в конкретном походе) и огромный запас «живучести», поскольку все критически важные элементы системы могут быть продублированы, а сама система легко «переконфигурируется» в экстремальной ситуации.

Ну а насчет остального — там все как и обычно у меня :) Максимально эффективно, надежно, водозащищенно, легко и компактно. Добротно и продуманно. Правда, не слишком дешево — но куды деваться? :)

Для кого (каких походов и ситуаций) задумана Сол-1000?

Как вариант «групповой» походной электростанции. Это когда довольно много разной «мелочевки» (смартофоны, фото-видео, навигаторы, рации, спутниковые дела, фонарики и прочее), каждая из которых постоянно жаждет электричества.

Наличие «особо прожорливых» потребителей энергии. Например, квадрокоптеры — им сколько ни дай, все будет мало, если часто запускаешь :) До кучи, у «серьезных» дронов (типа DJI или Mi) очень «капризные» к входным электрическим параметрам «родные» зарядки (что и правильно, дрон — игрушка дорогая, его беречь нужно) — так что заряжать его «вдали от розетки» не так-то и просто, есть там «подводные камни»…

Ну или, допустим, ноутбук — он, конечно, потребляет куда меньше коптера, но все же и не мало. А бывают ситуации, когда ноутбук просто вынужденно приходится с собой брать… Например, моей жене несколько раз удавалось уехать в отпуск только при одном непременном условии: что даже сидя на берегу озера, в нескольких километрах от ближайшей деревеньки, она срочно все бросает и начинает заниматься рабочими документами — если вдруг возник очередной «пожар» на работе :(

Разного рода «экстремальный туризм». Это когда нет возможности длительное время держать солнечную батарею на солнце и потихоньку накапливать энергию во внутреннем аккумуляторе/павербанке, но зато можно во время короткой остановки (например, на обед) быстренько развернуть солнечную батарею большой мощности и за время этого самого «перекуса» запастись энергией на будущее (а гаджеты заряжать, например, вечерком в палатке).

Собственно, даже в не особо солнечный день, Сол-1000 с 54Вт солнечной батареей за один час набирает энергии, вполне достаточной для полной зарядки аккумулятора смартфона/планшета (с учетом всех потерь на преобразованиях энергии в зарядных цепях) — проверено :) А уж если для остановки «на перекус» еще и подгадать время, когда выглянет солнышко — то вообще все отлично! :)

Ну и надо отметить, что в таком варианте использования (экстремальный туризм) особое значение приобретает такой фактор, как компактность всех элементов! А с этим у Сол-1000 все отлично, даже небольшая (2-3 человека) группа «эгоистов-каякеров» легко может распределить комплект электростанции между своими каяками, несмотря на крайне ограниченное там пространство для багажа.

Ну и ситуации, когда с солнцем все весьма печально обстоит… Это может случиться как летом где-нибудь «на северах», так и поздней осенью/зимой и в средней полосе. Тогда слабую инсоляцию приходится компенсировать увеличением мощности солнечной батареи.

Кстати, для таких ситуаций Сол-1000 может комплектоваться «морозостойкими» аккумуляторами Boston Power (они могут заряжаться до минус 20 градусов, а отдавать заряд до минус 40) — тогда не нужно переживать из-за возможной порчи или разряда аккумулятора, а солнце иногда проглядывает даже и зимой, так что все нормально. Но и как «летний» вариант, эти аккумуляторы тоже очень хороши — у них больше ресурс и они менее «капризны» и чувствительны к температуре (в т.ч. и к нагреву тоже, не только к морозу). Правда, немного меньше емкость — но кого это волнует при использовании в режиме «буферного аккумулятора», когда солнечная батарея всегда под рукой? О_о :)

Конструкция и параметры «Сол-1000»

Чтобы получить общее представление, лучше всего посмотреть обзорное видео на моем ютьюб-канале. С учетом этого, ниже я могу ограничиться «сухим языком цифр» :)

Солнечная батарея

Наращиваемой мощности, состоит из 18-ваттных модулей «полосок», соединяемых параллельно. Параллельное соединение здесь обеспечивает высочайшую надежность и «живучесть» всей системы в целом — даже если одна или больше таких полосок «трагически погибнет» (а в походах всякое случается), то оставшиеся продолжат свою работу.

Каждая такая «полоска» сделана, что называется, «по высшему разряду»:

Использованы т.н. «полугибкие» монокристаллические элементы от американской компании SunPower c КПД более 20% (этот показатель является рекордным среди всех массово выпускаемых солнечных элементов на данный момент).

Верхняя (рабочая) поверхность солнечной батареи покрыта специальной ETFE-пленкой (обычно применяемой только в «люксовых» вариантах солнечных батарей, поскольку дорогая). По сравнению с более традиционной и распространенной пленкой PET (из этого материала делаются пластиковые бутылки во всем мире), ETFE-покрытие прочнее, меньше царапается, устойчивее к ультрафиолету (не мутнеет со временем), пропускает больше света и меньше его отражает. А благодаря специальной «ячеистой» фактуре ETFE-покрытия оно также лучше работает под «косыми» углами к солнцу — что весьма существенно именно в походных условиях, когда нет возможности возиться с правильной ориентацией батареи на солнце.

Соединения панелей между собой выполнены с использованием сверхгибкого шлейфа (10 многожильных проводников) от американской компании Cicoil (а это официальный поставщик шлейфов и проводов для NASA), что позволяет многократно складывать/раскладывать батарею, не опасаясь поломки в месте перегиба.

Размеры: 135х145х17 мм в сложенном виде, 850х145 мм в разложенном.

Вес одной «полоски» — примерно от 350 до 500 грамм. Такой разброс объясняется очень просто: у меня есть разные солнечные модули/панельки (из разных партий), из которых я собираю свои батареи. В каких-то при ламинировании (заводском, естественно) было положено немного больше связующего клея (ЭВА), в какие-то — поменьше. Поэтому есть панели чуть потолще (и, соответственно, потяжелее), а какие-то — потоньше и полегче. И там, и там есть свои плюсы и минусы: более тяжелые панельки существенно сложнее повредить, они вообще «крепче». И их практически не деформирует после длительной эксплуатации на солнце, что иногда случается с самыми тонкими (впрочем, подобная деформация очень легко «лечится» нагревом феном и аккуратным «распрямлением» руками).

В общем, здесь все ровно также, как и абсолютно везде в туристском снаряжении — ты сам выбираешь, какой показатель для тебя приоритетнее: минимальный вес или прочность?

И как «полоски» соединяются:

Суммарный вес вот этой конкретной СБ из 3-х «полосок» на фото (мощностью 54Вт, причем ватты у меня «честные», а не «кетайские» :) — 1156 грамм.

Важный вопрос: а сколько таких солнечных «полосок» можно одновременно задействовать?

Это зависит:

а) От числа используемых контроллеров заряда (каждый имеет максимальный ток заряда до 5А). К одному контроллеру разумно подключать от одной до трех таких 18-ваттных «полосок» (т.е. до 54Вт). Использовать больше чаще особого смысла уже не имеет, поскольку на хорошем солнце часть потенциально доступной энергии контроллер тогда уже не сможет забрать. Впрочем, из любого правила бывают исключения — например, прошлым летом Сол-1000 плавала в экспедиции по Котую (плато Путораны), где априорно предполагалось, что солнца будет мало. Поэтому там на один контроллер вешалось 4 таких «полоски» (т.е. 72Вт) — и это себя полностью оправдало (квадрокоптеры исправно летали, все остальное «хозяйство» тоже пищало и светилось :)

Штатно в конструкции Сол-1000 предусмотрено подключение до двух контроллеров, работающих с независимыми группами солнечных батарей. Таким образом, Сол-1000 способен «заглатывать» в свой аккумулятор более 100Вт реальной мощности (с некоторыми оговорками, см. ниже).

б) От параметров внутреннего аккумулятора (т.е. от их количества и типа элементов). Здесь важно не превышать максимальный ток заряда аккумулятора (иначе он быстро деградирует, а может даже и выйти из строя), что необходимо всегда учитывать при выборе конкретной конфигурации Сол-1000.

Аккумулятор/павербанк

Используется крепенький и водонепроницаемый кейс (да-да, «бытовой» — но, кстати, сделан не в Китае, как обычно, а в Корее :) В стенку врезаны два одинаковых водозащищенных разъема («мама»). Вход или выход определяются распайкой подключаемого разъема «папа» (причем, там можно распаять и такой кабель, в котором одновременно будут провода и на вход, и на выход). Внутренняя коммутация такова, что на выход оба разъема могут использоваться одинаково (эти контакты запараллелены в разъемах), а вот вход у каждого разъема свой — это чтобы можно было развязать между собой входы двух независимых контроллеров заряда.

Кстати, кейс павербанка из прозрачного пластика — довольно удобно и практично! Можно сразу же увидеть через него и показания индикатора уровня заряда (в процентах), и текущий статус зарядки на светодиодике контроллера заряда (или даже двух контроллерах, зависит от конфигурации системы).

Размер кейса: 150х150х85 мм.

Внутри можно разместить от одного до четырех моих аккумуляторов (см. ниже). Причем, если аккумуляторов не максимальное количество (т.е. до трех штук), то внутри кейса еще остается свободное место для перевозки и хранения всей остальной «мелочевки» — провода с разъемами, USB-конвертеры и т.д. Это довольно удобно, когда вся эта «мелочь» в одном месте, к тому же в герметичном корпусе.

На фото внутри кейса  — два аккумулятора (каждый собран из 6-ти штук 18650 аккумуляторов Panasonic 3400, суммарная емкость всех 143 ватт-часа) плюс контроллер заряда и плюс два USB-конвертера (один с функцией «быстрой зарядки» и еще один «простой», но зато с тремя USB-выходами).

Вес этого конкретного «ящичка» (кстати, довольно мощного — с солнечной батареей, показанной выше, вполне могущего без проблем заряжать и крупные квадрокоптеры!), вместе с проводами/разъемами как от СБ, так и выходными — 1006 грамм. Т.е. суммарный вес всего этого комплекта — 2162 грамма (что, кстати, весьма неплохо — вес примерно аналогичного по возможностям и фунционалу комплекта от широко известного и везде рекламируемого Goal Zero выйдет чуть более 5 килограмм :)

Аккумуляторы у меня используются вот такие:

Внутри каждого аккумулятора стоит BMS с защитой и балансировкой. Защита осуществляется от перезаряда, переразряда (как индивидуально для каждой банки, так и в целом для аккумулятора) и короткого замыкания. А также есть ограничение по максимальному току в районе 7-8А.

И повторяю, внутрь корпуса таких аккумуляторов влезает до 4-х штук.

Внутри аккумуляторы соединяются параллельно в один большой. Это простая операция, не требующая никаких особых «ухищрений», достаточно того, чтобы соединяемые аккумуляторы не находились в полной «противофазе», когда один полностью заряжен, а другой полностью разряжен — и в итоге два аккумулятора начинают работать вместе как один большой аккумулятор удвоенной емкости).

Такой подход (очередное «распараллеливание» функций), помимо «базовых» модульности, гибкости и «живучести» системы, здесь дает еще один важный плюс — с Сол-1000 можно совершенно легально и невозбранно летать самолетами! Дело в том, что по правилам ICAO (которых вынуждены придерживаться все авиакомпании мира), запрещается провоз на борту пассажирского самолета аккумуляторов с емкостью более 100 ватт-часов. Теоретически, если обратиться заранее в авиакомпанию за разрешением и как-то обосновать свой запрос, то в некоторых случаях персонально тебе могут выдать разрешение на провоз аккумулятора до 160 ватт-часов (но с таким же успехом могут и не выдать, а послать в известном направлении :) — но в любом случае, 160 ватт-часов, это уже все, предел… А вот до 100 ватт-часов никакого специального разрешения оформлять не нужно, просто берешь и везешь (в ручной клади, естественно — сдавать в багаж категорически запрещено). И особый «цимес» здесь в том, что одному человеку обычно разрешается провозить несколько таких «маленьких» аккумуляторов! :)

Так что самолетом аккумуляторы Сол-1000 провозятся по отдельности (емкость каждого 71.5 ватт-часов, что ниже установленного предела), а потом элементарно снова собираются в один большой.

Вес одного аккумулятора (вместе с соединительным разъемом) — 315 грамм.

Что же касается аккумуляторов на базе «морозостойких» Boston Power, то они примерно такие же по размеру, весу и цене :) Поэтому можно собрать комплект на тех или других, либо же «вперемешку». Например, летом, когда потребности в энергии обычно больше, можно использовать все аккумуляторы вместе. А зимой, когда разных гаджетов с собой обычно меньше таскается, оставить в павербанке только «морозостойкие»…

Контроллеры и конвертеры

Контроллер заряда — давно мною проверенный и любимый (собранный на отличном чипе от Texas Instruments «BQ24650») с максимальным током заряда до 5А и настраиваемым MPPT. Практика показала, что даже на полной мощности (а зарядка аккумулятора 3S током 5А — это не мало) потери там настолько мизерные, что существенного нагрева не происходит даже в замкнутом боксе, без радиатора и внешней вентиляции. Впрочем, роль своеобразного «радиатора» у меня выполняет защитная металлическая коробочка, внутри которой находится плата контроллера. Ну и размер выбранного кейса позволяет оставить некоторый запас пространства для внутренней циркуляции воздуха… Это позволило весь «павербанк» сделать герметичным.

Таких контроллеров, повторяю, может быть установлено два — каждый для своей группы солнечных батарей.

Что касается разных конвертеров (преобразователей) напряжения, то наиболее «популярные» представлены на фото:

Слева направо:

а) Очень неплохой по эффективности и мощности (более 3А на выходе) конвертер в 5В с тремя выходными USB-разъемами. Без «быстрой зарядки», но хорошо себя показал (исполнение абсолютно герметичное).

б) Также USB-конвертер, но только с функцией «быстрой зарядки» (до 18Вт). КПД чуть-чуть похуже (на несколько процентов), чем у предыдущего, но возможность «быстрой зарядки» — неплохая вещь, учитывая, что очень многие современные гаджеты ее поддерживают.

в) Мощный повышающий конвертер с выходом на гнездо автомобильного прикуривателя и напряжением 13.8В (это напряжение полностью заряженного «свинцового» автомобильного аккумулятора). Мощность на выходе до 130Вт — этого вполне хватает для зарядки аккумуляторов крупных квадрокоптеров (автомобильная зарядка того же «квадрика» от DJI в «пике» может забирать около 90Вт — но вообще, заряд «квадриков» — это отдельная тема).

Типовой минимальный комплект «Сол-1000»

Некоторая практика использования Сол-1000 (скорее, его различных «прототипов» — но не суть) уже накопилась разными людьми, что позволяет сформулировать некий «типовой» минимальный комплект — вполне пригодный для большинства заявленных целей, кроме разве что зарядки мощных квадрокоптеров (это отдельно, там много всякого). При этом спокойно запитывать небольшой ноутбук (типа нетбука) — абсолютно без проблем, равно как и всяческую смартфонно-фотиковую «мелочь» в достаточно большом количестве.

В этом комплекте:

  • Солнечная батарея — 2 «полоски» (36Вт). Этого достаточно и для уверенной работы, и остается резерв на случай поломки.
  • Аккумулятор — достаточно одного.
  • Контроллер заряда — естественно, один.
  • И два USB-конвертера (описанных выше).

Полный вес такого комплекта будет в районе 1.5 кг (плюс-минус «мелочь», в зависимости от выбранных солнечных батарей и прочих дополнительных опций). И при этом это вовсе не «игрушка», это реальная «походная электростанция»!!! :)

Если коротко, то пока все :) Я еще неоднократно буду писать в блоге и делать видео по разным аспектам  Сол-1000 — тема неисчерпаемая и накопилось множество полезных «лайфхаков» по использованию… А сама походная электростанция получилась неплохой! :)