把25瓦半柔性太陽能面板變成實用充電器

五月 23, 2018
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材料

  • 半柔性太陽能面板,20到25瓦
  • 鋰電池組,具備15到20V太陽能輸入充電連接埠
  • #12纜線(紅色和黑色)
  • 熱縮套管
  • 合適的電池連接器

工具

  • 剪線鉗
  • 烙鐵
  • 熱縮套管
陽光或許不用錢,但把它變成可用的電源就不一樣了。我認知到這點是在1965年的時候,我向材料商Herbach and Rademan(現在名為H&R Company, Inc.)買了一些矽太陽能電池。這些0.75×0.75英寸的電池價格當時每個要價2.49美元,也就是現在的19.30美元(根據CPI Inflation Calculator)。

在1975年,我用九個這種太陽能電池製做一臺充電器,在越野自行車旅行時用來給筆型手電筒的兩個AA電池充電。焊接起來後,我把太陽能電池放在3×6英寸、厚度1/8英寸的壓克力板上,用矽膠黏著劑覆蓋,再拿一塊薄的透明塑膠蓋在矽膠上。我在正極輸出和電池正極端子中間加裝阻隔二極體,防止電池在晚上透過太陽能電池放電。這樣就完成了一組防水太陽能充電器(圖A),過了42年也效能不減。
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圖A。1975年作者的DIY太陽能面板。

可攜式太陽能發電的優勢

現在的矽太陽能電池比我1965年買的效率更高,也更便宜。市面上也有各種預先組裝、防水,甚至折疊式和半柔性(圖B)的陣列,還有內建的阻隔二極體。半柔性的太陽能比安裝在金屬和玻璃框內的設計還輕很多。你也能買到非矽的陣列,但效率和壽命就不如矽。
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圖B。折疊式和半柔性太陽能面板。
可攜式太陽能發電適合在自行車旅行、健行和露營時用來給手機和手電筒電池充電。在長時間停電時尤其方便。然而太陽能也有缺點。

可攜式太陽能發電的成本

成本是可攜式太陽能發電的最大缺點。在我打字的同時,我的iPhone SE正消耗5.3瓦(0.0053 kW)的電能,同時透過Kill A Watt能源偵測器充電。這支手機從沒電到充飽要2.5小時。假設充電時的耗電恆定(我的手機在充電時耗電會下降),則充飽電需要2.5×0.0053 kW,即0.01325 kW/hrs。

根據美國能源資訊局(eia.gov),在2017年五月50州的平均電費是每千瓦小時13.02美分。以這個價格每天把我的手機充飽,一整年只要花62.97美分。

這次的測試是這支手機自2016年春季以來第一次由線電流充電。我從那時候開始用鋰電池組充電,而鋰電池組的充電則是用25瓦的半柔性太陽能面板,總成本超過150美元。我認為這用於健行、露營和緊急狀況是合理的花費。

運作問題

太陽能發電只有在出太陽時才有用,天空有淡淡卷雲也行。但雲層更厚的話會大幅降低面板的最高能源生產。另一個考量是太陽能面板要朝向太陽來取得最佳效果。這是讓我一天中多次從書桌起身去調整面板位置的好藉口。還有一個問題是太陽能面板可以變得很燙,尤其在夏天。雖然我還沒辦法用太陽能面板煎蛋,但也很接近了(圖C)。在熱天把面板放在草皮上就會把草烤焦(圖D)。高溫的問題就是電池組內建太陽能充電器可能不太聰明的原因,至少在夏天是如此。
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圖C。這塊太陽能面板熱到幾乎可以煎蛋。
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圖D。100瓦的太陽能面板放置一天後把下面的草烤焦。

相機、手機和平板電腦的太陽能充電

像圖B這樣的精巧型面板具有一個USB連接埠,可以直接給有USB電源連接埠的裝置充電。雖然這種面板可以輕鬆放在背包來攜帶,使用時必須注意避免使被充電的裝置過熱。廣告裡的照片有時會讓面板和手機相鄰,甚至放在手機下面,這樣手機內部的電池可能過熱。裝置或電池在充電時最好遠離面板和陽光直射。

如果太陽能面板先給電池組充電,之後再由電池組給其他裝置充電,這就是間接充電。過去一年ATOTO Ultra UPS電源供應器進駐我書桌的左邊,現在正為我的手機和平板電腦充電。我每10天會把它拿到戶外用100瓦太陽能面板充電。雖然市面上似乎已經買不到ATOTO,但有類似且能力更強的Chafon CF-UPS018 346WH電源供應器。我也有好幾個小型鋰電池組,它們有內建充電控制器,可以用15到20瓦的太陽能面板充電。雖然其中有些機型已經沒有在賣,仍然可以找到很多USB相容的電池組來用有USB輸出的太陽能面板充電。圖E是華氏98度的夏天裡我的25瓦面板在給電源供應器充電。當電源供應器達到115度,我就把它移到室內。
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圖E。連接太陽能面板的線路和電池的插頭。

DIY可攜式太陽能充電器

旅行時,我會攜帶適合用USB連接埠給裝置和電池組充電的折疊式太陽能面板(圖B)。長途旅行或在家庭辦公室裡的話,我使用25和100瓦半柔性面板為15到20伏特等高容量電池組充電。其中25瓦的面板已經改造來給RAVPower Model RP-PB14鋰電池組、ChargeTech(昂貴)和ANKER Mobile Power 79AN20L(停產)充電。和多數的高功率面板一樣,這塊25瓦面板附有正極和負極導線,端點有防水MC4接頭,設計來串聯或並聯兩個或以上的面板。以下是我把25瓦半柔性太陽能面板變成實用充電器的方法(圖F)
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圖F。厚厚的隔熱層能保護電池組不受太陽能面板高溫的影響。
»把兩條導線在離面板頂端塑膠端子三英吋的地方剪掉,並從兩條線的末端各移除0.5英寸的絕緣材料。

»在暴露面板於弱陽光或室內白熾燈時,用萬用表判斷導線的極性。把極性(+和-)分別標示在面板的上方角落。

»把長度1英寸的熱收縮套管套上面板的每條線。

» 將一對長16英寸的紅色和黑色#12導線移除0.5英寸的絕緣材料,並把線從面板頂端背面最上方的兩個孔眼插入(紅= +孔眼、黑= –孔眼)。

» 觀察極性並把新的線焊接到太陽能面板的兩條線。

» 把熱縮套管套上焊接的連接點並加熱。

» 把紅色和黑色線空著的末端,和專為15-20伏特太陽能充電設計(非USB)的小型電池組輸入插座相容的電源插頭焊接在一起。或者為了確保相容性,把電池組隨附的電源供應器輸出線剪下16英寸的長度,並把它焊接到紅色和黑色的太陽能面板導線。

注意:觀察極性

你可以修改這些步驟。舉例來說,那兩個孔眼可以鑽出來,讓面板的纜線穿過去。

在2016年夏天,我在夏威夷的冒納羅亞天文臺校正NOAA(美國國家海洋暨大氣總署)的世界標準臭氧層測量儀器時,這個面板正好派上用場。我把面板連同45磅的電子器材放在托運行李底部。每天都用它來給電池組充電。在開車下山到海岸洗澡和買東西的那幾天,面板就放在租來的吉普車的副駕駛座擋風玻璃下(圖G)。在夏威夷過了64天後,我把面板運回家,抵達時沒有損壞,並固定使用至今。為了確保你也有這樣良好的使用體驗,請上網仔細比較各種可攜式太陽能發電產品。

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圖G。作者的25瓦太陽能充電器在夏威夷運作。

(譯:屠建明)
【原文】

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