Мобильная подзарядка (типовые решения). Часть 4 Дата: 26.05.2010 Раздел: Сделай сам
Заключительная часть цикла статей, посвященных типовым решениям для зарядки различных устройств от мобильных солнечных батарей. Рассмотрены варианты для зарядки ноутбуков.
Продолжение. Начало в части , и .
Эта статья завершает цикл "типовых решений" и будет посвящена зарядке ноутбуков.
Для нормальной зарядки ноутбуков крайне желательно не экономить на мощности солнечной батареи и выбирать её максимальной. В любом случае, опускаться ниже 15-20Вт не стоит.
Рассмотрим простой пример. Пусть ноутбук при работе потребляет от блока питания примерно 30Вт. Поэтому за час работы он "скушает" 30Ваттчасов энергии. И не важно, откуда он её будет брать - от внешнего блока питания или своего аккумулятора. И солнечная батарея должна компенсировать эти траты. Например, в идеальных условиях солнечная батарея 15 Вт должна лежать на солнце 2 часа, чтобы выработать вышеуказанные 30Втч. Т.е. получается, что для часа работы ноутбука требуется 2 часа работы батареи.
Реально, солнечная батарея редко отдает мощность, написанную в паспорте. Много зависит от погоды, от ориентации на солнце, насколько мы "не попали" в точку её максимальной мощности и т.д. В общем, полученную оптимистичную цифру в два часа работы следует, как минимум удвоить. Т.е. для часа работы ноута, солнечной батарее 15Вт придётся жариться часа четыре.
Понятно, что, чем меньше мощность солнечной батареи, тем это отношение (4:1 в данном примере) будет только возрастать. Поэтому и говорится, что мощность лишней не бывает.
Посмотрим теперь, какие есть типовые способы зарядки ноутбуков.
1. Нетбуки с напряжением питания ниже 12В.
Это самый простой случай и, при этом, самый экономичный с точки зрения потерь энергии. Обычно он подходит для нетбуков и "таблеток" с напряжениями питания ниже, чем выходное напряжение солнечной батареи.
Очень часто зарядку таких ноутбуков можно выполнить напрямую от солнечной батареи через автомобильный адаптер, который для низковольтных нетбуков, представляет собой просто понижающий стабилизатор, на выходе которого напряжение стабилизировано на уровне 9.5В или 12В, как в случае с нетбуком EeePc.
Рис.1. Автомобильный адаптер для нетбука EeePc понижающего типа.
Поскольку "" имеет аналогичную конструкцию, то его также можно использовать для зарядки 9/12В нетбуков. Потребуется только - разъём для подключения к нетбуку. Выглядит это так.
Рис.2. Стабилизатор плюс переходник для EeePc.
Таким образом, минимальный набор для зарядки - это солнечная батарея плюс автомобильный адаптер либо стабилизатор с переходником. Подобный простейший вариант зарядки будет максимально простым, максимально легким, дешевым и энергоэффективным из всех здесь рассмотренных.
Однако он имеет и свои недостатки, а именно:
1. Зарядка возможна только на солнце, а это не всегда удобно.
2. Саму возможность зарядки никто не гарантирует. Поскольку солнечная батарея имеет заведомо меньшую мощность, чем штатный блок питания нетбука, то насколько лояльно будет относиться заряжаемый нетбук к такому слабому источнику, зависит только от разработчиков его схемы зарядки. Поэтому для каждой модели нетбуков эту возможность надо проверять на практике. (Для EeePc 9В и 12В зарядка идёт, проверено.)
3. Зарядка возможна только для нетбуков с напряжением питания 12В и ниже. Но многие из них имеют и 16В, и 19В, и другие напряжения. (Для 15В, 16В нетбуков необходима солнечная батарея с более высоким выходным напряжением, которые в природе есть и соответствующий стабилизатор, которые, увы, готовые мне неизвестны, только самоделки.)
Все эти недостатки можно устранить, если использовать предварительное накопление энергии от солнечной батареи в каком-либо буфере и затем зарядку ноутбука уже от этого буфера.
2. Простейшая буферная схема.
Самым простым и дешевым буфером на сегодняшний день является герметичный свинцовый аккумулятор, обычно со стандартным напряжением 12В. Часто его называют гелевым аккумулятором - в некоторых из них электролит находится в виде геля, в других же пропитывает "тряпочку" из стеклоткани между электродами.
Такой аккумулятор можно напрямую подключить к гибкой солнечной батарее, и затем уже питаться от него по мере надобности, можно одновременно с зарядкой.
Такой буфер и его использование для зарядки ноутбука и не только, были подробно рассмотрены "типовых наборов". Здесь добавлю только несколько замечаний.
С буферным аккумулятором желательно использовать солнечные батареи 'а, либо имеющие близкие к ним параметры. Дело в том, что эти батареи имеют пониженное, по сравнению со стандартным, выходное напряжение, и это нам только на руку.
Большинство выпускаемых солнечных батарей имеют стандартное напряжение рабочей точки около 17В (21В без нагрузки) и могут легко перезарядить аккумулятор, т.к. его напряжение зарядки около 13.8В. Поэтому со "стандартными" солнечными батареями необходимо либо использовать контроллер заряда, либо самостоятельно измерять напряжение на аккумуляторе, не допуская его перезаряда.
Подобных неприятностей мы практически избегаем при использовании . Например, рабочее напряжение у батарей SunCharger'а чуть ниже 13В, а холостое 16…17В, т.е. когда аккумулятор уже заряжен и напряжение на нем уже почти 14В, зарядный ток солнечной батареи оказывается в несколько раз ниже, чем в точке максимальной мощности и темп зарядки резко, в разы, падает, что спасает аккумулятор от сильного "выкипания" и порчи. Т.е. процесс зарядки, можно считать, останавливается сам.
Конечно, надолго (дни и недели) забывать аккумулятор под такой зарядкой не стоит, разложение электролита хоть и медленно, но продолжается, но в реальной туристической эксплуатации таких случаев практически не бывает.
Поэтому, можно считать, что гелевый аккумулятор 12В и указанные гибкие батареи практически идеально согласованы друг с другом, что позволило избежать использования дополнительного контроллера для зарядки. А это вес и надёжность.
К буферному аккумулятору можно подключить как понижающие стабилизаторы, так и повышающие, а также, в крайнем случае, и преобразователи 12В в 220В. Но последнее нежелательно, ввиду больших потерь энергии на дополнительных преобразованиях. Всё это, повторюсь, было описано в предыдущей части.
3. Буфер на литиевых аккумуляторах ("универсальный аккумулятор").
Сейчас появилось достаточно большое количество, так называемых, "универсальных аккумуляторов". По сути - это блок LiIon/LiPol аккумуляторов с системой зарядки и выходной преобразователь, который, питаясь от этих аккумуляторов, выдает на выход устройства заданное напряжение, которое идет на питание ноутбука.
Все эти накопители, вообще говоря, не рассчитаны на работу с солнечной батареей, поэтому попытка просто взять и соединить их между собой может быть неудачной. Но некоторые из них всё же можно использовать в связке с солнечной батареей.
Рассмотрим несколько накопителей и особенности их соединения с солнечной батареей.
Начнем со старой, к сожалению, уже не выпускаемой модели (но может где-то в магазинах остались запасы) от . Его фото ниже.
Рис.3. Накопитель UC-4.
Его параметры.
1. Ёмкость внутреннего аккумулятора - 50Втч. 2. Напряжение зарядки 12.8В. 3. Выходные напряжения - 16В, 19В, 22В и 5В(USB). 4. Выходной ток - около 3А.
Данный накопитель был очень удобен для использования совместно с гибкими солнечными батареями от SunCharger'а, которые именно при напряжении 12...13В отдавали максимальную мощность.
Накопитель просто соединялся с солнечной батарей кабелем и всё, больше ничего не требовалось. Положительной особенностью данного накопителя являлось то, что его внутренние аккумуляторы представляли собой пачку из шести LiIon элементов соединенных последовательно из 3 "слоёв", в каждом из которых стояло два аккумулятора, т.е. получался аккумулятор на 11.1В, емкостью 2*2.2Ач=4.4Ач
Основным недостатком данного накопителя было то, что он имел всего 3 выходных напряжения для питания ноутбуков (16/19/22В), что не позволяло питать современные нетбуки на 9В, 12В и т.п., да и, вообще, использовать такой накопитель в качестве 12В буфера.
На сегодня наиболее распространенным накопителем, который можно достаточно легко заставить работать от солнечной батареи, является от той же AcmePower. (На самом деле, этот накопитель выпускается под различными брендами многими фирмами, но в России его чаще всего можно встретить с лейблом Акме.) Его фото представлено ниже.
Рис.4. Накопитель UC-5.
Его параметры.
1. Ёмкость внутреннего аккумулятора - 50Втч. 2. Напряжение зарядки номинальное 19В. 3. Выходные напряжения - 5/6/7.5/9/12/14/16/19Ви 5В(USB). 4. Выходной ток - около 3.5А.
Конструкция накопителя весьма удачная, в том числе и с точки зрения совместимости с солнечными батареями. Именно поэтому многие импортные батареи комплектуются этим накопителем. (Просто пока нет ничего лучше, как говорится "на безрыбье и рак рыба".)
Но при питании от солнечной батареи нужно учитывать некоторые его особенности. Прежде, чем их рассмотреть, залезем немного внутрь устройства.
Встроенный аккумулятор данного накопителя представляет собой пачку из шести последовательно соединённых LiIon аккумуляторов размера 18650. Т.е. рабочее напряжение это пачки составляет 22.2В, а зарядное около 25В. Поэтому для зарядки этого столбика из аккумуляторов используется повышающая схема.
Как оказалось, эта схема начинает работать уже от напряжения около 5В, т.е. на данный накопитель можно подать приблизительно от 5В до 20В и более, и он будет заряжаться. Как замечательно! Есть только одно "но", ток от источника питания составляет примерно 1А и почти не зависит от напряжения питания, т.е. скорость зарядки при 20В и 5В будет различаться в четыре раза.
Поэтому резонно питать его от солнечной батареи с высоким рабочим напряжением вольт 17...18 - практически все солнечные батареи от AcmePower.
Однако, то, что зарядная схема включается в работу уже от 5В играет с этим накопителем злую шутку - просто так соединить его с солнечной батареей с более высоким, чем 5В рабочим напряжением, хотя и удается, но зарядка оказывается в разы менее эффективной, чем могла бы быть. Т.е. этот накопитель, вытягивая из 12-ти или 17-ти вольтнойсолнечной батареи ток около 1А, просаживает напряжение на этой батарее до 5В, до напряжения своего включения. А мы помним, что максимум своей мощности солнечная батарея выдает на напряжении своей рабочей точки (12В или 17В).
Т.е. та же гибкая батарея от SunCharger'а на 15Вт имея рабочую точку на 12.5В, при снижении напряжения до 5В реально будет отдавать на ярком солнце не 12.5Вт(12.5В, 1А), а всего 5Вт (5В, 1А). Т.е. из-за просадки напряжения на солнечной батарее до 5В мы теряем около 60% её мощности. Использование солнечных батарей с 17В рабочим напряжениям приводит к ещё большим потерям до 70...75%. Жалко.
"Таблеткой" от такой расточительности может послужить дополнительная схема, подключаемая между солнечной батареей и UC-5, которая бы предотвращала снижение напряжения на батарее под нагрузкой значительно ниже рабочего. Подобно той, что реализована в "" или стабилизаторах.
В простейшем случае, можно подключить тот же "импульсный стабилизатор напряжения" с сайта настроив его ограничитель на 12В и выставив на выходе максимальное напряжение, чтобы он работал не в качестве понижающего стабилизатора, а лишь как "ограничитель просадки напряжения".
Эта схема "ограничителя просадки" была реализована в виде специального кабеля, которым соединяется накопитель UC-5 и солнечная батарея. И эти кабели поставляются в комплекте с накопителем и солнечной батареей в интернет-магазине . Больше их нет нигде. Это не реклама, просто, никуда больше эти кабели не поставлялись. И, более того, ничего аналогичного пока не встречал нигде, ни в России, ни за рубежом. Там просто соединяют батарею и накопитель и рады, что хоть медленно, но зарядка всё же идёт.
Напоследок пару слов об особенностях собственно накопителя.
Плюсы.
1. Простая конструкция, с хорошим КПД. 2. Множество напряжений на выходе. 3. Заряжается от разных источников питания (а особенности см.выше). 4. Доступен в продаже.
Недостатки.
1. Последовательно соединение аккумуляторов сильно снижает надёжность накопителя, поскольку выход из строя хотя бы одного из них приводит к отказу всего устройства. А аккумуляторы - это слабое звено в любой системе, да и портятся они со временем и требуют замены. Подробнее о ремонте UC-5 . 2. Для нормальной зарядки от солнечной батареи требует дополнительной схемы "ограничителя просадки" напряжения солнечной батареи.
Следующим накопителем, который бы хотелось упомянуть будет или его аналоги.
Рис.5. Накопитель UC-7.
Его параметры . 1. Ёмкость внутреннего аккумулятора - 75Втч. 2. Напряжение зарядки номинальное 19В. 3. Выходные напряжения - 5/9/12/16/19В. 4. Выходной ток - до 3А.
Его особенностью с точки зрения зарядки от солнечной батареи является то, что он начинает заряжаться от напряжений 17В и выше. Т.е. при подключении к солнечной батарее с рабочим напряжением 17.5В, он будет очень хорошо с ней согласован и брать максимум её мощности. Никаких специальных схем согласования не требуется. Это его большой плюс. (Правда, минусом является то, что от солнечной батареи этот накопитель берет энергию не постоянно, а периодически прерываясь. Т.е. потребление тока сначала линейно растет, затем, достигнув определенной величины, снова сбрасывается в ноль, и далее процесс повторяется. Дополнение от 28.02.11. Прим.ред.)
Основной недостаток, считаю, цена - она находится где-то в районе 7...8 тыс. руб. (на весну 2010г).
Также этот накопитель нельзя подключить к гибким батареям от SunCharger'a, т.к. их рабочее напряжение ниже, чем нужно для зарядки. Поэтому для зарядки UC-7 придётся использовать "" солнечные батареи, либо гибкие , но гибкие батареи у них весьма дороги. Так что, в сумме такой тандем накопитель-солнечная батарея, влетает "в копеечку". Но тем, кому деньги не так важны, вариант неплохой.
Правда, если поискать, то в Интернете встречаются аналоги UC-7 по ценам от 4000р.
Заканчивая эту часть, вспомнил о ещё одном устройстве, которое предлагают использовать для зарядки ноутбука в поле. Это совмещённая солнечная батарея и накопитель "".
Рис.6. Совмещенные солнечная батарея и накопитель AcmePower AP MF2000.
Говорю сразу, по моему мнению, это устройство практически непригодно для питания ноутбуков в поле, особенно, в длительном автономе. Первая и самая главная причина - малая мощность солнечной батареи, всего 8Вт. Смотрим, что было написано по поводу мощности в начале этой статьи.
Второе, низкая надёжность. Это уже из опыта ремонтников, отзывов купивших и другой доступной мне информации.
Поэтому, как кажется, лучше использовать раздельное решение, когда солнечная батарея и накопитель являются отдельными устройствами.
Ну что? Основные накопители, доступные сейчас в продаже, рассмотрели. Они нам были нужны, скорее, для примеров, какие особенности таких накопителей нужно учитывать при их питании от солнечных батарей.
Большее число вариантов накопителей можно найти через поисковики, введя ключевые слова "".
К сожалению, у меня нет возможности протестировать все представленные на рынке накопители на совместимость с солнечными батареями. Но это, думаю, и не обязательно. Главное, чтобы читатель понял, что использовать накопители, даже не предназначенные для питания от солнечных батарей в походных условиях вполне возможно. Надо только учитывать некоторые их особенности, простое соединение одного с другим ещё не гарантирует положительный результат. Гарантию работоспособности может дать только реальная проверка.
Выводы:
1. При зарядке ноутбуков не стоит экономить на мощности солнечной батареи - "энергии много не бывает". 2. Можно выделить три основных способа зарядки: - Непосредственно от солнечной батареи. - Использование промежуточного аккумулятора и отдельного преобразователя - Использование "универсального аккумулятора" приспособленного для работы с солнечной батареей. 3. Выбирая "универсальный аккумулятор-накопитель" для солнечной батареи нужно: - Обратить внимание на его напряжение зарядки, нужно чтобы оно было не выше рабочего напряжения солнечной батареи. - Убедиться, что зарядка этого накопителя возможна даже малым током (до 100мА), т.е. он не отключает зарядку. Это условие обычно выполняется. - Убедиться, что при зарядке малым током зарядное напряжение не падает много ниже номинального (как у UC-5). Если это происходит, то желательно приобрести или сделать какой-нибудь "ограничитель просадки напряжения".
Пожалуй, всё. Ура. Надеюсь, эти "типовые решения" кому-то помогли в выборе автономного питания или, наоборот, запутали. :-)
Автор: Носов Николай 25.05.10
Все статьи на сайте разрешены к копированию, но с обязательным указанием ссылки на нас
