Gadgets comme les téléphones, les iPod, les montres intelligentes, etc. sont devenus une partie importante de notre vie. Ils sont tous confrontés à un problème, à savoir la nécessité de charger après une utilisation régulière. Cela devient une préoccupation majeure lorsque vous vous trouvez dans un endroit où l’électricité n’est pas disponible. Une des solutions à ce genre de problèmes est de dépendre des sources d’énergie de renouvellement. Il existe différents types de sources d’énergie renouvelables comme le vent, les marées, le solaire, etc. Dans le projet d’aujourd’hui, nous allons utiliser l’énergie solaire pour recharger nos mobiles. Pour convertir l’énergie solaire en électricité, nous aurons besoin de panneaux solaires. Nous verrons comment fonctionne un panneau solaire et concevrons un circuit de chargeur de téléphone portable solaire pour charger notre téléphone portable ainsi que pour protéger la batterie de la surcharge.
Composants requis
- Panneau solaire (6V, 80mA) – 2
- Câble micro USB -1
- Régulateur de tension LM317 – 1
- Transistor BC547 NPN -1
- Petite platine de prototypage
- Potentiomètre (10K)
- Diodes 1N5819 – 2
- Résistances 100 Ohms et 150 Ohms – 2
- Diode Zener 5.6V 1N4734A – 1
Fonctionnement du panneau solaire
Les cellules solaires sont généralement constituées de plaquettes de silicium. Les atomes de silicium dans les cellules solaires forment 4 liaisons fortes avec ses atomes de silicium voisins. En ayant ces liaisons fortes, les électrons resteront au même endroit et aucun flux de courant n’est visible. Ces cellules solaires ont généralement deux couches de semi-conducteurs. La couche supérieure de la cellule solaire est dopée au phosphore pour la convertir en semi-conducteur de type n et la couche inférieure est dopée au bore pour la convertir en semi-conducteur de type p. La couche de type N a un excès d’électrons et la couche de type p a des trous supplémentaires. Lorsque des particules lumineuses frappent la cellule solaire, les photons présents dans la lumière auront suffisamment d’énergie pour faire tomber les électrons de leur liaison, l’amenant à se déplacer vers le côté N, et le trou (formé par l’absence d’électron) se déplacera vers le côté P. Les électrons mobiles sont ensuite collectés au niveau du matériau métallique mince présent au sommet de la cellule solaire. Si un circuit externe est connecté à ces matériaux métalliques, les électrons s’écouleront dans le circuit externe puis atteindront la feuille d’aluminium conductrice présente à l’arrière de la cellule solaire. L’électron se dépose alors dans le trou présent dans la couche de type P de la cellule solaire. Chaque cellule solaire a une tension de 0,5 V à 0,6V. Les cellules solaires sont connectées en série pour obtenir la tension requise. Habituellement, 12 cellules solaires connectées en série suffisent pour charger un téléphone portable. Il existe trois types de panneaux solaires. Ils sont monocristallins, polycristallins et à couche mince. Dans notre projet, nous allons utiliser deux panneaux solaires 6V 80mA. Nous connectons les deux panneaux solaires en série pour obtenir une tension de 12V et 80mA. La photo ci-dessous montre le mini panneau solaire unique qui peut générer une tension de sortie de 6V avec un courant maximum de 80mA.
La photo ci-dessous montre la connexion en série de deux mini panneaux solaires, qui peuvent générer une sortie de 12V avec un courant maximum de 80mA. Vous pouvez augmenter le courant de sortie en connectant des panneaux solaires supplémentaires en parallèle et chaque connexion parallèle doit avoir deux panneaux solaires connectés en série pour fournir 12V. Donc, pour obtenir un courant de sortie de 800mA, vous aurez besoin de 20 panneaux solaires.
LM317 Régulateur de tension
LM317 est un régulateur de tension variable. En utilisant LM317, nous pouvons faire varier la tension jusqu’à 37V avec un courant maximum de 1,5A. Pour obtenir la tension de sortie variable, le circuit ci-dessous est utilisé.
La tension de sortie peut être calculée en utilisant la formule ci-dessous:
Vout = 1,25 (1 + (R2 / R1))
Maintenant, en faisant varier la valeur de la résistance R2, vous pouvez faire varier la tension de sortie.
Remarque: Même si la tension de sortie dépend des résistances externes connectées au LM317, la tension d’entrée doit être supérieure (minimum de 3V) à la tension de sortie souhaitée.
Câble USB
J’ai utilisé un ancien câble USB vers micro USB pour charger le téléphone portable avec notre circuit de chargeur de téléphone portable solaire. J’ai retiré l’USB, et maintenant le câble contient un connecteur micro USB, qui est utilisé pour se connecter au téléphone portable et 4 fils à l’autre extrémité du câble. Le câble micro USB se compose de 4 broches. Deux pour le transfert de puissance et deux autres pour le transfert de données. Le brochage du câble micro USB nécessaire au transfert d’alimentation est illustré ci-dessous.
Après avoir connu le brochage, il est temps de connaître les fils connectés à ces broches à l’autre extrémité du câble. Pour déterminer quel fil est connecté à quelle broche, j’ai utilisé un multimètre en mode continuité. De cette façon, j’ai trouvé les fils nécessaires pour se connecter à la sortie de notre circuit.
Schéma du chargeur de téléphone portable solaire
Le schéma ci-dessous comprend la régulation de la tension et du courant ainsi que le circuit de protection contre les surtensions. Les connexions sont les suivantes: la borne d’anode de la diode (D1) est connectée à la borne positive du panneau solaire et la borne de cathode de la diode (D2) est connectée à la broche d’entrée du régulateur de tension LM317. La borne de sortie du LM317 est connectée à la borne d’anode de la diode (D2), et la borne de cathode de la diode (D2) est connectée à la borne de cathode de la diode Zener. La borne d’anode de la diode Zener est connectée à la base du transistor BC547 via une résistance de 100 Ohms. La borne collectrice du transistor BC547 est connectée à la broche de sortie du régulateur de tension LM317 via une résistance de 150 Ohms. La borne d’émetteur du transistor BC547 est connectée à la GND. La broche de réglage du LM317 est connectée à l’extrémité variable du potentiomètre et à la borne collectrice du transistor BC547. L’une des extrémités fixes du potentiomètre est connectée à la terre. Le fil connecté à la broche VCC du câble micro USB est connecté à la borne de cathode de la diode Zener et le fil connecté à la broche GND du câble USB est connecté à la GND.
Fonctionnement de ce circuit de chargeur de téléphone portable à énergie solaire
Le fonctionnement du circuit de chargeur mobile solaire est simple à comprendre. Au début, placez toute la configuration dans un endroit où vous pouvez obtenir le maximum de rayons solaires. Pour obtenir la tension de sortie souhaitée du circuit, ajustez le potentiomètre (Utilisez un multimètre pour mesurer la tension de sortie du circuit). Une fois que nous avons obtenu la tension souhaitée (5V seront suffisants pour charger un téléphone portable), connectez le micro USB au téléphone portable. S’il y a un rayonnement solaire approprié disponible pour le panneau solaire, le téléphone sera chargé.
Voyons comment notre circuit protège la batterie de la surcharge. Avant de comprendre la protection contre la surcharge, comprenons un peu la diode Zener. La diode Zener est similaire à celle d’une diode normale, mais la seule différence est que lorsqu’elle est connectée en polarisation inverse, à une certaine tension d’entrée, la diode Zener démarre la conduction. La tension à laquelle la diode Zener conduit en polarisation inverse est appelée tension inverse ou tension de Zener (Vz). Si une diode Zener de Vz 5V est connectée en polarisation inverse et applique une tension d’entrée supérieure à celle de Vz, la diode Zener commencera à conduire même en mode polarisation inverse, mais la tension parallèle à la diode Zener sera toujours de 5V. Maintenant, en arrivant à la protection contre les surcharges, Si l’utilisateur règle la tension de sortie souhaitée (en faisant varier le potentiomètre) sur 5V et choisit une diode Zener de Vz = 5V, le circuit fonctionne bien jusqu’à ce que la batterie à l’extrémité de charge soit inférieure ou égale à 5V. Une fois que la tension de la batterie à la fin de la charge est supérieure à 5V, la diode Zener commencera à se conduire dans la polarisation inverse (car la tension Zener est de 5V). Cela fait fonctionner le transistor BC547 en mode de polarisation directe, ce qui coupe la résistance R2 du circuit et la tension de sortie de notre circuit sera de 1,25 volts (d’après la formule de LM317, gardez R2 = 0). Cette tension n’est pas suffisante pour charger notre batterie. De cette façon, notre circuit ne chargera pas notre batterie une fois qu’elle aura atteint la tension requise, et notre batterie est protégée de la surcharge.
