Складная туристическая солнечная батарея на 10 китайских ватт: выясняем реальные возможности
Современному настоящему туристу (который с рюкзаком ходит, а не который в зарубежном отеле «всё включено» сидит) в походе жизненно необходимо электричество.
В первую очередь оно нужно для подзарядки смартфона и/или навигатора, во вторую очередь — для поддержания жизнеспособности фонариков, в третью очередь — для всего остального.
В особо сложных походах может требоваться и подзарядка средств спутниковой связи и спасения (они должны быть в постоянной боевой готовности, и очень хорошо, если не потребуются).
И вот здесь на помощь приходят туристические солнечные батареи (часто именуются туристическими солнечными панелями, но называть батареями — правильнее).
Эта солнечная батарея из пяти солнечных элементов была куплена на Алиэкспресс у этого продавца, цена на дату обзора — $22.3 (в дальнейшем может меняться). В продаже есть и аналогичная батарея, но не с пятью, а с четырьмя солнечными элементами. Её цена — $20.4, но её покупать нет смысла (значительная потеря в энергии при незначительной экономии в стоимости).
Производитель заявляет для батареи мощность в 10 Ватт. Но так ли это, и на сколько именно «ошибся» производитель — разберёмся по ходу обзора.
Прежде чем перейти к обзору, разберёмся с ближайшим конкурирующим решением: павербанком со встроенной солнечной панелью.
Сравнение полезности туристических солнечных батарей и павербанков с солнечными панелями
Часто можно встретить рекламу павербанков со встроенными солнечными панелями в качестве походных устройств для туристов.
Выглядят они примерно так:
Но, уважаемые читатели, их полезность для зарядки от солнечной энергии крайне мала.
Главная, но не единственная, причина их слабой пригодности для преобразования солнечной энергии — маленькая площадь солнечного элемента. Элементы такой площади могут отдать от 0.5 до 1.5 Вт мощности даже на прямом солнечном свете (в зависимости от площади и других факторов).
В результате для зарядки типового павербанка с ёмкостью 10000 мА*ч (37 Вт*ч) может потребоваться несколько дней.
А если погода будет не очень солнечная, то павербанк вообще так и не зарядится за весь поход.
Вторая причина — это потеря КПД при передаче заряда от павербанка к смартфону.
Сначала от солнечной батареи должен зарядиться аккумулятор в павербанке, а затем энергия от аккумулятора павербанка должна быть передана аккумулятору смартфона.
Типовой КПД павербанков при передаче энергии на смартфон составляет 65-75%. Соответственно, при прямом заряде смартфона от туристической солнечной батареи этих потерь не будет.
Третья причина — это перегрев аккумулятора в павербанке при зарядке от прямого солнечного света.
Предмет, лежащий на солнцепёке, может нагреваться на 20-30 и более градусов выше температуры окружающей среды.
Для литий-ионных аккумуляторов такой нагрев вреден и приводит к преждевременному старению аккумулятора (с соответствующей потерей ёмкости, если его заряжать таким способом систематически).
И, наконец, последняя причина, которая может и не состояться: некоторые производители припаивают солнечную панель в павербанках напрямую к аккумулятору, минуя контроллер. В этом случае аккумулятор может ещё страдать и от перезаряда, если вдруг не остановить зарядку, когда он уже заряжен до 100%.
В качестве итога можно сказать, что пользоваться такими павербанками для зарядки от солнечного света можно только в чрезвычайных, когда другого выхода нет. Во всех прочих случаях такие устройства лучше заряжать классическим способом — от сетевого адаптера, если Вы уже стали владельцем подобного девайса.
Теперь можно вернуться к основному предмету обзора.
Конструкция туристической солнечной батареи
Тестируемая туристическая солнечная батарея состоит из 5-ти солнечных панелей и аналогичного по форме блока контроллера, т.е. всего в устройстве 6 пластин.
Так солнечная батарея выглядит в разложенном виде:
Обратите внимание на разные соединительные промежутки между панелями. Так сделано, чтобы при складывании батареи получилась аккуратная стопка панелей, т.к. внешние витки при складывании получаются длиннее внутренних.
Панели соединены с помощью очень мягкого кожзаменителя. Интересно, что панели не просто вставлены в карманы, а очень плотно приклеены к кожзаменителю как с задней стороны, так и с передней (по периметру).
Благодаря этому обеспечивается защита выходных контактов солнечных панелей от влаги.
Сами панели имеют матовую поверхность:
Думается, что это — дань эстетике, поскольку вряд ли матовая поверхность даст увеличение КПД по сравнению с глянцевой поверхностью.
Размер активной части каждой солнечной панели составляет 134*65 мм, т.е. 0.871 кв. дм.
Все пять панелей соединены параллельно.
В отличие от солнечных панелей, блок контроллера не столь надежно защищён от влаги.
На блоке контроллера предусмотрено два запараллеленных выхода: UBS (универсальный) и micro-USB (увы, постепенно отмирающий вид соединения).
Корпус контроллера представляет собой две пластиковых половинки, соединённых защёлками и парой шурупов без проклейки или резиновых уплотнителей.
В контроллере есть встроенный в него кабель micro-USB с длиной шнура 75 мм.
С нижнего торца контроллера расположен стандартный USB-порт:
Слева от порта USB находится прямоугольное отверстие для видимости излучения индикаторных светодиодов (об их работе будет рассказано далее).
Раскроем корпус контроллера:
Половинки корпуса соединены очень плотно, но резиновых уплотнений или проклейки по периметру нет.
В результате не исключена возможность попадания влаги, если солнечная батарея окажется полностью погруженной в воду. Такие ситуации возможны, например, при переходе речек вброд, переворачивании байдарок и при других туристических приключениях. Для подобных случаев рекомендуется позаботиться о дополнительной защите устройства.
И, конечно, оставлять устройство прямо под дождём тоже не рекомендуется.
Теперь изучим плату контроллера:
Соединения платы с солнечными панелями и с выходным micro-USB разъёмом выполнены тонким многожильным проводом, устойчивым к перетиранию на изгибах (как в проводах наушников).
На плате, помимо обвязки, размещены два чипа: понижающий DC-DC преобразователь XL1410E1 и сдвоенный операционник LM358.
Вопрос: зачем нужен преобразователь; или почему нельзя смартфон (или другое устройство) запитать напрямую от солнечной батареи?
Для зарядки смартфонов и большинства других устройств, нужных туристу, требуется напряжение 5 Вольт. Но от солнечной батареи невозможно получить напряжение ровно 5 Вольт — оно будет меняться в зависимости от освещённости и уровня нагрузки.
Решение проблемы: применить солнечные батареи с более высоким номинальным напряжением; а до уровня 5 В довести его с помощью понижающего импульсного DC-DC преобразователя.
Такие преобразователи имеют более высокий КПД, чем линейные, и решают задачу понижения напряжения до требуемого уровня почти без потерь энергии.
Кстати, преобразователь XL1410 имеет также функции термозащиты и защиты от короткого замыкания, что также поможет выживаемости устройства в условиях туристического похода.
Максимально-допустимый ток выхода для этого преобразователя — 2 Ампера.
Операционник на плате выполняет функцию полного отключения напряжения на выходе, если напряжение солнечной батареи слишком мало (ниже, чем примерно 3 В). Нужна ли ещё и такая защита — не уверен, но она есть.
Напряжение холостого хода на выходе солнечных панелей при наилучших условиях освещения, поступающее на вход преобразователя, составляет 7.1 В.
На плате расположены два светодиода: красный и зелёный (на следующем фото — в левом нижнем углу платы):
Красный светится, если на выходе есть напряжение (к работе готов).
Зелёный светится, если на выход подключена нагрузка с током от 0.28 А и выше.
В сложенном виде туристическая солнечная батарея получается довольно компактной:
В комплект также входят карабин и компас. С помощью карабина можно повесить батарею на дерево или на заднюю сторону рюкзака при движении, и т.п.
Что касается компаса — то это очень дешевое и примитивное устройство, работает плохо, стрелка иногда застревает. В общем, годится только как украшение.
Ещё одна не очень полезная часть комплекта — дополнительный micro-USB кабель 30 см. Зачем он тут — не знаю.
В сложенном виде солнечная батарея занимает примерно столько же места по площади, сколько типовой смартфон с экраном 5.5 — 6 дюймов:
Для транспортировки солнечная батарея получается очень компактной и занимает мало места. Её вес — тоже весьма умеренный — 260 грамм.
Теперь пора оценить её полезность при использовании по прямому назначению — как источник энергии.
Испытания туристической солнечной панели в условиях, приближенных к боевым
Испытания проводились в начале июня на широте 56 градусов с.ш. (эти данные очень важны для работы солнечных батарей, подробнее будет в заключении). Кстати, вблизи этой широты расположены такие крупные города, как, например, Нижний Новгород, Казань, Омск, Новосибирск, и даже Москва, Копенгаген и Эдинбург.
Пример применения туристической солнечной батареи на природе:
Для создания оптимального угла наклона под батарею можно что-нибудь подложить, например, кусок бревна, как на фото.
А вот питаемое устройство (смартфон) располагать, как на фото, не надо. Во избежание перегрева его надо положить в тень; или хотя бы прямо под эту же батарею.
Вернёмся к методике испытаний.
При испытаниях нагрузка повышалась до тех пор, пока напряжение на выходе батареи не упадёт до уровня примерно в 4.2 В.
Это напряжение — точка максимальной зарядки большинства литий-ионных аккумуляторов, т.е. при более низком напряжении зарядного устройства аккумуляторы не смогут зарядиться на 100%.
При самых наилучших условиях (полдень, открытое место, ориентация батареи перпендикулярно солнечным лучам) максимальный ток, который удалось «выжать» из батареи, составил 1.14 А:
Итого, отдаваемая мощность составила 5.04 Ватт, т.е. почти точно в 2 раза ниже заявленной производителем.
Надо сказать, что такой обман далёк от предельного, который можно встретить в рекламе китайских солнечных батарей. Там могут заявить мощность и в 10 раз больше реальной!
Кроме того, надо отметить, что все поголовно производители солнечных батарей указывают отдаваемую мощность для «идеальных» условий, которых у нас не может быть: замер должен быть произведён вблизи экватора точно в астрономический полдень при строго перпендикулярно падающих лучах Солнца и при абсолютно прозрачной атмосфере. Такие условия могут реально существовать в некоторых пустынных районах Южной Америки (в африканской Сахаре слишком пыльно).
Теперь — измерение при горизонтальном положении батареи (без наклона в сторону Солнца):
Мощность снизилась до 4.37 Вт. То есть, наклонять батарею на Солнце всё-таки смысл есть, если погода безоблачная или с умеренной (не сплошной) облачностью. Как увидим дальше из таблицы, чем ниже положение Солнца, тем важнее правильный наклон батареи.
Далее в таблице сведены данные этих и других измерений при разной погоде и в разное время суток:
| Условия измерения | Угол Солнца над горизонтом | Ток выхода солнечной батареи |
| Полдень, Солнце светит перпендикулярно батарее | 57° | 1.14 А |
| Полдень, Солнце, батарея лежит горизонтально | 57° | 0.99 А |
| 18:00, Солнце светит перпендикулярно батарее | 23° | 0.93 А |
| 11:00, полупрозрачная облачность, батарея лежит горизонтально | 53° | 0.72 А |
| 18:00, Солнце, батарея лежит горизонтально | 23° | 0.44 А |
| 11:30, сплошная лёгкая облачность, батарея лежит горизонтально | 55° | 0.42 А |
| Полдень, «рваная» облачность 5 баллов, в тени облаков, батарея лежит горизонтально | 57° | 0.25 А |
| 9:30, сплошная тяжелая облачность | 44° | 0.07 А |
| Помещение, светодиодная лампа 10 Вт на расстоянии 1 м | — | 0 А (преобразователь не включился) |
Угол Солнца над поверхностью рассчитывался с помощью этого сервиса.
Мораль из этой таблицы: эффективность батареи крайне сильно зависит от погодных условий и правильного угла наклона батареи (может изменяться в разы). При тяжелой сплошной облачности батарея становится практически бесполезной.
Реальная удельная отдача энергии от панели при наилучших условиях составляет 1.16 Вт/кв. дм (с активной поверхности, без учёта обрамления, естественно). Эта цифра может пригодиться при оценке других солнечных батарей.
Возможные проблемы
Один из покупателей этой батареи обратил внимание, что после 6 часов использования на прямом Солнце произошло отслаивание края «кармана» одной из панелей от самой панели:
(фото с Алиэкспресс)
Возможно, есть смысл класть панель для работы на проветриваемом месте, например, подкладывать под панель что-либо для создания воздушного промежутка между панелью и поверхностью под батареей. Также лучше не класть батарею на горячие камни и т.п.
Кроме того, не следуют прикладывать сдвигающее или растягивающее усилие к материалу оболочки батареи.
Такая ситуация не исключена и с другими солнечными батареями, за исключением тех из них, которые находятся в жестких корпусах или заламинированы в пластик.
С тестируемой батареей пока такого случая не было, но и большой жары в наших краях тоже пока не было.
Итоги и выводы
Протестированная туристическая солнечная батарея показала свою пригодность для использования в турпоходах, но при этом надо учитывать множество нюансов.
1. Солнечная батарея не может выдать обещанные 10 Вт даже в наилучших условиях (реальная мощность — до 5 Вт). Если трезво смотреть на её возможности, то она в состоянии обслужить в походе только одно непрерывно используемое устройство (смартфон, навигатор и т.п.).
2. Эффективность солнечной батареи (не только этой, но и вообще любой) крайне сильно зависит от сезона, угла наклона батареи, погоды и географической широты. Для средних широт лучше не надеяться на солнечную энергетику в период с осеннего до следующего весеннего равноденствия.
3. Рекомендация: в походе надо подзаряжать своё основное устройство при каждой возможности, не дожидаясь, например, когда заряд дойдёт до 50%. Иначе, в случае длительного ухудшения погоды, в течение длительного времени будет невозможна и подзарядка.
4. Не возбраняется взять с собой в поход, помимо солнечной батареи, ещё и небольшой павербанк на 5000 — 10000 мАч. Он может пригодиться для экономного использования в крайних случаях (при затяжном ненастье).
5. Для краткосрочных походов (или краткосрочных переходов между пунктами доступа к розетке до 3-х дней включительно) лучше вообще не связываться с солнечными батареями, а взять с собой 1-2 мощных хорошо заряженных павербанка (от 20000 мАч).
Теперь снова вернёмся к позитиву.
Кроме использования в походах, эта солнечная батарея подойдёт для подзарядки мобильных устройств в самых различных местах, не соединённых с централизованным источником электроэнергии (туристические приюты, горные домики, охотничьи и рыбачьи избушки и т.п.).
Данная модель солнечной батареи имеет несколько других модификаций с разным числом панелей — от 1 до 4. С точки зрения энергетической и экономической полезности нет смысла приобретать батареи с числом панелей менее 5-ти.
Конечно, существуют и более мощные панели, чем протестированная в этом обзоре, но и места они тоже занимают больше; и не всегда столь же удобны для транспортировки.
Купить эту туристическую солнечную панель можно, например, здесь.
Источник