Mobile Handy-Ladestation mit Solarzelle

Bei diesem Projekt handelt es sich um eine mobile Handy-Ladestation mit Photovoltaik-Modul, also um eine sogenannte Solarpowerbank.

Für die Realisierung des Projektes werden folgende Bauteile benötigt:

1x kleines PV-Modul (3W, 0 bis 250 mA, 12V; Uo=13,2V, Ik = 300 mA)
1x Batteriehalter für 2 Mignon-Batterien
1x Schalter
2 x Wiederaufladbare Akkus mit ca. 2.700mAh
1x Lademodul TP4056 (Betriebsspannung: 5...8 V, Ladeschlussspannung 4,2 V, Ladestrom max. 1000 mA)
1x USB Step-Up Boost Modul (600mA, 0,9-5V/5V, DC-DC Konverter)
2x Dioden

Funktionsprinzip

Mit zwei wiederaufladbaren Akkus mit jeweils ca. 2700mAh Kapazität lässt sich ein Handyakku mit 2700mAh zweimal laden. Nachdem die Akkus leer sind, werden sie von der Solarzelle aufgeladen und laden später erneut das Handy. Die Ladestation mit Photovoltaik-Modul ist mobil und leicht transportierbar, da man die Solarzelle erst zum Wiederaufladen der Akkus benötigt und nicht durchgängig.

Die Akkus werden in das Batteriefach eingesetzt und dann wird das Batteriefach an den USB-Step up-Booster gelötet. So lässt sich das USB-Kabel des Handys ganz einfach anschließen. Hier kommt auch die Diode mit ins Spiel, sie wird zwischen den USB-Step-Up Booster und das Batteriefach gelötet. Der Lader ist ebenfalls an den USB-Step-Up Booster gelötet, auch hier mit einer Diode dazwischen. Somit haben wir jetzt einen simplen Kreislauf: Solarzelle lädt Akkus, Akkus laden Handy und erneut ... .

Der USB-Lader

Ein USB-Lader ist in jedem Smartphone integriert. Hier handelt es sich um eine Schaltung mit dem Baustein TP4056, der einen über einen Widerstand veränderbaren Ladestrom liefert (max. 1A). 

Die Schaltung eignet sich zum Aufladen von LiPo- oder LiIon-Zelle. Das Modul kann direkt an einem USB-Port oder an einer beliebigen 5...8 V- Spannungsquelle betrieben werden.

  • Eingang: 5...8 V- (Mini-USB Buchse oder Lötaugen)
  • Ladeschlussspannung: 4,2 V-
  • Ladestrom: max. 1000 mA (bei 5 V- Eingangsspannung)
  • 2 Status-LEDs: rot = Laden, grün = Akku voll

USB Step-Up Booster

Der USB Step-Up Booster ist ein sogenannter DC-DC-Aufwärtswandler. Der Aufwärtswandler, auch Hochsetzsteller oder Aufwärtsregler, englisch Boost-Converter oder Step-Up-Converter, ist in der Elektronik eine Form eines Gleichspannungswandlers. Der Betrag der Ausgangsspannung UA ist stets größer als der Betrag der Eingangsspannung UE. 

Der USB Step-Up Booster wandelt die 2,4V des Akkus in 5V USB-Spannung um, sodass die Spannung hoch genug ist, um ein Handy zu laden.

Funktionsprinzip

Eine Induktivität (Spule) L ist in Reihe mit einer Freilaufdiode D geschaltet, hinter der ein Ladekondensator C die Ausgangsspannung aufsummiert. Die Spule wird durch einen geeigneten Schalter (z.B. MOSFET, GTO-Thyristor oder einen Transistor) gegen Masse geschaltet. An der Spule fällt nun die Eingangsspannung UE ab, der Strom durch die Spule und damit die im Magnetfeld gespeicherte Energie steigen an.

Wird der Schalter geöffnet, versucht die Spule den Stromfluss aufrechtzuerhalten. Die Spannung an ihrem sekundären Ende steigt sehr schnell an, bis sie die am Kondensator C anliegende Spannung UA übersteigt und die Diode öffnet. Der Strom fließt im ersten Moment unverändert weiter und lädt den Kondensator weiter auf. Das Magnetfeld wird dabei abgebaut und gibt seine Energie ab, indem es den Strom über die Diode in den Ladekondensator und zur Last treibt.

5V DC-DC Boost, Step up (Based on CE8301)

USB-Female connector output for powering various 5V operated USB devices from battery.

Design is based on CE8301 chip.

Features

  • LED indicator
  • Easy to connect & Low Cost
  • Work from battery voltage as low as 0.9V, allowing you to maximise battery use
  • 96% efficiency
  • Small size: 35x16mm
  • Battery input can be lithum or AA/AAA type alkaline

Applications

  • USB voltage regulator for USB powered device. If your USB device is critical on 5V operation you can use this module. (USB voltage given to USB device from various PCs can be between 4.5V to 5.5V due to various factors like cable voltage drop) - This module will bring USB voltage required for your application at regulated 5V output. 
  • Various USB devices which need 5V from low voltage batteries.
  • Battery operated microcontrollers projects powered from simple 1xAA/2xAA batteries
  • Charge mobile phone/MP4/MP3 from AA battery when travelling

Please note, there is no short circuit protection at output. So take care not to short the output wires during use. 

Board Schematic