“Городской” павербанк совместно с солнечной батареей?

Весьма распространенный вопрос, на который приходится отвечать, звучит примерно так:

“Я купил на АлиЭкспресс солнечную батарею на элементах SunPower с выходом преобразователя на 5 вольт (USB-выход). Как мне ее можно использовать совместно с типовым “промышленным” павербанком, и какие “засады” вероятны на этом пути?”

Ну ладно, вопрос понятен, и вопрос хороший и правильный – но, к сожалению, простого, короткого и однозначного ответа на него нет и не предвидится… Придется отвечать длинно и занудно 🙂

Первое и главное, что нужно здесь понимать – китайцы (а именно они производят 99% всех популярных павербанков), ни в малейшей степени никогда “не парятся” над двумя проблемами:

1. Работа павербанка от нестабильных (т.е. “природных”) источников энергии.

2. КПД зарядки павербанка (т.е. уменьшение потерь при зарядке внутреннего аккумулятора).

Т.е. в некоторых случаях контроллер заряда конкретного павербанка может в большей или меньшей степени удовлетворять первому или второму условию (а в некоторых случаях, возможно, иногда даже и обоим – почему бы и нет?) – но можно с уверенностью сказать, что изначально инженерами такое НЕ планировалось, просто оно случайно могло так выйти! 🙂

Остановлюсь чуть подробнее на каждом из этих моментов…

Способность работать от нестабильного источника энергии подразумевает:

а) Когда источник способен выработать много энергии – то забрать (усвоить) ее всю целиком, до последней капельки.

б) Когда энергия из источника еле-еле “сочится” – то тоже ее суметь забрать и пустить в дело. Как утверждает великий классик русской литературы: пять старушек – уже рупь! 🙂

в) Ну и не дать перегрузиться источнику энергии – это верно и применительно как к солнечным батареям, так и к механическим генераторам (например, ветро-генераторы) – всегда, в любой момент времени, существует некоторый “оптимум” забираемой энергии, а если его превысить, то КПД работы источника энергии снижается. Собственно говоря, именно этим и занимаются т.н. контроллеры заряда с MPPT (Maximum Power Point Tracker – ну или по русски, “отслеживание точки максимальной мощности источника энергии”).

Ну а с КПД зарядки – оно все еще проще… Это количественный показатель того, сколько процентов вырабатываемой генератором (в нашем случае – фотоэлементами солнечной батареи) энергии дошло до конечного потребителя, т.е. до заряжаемого аккумулятора павербанка. Нужно четко понимать, что всегда, в любой физической системе, этот КПД будет меньше 100% – а вот насколько сильно меньше, зависит от целой кучи факторов, увы 🙁 А куда девается недошедшая до аккумулятора энергия? О_о 🙂 Уходит в выделяемое тепло, т.е. в любом случае, мы всегда немного локально обогреваем вселенную 🙂

Но возвращаясь к нашим павербанкам. Вот над КПД выходного преобразователя все разработчики павербанков действительно думают (как минимум, стараются) – поскольку это напрямую связано с самой важной для потребителя характеристикой любого павербанка – его способностью отдавать ранее запасенную энергию! Ну а требования ко входной (т.е. зарядной части) не столь критичны, поскольку предполагается, что в конечном итоге павербанк будет заряжаться от сети 220 вольт, т.е. экономить единицы ватт-часов энергии нет ни малейшей необходимости.

Правда, здесь все же разработчикам павербанков приходится балансировать между своими “сциллами и харибдами”:

а) С одной стороны, все же постараться побыстрее зарядить павербанк – отсюда и желание по возможности увеличить максимальный ток зарядки, и использование разных алгоритмов “быстрой зарядки” (что, по сути, в конечном счете, тоже самое увеличение тока зарядки, только чуть более “замысловатым” образом).

б) Но таки все же стараться не перегружать маломощные источники энергии – например, такие, как USB-порты обычного компьютера. Как правило, эти компьютерные порты совсем не рассчитаны на большие токи (обычно максимум 1-1.5А) – и для павербанка очень важно их не спалить (на практике, скорее всего, конечно, ничего не сгорит – но порт от перегрузки просто вырубится, а вместе с ним, вырубиться может и весь компьютер! 🙂

В итоге приходим к двум наиболее популярным решениям зарядной цепи при массовом производстве “городских” павербанков:

1. Дешево и сердито: на основе какого-нибудь самого недорого чипа контроллера заряда (их сотни разных микросхем выпускается) реализуем простейшую схемку с максимальным током потребления в районе 1А – это как раз тот оптимальный максимальный ток, который совершенно спокойно и безопасно выдержит как любой компьютерный USB-порт, так и любая телефонно-смартфонно-планшетная сетевая зарядка, к которым можно подключить павербанк. Павербанку здесь не нужно вообще ни над чем задумываться, ничего анализировать, ни о чем беспокоиться – тупо поключайся и пользуйся, риск абсолютно минимален! Просто, дешево, сердито! 🙂

Единственный недостаток – заряжаться такой павербанк будет достаточно долго… Ну да кого это волнует? О_о 🙂

Ну и еще один нюанс – при таком решении чаще всего используется не импульсный, а линейный контроллер заряда (поскольку он проще и дешевле). Но у линейного – довольно низкий КПД! Для павербанка, заряжающегося в конечном итоге от сети 220В, это абсолютно без разницы – а вот для походной “солнечной энергетики” разница есть… С учетом потерь в контроллере заряда и в преобразователе на самой солнечной батарее, суммарный КПД передачи энергии от фотоэлементов к аккумулятору окажется в где-то районе 70% или даже чуть меньше. Иными словами, мы сразу же, практически одну третью часть всей произведенной нами энергии, выбросили и направили на обогрев вселенной! 🙂

Есть, правда, и один плюс такого контроллера именно при использовании с солнечными батареями – поскольку он совсем “тупой” и не задает лишних вопросов, то он одновременно обычно и не “капризничает” в довольно широких пределах изменения поступаемой на вход мощности. Открыли краник – потекло побольше, прикрыли – он автоматически “урезает аппетит”, ну хотя бы до определенного уровня мощности… Рано или поздно, естественно, он доходит до некоторого порога, ниже которого отказывается работать – но хотя бы автоматически рестартует потом сам, когда света на солнечных батареях добавится…

2. С претензией на “интеллект”: когда павербанк сконструирован таким образом, чтобы иметь возможность заряжаться побыстрее, т.е. током более чем “безопасный” один ампер… Здесь уже “аналоговой частью” контроллера заряда обычно “командует” микро-процессор со своей управляющей программой. И вот тут уже, в зависимости от фантазии китайских инженеров, возможны абсолютно ЛЮБЫЕ расклады! 🙂 А напомню, о какой же возможности меньше всего на свете задумывались проектировщики такого павербанка? О_о 🙂 Да-да, именно о возможности работы с нестабильными источниками мощности! 🙂

Иными словами, зарядная часть подобного павербанка практически идентична тому, что имеется внутри всяческих смартфонов/планшетов. Со всеми этими считываниями и анализом “USB-сигнатур”, возможным “тестированием” источника (под управлением программы микро-процессора) – в общем, все как у “взрослых” 🙂

Ну и результат, в конечном итоге, получится примерно такой же, как и для смартфона/планшета – подробно мною “разжеванный” в посте Еще раз о бассейнах 🙂 – адресую всех желающих туда.

Уфф… Что-то я увлекся писаниной, а еще о многих проблемах здесь можно/нужно было бы поговорить – но это в другой раз… А пока краткое резюме такое:

Промышленный “городской” павербанк, в большинстве случаев, можно использовать с солнечной батареей – и это в любом случае будет лучше, чем не использовать никакого павербанка вообще! 🙂 Но только вот абсолютно каждую модель павербанка необходимо исследовать/тестировать: вооружаться каким-нибудь измерительным приборчиком типа “USB-доктора”, брать солнечную батарею, и смотреть, что же у нас там реально творится с зарядкой павербанка в тех или иных условиях освещения… И быть заранее психологически готовым к тому, что результат запросто выйдет обескураживающим! 🙁 Иными словами, либо изрядная часть энергии уйдет на обогрев вселенной, либо же она просто не будет вырабатываться солнечной батареей, поскольку не было на это запроса от павербанка…

В общем, все здесь абсолютно в полном соответствии с Булатом Окуджавой: “с умным – хлопотно, с дураком – скучно”… С “городскими” павербанками – ровно такая же история! 🙂

Хотя, я вовсе и не исключаю того, что какой-нибудь павербанк такого рода вдруг окажется реально неплохим именно в связке с СБ – но, повторяю, если такое случится, то скорее случайно, а не из-за того, что так оно и было задумано! :)))

ЗЫ: Ну а у меня в Сол-500 всех этих проблем нет как класс… Поскольку вся энергия, вырабатываемая фотоэлементами, напрямую (с минимальнейшими потерями на диоде Шоттки), поступает непосредственно в аккумулятор – и при этом он всегда “настоятельно требует” от солнечной батареи производить абсолютно всю физически возможную, для текущих условий освещения, энергию! Иными словами, СБ не “сачкует” ни при каких обстоятельствах 🙂

Ну а поскольку рабочее напряжение солнечной батареи и напряжение аккумулятора в Сол-500 подобраны таким образом, чтобы СБ всегда находилась довольно близко от точки максимальной мощности – то они являются вполне согласованными друг с другом… Это же касается и безопасности аккумулятора – его емкость вполне согласована с мощностью СБ.

Также по теме:
Еще раз о бассейнах 🙂
Еще немного про USB-зарядки