آموزش ساخت پاور بانک خورشیدی

آموزش ساخت پاور بانک خورشیدی موضوع این نوشته از بخش وبلاگ مهندس یار است. زندگی امروزه ما با تکنولوژی و به خصوص تلفن های همراه گره خورده و عملا گذران زندگی بدون آنها بسیار دشوار و در مواردی غیر ممکن است. اما بزرگترین نقصی که تلفن های همراه دارند، باتری و مدت زمان شارژ نگه داشتن آن هاست. یک تلفن همراه هوشمند متداول در بهترین حالت 9-15 ساعت شارژ نگه داشته و پس از آن خاموش خواهد شد.

چرا استفاده از پاور بانک خورشیدی ضروری است؟

راه حل آسان این مشکل تهیه یک پاور بانک است. انواع و اقسام مختلفی از این پاور بانک ها در بازار وجود داشته که از میان آن ها می توان انتخاب کرد. اما در انتخاب پاور بانک دو مسئله پیش روی ما قرار می گیرد: قیمت و ظرفیت شارژ پاوربانک. پاور بانک ها معمولا قیمت بالایی داشته و در بازه های قیمتی قابل قبول ظرفیت کمی دارند، که این ظرفیت کم سبب تمام شدن شارژ آن ها می شود. با توجه به موضوعات بیان شده، می خواهیم در این مقاله باهم یک پاور بانک با ظرفیت بالا، دارای قابلیت شارژ مجدد به وسیله نور خورشید برای استفاده در شرایطی که امکان شارژ مجدد آن از طریق برق وجود ندارد و نصف قیمت بازار بسازیم.

پاور بانک خورشیدی مزایای زیادی، مانند مدت زمان نگه داری شارژ بالا، وابستگی به نور خورشید و نه برق، قابل حمل بودن و … دارند. با این حال معایبی، نظیر مدت زمان شارژ شدن بسیار بالا توسط خورشید، کاهش طول عمر باتری ها به دلیل در معرض گرمای مستقیم خورشید قرار گرفتن و … نیز داشته که باهم دیگر در پایان مقاله به بررسی راه حل های رفع این معایب و یا دور زدنشان خواهیم پرداخت.

قطعات مورد نیاز برای ساخت این پروژه در ادامه آورده شده است. لازم به ذکر است ممکن است شما به همه این ابزار نیاز پیدا نکرده و یا گاها به ابزار های فرعی ای نیاز پیدا کنید.

قطعات مورد نیاز:

باتری شارژی لیتیوم یونی (به تعداد دلخواه و در ظرفیت دلخواه. در دیاگرام مداری این مقاله از 4 باتری 6800 میلی آمپری استفاده شده است، ولتاژ باتری ها نبایست کمتر از 3.7 ولت باشد).

برد آماده مخصوص پاور بانک

سیم مسی روکش دار و بدون روکش

ال ای دی دارای پایه بلند

دکمه خاموش روشن فشاری پایه بلند

وسایل لحیم کاری اعم از هویه، سیم لحیم، روغن لحیم و پایه، دقت کنید سر هویه شما می بایست باریک باشد.

چسب مناسب (حرارتی و یا 123)

فلکسی و یا چوب برای ساخت کیس (و یا می توانید از فایل های قابل پرینت 3 بعدی پیوست در همین مقاله استفاده کنید).

چسب دو طرفه

کاتر و ابزار سوراخ کاری

نگه دارنده باتری

وارنیش در سایز مناسب

4 عدد پیچ و مهره

دیاگرام مداری و نحوه اتصالات:

به نحوه اتصالات مدار فوق نگاه کنید. اتصالات لازم برای ساخت پاور بانک خورشیدی ما به همین سادگی خواهد بود. البته نکات قابل توجهی در زمان انجام این اتصالات وجود دارند که باهم به بررسی آن ها می پردازیم.

ابتدا شما می بایست باتری های خود را به صورت موازی به یک دیگر متصل کنید. برای این کار با استفاده از هویه کمی لحیم بر روی هر دو سوی هر کدام از باتری ها قرار دهید. برای اینکه لحیم های شما کنده نشود بهتر است قبل از قرار دادن لحیم با کاتر و یا چاقو کمی روی سطح اتصال را خش بیاندازید. دقت کنید که قطب های مثبت به قطب های مثبت و منفی ها را به منفی ها وصل کنید. سپس ادامه این اتصالات باتری ها را به برد پاور بانک برده و در قسمت های B- و B+ لحیم کنید. به علامت گذاری ها دقت کنید. قطب مثبت باتری ها به B+ لحیم شده و قطب منفی به B- .

مرحله بعدی لحیم کردن پنل خورشیدی به ماژول مبدل افزاینده است. در پشت پنل یک علامت + و یک علامت – خواهید دید، به هرکدام یک سیم لحیم کرده و این دو را با توجه به علامت های + و – موجود بر روی ماژول لحیم کنید. (مثبت به مثبت و منفی به منفی).

تا اینجای کار ما دو تکه جدا از هم داریم، چه چیزی این ها را به هم مربوط می کند؟ ماژول مبدل افزاینده از پنل خورشیدی یک خروجی گرفته و ولتاژ آن را ثابت نگه می دارد. به وسیله یک کابل USB از این ماژول، این قسمت از پاوربانک را به برد پاور بانک در پورت ورودی آن متصل کنید:

با قرار دادن سلول خورشیدی در معرض نور آفتاب و فشردن دکمه سمت راست برد خواهید دید که پاوربانک شروع به شارژ کرده و در صورت وصل کردن تلفن همراه به آن، تلفن شما شارژ خواهد شد.

اما کار ما اینجا تمام نمی شود! کابل USB را از برد پاور بانک جدا کنید. در اکثر برد ها یک لامپ ال ای دی وجود دارد که نشانگر روشن و یا خاموش بودن آن می باشد. اگر برد شما مانند برد موجود در عکس بالا این ال ای دی را ندارد از این قسمت رد شوید. اگر چنین ال ای دی را مشاهده می کنید (مانند برد زیر):

محصول مرتبط: آموزش altium designer

مراحل اتصال قطعات پاور بانک خورشیدی

برد را به سمت دیگر چرخانده و هویه را بر روی پایه های لحیم شده آن قرار دهید تا لحیم آن آب شده و بتوانید ال ای دی را خارج کنید. با دقت ال ای دی خود را در انتهای پایه ها با رعایت قطبیت، لحیم کنید. دلیل این کار این است که برای داشتن چراغ نشانگر روشن بودن پاور بانک در خارج از باکس، نیاز به ال ای دی بلند تری داریم. همین کار را با دکمه خاموش روشن نیز انجام دهید.

توجه کنید در برخی برد ها ممکن است این ال ای دی علاوه بر نشانگر خاموش روشن بودن نشانگر شارژ باتری نیز باشد، حتما از فروشنده در مورد این موارد سوال کنید. همچنین حتماً باتری ها را در نگه دارنده های مخصوص قرار دهید.

حال وقت آن رسیده که پروژه خود را جمع کرده و به فرم یک پاور بانک واقعی در بیاوریم. با توجه به تعداد باتری، سایز پنل خورشیدی، ابعاد برد پاور بانک و ماژول مبدل افزاینده دو قطعه در فلکسی و یا چوب خود در بیاورید. قطعات را با استفاده از چسب دو طرفه یا وسیله دیگری بر روی یکی از صفحات فلکسی ثابت کنید. اگر از چوب استفاده می کنید حتما جای نمایشگر را مشخص کرده و آن را از داخل چوب در بیاورید. ارتفاع باتری ها را اندازه بگیرید (اگر ارتفاع برد بیشتر است آن را اندازه بگیرید).

در چهار گوشه هر دو فلکسی سوراخ هایی به اندازه پیچ هایی که دارید ایجاد کنید. 4 تکه وارنیش به اندازه ارتفاق اندازه گیری شده بریده و بعد از اینکه پیچ ها را از سوراخ یکی از فلکسی ها رد کردید، به روی پیچ ها بکشید (اگر سایز وارنیش شما مناسب باشد این کار نبایست خیلی سخت باشد، اگر پیچ ها در داخل وارنیش لق می زدند سایز وارنیش شما بزرگ است). سپس با یک فندک با کمی فاصله بر روی وارنیش ها بگیرید را خودشان را به روی شیار های پیچ جمع کنند. فلکسی دیگر را روی پیچ ها قرار دهید و در سمت دیگر با مهره محکم کنید.

مراحل نهایی کار

تقریباً کار تمام شده است. در قسمت عرض یکی از فلکسی ها شیار کوچکی به اندازه عبور دو تکه سیم ایجاد کنید. پنل خورشیدی را بر روی فلکسی ای که مانیتور در آن سمت نیست بچسبانید. سیم ها را از شیار عبور داده و در کنار پک باتری ها در قسمتی که معقول باشد بچسبانید. دقت کنید چسب کاملا زیر آنرا بگیرد. هیچ گونه اتصالی نبایست بین باتری و ماژول ایجاد شود.

اندازه کناره های پاور بانک خود را بگیرید و 4 تکه فلکسی به آن ابعاد ببرید. با توجه به محل قرار گیری برد پاور بانک و ماژول مبدل افزاینده، سوراخ های لازم را ایجاد کرده و در کناره های پک بچسبانید. حتما به سوراخ دکمه روشن خاموش نیز دقت کنید. اگر از چوب استفاده می کنید برای ال ای دی نیز می بایست این سوراخ را ایجاد کنید.

اگر از ظاهر عریان دستگاه خود لذت نمی برید، به وسیله برچسب های مخصوص فلکسی و یا حتی برچسب های طرح چوب آشپزخانه ای دستگاه خود را بپوشانید.

پاور بانک خورشیدی شما آماده استفاده است! شما می توانید این پاور بانک را هم به وسیله نور خورشید و هم به وسیله برق شارژ کنید و سپس استفاده کنید. اگر کمی هم ذکاوت به خرج داده باشید، متوجه می شوید که می توانید از در مواقع اضطراری از خروجی ماژول مبدل افزاینده برای شارژ کردن تلفن خود استفاده کنید (دقت کنید به دلیل نوسان جریان این کار جز در موارد اضطراری که پاور بانک خالی بوده و نیاز مبرم به شارژ دارید توصیه نمی شود، چرا که می تواند منجر به آسیب دیدن تلفن شما شود)

نحوه عملکرد:

با اینکه ما پاور بانک خود را ساختیم، اما کار ما همینجا تمام نمی شود. چرا که برای درک قسمت بعدی می بایست درک خوبی از نحوه عملکرد این مدار داشته باشیم.

به دیاگرامی که بالاتر کشیدیم دقت کنید:

اگر دقت کافی داشته باشید، متوجه می شوید که با قرار دادن این باتری ها به صورت موازی، جریان دریافتی خوب در ولتاژ ثابت 3.7 ولت خواهیم داشت. این ولتاژ و جریان به برد ارائه شده و سپس برای ما قابل استفاده است. در قسمت دیگر و در زمان شارژ کردن باتری ماجرای متفاوتی خواهیم داشت. ماژول مبدل افزاینده ولتاژ ما را همواره 5 ولت نگه خواهد داشت، اما جریان تحویلی چه می شود؟ این جریان وابسته به شدت نور خورشید و نوع سلول تعیین خواهد شد و از 125 میلی آمپر (سلول های ارزان قیمت) تا 700 میلی آمپر می توان دریافت کرد که عددی در حد وسط این دو و در مقدار 400-500 میلی آمپر قابل قبول خواهد بود.

لازم است مجددا متذکر شوم، در اتصالات و انجام صحیح آنها و لحیم کاری ها دقت بسیاری نیاز است.

بهبود پروژه و بهینه سازی ها:

در ابتدای مقاله به برخی از ایرادات این نوع پاور بانک اشاره کردیم و قرار شد راه حل هایی برای بهبود و رفع این مشکلات ارائه دهیم. بیایید باهم به نوبت به بررسی مشکلات و گزینه های بهینه کردن پروژه بپردازیم.

در حالت عادی سلول خورشیدی ذکر شده برای رفع نیاز ما کافی است، اما اگر در حال سفر کردن بودیم و مقصد ما تحت هیچ شرایطی برق نداشته باشد، یقینا این میزان توان تحویلی به پاور بانک کافی نخواهد بود! برای رفع این مشکل راه حل های زیادی وجود دارد، اما ساده ترین آن استفاده از یک پنل بزرگ و یا چند پنل کوچک است که به صورت سری به هم متصل شده اند. می توانید این پنل ها را به صورت جداگانه، با اتصال به یک ماژول مبدل افزایده دیگر همراه خود داشته و از آنها برای شارژ پاور بانک خود استفاده کنید.

علاوه بر جریان تحویلی که از فاکتور های مهم شارژ تلفن همراه است، ولتاژ نیز مهم است. برای افزایش ولتاژ می توانید باتری های خود را به صورت سری- موازی بهم وصل کنید.

پیشگیری از مشکلات احتمالی

مشکل بعدی ای که یک پاور بانک خورشیدی ممکن است با آن مواجه شود، گرم شدن در معرض آفتاب است. دشمن اصلی طول عمر باتری، گرما است. حال چاره به نظر شما چیست؟ سیم هایی که از صفحه خورشیدی به ماژول مبدل افزاینده وصل کردیم را به خاطر دارید؟ کافی است کمی فضای اضافه برای سیم اضافه در داخل کیس پاور بانک خود تعبیه کنید و سلول خورشیدی را به جای چسباندن بر روی سطح پاور بانک، در داخل یک شیار تعبیه شده قرار دهید. در موقع نیاز آن را خارج کرده، و در حالی که خود پاور بانک در سایه قرار دارد، پنل را در معرض آفتاب قرار دهید.

یکی دیگر از ویژگی های بسیار مهمی که در همه وسایل الکترونیکی می بایست وجود داشته باشد، تعمیر پذیری آسان است، بدین منظور می توانید برای باتری ها، به جای لحیم کردن سیم ها به خود باتری ها، از سری باتری های موجود در بازار استفاده کرده و در صورت خرابی یکی از باتری ها، به آسانی می توانید آن را تعویض کنید. این مسئله در رابطه با دیگر اتصالات نیز صدق می کند. به جای متصل کردن مستقیم باتری ها به برد پاور بانک، می توانید خروجی باتری ها و ورودی برد را به وسیله فیش بهم متصل کنید، این قضیه در رابطه با سلول خورشیدی نیز صدق می کند. 

هزینه ساخت پاور بانک خورشیدی:

با توجه به قیمت های کنونی بازار، شما می توانید 4 عدد باتری 6800 میلی آمپری را با قیمت 120 هزار تومان تهیه کنید، قطعات الکترونیکی مورد نیاز شما نیز حدودا 100 هزار تومان هزینه برداشته و با در نظر گرفتن هزینه های جانبی با حدود 300 هزار تومان می توانید پاور بانکی با ظرفیت نامی 26200 میلی آمپر داشته باشید( البته باتری ها معمولا ظرفیت کمتری نسبت به ظرفیت نامی خود داشته و پاور بانک شما در حدود 20000 میلی آمپر خواهد بود که همچنان کمتر از نیمی از قیمت چنین پاور بانکی در بازار است).

در نهایت لازم می دانم بیان کنم که ساخت چنین پروژه هایی علی رغم سختی اولیه همیشه جای پیشرفت داشته و شما با کمی تفکر و خلاقیت می توانید ابزار هایی متفاوت و کاملاً کاربردی برای خود بسازید.

محصول مرتبط: اگر این مطلب نظر شما را جلب کرده است، احتمالاً به موضوع آموزش ایپلن هم علاقه مند باشید، بنابراین توصیه می کنیم به صفحه این آموزش مراجعه نمایید.