Складная туристическая солнечная батарея на 10 китайских ватт: выясняем реальные возможности
Современному настоящему туристу (который с рюкзаком ходит, а не который в зарубежном отеле «всё включено» сидит) в походе жизненно необходимо электричество. В первую очередь оно нужно для подзарядки смартфона и/или навигатора, во вторую очередь — для поддержания жизнеспособности фонариков, в третью очередь — для всего остального. В особо сложных походах может требоваться и подзарядка средств спутниковой связи и спасения (они должны быть в постоянной боевой готовности, и очень хорошо, если не потребуются). И вот здесь на помощь приходят туристические солнечные батареи (часто именуются туристическими солнечными панелями, но называть батареями — правильнее).
Цена солнечной батареи на дату обзора — $22.3 (в дальнейшем может меняться). В продаже есть и аналогичная батарея, но не с пятью, а с четырьмя солнечными элементами. Её цена — $20.4, но её покупать нет смысла (значительная потеря в энергии при незначительной экономии в стоимости). Производитель заявляет для батареи мощность в 10 Ватт. Но так ли это, и на сколько именно «ошибся» производитель — разберёмся по ходу обзора.
Прежде чем перейти к обзору, разберёмся с ближайшим конкурирующим решением: павербанком со встроенной солнечной панелью.
Сравнение полезности туристических солнечных батарей и павербанков с солнечными панелями
Часто можно встретить рекламу павербанков со встроенными солнечными панелями в качестве походных устройств для туристов. Выглядят они примерно так:
Но, уважаемые читатели, их полезность для зарядки от солнечной энергии крайне мала.
Главная, но не единственная, причина их слабой пригодности для преобразования солнечной энергии — маленькая площадь солнечного элемента. Элементы такой площади могут отдать от 0.5 до 1.5 Вт мощности даже на прямом солнечном свете (в зависимости от площади и других факторов). В результате для зарядки типового павербанка с ёмкостью 10000 мА*ч (37 Вт*ч) может потребоваться несколько дней. А если погода будет не очень солнечная, то павербанк вообще так и не зарядится за весь поход.
Вторая причина — это потеря КПД при передаче заряда от павербанка к смартфону. Сначала от солнечной батареи должен зарядиться аккумулятор в павербанке, а затем энергия от аккумулятора павербанка должна быть передана аккумулятору смартфона. Типовой КПД павербанков при передаче энергии на смартфон составляет 65-75%. Соответственно, при прямом заряде смартфона от туристической солнечной батареи этих потерь не будет.
Третья причина — это перегрев аккумулятора в павербанке при зарядке от прямого солнечного света. Предмет, лежащий на солнцепёке, может нагреваться на 20-30 и более градусов выше температуры окружающей среды. Для литий-ионных аккумуляторов такой нагрев вреден и приводит к преждевременному старению аккумулятора (с соответствующей потерей ёмкости, если его заряжать таким способом систематически).
И, наконец, последняя причина, которая может и не состояться: некоторые производители припаивают солнечную панель в павербанках напрямую к аккумулятору, минуя контроллер. В этом случае аккумулятор может ещё страдать и от перезаряда, если вдруг не остановить зарядку, когда он уже заряжен до 100%. В качестве итога можно сказать, что пользоваться такими павербанками для зарядки от солнечного света можно только в чрезвычайных, когда другого выхода нет. Во всех прочих случаях такие устройства лучше заряжать классическим способом — от сетевого адаптера, если Вы уже стали владельцем подобного девайса.
Теперь можно вернуться к основному предмету обзора.
Конструкция туристической солнечной батареи
Тестируемая туристическая солнечная батарея состоит из 5-ти солнечных панелей и аналогичного по форме блока контроллера, т.е. всего в устройстве 6 пластин. Так солнечная батарея выглядит в разложенном виде:
Обратите внимание на разные соединительные промежутки между панелями. Так сделано, чтобы при складывании батареи получилась аккуратная стопка панелей, т.к. внешние витки при складывании получаются длиннее внутренних.
Панели соединены с помощью очень мягкого кожзаменителя. Интересно, что панели не просто вставлены в карманы, а очень плотно приклеены к кожзаменителю как с задней стороны, так и с передней (по периметру). Благодаря этому обеспечивается защита выходных контактов солнечных панелей от влаги. Сами панели имеют матовую поверхность.
Думается, что это — дань эстетике, поскольку вряд ли матовая поверхность даст увеличение КПД по сравнению с глянцевой поверхностью. Размер активной части каждой солнечной панели составляет 134*65 мм, т.е. 0.871 кв. дм. Все пять панелей соединены параллельно.
В отличие от солнечных панелей, блок контроллера не столь надежно защищён от влаги. На блоке контроллера предусмотрено два запараллеленных выхода: UBS (универсальный) и micro-USB (увы, постепенно отмирающий вид соединения). В контроллере есть встроенный в него кабель micro-USB с длиной шнура 75 мм.
Корпус контроллера представляет собой две пластиковых половинки, соединённых защёлками и парой шурупов без проклейки или резиновых уплотнителей. С нижнего торца контроллера расположен стандартный USB-порт:
Слева от порта USB находится прямоугольное отверстие для видимости излучения индикаторных светодиодов (об их работе будет рассказано далее).
Раскроем корпус контроллера:
Половинки корпуса соединены очень плотно, но резиновых уплотнений или проклейки по периметру нет.
В результате не исключена возможность попадания влаги, если солнечная батарея окажется полностью погруженной в воду. Такие ситуации возможны, например, при переходе речек вброд, переворачивании байдарок и при других туристических приключениях. Для подобных случаев рекомендуется позаботиться о дополнительной защите устройства.
И, конечно, оставлять устройство прямо под дождём тоже не рекомендуется.
Теперь изучим плату контроллера:
Соединения платы с солнечными панелями и с выходным micro-USB разъёмом выполнены тонким многожильным проводом, устойчивым к перетиранию на изгибах (как в проводах наушников). На плате, помимо обвязки, размещены два чипа: понижающий DC-DC преобразователь XL1410E1 и сдвоенный операционник LM358.
Вопрос: зачем нужен преобразователь; или почему нельзя смартфон (или другое устройство) запитать напрямую от солнечной батареи?
Для зарядки смартфонов и большинства других устройств, нужных туристу, требуется напряжение 5 Вольт. Но от солнечной батареи невозможно получить напряжение ровно 5 Вольт — оно будет меняться в зависимости от освещённости и уровня нагрузки. Решение проблемы: применить солнечные батареи с более высоким номинальным напряжением; а до уровня 5 В довести его с помощью понижающего импульсного DC-DC преобразователя. Такие преобразователи имеют более высокий КПД, чем линейные, и решают задачу понижения напряжения до требуемого уровня почти без потерь энергии.
Кстати, преобразователь XL1410 имеет также функции термозащиты и защиты от короткого замыкания, что также поможет выживаемости устройства в условиях туристического похода. Максимально допустимый ток выхода для этого преобразователя — 2 Ампера.
Операционник на плате выполняет функцию полного отключения напряжения на выходе, если напряжение солнечной батареи слишком мало (ниже, чем примерно 3 В). Нужна ли ещё и такая защита — не уверен, но она есть. Напряжение холостого хода на выходе солнечных панелей при наилучших условиях освещения, поступающее на вход преобразователя, составляет 7.1 В.
На плате расположены два светодиода: красный и зелёный (на следующем фото — в левом нижнем углу платы):
Красный светится, если на выходе есть напряжение (к работе готов). Зелёный светится, если на выход подключена нагрузка с током от 0.28 А и выше.
В сложенном виде туристическая солнечная батарея получается довольно компактной. В комплект также входят карабин и компас. С помощью карабина можно повесить батарею на дерево или на заднюю сторону рюкзака при движении, и т.п.
Что касается компаса — то это очень дешевое и примитивное устройство, работает плохо, стрелка иногда застревает. В общем, годится только как украшение.
Ещё одна не очень полезная часть комплекта — дополнительный micro-USB кабель 30 см. Зачем он тут — не знаю.
В сложенном виде солнечная батарея занимает примерно столько же места по площади, сколько типовой смартфон с экраном 5.5 — 6 дюймов:
Для транспортировки солнечная батарея получается очень компактной и занимает мало места. Её вес — тоже весьма умеренный — 260 грамм. Теперь пора оценить её полезность при использовании по прямому назначению — как источник энергии.
Испытания туристической солнечной панели в условиях, приближенных к боевым
Испытания проводились в начале июня на широте 56 градусов с.ш. (эти данные очень важны для работы солнечных батарей, подробнее будет в заключении). Кстати, вблизи этой широты расположены такие крупные города, как, например, Нижний Новгород, Казань, Омск, Новосибирск, и даже Москва, Копенгаген и Эдинбург.
Пример применения туристической солнечной батареи на природе:
Для создания оптимального угла наклона под батарею можно что-нибудь подложить, например, кусок бревна, как на фото. А вот питаемое устройство (смартфон) располагать, как на фото, не надо. Во избежание перегрева его надо положить в тень; или хотя бы прямо под эту же батарею.
Вернёмся к методике испытаний.
При испытаниях нагрузка повышалась до тех пор, пока напряжение на выходе батареи не упадёт до уровня примерно в 4.2 В. Это напряжение — точка максимальной зарядки большинства литий-ионных аккумуляторов, т.е. при более низком напряжении зарядного устройства аккумуляторы не смогут зарядиться на 100%. При самых наилучших условиях (полдень, открытое место, ориентация батареи перпендикулярно солнечным лучам) максимальный ток, который удалось «выжать» из батареи, составил 1.14 А:
Итого, отдаваемая мощность составила 5.04 Ватт, т.е. почти точно в 2 раза ниже заявленной производителем.
Надо сказать, что такой обман далёк от предельного, который можно встретить в рекламе китайских солнечных батарей. Там могут заявить мощность и в 10 раз больше реальной!
Кроме того, надо отметить, что все поголовно производители солнечных батарей указывают отдаваемую мощность для «идеальных» условий, которых у нас не может быть: замер должен быть произведён вблизи экватора точно в астрономический полдень при строго перпендикулярно падающих лучах Солнца и при абсолютно прозрачной атмосфере. Такие условия могут реально существовать в некоторых пустынных районах Южной Америки (в африканской Сахаре слишком пыльно).
Теперь — измерение при горизонтальном положении батареи (без наклона в сторону Солнца):
Мощность снизилась до 4.37 Вт. То есть, наклонять батарею на Солнце всё-таки смысл есть, если погода безоблачная или с умеренной (не сплошной) облачностью. Как увидим дальше из таблицы, чем ниже положение Солнца, тем важнее правильный наклон батареи.
Далее в таблице сведены данные этих и других измерений при разной погоде и в разное время суток:
| Условия измерения | Угол Солнца над горизонтом |
Ток выхода солнечной батареи |
| Полдень, Солнце светит перпендикулярно батарее | 57° | 1.14 А |
| Полдень, Солнце, батарея лежит горизонтально | 57° | 0.99 А |
| 18:00, Солнце светит перпендикулярно батарее | 23° | 0.93 А |
| 11:00, полупрозрачная облачность, батарея лежит горизонтально | 53° | 0.72 А |
| 18:00, Солнце, батарея лежит горизонтально | 23° | 0.44 А |
| 11:30, сплошная лёгкая облачность, батарея лежит горизонтально | 55° | 0.42 А |
| Полдень, «рваная» облачность 5 баллов, в тени облаков, батарея лежит горизонтально | 57° | 0.25 А |
| 9:30, сплошная тяжелая облачность | 44° | 0.07 А |
| Помещение, светодиодная лампа 10 Вт на расстоянии 1 м | — | 0 А (преобразователь не включился) |
Угол Солнца над поверхностью рассчитывался с помощью этого сервиса.
Мораль из этой таблицы: эффективность батареи крайне сильно зависит от погодных условий и правильного угла наклона батареи (может изменяться в разы). При тяжелой сплошной облачности батарея становится практически бесполезной.
Реальная удельная отдача энергии от панели при наилучших условиях составляет 1.16 Вт/кв. дм (с активной поверхности, без учёта обрамления, естественно). Эта цифра может пригодиться при оценке других солнечных батарей.
Возможные проблемы
Один из покупателей этой батареи обратил внимание, что после 6 часов использования на прямом Солнце произошло отслаивание края «кармана» одной из панелей от самой панели:
Возможно, есть смысл класть панель для работы на проветриваемом месте, например, подкладывать под панель что-либо для создания воздушного промежутка между панелью и поверхностью под батареей. Также лучше не класть батарею на горячие камни и т.п. Кроме того, не следуют прикладывать сдвигающее или растягивающее усилие к материалу оболочки батареи. Такая ситуация не исключена и с другими солнечными батареями, за исключением тех из них, которые находятся в жестких корпусах или заламинированы в пластик. С тестируемой батареей пока такого случая не было, но и большой жары в наших краях тоже пока не было.
Итоги и выводы
Протестированная туристическая солнечная батарея показала свою пригодность для использования в турпоходах, но при этом надо учитывать множество нюансов.
- Солнечная батарея не может выдать обещанные 10 Вт даже в наилучших условиях (реальная мощность — до 5 Вт). Если трезво смотреть на её возможности, то она в состоянии обслужить в походе только одно непрерывно используемое устройство (смартфон, навигатор и т.п.).
- Эффективность солнечной батареи (не только этой, но и вообще любой) крайне сильно зависит от сезона, угла наклона батареи, погоды и географической широты. Для средних широт лучше не надеяться на солнечную энергетику в период с осеннего до следующего весеннего равноденствия.
- Рекомендация: в походе надо подзаряжать своё основное устройство при каждой возможности, не дожидаясь, например, когда заряд дойдёт до 50%. Иначе, в случае длительного ухудшения погоды, в течение длительного времени будет невозможна и подзарядка.
- Не возбраняется взять с собой в поход, помимо солнечной батареи, ещё и небольшой павербанк на 5000 — 10000 мАч. Он может пригодиться для экономного использования в крайних случаях (при затяжном ненастье).
- Для краткосрочных походов (или краткосрочных переходов между пунктами доступа к розетке до 3-х дней включительно) лучше вообще не связываться с солнечными батареями, а взять с собой 1-2 мощных хорошо заряженных павербанка (от 20000 мАч).
Теперь снова вернёмся к позитиву.
Кроме использования в походах, эта солнечная батарея подойдёт для подзарядки мобильных устройств в самых различных местах, не соединённых с централизованным источником электроэнергии (туристические приюты, горные домики, охотничьи и рыбачьи избушки и т.п.).
Данная модель солнечной батареи имеет несколько других модификаций с разным числом панелей — от 1 до 4. С точки зрения энергетической и экономической полезности нет смысла приобретать батареи с числом панелей менее 5-ти.
Конечно, существуют и более мощные панели, чем протестированная в этом обзоре, но и места они тоже занимают больше; и не всегда столь же удобны для транспортировки.
Купить эту туристическую солнечную панель можно, например, здесь.
Всем спасибо за внимание!
Как зарядить чайник солнцем: физик отвечает на вопросы о солнечных батареях
Как собрать собственную солнечную станцию? Будет ли она работать в пасмурную погоду? На сколько хватит заряда от солнца? Ответы на эти и другие вопросы уже здесь.
Сначала — немного матчасти: чем солнечная панель отличается от батареи и станции
Я заметил, что иногда люди путают солнечные панели, батареи и станции. Чтобы дальше было проще читать статью, расскажу, что есть что. Солнечная панель — это одна пластина, состоящая из небольших квадратов. Она дает мало электроэнергии и не зарядит ваш ноутбук сама по себе.
Одно такое полотно — это солнечная панель
Солнечная батарея — несколько панелей, объединенных в одну. У батарей с большой площадью мощность выше, а значит, они могут запитать сразу несколько электроприборов. Но чтобы батарея заработала, нужно собрать станцию.
Чем больше солнечных панелей в батарее, тем быстрее накапливается солнечная энергия
Солнечная станция — целое сооружение, которое преобразовывает солнечную радиацию в электроэнергию и питает электроприборы.
Примерно так выглядит солнечная станция
Из чего сделана солнечная панель и как она работает?
Солнечные панели делают из кремния. Изначально он представляет собой кварцевый песок: его очищают под воздействием высоких температур и получают технический кремний. Затем кремний спрессовывают в кубы, которые впоследствии нарезают на пластины толщиной примерно 180 микрон — это не больше толщины трех человеческих волос. После на одну кремниевую пластину наносят немного бора, а на другую — фосфора. Обе пластины соединяют между собой. В слое «кремний + фосфор» возникают свободные электроны, а в слое «кремний + бор» — отсутствующие электроны. Чтобы солнечная панель начала вырабатывать ток, электронам нужно «перемешаться». Для этого они должны преодолеть расстояние между кремниевыми пластинами, но им не хватает энергии для этого. Тут в дело вступают солнечные лучи: когда они попадают на панель, у электронов появляется энергия для передвижения. Так возникает ток, от которого уже работают электроприборы.
Как запитать от солнечной батареи электроприбор?
- Солнечные панели — количество зависит от того, сколько электроэнергии вам нужно получить.
- Контроллер — соединяет солнечную панель и аккумулятор, передает энергию от аккумулятора инвертору. А еще контроллер защищает аккумулятор от слишком высокого напряжения и от переразряда. Без контроллера аккумулятор может выйти из строя.
- Аккумулятор — хранит энергию, полученную от солнечной панели. Передает энергию инвертору с помощью контроллера.
- Инвертор — забирает постоянный ток из аккумулятора, преобразовывает его в переменный и передает электроприборам.
Чтобы солнечная энергия помогла вскипятить чайник и зарядить ваш смартфон, нужно соединить все эти устройства
Сколько электроэнергии можно получить от одной панели?
Однозначно на этот вопрос ответить не получится. Эффективность солнечной панели зависит от нескольких факторов:
- от расположения панели — на северной стороне меньше солнца, на южной — больше;
- облачности — если небо затянуто тучами, панель будет заряжаться медленнее;
- перпендикулярности лучей — если они падают на панель по касательной, эффективность панели будет ниже;
- чистоты панели — налет пыли или слой снега мешает получить максимум солнечных лучей;
- температуры окружающей среды — если она выше 25 °C, эффективность панели снижается.
В идеальном мире абсолютно чистая панель расположена на южной стороне ската, солнечные лучи падают строго перпендикулярно, на небе ни облачка, а температура окружающей среды не поднимается выше 20–21 °C. Тогда батарея из трех самых простых панелей площадью 2 м2 выдаст за восьмичасовой световой день максимум 2500 Вт·ч электричества. Этого хватит, чтобы вскипятить чайник примерно 13 раз.
Но в реальности цифры будут ниже, потому что панель покрывается пылью, солнечные лучи часто рассеиваются из-за туч и облаков, а световой день в России большую часть года короткий. А еще панель нагревается на солнце, и это тоже снижает ее эффективность.
Нет отзывов и оценок
Насколько быстро заряжается аккумулятор солнечной станции?
Это зависит от количества панелей, характеристик аккумулятора и контроллера. Чем больше панелей в солнечной станции и чем меньше емкость аккумулятора, тем быстрее он зарядится.
Давайте разберемся на примере. У каждого аккумулятора есть максимальный ток — он влияет на скорость зарядки. Допустим, в станции используется аккумулятор с максимальным током зарядки 20 А. Если взять панели суммарной мощностью 300 Вт и заряжать аккумулятор максимально допустимым током в 20 А, можно получить максимум энергии за 5 часов .
В пасмурную погоду солнечные панели совсем не заряжаются и не работают?
Ясная погода и прямые солнечные лучи — это не обязательное условие для работы солнечных панелей. Когда небо затягивает облаками или даже тучами, рассеянные лучи продолжают попадать на панель. Но она вырабатывает меньше электроэнергии, чем при ясной погоде.
Можно ли использовать солнечную станцию зимой?
С одной стороны, зимой эффективность батарей снижается: солнечных дней меньше, сами дни короче, а солнце не поднимается достаточно высоко. Из-за этого лучи падают на панели не перпендикулярно. А еще панели могут покрываться снегом — если его не счистить, они не будут давать ток.
Но, с другой стороны, если снега нет, а погода безоблачная, панели могут зарядить аккумулятор довольно быстро. Дело в том, что они хорошо охлаждаются зимой, а солнечный свет дополнительно отражается от снега, то есть его становится больше.
Где и как закрепить солнечную батарею?
Лучше всего устанавливать солнечную батарею на крыше дома. Так на нее не будет падать тень от деревьев, соседних домов и других предметов и она будет получать максимум солнечных лучей.
Идеально приобрести специальные стойки, которые оснащены датчиками слежения за солнцем и поворачивают панели вслед за ним, чтобы собрать максимум лучей. Эта конструкция напоминает подсолнухи. Такие стойки часто используют на светофорах, которые питаются с помощью солнечных панелей.
Правда, в частных домах стойки с датчиками слежения используют редко, потому что это довольно громоздкая конструкция, которую сложно монтировать. В целом достаточно установить панели на самый солнечный скат крыши — как мы уже знаем, это южная сторона.
Что дешевле и удобнее: солнечная станция или обычное электричество?
Стоимость солнечной станции зависит от того, сколько энергии вы хотите от нее получить. Одно дело — запитать камеру видеонаблюдения или фонарь на даче. Станция для таких задач будет стоить около 50 тысяч рублей. А вот полностью обеспечить дом электроэнергией с помощью солнца в разы дороже — конкретную сумму тут назвать сложно, и она будет отличаться для каждой страны. Дело в том, что оборудование для солнечных станций везде стоит по-разному. А где-то и вовсе дешевле подключиться к магистральным электросетям.
Например, в России гораздо выгоднее использовать привычное электричество, потому что оно дешевое. А вот в Европе оно стоит дорого, поэтому тут использование солнечных станций помогает сэкономить.
Независимо от страны, солнечные станции удобнее, если у вас нет доступа к магистральной сети или электричество постоянно отключают из-за неполадок. Батареи дают полную автономность, так что с ними годами можно готовить еду на электроплитке и греть воду в бойлере даже на отрезанном от цивилизации острове.
Для чего используют непромышленные солнечные батареи?
В последнее время я часто вижу, как солнечные батареи используют для работы уличных фонарей, камер контроля скорости, подсветки пешеходных переходов. Также можно поместить солнечные батареи на крыше электромобиля и ездить на нем без подзарядки аккумулятора от сети. Если продолжать автомобильную тематику, во дворе многоквартирного дома можно установить навес из солнечных панелей и использовать его для зарядки электромобилей. И от солнечных панелей можно запитывать низковольтные сети — например, как я уже говорил, для видеонаблюдения на даче.
В домах встречаются комбинированные системы, когда электричество из сети берется только в том случае, если панели и аккумуляторы не справляются. При этом в некоторых европейских странах — например, в Германии — можно вернуть в сеть излишки электроэнергии, которые вырабатывают панели. По сути, граждане продают свое электричество государству.
У нас ещё много всего интересного
Оставьте почту и получайте подборку лучших материалов от главного редактора раз в две недели.
Источник https://www.ixbt.com/live/supply/skladnaya-turisticheskaya-solnechnaya-batareya.html
Источник https://journal.citilink.ru/articles/kak-zaryadit-chajnik-solncem-fizik-otvechaet-na-voprosy-o-solnechnyh-batareyah/