Solar-Ladegerät: Aufbau und Funktionsweise des Ladens mit Sonnenenergie

Immer mehr Liebhaber von Aktivurlaub ziehen es vor, ihren Urlaub und die Wochenenden näher an der unberührten Natur zu verbringen. Aber dem modernen Menschen fällt es schwer, auf die Annehmlichkeiten der Zivilisation zu verzichten – wer von uns nimmt nicht ein Mobiltelefon, einen Laptop oder eine Kamera mit auf die Reise?

Aber wenn sich in Ihrem Gepäck ein Solar-Ladegerät befindet, ist das Problem mit der Stromversorgung der Geräte gelöst. Es bleibt nur noch herauszufinden, wie man das Gerät richtig auswählt. Der von uns vorgestellte Artikel wird Ihnen wirksame Hilfe bei der Klärung aller Fragen leisten.

Was ist ein Solar-Ladegerät?

Diese Ladegeräte können Sonnenenergie in Gleichstrom umwandeln. Sie können mit verschiedenen Modellen von Navigationsgeräten, Abspielgeräten, Laptops, Telefonen, Kameras und anderen tragbaren Geräten betrieben werden.

Die Ladezeit hängt direkt von der Leistung des Geräts selbst und der Art des entladenen Geräts ab. Um also ein wirklich praktisches und universelles Gerät auszuwählen, sollte man sich mit seinen Eigenschaften auseinandersetzen.

Konstruktionsmerkmale des Geräts

Das Gerät selbst besteht aus einem Kristallpanel, einem Lade-/Entlade-Controller und einem Wandler von Sonnenenergie in elektrische Energie.

Einige Modelle sind zusätzlich mit einem Pufferakku aus mehreren Lithiumzellen ausgestattet, der es dem Gerät ermöglicht, Energie nicht nur umzuwandeln, sondern auch zu speichern, um auch bei Dunkelheit Ladung abzugeben.

Noch vor ein paar Jahren waren Solarladegeräte recht teure Geräte, heute sind sie ein Massenprodukt zu einem erschwinglichen Preis.

Vorteile von Solarladegeräten:

• Universell einsetzbar – sie sind an verschiedene Geräte angepasst (am Gehäuse befinden sich USB-Anschlüsse, die meisten Modelle sind zusätzlich mit speziellen Adaptern für verschiedene Elektrogeräte ausgestattet).
• Sie nehmen wenig Platz im Reisegepäck ein.
• Es gibt eine große Auswahl an Formen, Farben, Größen und Leistungen für verschiedene Bedürfnisse und ästhetische Geschmäcker.

Der größte Nachteil aller Solarladegeräte ist jedoch die lange Zeit, die sie zum Aufladen benötigen. Darüber hinaus sollte man bedenken, dass zwar nahezu jedes Modell ein Mobiltelefon oder eine Kamera mit Strom versorgen kann, ein aktiver „Energiefresser“ wie ein Laptop jedoch eine erhebliche Leistung des Solarmoduls und einen großen Akku erfordert.

Funktionsprinzip des Geräts

Tragbare Solarladegeräte sind autarke Systeme, die Energie sowohl von den Sonnenstrahlen als auch aus dem Stromnetz, von Leuchtstofflampen oder einem Computer umwandeln können. Viele Modelle benötigen dabei keine intensive Sonneneinstrahlung – sie sammeln auch an bewölkten Tagen Ladung, auch wenn der Wirkungsgrad natürlich sinkt (zwischen 20 und 70%).

Wenn Sie ein Gerät mit Netzanschluss kaufen, können Sie bei bewölktem Wetter erheblich Zeit beim Aufladen sparen.

Das Gerät funktioniert folgendermaßen: Die Kristalle auf der Platte absorbieren Solarenergie, der Wandler wandelt sie in elektrischen Strom um, der zur Stromquelle fließt. Wenn ein Mobiltelefon oder ein anderes Gerät mit einem Kabel an diese Quelle angeschlossen wird, fließt die gespeicherte Energie allmählich in das entladene Gerät.

Arten von Solar-Ladegeräten

Was das Äußere betrifft, haben die Hersteller nicht nur die Farbgebung und die Form der Geräte variiert, sondern auch das Gerät so bequem wie möglich für den Einsatz in verschiedenen Situationen gemacht. Betrachten wir die beliebtesten Varianten.

Monoblock – ein kompaktes Gerät aus Panel und Speicher, die in einem festen Gehäuse aus Metall oder Kunststoff eingeschlossen sind. Ein solches Gerät «rettet» ein entladenes Handy am Strand oder beim Picknick und nimmt nicht viel Platz in einer normalen Tasche ein.

Monoblock-Geräte sind für den täglichen Gebrauch geeignet – sie nehmen nicht viel Platz ein und können nicht nur mit Sonnenenergie, sondern auch während der Arbeit am Laptop oder Computer aufgeladen werden.

Flexible Panel – eine dünne, faltbare oder ausrollbare Platte mit Photovoltaikzellen. Sie nimmt wenig Platz im Gepäck ein und wiegt viel weniger als ihr festes Pendant mit Gehäuse. Trotz der beachtlichen Fläche laden flexible Platten jedoch fast doppelt so langsam wie Monoblöcke.

Darüber hinaus arbeiten die meisten Panels nur mit direkter Sonneneinstrahlung, ohne Energie zu speichern – ihnen fehlt ein eingebauter Akku. Allerdings können Sie Ihr Ladegerät jederzeit mit einem externen Speicher der erforderlichen Leistung ergänzen.

Daher sind flexible Panels eine gute Option für das Problem des Aufladens von Geräten mit geringer Leistung bei «stationärem» Urlaub – in der Datscha, beim Angeln, mit dem Zelt. Für eine Wanderung sollten Sie jedoch besser eine andere Option in Betracht ziehen.

Während der Fahrt können Sie das flexible Panel kompakt zusammenfalten und in den Kofferraum legen oder am Autodach befestigen, und beim Halt – einfach unter der Sonne ausbreiten.

Integrierte Ladung – das Gerät besteht aus Solarmodulen, die an der Außenseite von Taschen oder Trekkingrucksäcken befestigt werden. Sie ermöglichen es, Geräte direkt während der Reise aufzuladen oder die Ladung in einem integrierten Akku zu speichern.

Und ein solches Zubehör kann auch für seinen eigentlichen Zweck verwendet werden – zum Transport von Gegenständen oder derselben Elektronik, was sehr praktisch für diejenigen ist, die gerne wandern oder im Freien arbeiten.

Obwohl die „Energy-Rucksäcke“ attraktiv und stylisch aussehen, kann man genauso gut auch jede andere Art von Ladegerät vorübergehend an der Tasche befestigen (viele Modelle sind sogar mit speziellen Karabinern ausgestattet) und sich keine Sorgen um die Unversehrtheit des Geräts bei Regen oder Reinigung machen.

Klappgeräte – das können sowohl mehrere flexible Paneele sein, die kompakt zu einem „Stapel“ zusammengelegt sind, als auch eine Variante aus zwei Monoblöcken, die in einem harten Gehäuse in Form eines aufklappbaren Buches untergebracht sind.

Das Hauptziel eines solchen Geräts ist es, den „Verbrauch“ an nutzbarer Fläche in Ihrem Gepäckvolumen zu minimieren und die Effizienz durch eine größere Anzahl von Fotozellen zu erhöhen. Ein angenehmer Bonus ist, dass die meisten Modelle mit Halterungen für Rucksäcke oder Autoscheiben ausgestattet sind.

Die Größe des Klappgeräts kann je nach Ihren Bedürfnissen gewählt werden: Zum Aufladen eines Mobiltelefons reicht ein Gerät in der Größe des Telefons selbst aus, während für Laptops und Tablets das Panel selbst im zusammengeklappten Zustand nicht kleiner als ein A5-Blatt sein wird.

Unabhängig vom Design funktionieren alle Solarladegeräte nach dem gleichen Prinzip. Daher betrachten wir die wichtigen technischen Nuancen, die beim Kauf des Geräts helfen.

Wie Sie die passende Option auswählen

Zunächst sollten Sie sich über die Anzahl und Art der Geräte im Klaren sein, die Sie mit dem Solarladegerät aufladen möchten. Von diesen Parametern hängen die Leistung des Geräts und die Art des Ausgangsanschlusses ab.

Wenn das Gerät über mehrere USB-Anschlüsse verfügt, können verschiedene Geräte gleichzeitig angeschlossen und geladen werden, solange die Akkuleistung dies zulässt.

Die Eigenschaften verschiedener Geräte können Sie in der Bedienungsanleitung nachlesen. Bei manchen Geräten ist die Betriebsspannung auch auf dem mitgelieferten Ladegerät angegeben, sodass Sie sich leicht orientieren können. Im Notfall können Sie den benötigten Adapter jederzeit nachkaufen.

Wichtige Parameter und angenehme Ergänzungen

Die Ladezeit für verschiedene Geräte hängt von der Eigenschaft des Ladestroms ab. Dieser Wert wird in Ampere gemessen und ist an den Anschlüssen des Geräts angegeben.

Werte:

• 1 Ampere – geeignet für Mobiltelefone, E-Zigaretten, Uhren, Player.
• 2 Ampere – geeignet für Tablets, Smartphones, Digitalkameras und Videokameras.
• 2,5-3 Ampere – bewältigt das Aufladen von Netbooks und Laptops.

Außerdem ist es wichtig, die Ausgangsspannung zu kennen, denn die zu ladenden Geräte können leistungsmäßig die Möglichkeiten des Solarladegeräts übersteigen. So benötigen die meisten Telefone und einfachen Tablets einen Ausgang von 5 Volt, Digitalkameras und Spielgeräte 9 Volt und Laptops sowie Autokühlschränke 12-24 Volt.

Dennoch ist die wichtigste Eigenschaft des Ladegeräts die Leistung des Solarpanels. Von diesem Wert hängt direkt die Ladezeit des Akkus ab. Und hier kommt es auf die Eigenschaften der lichtabsorbierenden Paneele an.

Zum Beispiel haben Elemente mit einer Leistung von 5 W (Standard-Budgetvariante) einen Strom von 900 mA, und solche mit 10 W haben 1500 mA. Das heißt, um ein Telefon mit einem 5-W-Solarladegerät aufzuladen, benötigt man 2-3 Stunden, während ein 10-W-Panel es in anderthalb Stunden schafft.

Für leistungsstarke Geräte wie Gaming-Tablets und Laptops ist es besser, zusammenklappbare Modelle aus mehreren Paneelen zu kaufen, die schnell Ladung erzeugen.

Darüber hinaus werden Geräte mit Paneelen, deren Leistung 2 W nicht übersteigt, nur zum Laden des eingebauten Akkus verwendet. Um Geräte direkt mit Sonnenlicht zu laden, werden Paneele mit einer Leistung von 3 W oder mehr benötigt.

Weitere wichtige Parameter:

1. Vorhandensein eines Akkus – Wenn das Gerät keinen Speicher hat, kann es nur arbeiten, solange es sich an einem beleuchteten Ort befindet. Geräte mit Akkus hingegen können zu jeder Tageszeit Ladung abgeben und auch über andere Quellen aufgeladen werden – über den USB-Anschluss eines Laptops oder eine Steckdose mit 220-V-Anschluss.
2. Art der Photoelemente – Es wird angenommen, dass monokristalline Zellen Sonnenstrahlen effizienter absorbieren (ihr Wirkungsgrad liegt bei 13-18 %). Bei polykristallinen Zellen ist dieser Wert niedriger – etwa 10-12 %. Man kann sie sogar mit bloßem Auge unterscheiden – polykristalline Paneele haben einen dunkelblauen Farbton, ihre Konkurrenten einen schwarzen.
3. Schnittstelle – Universelle Solarladegeräte sind mit informativen USB-Anschlüssen ausgestattet, an denen je nach Art des entladenen Geräts die gewünschte Option ausgewählt werden kann. Einige Geräte verfügen auch über einen Indikator für die Intensität der Sonnenstrahlen, der hilft, den optimalen Standort für eine schnelle Ladung zu bestimmen.
4. Schutz – Grundsätzlich ist bei allen Geräten ein Sicherheitssystem vorgesehen, das den Einsatz im Freien ermöglicht. Für Liebhaber extremer Abenteuer lohnt es sich jedoch, nach einem Gerät mit verstärktem Schutz vor Regen, Staub, Schmutz, Stößen und anderen unvorhergesehenen Ereignissen zu suchen.

Zusatzfunktionen sind meist als „Taschenlampe“ oder „Leuchte“ vorhanden. Dies kann nicht nur für Naturliebhaber nützlich sein, sondern auch für Autofahrer – beim Reifenwechsel oder einer Reparatur auf der nächtlichen Straße wird helles Licht zu einem unverzichtbaren Helfer.

Zu den weiteren Boni können Hersteller einen USB-Hub oder einen WLAN-Hotspot anbieten. Natürlich erhöhen alle Zusätze den Endpreis des Produkts erheblich. Ob Sie sie wirklich brauchen, müssen Sie entscheiden.

Nach der Kaufintensität führen bei uns die folgenden Modelle:

Allgemeine Nutzungsempfehlungen für das Ladegerät

Geräte mit eingebautem Akku müssen vor der ersten Verwendung vollständig aufgeladen werden, und zwar nicht in der Sonne, sondern über das Stromnetz. Schließen Sie dann ein Gerät an das Ladegerät an, damit es Energie aufnimmt und den Speicher entlädt.

Danach kann das Panel den Sonnenstrahlen ausgesetzt werden, um die verlorene Ladung auszugleichen. Für Modelle, die direkt von der Sonne betrieben werden, gilt diese Regel nicht – sie können sofort an beleuchteten Stellen aufgestellt und mit Geräten verbunden werden.

Die meisten Solarladegeräte sind für den Betrieb bei Temperaturen von –20 bis +45 Grad ausgelegt, es gibt jedoch auch spezielle Modelle, die unter extremen Klimabedingungen funktionieren; diese werden jedoch nur auf Bestellung gefertigt.

Um den Wirkungsgrad eines Solarladegeräts bestmöglich zu steigern, empfehlen wir Folgendes:

1. Positionieren Sie das Gerät so, dass die Sonnenstrahlen im rechten Winkel auf das Panel treffen. Auch wenn die Sonne nicht im Zenit steht, können Sie dem Ladegerät die richtige Position geben, indem Sie es mit einer Stütze in einem Winkel von 40 Grad anheben. So können Sie 20–30 % mehr Ladung sammeln, als wenn Sie das Panel waagerecht auf eine beleuchtete Stelle legen.
2. Verwenden Sie das Gerät zusammen mit einem Speicher, nicht nur an Rastplätzen, sondern auch während der Autofahrt oder auf Wanderungen. Ein solches Tandem kann selbst bei bewölktem Wetter ohne direkte Sonneneinstrahlung Energie für 2–3 Handyladungen sammeln.
3. Beachten Sie, dass bei den meisten klappbaren Geräten die Paneele in Reihe geschaltet sind. Daher ist es wichtig, dass alle Elemente gleichmäßig beleuchtet werden. Wenn beispielsweise nur die Hälfte des ersten von vier Paneelen im Schatten liegt, sinkt die Akkuleistung um die Hälfte.
4. Damit Akkus mit großer Kapazität die angegebenen Parameter erreichen, wird empfohlen, sie „einzufahren“ – vollständig zu entladen und dann auf 100 % aufzuladen. Wiederholen Sie dies 3–4 Mal.
5. Bei längeren Betriebspausen (ein Monat oder länger) lagern Sie das Ladegerät bei Raumtemperatur. Handelt es sich um ein Gerät mit eingebautem Akku, sollte dieser vorher auf 50–70 % aufgeladen werden.

Und ein letzter Tipp: Auch wenn das Ladegerät schlechter funktioniert oder ganz ausgefallen ist, zerlegen Sie es nicht selbst, um eine Beschädigung der Systemkomponenten und des Gehäuses zu vermeiden. Ein zerlegtes Gerät verliert automatisch die Garantie; wenden Sie sich daher besser an ein autorisiertes Servicecenter oder den Lieferanten.

Wie Sie ein Ladegerät selbst bauen

Obwohl moderne Ladegeräte keine Premiumgeräte mehr sind und für den Durchschnittsverbraucher preislich erschwinglich sind, besteht immer die Möglichkeit, ein solches Gerät selbst herzustellen, wenn Sie sparen möchten.

Beispiel eines selbstgebauten Geräts in einem harten Gehäuse aus einer Metalldose, ausgestattet mit USB-Anschluss und Energiewandler zum Laden von Geräten mit geringer Leistung.

 Um ein einfaches Solarladegerät zu bauen, müssen Sie einige grundlegende Komponenten erwerben:

• Poly- oder monokristallines Panel;
• Akkuhalter;
• Sperrschottky-Diode;
• Buchse für den Stecker;
• Laderegler (wenn das Ladegerät 0,5–5 V liefert, können Sie stattdessen einen günstigeren Aufwärtswandler auf 5 V verwenden).

Was das Panel selbst betrifft, müssen Sie eine kleine Berechnung der Anzahl der Elemente durchführen, basierend auf der Leistung des Geräts, das geladen werden soll.

Wenn der Ladestrom für den Akku etwa 10 % seiner Kapazität beträgt, wird für einen 20.000-mAh-Akku ein Strom von 2 A benötigt, und das Gerät benötigt etwa 14 Stunden zum Laden. Wenn Sie den Strom auf 4 A verdoppeln, verkürzt sich die Ladezeit auf 7 Stunden.

Der Austausch des Reglers durch einen Wandler ermöglicht es, ein Ladegerät sogar mit einer schwachen Batterie einer solarbetriebenen Gartenleuchte zu bauen – am Ausgang erhalten wir trotzdem die erforderlichen 5 V (allerdings wird das Laden lange dauern).

Abhängig von den Stromparametern für das zukünftige Ladegerät (2 oder 4 A) werden auch die kristallinen Elemente ausgewählt. Normalerweise erzeugt ein Element etwa 0,5 V, um also mindestens 5 V zu erhalten, werden 10–12 Elemente benötigt.

Dann müssen sie in Reihe miteinander verlötet werden. Wenn ein Panel von einer Taschenlampe verwendet wird, kann selbst ein Standardpanel von 70×70 cm 2,5 bis 4,5 V liefern, daher ist es besser, mit einem Voltmeter zu überprüfen.

Der letzte Schritt besteht darin, das selbstgebaute Ladegerät in einen geeigneten Rahmen einzuschließen (sogar eine Bonbondose ist geeignet) und mit einem USB-Anschluss auszustatten. Dann müssen Sie die Sperrdiode sowie die Drähte vom Solarpanel zum Wandler und zum Halter gemäß dem untenstehenden Schaltplan an den Anschluss löten.

Die Schottky-Diode ist notwendig, damit die Akkus beim Einschalten des Geräts nicht über das Solarpanel entladen werden. Sie können sie, wie auch die anderen Komponenten, auf Radiomärkten oder im Internet erwerben.

Jetzt müssen Sie nur noch die Funktion des Geräts in der Sonne mit einem beliebigen entladenen Gerät überprüfen. Wenn alles in Ordnung ist, können Sie die entsprechenden Adapter verwenden und verschiedene Geräte laden.

Fotoanleitung für Heimwerker

Ein kompaktes Ladegerät mit USB-Anschluss zum Aufladen des Telefons können Sie ganz einfach mit eigenen Händen bauen. Alle Komponenten sind frei erhältlich, notfalls können sie bestellt werden. Der Selbstbau ist um ein Vielfaches günstiger als ein fabrikgefertigtes Produkt, insbesondere wenn dieses stark beworben wird.

Beim Kauf der Komponenten für den Bau des Geräts ist zu beachten, dass die Solaranlage eine Spannung von 5 V oder mehr haben muss. Über die Spannung des Akkus haben wir bereits gesprochen, sie beträgt 3,7 V. Wir haben jedoch eine wichtige Nuance nicht erwähnt – in der Kennzeichnung oder den technischen Unterlagen des Akkus muss “PCB protection” vermerkt sein. Dies bedeutet, dass er gegen Tiefentladung und Überladung geschützt ist.

Außerdem werden zwei 2,5-mm-Steckverbinder benötigt: einer mit Rastung für die Paneele, der andere mit Kabel. Ebenfalls benötigt wird eine Aufwärtsschaltung für USB zur Bereitstellung von Gleichstrom.

Alles Notwendige besorgt? Dann beginnen wir mit dem Zusammenbau:

Außerdem muss die Diode angelötet werden. Sie wird auf der einen Seite mit einem Kabel mit dem Akku verbunden, auf der anderen Seite mit dem mittleren Pin des Steckers. Die Lötverbindungen sollten möglichst nah an der Diode angebracht werden. Alle Knotenpunkte müssen mit Schrumpfschläuchen oder zumindest mit Klebepunkten geschützt werden.

Mit den Regeln zur Auswahl von Solarmodulen für die Einrichtung eines Privathauses oder eines Ferienhauses macht Sie der folgende Artikel vertraut, der sich mit dieser interessanten Frage beschäftigt.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Um einen visuellen Eindruck von Solarladegeräten und ihren Funktionsprinzipien zu erhalten, empfehlen wir Ihnen, sich unsere Auswahl an Videos anzusehen:

Praktische Tipps und Hinweise zur Auswahl eines Ladegeräts für verschiedene Geräte. Einen Blick ins Innere und in die Schaltung des Monoblocks können Sie zusammen mit dem Autor dieses Videos werfen:

Wie Sie ein Solarladegerät selbst zusammenbauen:

Dank des technischen Fortschritts und der klugen Köpfe der Erfinder, die die Sonnenenergie für den Durchschnittsnutzer zugänglich gemacht haben. Dank solcher Ladegeräte müssen Sie sich keine Sorgen machen, dass Sie während Ihres Urlaubs im entscheidenden Moment ohne Verbindung zur Zivilisation dastehen.

Wenn Sie Schwierigkeiten bei der Auswahl des Geräts haben, können Sie sich jederzeit an Fachleute wenden, die sich mit Elektrik auskennen.

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