Походная солнечная электростанция «Сол-500»

Внимание: сейчас появилась уже третья версия солнечной электростанции с некоторыми полезными дополнениями (а описание я пока не полностью успел подправить, а главное — не успел снять «обзорное видео» по последней версии): отличия второй версии можно посмотреть на парочке видео в моем ютьюб-канале: Один и Два, Главное отличие третьей от второй: в корпус павербанка врезан (водонепроницаемо) дополнительный разъемчик (сидящий на общей «шине» с остальными разъемами от аккумулятора) и провод от солнечной батареи теперь подключается к этому разъему. При этом диод Шоттки перенесен в сам провод к СБ. Ну а нижеприведенные фотографии  — частично из разных версий, хотя большая часть из последней :)

Сол-500 — это намного больше, нежели просто солнечная батарея или павербанк. Это именно походная солнечная электростанция, целиком использующая всю доступную ей энергию солнца, причем с максимально возможной эффективностью и минимальными потерями!

Ну а поскольку ключевое слово здесь походная, то она имеет рекордно малый вес (весь комплект весит всего 500 грамм!), очень компактные размеры, и всепогодное исполнение. Благодаря этим качествам ее легко возить, легко пользоваться и совсем не надо беспокоиться о дожде, росе и прочих мелких неприятностях.

Это продукт для туристов, сделанный туристом! Я сам и делаю, и сам же постоянно тестирую сделанное :)

Главный приоритет при создании — надежность! Вовсе не на пустом месте родилась поговорка: Электроника — это наука о плохих контактах!  :) Эксплуатация электроники «на природе» и «дома» — это две огромные разницы… Влажность (а то и просто сплошная вода), перепад температур и воздействие ультрафиолета — крайне агрессивные факторы для любой «домашней» электроники. И здесь у меня приложен максимум возможных усилий, методов и средств для того, чтобы все это нормально работало в самых жестких условиях, и «каши бы не просило» :) Это и надежные разъемы (все с заведомым запасом по мощности, с учетом нейтрализации возможных потерь из-за коррозии), и провода (только очень «мягкие» многожильные медные, иногда дублированные или даже троированные для надежности, и обязательно всегда только в силиконовой изоляции), и все остальные соединения (везде либо пайка, либо же точечная сварка). Ну и, естественно, комплексные «эшелонированные» методы защиты от влаги…

Ну а еще — поскольку встроенный павербанк оптимально согласован с солнечной батареей как по напряжению, так и по (безопасной) емкости — то он всегда поддерживает солнечную батарею в режиме выработки максимально возможной (для данных условий освещения) мощности! Это очень важно — в большинстве случаев использования «типовых» солнечных батарей (и зарядки от них гаджетов «напрямую») потенциальная мощность солнечной батареи не используется даже и на половину… :( У меня же нет никаких вариантов для солнечной батареи «сачкануть» и отвертеться от своих прямых обязанностей — постоянно вырабатывать электро-энергию на максимуме своих возможностей! :)

Небольшой видео-обзор электростанции.

Базовый комплект Сол-500 включает в себя (все фото «кликабельны»):

1. Складная солнечная батарея мощностью 12Вт и напряжением 12В. Размеры: 135х145х10 мм в сложенном виде, 295х290х2 мм в разложенном. Вес — 240 грамм.

В батарее использованы т.н. «полугибкие» моно-кристаллические элементы 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.

Солнечная батарея крупным планом — вид сверху:

Вид снизу:

2. Литий-йонный буферный павербанк с номинальным напряжением 11.1В и емкостью 3200мАч (в пересчете на «традиционные» павербанки с напряжением аккумулятора 3.7В это будет эквивалентно емкости 9600мАч).

В павербанке стоит «умный аккумулятор», собранный по схеме 3S1P из 3-х аккумуляторов Panasonic 3400мАч (их емкость в реальных условиях эксплуатации, а не «стерильно тестовых», все же не 3400мАч, а скорее 3200мАч с мелочью — поэтому именно ее я и указываю) . В аккумуляторе есть плата BMS (Battery Management Sysytem), обеспечивающая полную защиту этого аккумулятора и т.н. «балансировку» его элементов (выравнивание напряжений на аккумуляторах).

Обеспечиваются следующие виды защиты: от перезаряда (не выше 4.25В на каждую банку), от переразряда (не ниже 2.5В на каждую банку), от короткого замыкания, от разряда или заряда слишком большим током (более 4А).

Напряжение и емкость этого буферного павербанка-аккумулятора ИДЕАЛЬНО согласованы с напряжением и мощностью используемой солнечной батареи, что позволило предельно упростить схему зарядки аккумулятора (оставив там всего-лишь диод Шоттки для предотвращения обратной утечки в темное время суток), при этом все время поддерживая напряжение на солнечной батарее довольно близко к ее рабочей точке (т.н. «точка максимальной мощности»). А чем проще — тем надежнее, да и эффективнее, как правило…

Размер павербанка — 95х70х36 мм. Вес — 230 грамм.

Павербанк выполнен во «всепогодном» исполнении, т.е. никакие осадки в виде дождя, росы и брызг ему не страшны. Но все же полной 100% водозащиты здесь нет (т.е. окажись павербанк целиком в воде, некоторое количество ее все же потихоньку просочится под крышку) — это необходимо учитывать. Впрочем, вся электроника внутри павербанка защищена от воды в индивидуальном порядке (защитные лаки, спреи, силиконовые герметики) везде, где это оказывалось возможным — поэтому даже в случае намокания (например, при оверкиле судна у туристов-водников) ничего страшного не произойдет — достаточно вылить воду и немного подсушить. Ну а если вероятность «купания» в воде все же довольно высокая, то лучше поместить павербанк в гермочку.

В павербанке есть два наружных «входных» провода для подсоединения к солнечной батарее и два разъема внутри (под крышкой) для подключения пользовательских потребителей энергии. По-умолчанию, к одному из этих двух разъемов подключен индикатор уровня заряда павербанка — но его всегда можно отключить, если вдруг возникнет такая необходимость.

На фото — павербанк со снятой крышкой:

Обозначенные элементы:

  1. Разъем от павербанка к солнечной батарее (он в одной цепи с разъемами 4 и 8).
  2. Коннектор к солнечной батарее (под синей термоусадкой — диод Шоттки).
  3. Аккумулятор павербанка (может извлекаться для перевозки самолетом или, например, замены).
  4. Выходной «базовый» разъем павербанка (именно в него «штатно» втыкаются USB-конвертер и прочие устройства).
  5. Разъем подключения собственно аккумулятора к «шине» павербанка.
  6. Конвертер в USB с поддержкой «быстрой зарядки» QC2/QC3.
  7. Индикатор уровня заряда аккумулятора (горит после нажатия красной кнопочки). Светодиодная шкала (25-50-75-100%).
  8. Разъем подключения индикатора уровня заряда (по умолчанию). Поскольку параллельно соединен с разъемами 1 и 4, то индикатор можно спокойно отключать, а вместо него подключать что-нибудь другое (например, второй USB-конвертер).

Небольшой видео-обзор конструкции павербанка.

А также про дополнительные возможности и разные полезные вещи: Сол-500: фокусы с павербанком

3. Преобразователь напряжения в 5В и USB-разъем для подключения usb-гаджетов (а это подавляющее большинство смартфонов, планшетов и т.д.).

Преобразователь понижающий, с неплохим КПД в районе 90% и поддержкой «быстрой зарядки» — как минимум, зарядку на 18Вт (9В 2А) я неоднократно наблюдал на разных заряжаемых гаджетах.

Этот преобразователь обычно хранится внутри корпуса Сол-500 (места там немного, но он туда влезает).

Еще я в качестве «бонуса» (а заодно и для «подстраховки») отдельно комплектую Сол-500 еще и вторым USB-конвертером (без «быстрой зарядки») — его можно держать как запасной, а можно и подключать все одновременно.

На фото ниже — оба конвертера (слева — «основной», справа — «запасной»):

А вот пример использования обоих конвертеров одновременно (от «основного» заряжается смартфон, который сам с поддержкой «быстрой зарядки» — поэтому ему она только в радость, а от «запасного» заряжается фонарик):

Вот эти элементы составляют стандартный базовый комплект солнечной электростанции Сол-500. Суммарный вес этого комплекта — 500 грамм.

В дополнение к стандартному комплекту есть также великое множество всевозможных дополнительных опций, заказываемых отдельно… Некоторые из них представлены на этом фото:

В частности, могу порекомендовать сверхкомпактную универсальную зарядку для литий-ионных (литий-полимерных) аккумуляторов с двойным напряжением заряда (7.4В и 3.7В). См. описание.

Ну и главный вопрос: а как же всем этим пользоваться?

В общем-то, это все предельно просто:

а) Всегда, когда есть такая возможность, держите павербанк подключенным к солнечной батарее (а все это вместе, естественно, на улице — где бывает солнечный свет).

б) В любой момент времени, когда вам необходимо подзарядить свой гаджет, просто снимаете крышку павербанка, подключаетесь к его внутреннему разъему (если гаджет требует зарядки от USB — то значит, через преобразователь напряжения) и спокойно заряжаетесь.

в) Зарядились — отключаетесь (в смысле, отсоединяете USB-конвертер — он даже на «холостом ходу» немного, но все же тратит энергию).

Павербанк может одновременно работать и с солнечной батареей, и с вашими гаджетами — поэтому нет никакой необходимости отсоединять СБ на время зарядки ваших гаджетов (впрочем, это не возбраняется — например, если гаджеты заряжаются вечером в палатке, то павербанк вполне логично отсоединить от батареи для удобства). Но, при прочих равных, режим т.н. «сквозной зарядки» (это когда одновременно и павербанк подключен к солнечной батарее и от него заряжаются гаджеты) всегда будет несколько эффективнее за счет того, что при этом меньше потерь на электро-химическом преобразовании в аккумуляторе Сол-500.

г) Ну и с точки зрения эффективности всей системы в целом всегда лучше, если уровень заряда в аккумуляторе больше 50% (т.е. горят 2, 3 или 4 светодиода). Без особой необходимости старайтесь не «высаживать» аккумулятор «в ноль» — это одновременно и быстрее «убивает» аккумулятор, и снижает общую производительность Сол-500.

Кстати, это же замечание относится и ко всем без исключения литиевым аккумуляторам (например, к аккумулятору смартфона)!!! В отличие от «никелевых», у них нет «эффекта памяти», поэтому их не нужно полностью разряжать (более того, нужно стараться, чтобы этого никогда не случалось). А также и с точки зрения как сохранности аккумулятора, так и потерь энергии на его зарядку, всегда лучше делать «маленькие циклы» заряда — например, разрядился он примерно до половины — взяли и подзарядили!