«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
Originally published at LeonidS blog. You can comment here or there.