آموزش ساخت : شارژر خورشیدی USB بسازید

همه ما گجت‌های USB زیادی داریم و این گجت‌های به یک بخش جدانشدنی از زندگی ما تبدیل شده اند. اما این گجت‌ها خیلی زود باتری تمام می‌کنند و به همین خاطر وقتی بیشترین نیاز را به آنها داریم، نمی‌توانیم از آنها استفاده کنیم. اما همیشه یک راه حل وجود دارد و راه حل این مشکل شارژر خورشیدی است. دیگر لازم نیست از آداپتورها دیواری و لپ تاپ برای شارژ گجت‌هایتان استفاده کنید و بهتر است این شارژر خورشیدی USB را جایگزین آنها کنید.

در این ساختنی روش ساخت یک شارژر خورشیدی USB را گام به گام به شما می‌آموزیم. با این شارژر خورشیدی تقریباً می‌توانید همه دستگاه‌های USB مثل موبایل، پخش کننده موزیک، آیپد و آیفون را شارژ کنید. این شارژر خورشیدی یک محفظه چوبی دارد که با برش لیزری ساخته می‌شود؛ اگر به ابزار لازم برای برش لیزری دسترسی ندارید می‌توانید از هر جعبه یا محفظه دیگری برای ساخت شارژر استفاده کنید.

این ساختنی برای تازه کارها و دانش آموزان دبیرستانی طراحی شده است و فقط به دانش کمی‌در زمینه لحیم کاری نیاز دارد. به همین خاطر دانش آموزان می‌توانند از این ساختنی به عنوان ایده کاردستی مدرسه هم استفاده کنند.

این شارژر خورشیدی برای شارژر باتری موبایل و دستگاه‌های مشابه بسیار مناسب است اما نمی‌توان از آن برای شارژر دستگاه‌های بزرگتر استفاده کرد و یا در موارد اورژانسی به آن تکیه کرد.

گام اول: قطعات و ابزار موردنیاز

قطعات شارژر خورشیدی USB

• مدار تقویت کننده DC به DC با خروجی USB 5 ولتی
• باتری خورشیدی ۶ ولتی
• ۳ عدد باتری AA قابل شارژ
• ۳ عدد هولدر باتری AA
• دیود ۱N914
• سوئیچ ضامنی
• سیم (از نوع استاندارد)
• تیوب شیرینک

قطعات جعبه چوبی

• تخته سه لای سه سانتیمتری
• ۱۶ عدد پیچ ۳۲-۶
• ۱۶ عدد مهره شش ضلعی ۳۲-۶

ابزار موردنیاز

• دستگاه لحیم
• هویه
• سیم چین
• سیم لخت کن
• نوار فومی‌دوطرفه
• پیچ گوشتی
• ابزار اختیاری
• نوار چسب عایق
• چسب حرارتی
• دسترسی به کاتر لیزری

گام دوم : مدار تقویت کننده

یک شارژر USB برای شارژ کردن بیشتر گجت‌ها به برق نیاز دارد. برای ساخت یک شارژر خورشیدی USB با این قابلیت دو راه وجود دارد:

اولین راه این است که یک سلول خورشیدی با ولتاژ بسیار بالا تهیه کنیم و سپس آن را تا ۵ ولت پایین بیاوریم. این روش به سلول خورشیدی بسیار بزرگی نیاز دارد. اگر هم بخواهید یک باتری به این ترکیب اضافه کنید، باید باتری تان بیشتر از ۵ ولت باشد که این باتری‌ها خیلی بزرگ هستند. همانطور که می‌بینید با این روش یک شارژر سنگین و گران خواهید داشت.

راه دوم استفاده از ولتاژ پایین تر و تقویت آن تا ۵ ولت است. در این روش می‌توانیم از سلول‌های خورشیدی و باتری‌های کوچکتر استفاده کنیم. اما عیب روش دوم این است که بخاطر ولتاژ باید از آمپراژ بگذریم. این روش رایج ترین راه برای تولید شارژرهای usb تجاری است که درکنار ارائه ولتاژ درست اندازه، وزن و قیمت مناسبی هم دارند.

کلید بکارگیری روش دوم، استفاده از مدار تقویت کننده DC به DC یا همان ترانسفورماتور می‌باشد. این مدار پایه با استفاده از یک سیم پیچ مفتولی، ولتاژ را تا ۵ ولت تقویت می‌کند و درکنار آن ثبات و تنظیم برق را هم ارائه می‌کند. در این ساختنی ، خروجی این مدار یک پورت USB است.

در تصویر بالا می‌توانید دو مدار تقویت کننده DC به DC متفاوت اما بسیار مشابه را ببینید. هر دو این مدارها ولتاژ دو ولتی را می‌گیرند و آن را تا ۵ ولت تقویت می‌کنند. تفاوت این دو مدار وقتی میتواند دردسرساز شود که این شارژر خورشیدی را برای شارژ یکی از محصولات قدیمی‌Apple بکار ببرید. گجت‌های USB برای شارژ شدن معمولاً فقط به برق یک پورت USB نیاز دارند. اما بیشتر مدل‌های آیفون، به یک نوع USB خاص برای شارژ شدن نیاز دارند. آیفون‌ها داده‌های پورت USB را چک می‌کنند تا ببینند چه نوع دستگاهی به آیفون وصل شده و اگر پورت توانایی لازم را داشته باشد، سرعت شارژ را افزایش می‌دهند. اگر آیفون چیزی را در تب داده‌ها نبیند، شارژ نمی‌شود. این مشکلی است که بسیاری از شارژرهای USB معمولی بویژه نمونه‌های قدیمی‌تر با آن مواجه هستند.

اگر نمی‌خواهید از این شارژر خورشیدی برای شارژ یک آیفون یا آیپد استفاده کنید، می‌توانید از هر نوع مدار تقویت کننده DC به DC حتی نمونه‌های قدیمی‌استفاده کنید. اما اگر میخواهید محصولات Apple را شارژ کنید باید از مدارهای تقویت کننده خاصی استفاده کنید.

گام سوم : سلول‌های خورشیدی و باتری‌ها

هنگام انتخاب باتری و سلول خورشیدی برای ساخت شارژر باید به محدودیت‌های انرژی خورشیدی توجه کرد

مدار تقویت کننده DC به DC شارژر خورشیدی به یک جریان حداقلی ۲ ولتی نیاز دارد؛ بنابراین باید یک منبع تغذیه برای آن درنظر بگیریم.

برق باتری

بهتر است در ساخت پروژه‌های خورشیدی از منبع برق استفاده کرد. انرژی خورشیدی یک منبع انرژی ثابت نیست و این امر از ماهیت نور خورشید ناشی می‌شود. حتی وقتی تابش نور خورشید هم بنظر ثابت و مداوم میرسد، بازهم انرژی خورشیدی تا درجاتی نوسان دارد. استفاده از باتری در کنار سلول‌های خورشیدی کمک می‌کند جریان برق ثابت شود و این امکان را می‌دهد که برای استفاده‌های بعدی کمی‌برق ذخیره کنیم.

در این ساختنی خورشیدی هم از باتری‌های AA قابل شارژ استفاده خواهیم کرد. سه تا از این باتری‌های معمولی برای این شارژر خورشیدی کافی است. باتری‌های قابل شارژ ۱٫۲ ولت خروجی دارند و با استفاده از سه تا از آنها به یک جریان ۳٫۶ ولتی می‌رسیم. این میزان برای ساخت این نوع شارژر کامل ایده آل است. اگر فقط از دو باتری استفاده کنیم، ولتاژ به سرعت به کمتر از ۲ ولت کاهش می‌یابد و اگر از چهار باتری استفاده کنیم، مجبور می‌شویم سلول‌های خورشیدی بزرگتری انتخاب کنیم.

یکی از مهمترین معایب استفاده از باتری‌های AA این است که هیچ راهی برای بررسی شارژ آنها وجود ندارد. هیچوقت متوجه نمی‌شوید باتری‌های کی کاملاً پر شده اند. آسان ترین راه این است که براساس میزان ولتاژ ورودی سلول‌های خورشیدی و ظرفیت باتری‌ها زمان تقریبی را تخمین بزنید. البته می‌توانید باتری‌ها یک ولتاژسنج و منبع تغذیه دوم را به این ساختنی اضافه کنید اما در اینصورت این ساختنی بسیار پیچیده تر و گران تر خواهد شد.

برق خورشیدی

وقتی که باتری‌ها را شارژ می‌کنیم به یک ولتاژ بسیار کم نیاز داریم تا شارژ باتری‌ها را شروع کند. تا زمانیکه این میزان در حداقل نگهداشته شود، باتری‌ها می‌توانند آمپراژ (جریان) را قبول کنند. ولتاژ بالاتر باعث نمی‌شود باتری‌ها زودتر شارژ شوند. طبق قانون کلی استفاده از انرژی خورشیدی ، همیشه باید ۱٫۵ برابر ولتاژی که نیاز دارید را ایجاد کنید. بخاطر ناپایداری و بی ثبات بودن ماهیت نور خورشید ، به کمی‌فضای اضافه نیاز داریم تا این نقص را برطرف کند. منبع باتری ما ۳٫۶ ولت است و با استفاده از سلول خورشیدی ۶ ولتی ، این میزان اضافی فراهم میشود.

آمپراژ (جریان) جنبه ای از الکتریسیته است که الکترونیک را وارد باتری‌های ما می‌کند. باتری‌های ما هم مثل تمام باتری‌ها از طریق یک واکنش شیمیایی انرژی را ذخیره می‌کند و به همین خاطر قوانین بخصوصی دارد. وقتی از یک آداپتور دیواری برای شارژ باتری AA استفاده می‌کنیم، بخاطر وجود تراشه‌های هوشمندی که مرتب باتری را چک می‌کنند روند شارژ بسیار سریع می‌گیرد. چون مدار ما هوشمند نیست و نمی‌تواند باتری را چک کند، از قانون ۱۰ درصد برای شارژ آهسته باتری‌ها استفاده خواهیم کرد. باتری‌های AA تازمانی می‌توانند راحت و بدون دردسر شارژ شوند که بیشتر از ۱۰ درصد از ظرفیت شان در آن واحد وارد آنها نشود. به این ترتیب باتری‌های ۲۰۰۰ آمپری فقط می‌توانند ۲۰۰ آمپر از جریانشان را از طریق انرژی خورشیدی دریافت کنند.

چون سلول خورشیدی ما فقط ۸۰ میلی آمپر است، باتری‌های شارژر ما کاملاً صحیح کار خواهند کرد. یکی از جنبه‌های مثبت روش شارژ آهسته این است که باتری‌ها هیچوقت بیش از حد شارژ نمی‌شوند و وقتی باتری‌ها پر شوند، روند شارژ متوقف می‌شود.

گام چهارم : دیاگرام مدار

دیاگرام مدار شاژر خورشیدی

در تصویر بالا می‌توانید دیاگرام مدار این ساختنی را ببینید. این مدار طوری طراحی شده است که سلول خورشیدی مرتب باتری‌ها را شارژ کند و سوئیچ ضامنی هم مدار USB را روشن و خاموش می‌کند.

دیود به این خاطر در مدار بکار رفته است که از جریان یافتن برق در جهت غلط و به سمت سلول‌های خورشیدی جلوگیری کند. این یکی از رایج ترین دیاگرام‌ها برای ساخت شارژرهای خورشیدی است.

میتوانید تنظیمات کلی را براحتی براساس نیاز پروژه تان تغییر دهید و مقیاس آن را بزرگ یا کوچک کنید.

گام پنجم : جعبه برش لیزری

می‌توانید بجای این جعبه برش لیزری از جعبه‌های پلاستیکی مواد غذایی هم استفاده کنید

برای این پروژه یک جعبه برش لیزری هم طراحی کرده ایم. تمام قطعات این جعبه به راحتی در هم چفت می‌شوند. این جعبه از تخته سه لای ۳ میلیمتری ساخته شده است. فایل طراحی جعبه هم در فایل ضمیمه پست موجود است و درصورت دسترسی به کاتر لیزری می‌توانید از آن استفاده کنید. اگر هم وقت دارید می‌توانید کمی‌وقت صرف تزیین جعبه و رنگ کردن و سنباده زدن آن بکنید.

اگر به کاتر لیزری دسترسی ندارید، راه‌های بسیار آسانتری هم برای ساخت محفظه شارژر خورشیدی وجود دارد. حتی می‌توانید از جعبه‌های پلاستیکی خوراکی‌ها هم با خیال راحت استفاده کنید. جعبه‌های پلاستیکی گزینه بسیار خوبی هستند زیرا براحتی یافت می‌شوند، ارزان هستند و خیلی راحت می‌توان آنها را تغییر داد.

می‌توانید از جعبه‌های مخصوص مدارهای الکترونیک هم استفاده کنید. البته این جعبه‌ها کمی‌گرانتر هستند.

بهتر است در صورت امکان از جعبه‌های فلزی استفاده نکنید. جعبه‌های فلزی بویژه جعبه‌های از جنس قلع براحتی می‌توانند مدار را کوتاه کنند و اصلاح این مشکل کمی‌سخت است.

گام ششم : سلول خورشیدی را لحیم کنید

سه سیم ۱۵ سانتیمتری ببرید.

با استفاده از سیم لخت کن، ۶ میلیمتر از سر همه سیم‌ها را لخت کنید. (در همین مرحله می‌توانید بسته بندی باتری‌ها را هم انجام دهید).

دو تکه از سیم‌ها را بردارید و یکی را به زبانه مثبت سلول خورشیدی و یکی را به زبانه منفی سلول خورشیدی لحیم کنید.

اگر قصد دارید از جعبه برش لیزری استفاده کنید، به کف سلول خورشیدی نوار فوم بچسبانید. پوشش محافظتی نوار را جدا نکنید چون تا پایان پروژه نمی‌خواهیم سلول را سفت کنیم.

گام هفتم : باتری و دیود را وصل کنید

لطفاً قبل از ادامه کار ساخت شارژر خورشیدی تمام مراحل را با دقت بخوانید.

• اول؛ اگر قصد دارید از جعبه برش لیزری استفاده کنید، باید سیم‌های سلول خورشیدی را از آن رد کنید. درغیر اینصورت در ادامه ساختنی نمی‌توانید اینکار را بکنید.
• دوم؛ انتهای بسته باتری را لخت کنید. حتماً باید در ابتدای کار سر آنها را قطع کنید.
• سوم؛ سیم منفی (مشکی) از بسته باتری را بگیرید و آن را به سیم منفی که از سلول خورشیدی می‌آید، بپیچید. در این مرحله این دو سیم را لحیم نکنید.
• چهارم؛ دیود را بردارید یک طرف دیود یک خط مشکی دارد (طرف منفی) و طرف دیگر این خط را ندارد (طرف مثبت). در این قسمت باید سیم مثبت سلول خورشیدی را به طرف مثبت دیودتان بپیچید. سیم پیچیده شده را تا بالای سر دیود بیاورید. حالا سیم را در جایش لحیم کنید و سیم اضافی این قسمت را (فقط این قسمت) را ببرید.
• پنجم؛ سیم مثبت (سیم قرمز) بسته باتری را دور طرف منفی دیود (سمتی که خط مشکی دارد) بپیچید. سیم را به بالا و سرجایش بکشید و آن را لحیم کنید. سیم اضافی این قسمت دیود را نبرید.

اختیاری : استفاده از تیوب شیرینک در این مرحله برای محافظت از سیم‌ها و کل شارژر ایده خوبی است. تمام سیم‌ها را کنار هم مرتب کنید. سپس تیوب شیرینک را به سمت دیود به بالا بکشید. در انتهای کار از یک منبع گرما برای قرار دادن این تیوب در جایش استفاده خواهیم کرد.

گام هشتم : سوئیچ ضامنی را وصل کنید

• اول؛ سیم‌های منفی سلول خورشیدی و بسته باتری که به هم پیچانده اید را بردارید و آنها را به پین وسطی سوئیچ ضامنی لحیم کنید.
• دوم؛ سیم‌های ۱۵ سانتیمتری باقی مانده را بردارید و آنها را به یکی از پین‌های خروجی باقیمانده لحیم کنید. فرقی نمی‌کند کدان پین را انتخاب می‌کنید.

اگر نمی‌توانید سیم‌ها را از سوراخ‌های کوچک روی پین‌های ضامن رد کنید، نگران نباشید. فقط کافی است از کسی کمک بگیرید و آنها را براحتی به کناره پین‌ها لحیم کنید.

در ضمن بخاطر داشته باشید که سوئیچ ضامنی از فلز و پلاستیک ساخته شده است. اگر هویه را بیش از حد در جایش نگهدارید، ممکن است آن را آب کنید.

گام نهم : مدار USB را وصل کنید

اگر برای ساخت شارژر خورشیدی از مدار مخصوص Apple استفاده می‌کنید باید مرحله بعد را هم بخوانید زیرا جانمایی و لحیم کاری آن مدار کمی‌متفاوت است.

• اول؛ پایه باقیمانده دیود را سوراخ مثبت مدار USB رد کنید. پایه را خم کنید و در جایش لحیم کنید. قسمت اضافی سیم را ببرید.
• دوم؛ سیمی‌که از سوئیچ ضامنی می‌آید را بردارید و آن را از سوراخ منفی مدار USB رد کنید. پایه را خم کنید و در جایش لحیم کنید. قسمت اضافی سیم را ببرید.

لحیم کاری از طریق قسمت‌های سوراخ شده آسان است. هویه را طوری فشار دهید که هم با حلقه نقره ای دور سوراخ و هم با سیم برخورد کند. برای لحیم کردن این سیم‌ها فقط به مقدار بسیار کمی‌هویه نیاز دارید.

گام دهم : مدار Apple

این برد بجای سوراخ، زبانه‌های فلزی بزرگی دارد که از برد بیرون زده اند. برای لحیم کردن سیم‌ها به مدار، باید آنها را دور این زبانه‌ها بپیچید.

• اول؛ در زیر برد می‌توانید علائم مثبت و منفی مدار را پیدا کنید.
• دوم؛ پایه باقیمانده دیود را دور زبانه مثبت برد مدار بپیچید. حالا سیم را سرجایش لحیم کنید.
• سوم؛ سیمی‌که از سوئیچ ضامنی بیرون می‌آید را دور زبانه منفی برد مدار بپیچید. حالا سیم را سرجایش لحیم کنید.
• چهارم؛ تمام قسمتی‌های اضافی سیم‌ها را ببرید.

حالا باید مدار را روشن کنیم. مدار USB مخصوص Apple یک سوئیچ کوچک سه قسمتی در لبه کناری اش دارد. سوئیچ را تکان دهید تا به سمت پشت تب‌ها لحیم شده باشد. اگر باتری‌های را درجایش قرار داده باشید، LED روشن خواهد شد.

LED سفید در این ساختنی کاربردی ندارد و می‌توانید آن را جدا کنید. می‌توانید این LED را جدا کنید یا آن را بخوابانید.

گام یازدهم : تست و رفع مشکلات احتمالی

در این مرحله شارژر خورشیدی USB شما باید کار کند. یک گجت USB را بردارید و آن را به شارژر خورشیدی وصل کنید.

اگر دوست دارید الان بهترین زمان برای استفاده از یک فندک یا سشوار برای جمع کردن تیوب شرینک است. تیوب را دور تمام قطعاتی که بیرون مانده اند بکشید و آن را تا مدار بکشید. حالا گرما را روی تیوب بگیرید. دقت کنید از از فندک استفاده می‌کنید، شعله به هیچ وجه نباید با سیم‌ها یا تیوب برخورد داشته باشد.

اگر شارژر خورشیدی USB کار نکرد، این موارد را امتحان کنید:

۱- آیا باتری‌هایتان سالم هستند؟ سعی کنید باتری‌های AA دیگری – حتی از نوع معمولی – را امتحان کنید.
۲- آیا سوئیچ در جهت مناسب قرار دارد؟ یکبار سوئیچ را عقب و جلو ببرید تا از سالم بودن آن مطمئن شوید.
۳- آیا گجت مناسبی را برای شارژ انتخاب کرده اید؟ برخی از گوشی‌های بزرگ و تبلت‌ها با هیچکدام از مدارها شارژ نمی‌شوند. شارژر خورشیدی را با یک دستگاه پخش موزیک کوچک یا یک گوشی کوچکتر تست کنید. همانطور که می‌بینید ما در ابتدا از یک لامپ LED کوچک برای آزمایش شارژر خورشیدی استفاده کرده ایم.
۴- آیا مدار Apple باعث شده آیفون پیغام ” ابزار شارژ حمایت نمی‌شود ” را بدهد؟ این پیغام به این معنی است که جریان باتری‌های AA کم هستند یا سوئیچ مدار Apple در نقطه اشتباه است.

گام دوازدهم : جعبه را مونتاژ کنید

اگر از جعبه‌های پلاستیکی آماده استفاده می‌کنید، از این مرحله عبور کنید.

برای مونتاژ کردن قطعات جعبه برش لیزری به یک پیچ گوشتی نیاز دارید. باوجود اینکه ضخامت چوب جعبه خوب است اما باید هنگام مونتاژ جعبه مواظب باشید. اگر پیچ گوشتی را خیلی فشار دهید بندها می‌شکنند و باید هنگام چفت کردن قطعات جعبه به یکدیگر از هر دو طرف فشار دهید.

• اول؛ باید ۱۶ پیچ و مهره داشته باشید. با این پیچ و مهره‌ها راحت و بهتر می‌توانید قطعات را به هم ببندید.
• دوم؛ کارتان را با قطعه کف جعبه شروع کنید. سپس کناره‌ها را اضافه کنید. برای اینکه پیچ‌ها درست سرجایشان قرار بگیرند باید کمی‌فشار روی آنها بیاورید. در این مرحله نباید پیچ‌ها را کاملاً سفت کنیم. فقط قدری آنها را سفت کنید که از جایشان نیفتند. در انتهای کار این پیچ‌ها را سفت خواهیم کرد.
• سوم؛ قتی کف جعبه و چهار قطعه کناری را کنار هم قرار دادید، باید قطعات دیگر را داخل جعبه قرار دهید. مقداری نوار فوم روی بسته باتری قرار دهید و مقدار کمی‌هم روی مدار بگذارید. با اینکار راحت تر می‌توانید قبل از چسباندن بسته باتری، سوئیچ ضامنی را در جایش قرار دهید. وقتی بسته باتری را داخل جعبه می‌گذارید، جعبه را بلند کنید و از هر دو طرف فشار بیاورید. خوب فشار دهید تا بسته باتری کاملاً سفت شود.
• چهارم؛ حالا قطعه بالایی جعبه را وصل کنید. نوار محافظ روی فوم سلول خورشیدی را جدا کنید و آن را روی قطعه بالایی جعبه فشار دهید. سپس پیچ‌های قطعه بالایی را سفت کنید.

در نهایت هم همه پیچ‌ها را سفت کنید. دقت کنید که ممکن است هنگام سفت کردن پیچ‌ها زبانه‌های جعبه بشکنند. پس دقت کنید که بیش از اندازه فشار نیاورید.

اگر قسمتی از زبانه‌ها یا قطعات جعبه در حین کار شکست، می‌توانید با استفاده از چسب چوب قطعات را بچسبانید.

شارژر خورشیدی USB آماده است

حالا شارژر خورشیدی شما کامل شده است و می‌توانید از آن استفاده کنید.

یکبار دیگر می‌گوییم که با این شارژر خورشیدی نمی‌توانید گجت‌های بزرگ مثل گوشی‌های بزرگ و تبلت‌ها را شارژ کنید. علاوه براین برای استفاده در مسافرت و موارد اضطراری هم مناسب نیست چون چند ساعت روز طول می‌کشد تا گجت‌ها را کامل شارژ کند.

امیدواریم این روش ساخت به اطلاعات شما درباره شارژرهای خورشیدی اضافه کرده باشد. براحتی می‌توانید مقیاس این پروژه را بزرگتر کنید تا شارژرهای خورشیدی بزرگتر و بهتری بسازید.