自分で作るソーラー充電器

太陽光発電は、地球上で利用可能な真に再生可能で環境に優しいエネルギー源とみなされています。今日では、特に送電が限られている遠隔地で、人々は太陽光発電を最大限に活用しています。日中、長時間日光が当たる地域には特に適しており、電気代を大幅に削減することができます。

太陽光発電でUSB電源のDC電子機器を充電するためのDIYシステムの構築方法を紹介します。最小限の部品とシンプルな設計で、その概念を説明し、実証することを目指します。

太陽光発電について

太陽光発電とは、太陽光を効率的なエネルギー源に変換することです。太陽光パネルと発電機は、光エネルギーを電気エネルギーに変換するために使用されます。太陽光パネルのサイズは、数平方インチのものから住宅の屋根に使用される大きなものまでさまざまです。大規模なフィールドに大きなパネルを相互接続して、商用規模で使用する電気エネルギーを生成することもできます。

太陽光エネルギーを利用する方法はいくつかあります。最も一般的なのは、太陽光を電流に変換する太陽光発電（PV）システムです。太陽光発電システムを使用して電流を生成するだけでなく、人々は太陽熱エネルギーや集光型太陽熱発電を使用して屋内空間や流体を加熱しています。太陽熱温水器を設置することもできます。

適切な部品の選択

私たちの主な目的は、太陽光から太陽光発電を使用して、USB電源のデバイスを充電するために必要な電流を得ることです。また、悪天候時や日没時に電力を貯蔵するためにバッテリーも必要になります。さらに、バッテリーは電子機器の充電に必要な特定の電流を継続的に供給することも保証します。

このDIYプロジェクトでは、以下の部品が必要です。

ソーラーパネル: 日光にさらされたときに直流を生成します。負荷要件に応じて適切なサイズのソーラーパネルを選択します。私たちは150Wのソーラーパネルを使用しています。この容量があれば、DC電球やDCファンも動作させることができます。
バッテリー: 電荷を貯蔵します。負荷要件に基づいて適切なサイズのバッテリーを使用します。
ソーラーチャージコントローラー: 電流を制御し、バッテリーの過充電や電気的過負荷を防ぎます。適切な電流定格とUSBインターフェースを備えたソーラーチャージコントローラーを選択します。
ワイヤー: 接続用。
USBデバイス: 携帯電話やタブレットなどのテスト用。

ステップ1: ブロック図

次の図は、ソーラーパネルによって生成された電力を取得、制御、効果的に利用するために必要なアセンブリを示しています。

発電ユニット（ソーラーパネル）、蓄電ユニット（バッテリー）、負荷などのすべてのデバイスをソーラーチャージコントローラーに接続します。このコントローラーは、流入電流、出力負荷電流、充電電圧を監視します。

ステップ2: ソーラーパネルを接続する

バッテリーの充電電流を増やすために、ソーラーパネル（150W）を並列構成で使用しています。負荷要件に応じて、より少ないまたはより多くのパネルと電力容量を使用できます。並列接続の場合は、すべてのソーラーパネルのプラス端子をワイヤーで接続し、すべてのソーラーパネルのマイナス端子も同様に接続します。その後、プラス線とマイナス線の接合部を絶縁テープで個別に覆います。

ステップ3: チャージコントローラーを取り付ける

パネルのプラス線をチャージコントローラーのプラス端子に、マイナス線をチャージコントローラーのマイナス端子に接続します。当社のソーラーチャージコントローラーにはUSB Type-Aポートがあります。チャージコントローラーには、12V DCを5V DCに変換する内部電圧レギュレーターがあり、USB電源のデバイスを充電することができます。USBモジュールでは、一般的にピン1とピン4がそれぞれ5V DCとグラウンドとして使用されます。このUSBポートを使用すると、携帯電話、タブレット、スマートウォッチなどのUSBインターフェースを備えた電子機器を充電できます。

ソーラーチャージコントローラーは、過充電や過電圧を防ぎ、バッテリーの加熱を防ぎます。過熱は、デバイスのバッテリーの寿命と性能にダメージを与える可能性があります。

ステップ4: バッテリーを取り付ける

バッテリーを取り付けることで、悪天候や夜間など、太陽光充電が利用できない状況で、実用的な電源バックアップを確保できます。私たちは、電流を貯蔵するために12V DCバッテリーを使用しています。これらのバッテリーを並列構成に配置すると、この並列接続によって同じ電圧（12V）が供給されます。しかし、並列接続は電流容量を増加させます。

バッテリー容量（1ユニットまたは複数）は、負荷要件とソーラーパネルの充電容量に基づいて選択する必要があります。ソーラーチャージコントローラーのバッテリーインターフェースを太い金属線を使用してバッテリー端子に接続します。

ステップ5: 配線を完成させる

すべてのコンポーネントを正しくしっかりと接続して、スパークを防ぎます。また、ショートを防ぐためにジョイントを覆います。相互接続には良質で太いワイヤーを使用すると、導体損失が減少します。一般に、ソーラーパネル、チャージコントローラー、バッテリーを互いに近づけて設置して、長い電気配線を避けることが推奨されます。長い電気配線は、電気損失が大きくなり、太陽光発電システムの効率が低下する可能性があります。

ステップ6: 充電器をテストする

日中にバッテリーを充電するためにこのシステムをテストするには、ソーラーチャージコントローラーの電源ボタンを押します。チャージコントローラーに表示される電圧を観察します。また、デジタルマルチメーターまたはデジタルクランプメーターを使用して流れる電流を監視します。

チャージコントローラーにバッテリーとソーラーパネルの電圧が表示されることがわかります。チャージコントローラーには、DC負荷が接続されている場合、このシステムの負荷電流も表示されます。

12Vバッテリーがソーラーチャージコントローラーで約14V DCの電圧に達すると、バッテリーを過充電から保護するためにソーラーパネルからの充電を遮断します。これは、晴れた日に16V DCを超える可能性があるソーラーパネルの電圧を監視することで確認できます。

次に、USB Type Aコネクタを使用して、USBデバイスまたはスマートフォンをソーラーチャージコントローラーに直接接続します。USBポートは、バッテリーから内部的に制御/ダウンコンバートされた5V DCを供給します。これを行うと、接続されたデバイスが充電を開始することがわかります。さらに、この負荷によって引き出される電流を観察することもできます。

さらに、このシステムはUSBインターフェース以外のデバイスにも電力を供給できます。つまり、12VインターフェースをDC電球、DCファンなどに使用できます。必要なのは、チャージコントローラーの負荷インターフェースにこれらを接続することだけです。負荷記号（電球など）は、チャージコントローラーのこのインターフェースを表します。

このDIYプロジェクトをさらに強化して、バッテリーを使用せずにスマートフォンやUSB電源のデバイスを充電するために使用できる小型で軽量のポータブルプラットフォームを作成することもできます。ただし、それは日中のみ機能します。

ソーラー充電器の利点

この太陽光発電の仕組みは、デバイスの携帯性を向上させ、従来の電気配電システムへの依存を軽減するのに役立ちます。ソーラー充電は、従来のシステムでのACからDCへの変換中に発生する損失を回避することで、効率も向上します。太陽光発電システムでは、すべての保存/充電がDCで行われるため、これらの損失を回避できます。ただし、アップコンバージョンまたは電圧調整が必要になる場合があります。

家庭で太陽光エネルギーを利用することで、電気代を大幅に削減できます。太陽光発電の街灯、太陽光発電のプールヒーター、太陽光発電のBluetoothスピーカーなど、自分で作成できる太陽光発電のプロジェクトは他にもたくさんあります。

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