Обзор

Туристическая солнечная батарея Allpowers 21W: добываем энергию вдали от цивилизации

В этом обзоре проверим функционирование относительно мощной туристической солнечной батареи от солидного производителя (Allpowers) и разберёмся, в каких условиях и сколько энергии от неё можно получить. Хотя применение устройства может быть полезно не только в турпоходе (рыбалке, охоте), но и при чрезвычайных ситуациях с нарушением электроснабжения.

Солнечная энергетика сейчас - очень популярная тема. Но всегда ли она может оправдать возложенные на неё ожидания?!

В процессе тестов солнечной панели и на этот вопрос тоже будет дан ответ.

(изображение с Алиэкспресс, кликнуть для увеличения)

Купить тестируемую солнечную батарею можно на Алиэкспресс здесь, а также и у многих других продавцов. Цена на дату обзора - около $35 с учётом доставки (в дальнейшем цена может меняться, проверяйте!).

Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158
 

     Оглавление:

   1. Характеристики (и их анализ), внешний вид, конструкция и состав комплекта солнечной батареи Allpowers 21 Вт

   2. Тестирование

   3. Окончательный диагноз туристической солнечной панели Allpowers и тактика её применения

Характеристики (и их анализ), внешний вид, конструкция и состав комплекта солнечной батареи Allpowers 21 Вт

Характеристики (взяты с официальной страницы солнечной батареи на сайте производителя (Allpowers)):

Пиковая мощность: 21 Вт

Напряжение и ток выхода: 5 В, 3 А (макс. суммарно по двум выходам)

Макс. ток одного выхода: 2.4 А

Солнечный элемент: монокристаллический кремний, ламинированный ETFE (этилен-тетрафторэтилен)

Влагозащита: IP67 (кроме контроллера)

Габариты в сложенном виде, мм: 253*300*13

Габариты в разложенном виде, мм: 642*300*13

Масса: 0.59 кг

Цвет: камуфляжный, чёрный

Комплектность: солнечная батарея, кабель микро-USB, инструкция, чехол.

Кроме того, производитель "факультативно" заявляет для этой солнечной батареи КПД величиной в 21%; в том числе, и за счёт лучшей прозрачности покрытия ETFE для ультрафиолетовых лучей (весьма полезных для генерации энергии).

Теперь проанализируем эти данные.

Итак, пиковая мощность заявлена в 21 Вт, что похоже на правду, учитывая КПД панели и её активную площадь (11.25 кв. дм).

Но получить эту мощность потребитель никогда не сможет, поскольку максимально-допустимый суммарный ток для выходов составляет 3 А при напряжении 5 В (итого - 15 Вт); а при попытке превысить ток может срабатывать защита от короткого замыкания.

Да и эти 15 Вт получить не всегда будет реально: для этого не только должно быть достаточно Солнца, но и потребление нагрузки тоже должно быть оптимальным (например, два смартфона, или один смартфон и один повербанк, или два не слишком мощных повербанка). Теоретически, можно было бы получить от солнечной панели и высокую мощность в 12-18 Вт для зарядки одного смартфона, если бы контроллер панели поддерживал бы "быструю зарядку". Но чего нет - того нет.

Так же надо обязательно упомянуть, что и мощность в 15 Вт можно получить только вблизи полудня при ясной солнечной погоде с оптимальным (перпендикулярным) или близким к нему углом падения солнечных лучей. При любом отклонении от этих условий отдаваемая мощность будет падать (забегая вперёд, можно упомянуть, что наиболее критичным будет наличие тени и облачности, даже почти прозрачной).

Солнечная панель - раскладывающая. Она состоит из трёх секций (створок):

Солнечная батарея на этом фото сфотографирована на снегу. И это - не просто для красоты, а с намёком, что на холоде КПД солнечных батарей - выше, чем в тепле (подробности - в этой статье).

Поверхность солнечных элементов - не гладкая, а рельефная с равномерным чередованием небольших возвышенностей и углублений. Возможно, это улучшает приём солнечной энергии.

На обратной стороне одной из створок солнечной батареи расположен её контроллер в виде небольшой чёрной коробочки:

 Задача контроллера - выдача заданного напряжения (5 В) и защита от коротких замыканий.

Перемычки между створками солнечной батареи - гибкие и позволяют сложить батарею втрое и застегнуть её на встроенные кнопки:

Разъёмы USB на контроллере защищены резиновыми заглушками, предохраняющими контроллер от пыли и брызг воды, но не более того. Погружать в воду нельзя.

Между разъёмами USB расположен светодиод. Он индицирует факт наличия освещённости, достаточной для формирования на выходе солнечной батареи напряжения +5 В, но без гарантии отдачи какой-то конкретной мощности (она пропорциональна освещённости и может колебаться в очень широких пределах).

Выходы USB окрашены в разные цвета: один - серый, другой - нет, не белый, а оранжевый.

Информация на крышке контроллера гласит, что максимальный ток выходов - одинаковый, но инструкция указывает, что всё-таки есть приоритет выхода 1 над выходом 2; и при подключении одновременно двух устройств желательно устройство с большим потреблением подключать к выходу 1.

Кроме солнечной батареи, в комплект входят пара карабинов для закрепления панели на чём-либо, кабель микро-USB (выходящий из моды), чехол (вещь полезная) и инструкция на английском языке (вот она).

Комплект выглядит так:

А вот полный скан инструкции:

Технические испытания солнечной батареи Allpowers

Все тесты, если это не оговорено особо, проводились при солнечной погоде с оптимальным углом наклона солнечной батареи (почти перпендикулярное падение лучей). Период испытаний - первая половина апреля, когда Солнце светит уже достаточно сильно, почти по-летнему; хотя погода ещё прохладная (не выше +15 градусов в тени).

Первым делом на всякий случай было проверено, а не запараллелены ли выходы контроллера между собой? Оказалось, что нет: замыкание между контактами + 5 В выходов 1 и 2 не обнаружено.

То, есть, они в какой-то степени независимы.

Хотя и зависимость между ними тоже обнаружилась: если устроить короткое замыкание на одном из выходов, то и на втором тоже напряжение пропадает.

Здесь самое время посмотреть на начинку контроллера.

Чтобы снять с него крышку, достаточно приподнять углы этикетки на контроллере и отвернуть 4 шурупа под ними. Углы этикетки будет легче приподнять, если этикетку сначала немного разогреть; например, положив панель на несколько минут контроллером в сторону Солнца.

Впрочем, потребителю разбирать контроллер совершенно незачем, если только у него не появятся мысли по его усовершенствованию.

И вот как выглядит плата контроллера:

К сожалению, маркировки на главном управляющем чипе (слева на плате) нет, или же она затёрта.

Но зато чётко видны два импульсных понижающих DC-DC преобразователя (постоянного тока в постоянный), образованных индуктивностями 4.7 мкГн и 8-ногими чипами с маркировкой IACSJ. Так маркируют чипы MP1495DJ; это - понижающий преобразователь с прогрессивной архитектурой синхронного выпрямления. Максимальный выходной ток - 3 А.

Интересно, что, хотя в инструкции и обозначен приоритет выхода 1 над выходом 2, никакой разницы в конфигурации выходных DC-DC преобразователей не обнаружено. Возможно, какие-то решения на "высшем уровне" принимает главный управляющий чип (который без маркировки).

Пользуясь доступностью непосредственно контактов солнечной батареи, были замерены характеристики её самой как таковой. Напряжение холостого хода составило 7.7 В, ток короткого замыкания - 3.07 А (в состоянии сразу после распаковки, т.е. без предварительного разогрева на Солнце).

Так что всё-таки можно подтвердить отдачу солнечной батареей (самой по себе) мощности в 21 Вт (даже с учетом того, что она меньше, чем если  просто напряжение ХХ умножить на ток КЗ). Но это - только теоретически; потребитель никогда эту мощность не получит.

Кроме того, полученное напряжение ХХ, равное 7.7 В, позволяет определить конфигурацию соединения солнечных элементов батареи.

Все три створки - запараллелены, а в каждой створке отдельные элементы соединены последовательно-параллельно, таким образом, что число последовательно соединённых групп составляет 12.

Теперь - картинка с тестовым стендом:

Всю аппаратуру пришлось вынести на детскую спортивно-игровую площадку.

Для тестирования были использованы два коротких кабеля USB, припаянных к объединительной плате; что позволяло тестировать каждый выход как по отдельности, так и оба выхода параллельно.

В качестве нагрузки использовался мощный проволочный переменный резистор.

Из измерительной аппаратуры использовался мультиметр и USB-тестер.

При тестировании для определения напряжения на выходах учитывалось сопротивление соединительных USB-кабелей, составившее 0.15 Ом для каждого кабеля. Это делалось, чтобы "отвязаться" от качества применённых кабелей, которое у потребителя в каждом случае будет своё.

Вот такое получилось бесхитростное хозяйство, тем не менее, позволяющее получить адекватные результаты измерений и расчётов.
 

Кстати, защита от короткого замыкания срабатывает при подключении нагрузки только к одному выходу при токе 2.8 А. При подключении равномерной нагрузки на два выхода защита срабатывает при суммарном токе 3.3 А; но возможно, что это - не совсем срабатывание защиты от КЗ, а "выдыхается" солнечная батарея.

Таким образом, максимальная отдаваемая мощность солнечной батареи составила чуть выше 15 Вт, что подтверждает ранее сделанные расчеты; но опровергает заявленную в описании мощность солнечной батареи в 21 Вт (которая вроде как есть, но её невозможно получить). Всё верно, так и должно быть: в Китае свои единицы измерения -  "китайские Ватты". :)

После устранения короткого замыкания напряжение на выходе восстанавливается не мгновенно, а через несколько секунд.

Напряжение холостого хода по каждому из выходов почти совпало и составило 5.23 и 5.24 В.

При токе нагрузки в 1 А суммарно на два канала канале напряжение падало до 5.18 В.

Аналогично, но при токе нагрузки 2 А напряжение падало до 5.16 В (был сделан перерасчёт с учётом сопротивления кабелей).

Теперь - самое интересное: результаты измерения максимального отдаваемого тока при различных метеоусловиях и различных положениях солнечной батареи.

Отдаваемый суммарный ток по двум выходам фиксировался при постепенном повышении нагрузки в момент, когда напряжение на выходе снижалось до 4.5 В.

И вот результаты:

Солнечная погода вблизи полудня, оптимальный угол падения лучей (перпендикулярно) - 3.0 А

Солнечная погода вблизи полудня, панель лежит горизонтально - 2.6 А

Солнечная погода вблизи полудня, панель лежит горизонтально, одна из створок закрыта листом бумаги (имитация частичной тени) - 1.9 А. Створки соединены параллельно, поэтому отдаваемая мощность сократилась примерно на треть.

Солнечная погода вблизи полудня, панель лежит горизонтально, через все три створки проходит косая тень от вытянутой руки, закрывающая примерно треть площади каждой створки - 0.34 А (!!!). Здесь жёстко действует принцип "слабого звена": ток, отдаваемый всей панелью в целом, определяется не самой сильно освещённой ячейкой, а самой мало освещённой!

Вечер, солнечная погода, низкое положение Солнца над горизонтом, оптимальный угол падения лучей (перпендикулярно) - 1.2 А

Полупрозрачная облачность вблизи полудня (солнечных диск хорошо различим), оптимальный угол падения лучей (перпендикулярно) - 0.8 А

Сплошная облачность вблизи полудня (лёгкие непрозрачные облака) - 0.5 А

Сплошная облачность вблизи полудня, густые толстые (преддождевые) облака - 0.1 А.

Итого, в зависимости от условий, даже вблизи полудня генерируемая мощность может колебаться в 30 раз!

К этому ещё надо добавить изменчивость погодных условий в зависимости от времени года. Например, в ноябре, декабре и январе в средней полосе России средняя облачность составляет 8.4 - 8.6 баллов (из 10 возможных), среднее количество ясных дней - по одному (!) в месяц, продолжительность светового дня снижается почти до 7 часов, а угол Солнца над горизонтом в полдень составляет только 11 градусов.

Естественно, при таких условиях брать с собой в зимний поход солнечную панель - это только таскать лишний груз и занимать место в рюкзаке; практической пользы от неё не будет.

На этом можно перейти к окончательным итогам.

Окончательный диагноз туристической солнечной панели Allpowers и тактика её применения

Итак, протестированная солнечная панель Allpowers условно оправдала характеристики, указанные производителем.

Почему "условно"? Потому, что указанная в наименовании панели величина 21 Вт - это чисто внутренний параметр, который потребителю никогда не будет доступен. Но на 15 Вт выходной мощности при благоприятных условиях потребитель вполне может рассчитывать.

К плюсам надо также отнести ламинированные "створки" солнечной батареи с гибкими соединениями между ними - это красивая механическая конструкция с очень хорошей защитой от влаги.

Так что, если оценивать протестированную солнечную панель чисто с технической точки зрения, то оценка будет положительной.

Разве что надо предохранять батарею от чрезмерных усилий на изгиб как в сложенном, так и в разложенном виде.

А вот по поводу её применения требуется весьма продуманный подход.

Основное применение солнечной панели -  получение энергии в походно-полевых условиях, а также подстраховка на случай прекращения подачи электричества при чрезвычайных ситуациях.

При этом, даже для походно-полевых условий не всегда есть смысл применять эту солнечную панель. Если нахождение вдали от цивилизации планируется только на 3-4 дня, то лучше набрать с собой достаточное количество повербанков; поскольку их работа не зависит от погоды.

Если же жизнь вдали от цивилизации может затянуться, то взять с собой солнечную панель смысл есть. Одновременно при этом всё равно надо взять с собой повербанк (его следует подзаряжать для использования при ухудшившейся погоде).

Для подзарядки мобильных устройств и повербанков в походно-полевых условиях следует использовать любую подвернувшуюся возможность, так как погода - это фактор капризный.

Например, если вдруг приоткрывается "окно" хорошей погоды, то есть смысл привязать привал к этому моменту. В этом случае, пока туристы занимаются своими делами, солнечная панель заряжает ваши устройства.

Солнечную панель следует для работы размещать так, чтобы не неё не падала даже самая малая тень. Как показали испытания, даже относительно небольшая тень может в разы снизить отдачу батареи.

Также желательно размещать батарею с хорошим проветриванием, так как высокая температура снижает энергетическую отдачу.

И, конечно, как упоминалось выше, не имеет смысла применять солнечные панели в "тёмный" период года (ориентировочно с октября по февраль включительно, но для разных регионов могут быть свои нюансы).

Продолжая тему, как не надо применять это солнечную батарею, надо сказать о полной её бесполезности для экономии энергии, потребляемой от централизованной сети. При таком применении эта солнечная панель не оправдает себя никогда!

Купить протестированный комплект солнечной батареи можно на Алиэкспресс, например, здесь, а также и у многих других продавцов. Цена на дату обзора - около $35 с учётом доставки (в дальнейшем цена может меняться, проверяйте!).

Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158

Можно попробовать найти эту солнечную панель Allpowers и на Яндекс.Маркет, но там цены обычно выше, чем на Али (зато доставка быстрее). Реклама. ООО "Яндекс" ИНН 7736207543

В заключение - картина "Турист с солнечной панелью", созданная нейросетью "Кандинский". Нейросети пока ещё не отличаются умом и сообразительностью, поэтому солнечная панель изображена в таком положении, в котором от неё ничего зарядить невозможно. :)

Весь раздел "Сделай сам! (DIY)" - здесь.

  Ваш Доктор.
 07 апреля 2023 г.

Вступайте в группу SmartPuls.Ru  Контакте! Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.

  Комментарии вКонтакте:

При копировании (перепечатке) материалов ссылка на источник (сайт SmartPuls.ru) обязательна!