Gadgets como teléfonos, iPods,relojes inteligentes, etc. se han convertido en una parte importante de nuestra vida. Todos se enfrentan a un problema, y es la necesidad de cargar después del uso regular. Se convierte en una preocupación importante cuando se encuentra en un lugar donde no hay electricidad disponible. Una de las soluciones a este tipo de problemas es depender de las fuentes de energía de renovación. Existen diferentes tipos de fuentes de energía renovables como la eólica, la mareomotriz, la solar, etc. En el proyecto de hoy, vamos a usar energía solar para cargar nuestros móviles. Para convertir la energía solar en electricidad, necesitaremos paneles solares. Veremos cómo funciona un panel solar y diseñaremos un circuito de cargador de teléfono móvil solar para cargar nuestro teléfono móvil, así como para proteger la batería de la sobrecarga.
Componentes necesarios
- Panel solar (6V, 80mA) – 2
- Cable Micro USB -1
- Regulador de voltaje LM317 – 1
- Transistor NPN BC547 -1
- Pequeña tabla de cortar el pan
- Potenciómetro (10K)
- 1N5819 Diodos – 2
- Resistencias 100 Ohmios y 150 Ohmios – 2
- Diodo Zener de 5,6 V 1N4734A – 1
Funcionamiento del Panel solar
Las células solares generalmente están hechas de obleas de silicio. Los átomos de silicio en las células solares forman 4 fuertes enlaces con sus átomos de silicio vecinos. Al tener estos enlaces fuertes, los electrones permanecerán en un solo lugar, y no se verá flujo de corriente. Estas células solares suelen tener dos capas de semiconductores. La capa superior de la célula solar está dopada con fósforo para convertirla en un semiconductor de tipo n, y la capa inferior está dopada con boro para convertirla en un semiconductor de tipo p. La capa de tipo N tiene exceso de electrones, y la capa de tipo p tiene agujeros adicionales. Cuando las partículas de luz golpean la célula solar, los fotones presentes en la luz tendrán suficiente energía para golpear a los electrones de su enlace, llevándolos a moverse hacia el lado N, y el agujero (formado por la ausencia de un electrón) se moverá hacia el lado P. Los electrones móviles se recogen en el material metálico delgado presente en la parte superior de la célula solar. Si un circuito externo está conectado a estos materiales metálicos, los electrones fluirán hacia el circuito externo y luego alcanzarán la lámina de aluminio conductora presente en la parte posterior de la célula solar. El electrón se asienta en el agujero que está presente en la capa de tipo P de la célula solar. Cada célula solar tiene un voltaje de 0,5 V a 0,6 V. Las células solares están conectadas en serie para obtener el voltaje requerido. Por lo general, 12 células solares conectadas en serie son suficientes para cargar un teléfono móvil. Hay tres tipos de paneles solares. Son monocristalinos, policristalinos y de película delgada. En nuestro proyecto, vamos a utilizar dos paneles solares de 6V 80mA. Estamos conectando los dos paneles solares en serie para obtener un voltaje de 12V y 80mA. La siguiente imagen muestra el mini panel solar único que puede generar un voltaje de salida de 6 V con una corriente máxima de 80 Ma.
La siguiente imagen muestra la conexión en serie de dos mini paneles solares, que pueden generar una salida de 12 V con una corriente máxima de 80 Ma. Puede aumentar la corriente de salida conectando paneles solares adicionales en paralelo y cada conexión paralela debe tener dos paneles solares conectados en serie para suministrar 12V.Por lo tanto, para obtener una corriente de salida de 800mA, necesitará 20 paneles solares.
Regulador de voltaje LM317
LM317 es un regulador de voltaje variable. Al usar LM317, podemos variar el voltaje hasta 37V con una corriente máxima de 1.5 A. Para obtener el voltaje de salida variable, se utiliza el circuito siguiente.
El voltaje de salida se puede calcular utilizando la siguiente fórmula:
Vout = 1.25 (1 + (R2/R1))
Ahora, variando el valor de la resistencia R2, puede variar el voltaje de salida.
Nota: Aunque la tensión de salida depende de las resistencias externas conectadas al LM317, la tensión de entrada debe ser mayor (mínimo de 3 V) que la tensión de salida deseada.
Cable USB
He utilizado un cable USB a micro USB antiguo para cargar el teléfono móvil con nuestro circuito de cargador de teléfono móvil solar. He quitado el USB, y ahora el cable contiene un conector micro USB, que se usa para conectarse al teléfono móvil y 4 cables en el otro extremo del cable. El cable micro USB consta de 4 pines. Dos para transferir energía y otros dos para transferir datos. El pinout del cable micro USB necesario para transferir energía se muestra a continuación.
Después de conocer el pinout, es hora de conocer los cables conectados a estos pines en el otro extremo del cable. Para determinar qué cable está conectado a qué pin, he utilizado un multímetro en modo de continuidad. De esta manera, encontré los cables necesarios para conectarse a la salida de nuestro circuito.
Diagrama de circuito del cargador de teléfono móvil solar
El diagrama de circuito que se muestra a continuación consiste en la regulación de voltaje y corriente junto con el circuito de protección de sobretensión. Las conexiones son las siguientes: el terminal de ánodo del diodo (D1) está conectado al terminal positivo del panel solar, y el terminal de cátodo del diodo (D2) está conectado al pin de entrada del regulador de voltaje LM317. El terminal de salida del LM317 está conectado al terminal de ánodo del diodo (D2), y el terminal de cátodo del diodo (D2) está conectado al terminal de cátodo del diodo Zener. El terminal de ánodo del diodo Zener está conectado a la base del transistor BC547 a través de una resistencia de 100 Ohmios. El terminal colector del transistor BC547 está conectado al pin de salida del regulador de voltaje LM317 a través de una resistencia de 150 Ohmios. El terminal emisor del transistor BC547 está conectado al GND. El pin de ajuste del LM317 está conectado al extremo variable del potenciómetro y al terminal colector del transistor BC547. Uno de los extremos fijos del potenciómetro está conectado al GND. El cable conectado al pin VCC del cable micro USB está conectado al terminal de cátodo del diodo Zener y el cable conectado al pin GND del cable USB está conectado al GND.
Funcionamiento de este circuito de cargador de teléfono celular con energía solar
El funcionamiento del circuito de cargador de móvil solar es simple de entender. Al principio, coloque toda la configuración en un lugar donde pueda obtener el máximo de rayos solares. Para obtener la tensión de salida deseada del circuito, ajuste el potenciómetro (Use un multímetro para medir la tensión de salida del circuito). Una vez que tengamos el voltaje deseado (5V será suficiente para cargar un teléfono celular), conecte el micro USB al teléfono móvil. Si hay radiación solar adecuada disponible para el panel solar, el teléfono se cargará.
Veamos cómo nuestro circuito protege la batería de la sobrecarga. Antes de comprender la protección contra la sobrecarga, entendamos un poco sobre el diodo Zener. El diodo Zener es similar al de un diodo normal, pero la única diferencia es que cuando se conecta en sesgo inverso, a cierto voltaje de entrada, el diodo Zener iniciará la conducción. El voltaje al que el diodo Zener conduce en sentido inverso se denomina voltaje inverso o voltaje Zener (Vz). Si un diodo Zener de Vz 5V está conectado en el sesgo inverso y aplica un voltaje de entrada más alto que el de Vz, el diodo Zener comenzará a conducir incluso en modo de sesgo inverso, pero el voltaje paralelo al diodo Zener siempre será de 5V. Ahora, llegando a la protección de sobrecarga, Si el usuario establece el voltaje de salida deseado (variando el potenciómetro) a 5V y elige un diodo Zener de Vz = 5V, el circuito funciona bien hasta que la batería en el extremo de carga esté por debajo o igual a 5V. Una vez que el voltaje de la batería en el extremo de carga es más de 5V, el diodo Zener comenzará a conducir en el sesgo inverso (ya que el voltaje Zener es de 5V). Esto hace que el transistor BC547 funcione en modo de polarización hacia adelante, que corta la resistencia R2 del circuito y el voltaje de salida de nuestro circuito será de 1,25 voltios (de la fórmula de LM317, mantenga R2 =0). Este voltaje no es suficiente para cargar nuestra batería. De esta manera, nuestro circuito no cargará nuestra batería una vez que alcance el voltaje requerido, y nuestra batería está protegida contra sobrecargas.
