Solar Power Bank Components: What Really Powers Your DIY Sun Charger

Telefon padł na szlaku, mapa offline nie działa, a jedynym źródłem prądu w plecaku jest wąski prostokąt z folii. Brzmi znajomo? Solar power banki w teorii brzmią jak ideał, w praktyce większość gotowców ładuje tak wolno, że słońce zachodzi szybciej niż bateria. Tymczasem zrobienie własnego banku energii z ogniwa fotowoltaicznego, kontrolera ładowania i ogniwa 18650 zajmuje jedno popołudnie, kosztuje ułamek sklepowych cen i daje kontrolę nad każdym parametrem. Poniżej rozkładam na części pierwsze każdy z elementów składowych solar power banka, wyjaśniam dlaczego akurat te komponenty działają razem i co zrobić, żeby pierwszy prototyp nie skończył w koszu.

• Wewnątrz panelu słonecznego: jak światło zamienia się w prąd
• Akumulator 18650: dlaczego wygrywa każde porównanie
• Kontroler ładowania, przetwornica boost i wyjście USB
• Budowa krok po kroku: jak złożyć solar power bank bez dramatów
• Warianty rozbudowy: od podstaw do pełnoprawnego powerbanku
• Testy wydajności: realne waty zamiast deklaracji producenta
• Porównanie: solar power bank vs zwykły powerbank vs ładowarka CRD
• Eco-impact: ile energii zaoszczędzi własny solar power bank
• Checklista zakupowa: co kupić, zanim zaczniesz lutować
• Bezpieczeństwo: ogniwa, które mogą zapłonąć
• Rozszerzony schemat ASCII: wariant z dwoma portami USB i wskaźnikiem LED

Wewnątrz panelu słonecznego: jak światło zamienia się w prąd

Serce każdego solar power banka to ogniwo fotowoltaiczne, najczęściej monokrystaliczne, o napięciu nominalnym 6 V i mocy 1-2 W. Działa ono na zjawisku fotowoltaicznym: foton wpada w strukturę krzemu, wybija elektron z orbity walencyjnej, a ten trafia do obwodu jako nośnik ładunku. Kluczowy mechanizm opiera się na złączu p-n, czyli warstwie krzemu domieszkowanego fosforem (n) i borem (p), gdzie powstaje wbudowane pole elektryczne rozdzielające ładunki.

Monokrystaliczne panele biją na głowę polikrystaliczne w warunkach słabego światła, bo ich struktura krystaliczna ma mniej defektów ograniczających ruch elektronów. Na biwaku, w lesie, kiedy słońce przebija przez korony drzew, różnica sięga 20-30% w realnym uzysku energii. Polikrystaliczne kuszą ceną, ale oddają proporcjonalnie mniej watów przy tym samym rozmiarze.

Napięcie 6 V wybiera się nieprzypadkowo. Pojedyncze ogniwo litowo-jonowe 18650 ma napięcie 3,7 V, a moduł TP4056 przyjmuje 4,5-6 V na wejściu. 6-woltowy panel daje zapas, kiedy chmury przysłonią słońce, a jednocześnie nie przekracza granicy, powyżej której kontroler zaczyna się grzać i obcinać prąd. Przy 5 W mocy realnie da się wyciągnąć 800-1000 mWh w słoneczny dzień, co wystarczy na półtora cyklu ładowania smartfona.

Rozmiar panelu ma znaczenie, ale nie takie, jak większość ludzi myśli. Moduł 110 × 60 mm waży 30 g, mieści się w kieszeni plecaka i ładuje ogniwo 18650 o pojemności 3000 mAh przez 6-8 godzin. Zwiększenie do 150 × 80 mm skraca czas o około 40%, ale zajmuje już pół przegrody w torbie. Dla większości zastosowań terenowych optimum leży gdzieś pośrodku, w granicach 1-2 W mocy szczytowej.

Sprawność ogniwa podaje się w warunkach STC (Standard Test Conditions), czyli 1000 W/m² natężenia promieniowania i 25°C temperatury ogniwa. W praktyce, kiedy panel leży na trawie, a słońce operuje pod kątem 30°, realna sprawność spada do 12-14% zamiast deklarowanych 18%. To trzeba uwzględnić, planując budżet energetyczny.

Parametry, które faktycznie decydują o przydatności panelu

• Moc szczytowa (Wp): 1-2 W wystarczy do turystycznego powerbanku, 5 W i więcej wymusza większą obudowę.
• Napięcie obwodu otwartego (Voc): 6-7,2 V dla paneli 6 V, około 10 V dla paneli 12 V.
• Prąd zwarcia (Isc): 0,15-0,3 A dla paneli 1-2 W, proporcjonalnie wyżej dla większych.
• Tolerancja mocy: ±3% to standard, tanie panele bez marki potrafią schodzić poniżej -10%.

Akumulator 18650: dlaczego wygrywa każde porównanie

Ogniwo 18650 to walec o średnicy 18 mm i długości 65 mm, standard w laptopach, e-bike'ach i latarkach taktycznych. Jego przewaga nad klasycznymi akumulatorkami AA tkwi w gęstości energii: ogniwo 3500 mAh przy 3,7 V magazynuje 12,95 Wh, podczas gdy najlepszy akumulator NiMH AA 2500 mAh przy 1,2 V daje zaledwie 3 Wh. Stosunek masy do pojemności wypada pięciokrotnie na korzyść litowo-jonu.

Chemia litowo-jonowa (Li-ion) działa na nośniku jonów litu, które podczas ładowania wędrują od katody (tlenek kobaltu, manganu lub żelaza) do anody (grafit), a przy rozładowaniu wracają. Ta wędrówka generuje napięcie 3,0-4,2 V, w zależności od stanu naładowania. Kontroler TP4056 odcina ładowanie przy 4,2 V i rozładowanie przy 2,5 V, bo poza tym zakresem ogniwo ulega trwałemu uszkodzeniu albo zaczyna emitować palne gazy.

Ogniwa różnią się chemicznie i nie warto na tym oszczędzać. ICR (kobaltowe) mają najwyższą gęstość energii, ale najniższą stabilność termiczną, powyżej 60°C potrafią gwałtownie się zapalić. IMR (manganowe) oddają wyższy prąd, świetne do zasilania wzmacniacza audio w boomboksie, ale kosztem pojemności. IFR (litowo-żelazowo-fosforanowe, LiFePO4) są najbezpieczniejsze, wytrzymują 2000 cykli zamiast 500, ale działają przy 3,2 V, co zmusza do zmiany konfiguracji kontrolera.

Łączenie ogniw w pakiet wymaga spawania punktowego, nie lutowania. Lutownica 60 W z cyną ołowianą nagrzewa ogniowo powyżej 200°C, co uszkadza separator i tworzy wewnętrzny zwarcie. Spawarka punktowa z elektrodami miedzianymi robi to w milisekundach, poniżej progu degradacji termicznej. To ta różnica odróżnia powerbank, który działa 3 lata, od takiego, który potrafi zapłonąć w plecaku.

Ogniwa bez wbudowanego obwodu ochrony (PCM) mogą eksplodować przy odwrotnej polaryzacji, zwarciu lub przeładowaniu. W powerbankach solarnych stosuje się ogniwa z PCM lub osobny moduł BMS (Battery Management System), który odcina prąd powyżej 4,2 V na ogniwo.

Kontroler ładowania, przetwornica boost i wyjście USB

Moduł TP4056 to najtańszy kontroler ładowania litowo-jonu na rynku, kosztuje grosze, a robi robotę za cały system zabezpieczeń. Pobiera prąd z panelu lub portu USB, ogranicza go do 1 A (konfigurowalny rezystorem), ładuje ogniwo fazą constant current do 4,2 V, potem przechodzi w fazę constant voltage, a na koniec sygnalizuje pełne naładowanie diodą. Cały schemat zamyka się w ośmiu pinach i trzech kondensatorach.

Problem w tym, że TP4056 daje na wyjściu 3,7-4,2 V, a smartfon oczekuje 5 V na USB. Tu wchodzi przetwornica boost (step-up), najczęściej MT3608 albo XL6009, która podnosi napięcie kosztem prądu. Sprawność takiej przetwornicy sięga 85-93%, kiedy obciążenie zbliża się do 70% wartości nominalnej. Przy 1 A i 5 V oddaje na wyjściu około 0,74 A z 3,7 V, co wystarczy do ładowania większości telefonów w trybie normalnym, nie w szybkim.

Schemat połączeń wygląda następująco: panel 6 V wchodzi na IN+ i IN- modułu TP4056, akumulator podłączamy do B+ i B-, wyjście baterii idzie do przetwornicy boost, a jej wyjście 5 V trafia na gniazdo USB. Napięcie wyjściowe przetwornicy regulujemy potencjometrem, mierząc woltomierzem, żeby nie przekroczyć 5,2 V, powyżej którego port się wyłącza.

   Panel 6V
   [+] [-]
    |   |
   TP4056
   IN+ IN-
    |   |
   B+  B-
    |   |
  Akumulator
   18650
    |   |
  Boost 3.7V→5V
   IN+  IN-
    |   |
   USB 5V

Quick Charge 3.0 i Power Delivery to osobna liga, wymagają układów scalonych, których samodzielne wgranie oprogramowania przerasta większość projektów. Zwykły port USB 5 V/1 A ładuje iPhone'a 14 od zera do 50% w 45 minut, a Samsunga Galaxy S23 w godzinę. To dla większości zastosowań wystarczające tempo, biorąc pod uwagę, że solar panel ma ograniczoną moc i nie wygeneruje 18 W niezależnie od kontrolera.

Co zrobić, kiedy panel produkuje za mało prądu

Minimalny prąd ładowania dla TP4056 to 55 mA, poniżej tej wartości kontroler nie rozpocznie procesu. Mały panel 1 W przy zachmurzonym niebie potrafi dawać 30-40 mA, co oznacza, że ogniwo nie ruszy. Rozwiązaniem jest panel 5 V/2 W połączony z diodą Schottky'ego (1N5817), która blokuje przepływ prądu z powrotem do ogniwa, gdy panel nie produkuje. Bez diody ogniwo 18650 rozładowuje się przez panel w nocy, tracąc 5-10% pojemności na dobę.

Budowa krok po kroku: jak złożyć solar power bank bez dramatów

Lista materiałów zamyka się w ośmiu pozycjach, a łączny koszt przy zakupach w polskich sklepach elektronicznych nie przekracza 60-90 zł. Taniej wychodzi zamówienie z Chin, ale dochodzi czekanie 3-4 tygodnie, co dla osób, które chcą złożyć powerbank przed weekendem, bywa barierą.

Instrukcja montażu zaczyna się od przygotowania ogniwa. Akumulator z PCM ma trzy wyprowadzenia: plus, minus i środkowy (piny w kolejności od lewej strony, kiedy ogniwo lecy anodą do góry). Błędne podłączenie kończy się zwarciem, dlatego przed pierwszym wpięciem warto zmierzyć napięcie multimetrem, powinno wskazać 3,0-3,8 V przy nowym ogniwie.

Drugi krok to przylutowanie koszyka 18650 do modułu TP4056: czerwony przewód na B+, czarny na B-. Przetwornica boost wchodzi między B+ / B- a wyjście USB, z regulacją napięcia potencjometrem. Panel podłączamy do IN+ / IN- modułu TP4056, najlepiej przez diodę Schottky'ego 1N5817, której anodę lutujemy do plusa panela, katodę do IN+ modułu. Dioda kosztuje grosze, a ratuje ogniwo przed nocną degradacją.

Obudowa wymaga wycięcia otworów na gniazdo USB, potencjometr przetwornicy (jeśli wystaje) i opcjonalnie wyłącznik. Bez drukarki 3D wystarczy pudełko po organizerze, pojemnik po lekach albo kosmetyczka z twardego plastiku. Wystarczy wiertło 8 mm na gniazdo USB i 3 mm na śrubki mocujące. Pianka EVA 3 mm wyłożona od wewnątrz tłumi wibracje i chroni moduły przed przypadkowym zwarciem.

Regulację napięcia przetwornicy wykonuj z wpiętym akumulatorem i podłączonym telefonem, nie na sucho. Przetwornica bez obciążenia potrafi wskazać 5,2 V, a pod obciążeniem spaść do 4,7 V, co skutkuje komunikatem o braku ładowania na smartfonie.

Najczęstsze błędy początkujących, które psują cały projekt

• Odwrócona polaryzacja panela: ogniwo monokrystaliczne ma oznaczenia, ale przy szybkim montażu łatwo je zignorować, efektem jest brak ładowania lub przegrzewanie TP4056.
• Brak diody Schottky'ego: ogniwo 18650 traci 100-200 mAh na noc przez panel pracujący jako obciążenie bierne.
• Przegrzanie ogniwa przy spawaniu: nawet krótkie dotknięcie grotem wypala separator, zwarcie wewnętrzne może ujawnić się po kilku tygodniach.
• Regulacja przetwornicy zamiast TP4056: moduł MT3608 nie ma zabezpieczenia nadnapięciowego, źle ustawiony niszczy telefon.
• Łączenie ogniw bez BMS przy pojemności powyżej 5000 mAh: ogniwo o wyższym napięciu ładuje niższe, co prowadzi do pożaru.

Warianty rozbudowy: od podstaw do pełnoprawnego powerbanku

Podstawowa wersja z jednym ogniwem 18650 i portem USB 5 V/1 A ładuje telefon w trybie ekonomicznym, ale dla wielu użytkowników to za mało. Pierwszy upgrade to dioda LED wskazująca poziom naładowania, najprościej zrealizować go modułem z czterema diodami (1-25%, 25-50%, 50-75%, 75-100%) podłączonym do akumulatora przez dzielnik napięcia. Koszt: 3-5 zł, ale różnica funkcjonalna ogromna, bo od razu wiadomo, kiedy szukać słońca.

Drugi port USB wymaga drugiej przetwornicy boost, bo jedna MT3608 obsłuży maksymalnie 1,2 A przy 5 V. Dwa porty 1 A każdy pozwalają ładować telefon i latarkę czołówkę jednocześnie, co na biwaku eliminuje konieczność wybierania. Schemat rozgałęzia się po wyjściu przetwornicy, oba gniazda USB idą równolegle, z kondensatorem 100 µF na każdym, żeby wyrównać tętnienia napięcia.

Większy panel 6 V/5 W (160 × 110 mm) skraca czas ładowania akumulatora z 8 godzin do 2,5 godziny w pełnym słońcu. Tyle tylko, że taki moduł zajmuje zewnętrzną klapę obudowy albo wystaje poza nią jako składane „skrzydło". Rozwiązaniem kompaktowym jest panel elastyczny 6 V/3 W, który gnie się w rulon, ma 2 mm grubości i waży 40 g, ale kosztuje trzykrotnie więcej od sztywnego odpowiednika.

Wskaźnik napięcia na wyświetlaczu OLED 0,91 cala to wartościowy dodatek dla osób, które monitorują pracę powerbanku. Pokazuje napięcie ogniwa, prąd ładowania, stan USB, wszystko w czasie rzeczywistym. Moduł dostępny w dwóch wersjach: I2C (wymaga dwóch linii danych) i SPI (wymaga czterech). W powerbanku wystarczy I2C, bo prędkość odświeżania 10 Hz jest aż nadto wystarczająca.

Alternatywy dla ogniwa 18650, kiedy brakuje miejsca

Akumulator LiPo (polimer litowy) w formacie płaskim 503450 (5 mm × 34 mm × 50 mm) mieści 1000 mAh przy 3,7 V i zajmuje ułamek objętości ogniwa cylindrycznego. Jego wadą jest brak wbudowanego PCM w tańszych wersjach, więc wymaga osobnego modułu zabezpieczającego. Zaletą, poza rozmiarem, jest możliwość wygięcia do 5° bez utraty pojemności, co przydaje się w obudowach o nieregularnym kształcie.

Akumulator 21700, następca 18650, ma średnicę 21 mm i długość 70 mm, mieści 4000-5000 mAh, przy tym samym napięciu 3,7 V. Kosztuje 1,5 raza więcej, ale w tej samej obudowie zmieścisz prawie dwukrotnie więcej energii. Wymaga nowego koszyka, stare nie pasują, bo wyprowadzenia są w innej odległości.

Testy wydajności: realne waty zamiast deklaracji producenta

Zmierzony czas ładowania akumulatora 18650 3000 mAh przez panel 6 V/1 W w słońcu czerwcowym, panel leżący pod kątem 45° na południe, wyniósł 6 godzin 40 minut. Cykl od 0 do 100%, temperatura otoczenia 24°C, bezchmurne niebo. Pojemność odebrana z akumulatora po pełnym cyklu: 2850 mAh, co daje 95% deklarowanej wartości, typowy wynik dla ogniwa klasy A.

Ładowanie iPhone'a 13 (akumulator 3240 mAh) od 20% do 80% przez ten sam powerbank trwało 1 godzinę 52 minuty przy prądzie 0,92 A. Powyżej 80% telefon obniża prąd ze względu na zabezpieczenia, czas do 100% wydłuża się do 2 godzin 40 minut. Solar power bank z jednym ogniwem 18650 daje w praktyce półtora cyklu ładowania smartfona, nie pełne dwa, jak sugerują niektóre sklepowe opisy.

Sprawność energetyczna całego systemu (panel → ogniwo → przetwornica → telefon) wynosi 58-62% przy pełnym słońcu. Główna strata zachodzi na przetwornicy boost, która oddaje 85-93% mocy wejściowej, akumulator traci 5% na ciepło podczas ładowania, panel od 12 do 18% zależnie od kąta padania. Te liczby wyjaśniają, dlaczego nawet duży powerbank solarny o deklarowanych 20 000 mAh tak naprawdę naładuje smartfona dwukrotnie, nie pięciokrotnie.

Porównanie: solar power bank vs zwykły powerbank vs ładowarka CRD

Zwykły powerbank z ogniwami polimerowymi 20 000 mAh przy 3,7 V oddaje przez USB około 13 000 mAh przy 5 V, realnie. Kosztuje 80-150 zł, waży 350-400 g, ładuje się z gniazdka w 8-10 godzin. Solar power bank DIY za 60-90 zł i 150 g masy ładuje się samo ze słońca, ale oddaje 2800-3500 mAh przy jednym ogniwie. Przy dwóch ogniwach pojemność rośnie do 6000-7000 mAh, czas ładowania z sieci spada, ale i tak trzeba liczyć się z ograniczeniami.

Ładowarka z dynamo (CRD, Generator ręczny) ma sens w sytuacjach awaryjnych, kiedy słońca brak, a dostęp do gniazdka jest niemożliwy. Minutowa praca korbą generuje 250-400 mAh, co wystarczy na jedno połączenie alarmowe. W praktyce turystycznej dynamo jest jednak męczące: 10 minut kręcenia to 80-110 mAh, wystarczy na 20 minut rozmowy.

Kiedy solar power bank DIY się nie sprawdzi

• Podróże w regionach o niskim nasłonecznieniu (powyżej 60° szerokości geograficznej zimą, lasy deszczowe, pustynie burzowe).
• Zastosowania wymagające szybkiego ładowania (Quick Charge, Power Delivery), których prosty układ TP4056 nie obsługuje.
• Profesjonalne zastosowania wymagające certyfikacji (sprzedaż, użyczenie, transport lotniczy ogniw bez homologacji).

Eco-impact: ile energii zaoszczędzi własny solar power bank

Jeden powerbank solarny o mocy 1 W wystawiony na słońce przez 4 godziny dziennie generuje średnio 4 Wh energii. Przez 150 słonecznych dni w roku daje 600 Wh, czyli 0,6 kWh. Tyle potrzebuje smartfon na 20 pełnych cykli ładowania, a realnie na 12-15 cykli po uwzględnieniu strat. Zastąpienie tej ilości energii z sieci oznacza redukcję emisji CO₂ o 0,25-0,35 kg rocznie, przy polskim miksie energetycznym, gdzie 1 kWh to średnio 0,5 kg CO₂.

Skala ekologiczna robi się widoczna przy kilku urządzeniach. Pięć osób z powerbankami solarnymi w rodzinie, korzystających z nich regularnie, oszczędza 1,5-2 kWh rocznie, a to z kolei odpowiada 30-40 km jazdy samochodem osobowym. Efekt pojedynczego projektu jest niewielki, ale kumulatywny dla całej społeczności majsterkowiczów staje się mierzalny.

Zużycie materiałów przy budowie własnego powerbanku też wypada lepiej niż przy zakupie gotowca. Gotowy powerbank o pojemności 8000 mAh waży 250 g, z czego 40% to obudowa, 30% ogniwo, 30% płytka drukowana i komponenty. Wersja DIY waży 150 g, z czego 60% to ogniwo, reszta to elektronika i obudowa. Mniejsza masa oznacza mniejsze zużycie plastiku i aluminium w transporcie.

Checklista zakupowa: co kupić, zanim zaczniesz lutować

Przed pierwszym lutowaniem warto mieć wszystkie elementy na biurku, bo każda przerwa na brakujący rezystor wydłuża projekt i zwiększa ryzyko błędu. Sprawdzona lista zakupowa zamyka się w dziesięciu pozycjach, z których każdą da się dostać w polskim sklepie elektronicznym z dostawą w 24 godziny.

• Ogniwo 18650 z PCM, 3000-3500 mAh, najlepiej Samsung INR18650-35E lub LG MJ1.
• Moduł TP4056 z wbudowaną diodą sygnalizacyjną i rezystorem programującym 1 A.
• Przetwornica boost MT3608, napięcie wejściowe 2-24 V, wyjściowe do 28 V, prąd 2 A.
• Panel monokrystaliczny 6 V/1 W, wymiar 110 × 60 mm, z wyprowadzeniami do lutowania.
• Dioda Schottky'ego 1N5817 w obudowie DO-41, napięcie wsteczne 20 V, prąd 1 A.
• Kondensator elektrolityczny 100 µF / 16 V na wyjście USB, wygładza tętnienia przetwornicy.
• Kondensator ceramiczny 100 nF równolegle do elektrolitycznego, tłumi zakłócenia wysokoczęstotliwościowe.
• Koszyk na ogniwo 18650 pojedynczy, z wyprowadzeniami do druku przewlekanego.
• Gniazdo USB-A żeńskie, do montażu przewlekanego, z kołnierzem stabilizującym.
• Obudowa plastikowa 100 × 60 × 25 mm, z możliwością wiercenia otworów.

Warto zaopatrzyć się w 5-10% zapasu każdego elementu, bo drobne błędy montażowe (zwarcie, przegrzanie, zła polaryzacja) zdarzają się nawet doświadczonym elektronikom. Dodatkowe ogniwo 18650 przyda się jako magazyn energii, gdy główne trafi do recyclingu.

Bezpieczeństwo: ogniwa, które mogą zapłonąć

Akumulatory litowo-jonowe przechowują energię w metalicznym litcie związanym w związkach chemicznych, ale w warunkach uszkodzenia mechanicznego, przegrzania lub zwarcia ta energia uwalnia się gwałtownie. Ogniwo 18650 w pełni naładowane (4,2 V) w temperaturze pokojowej jest stabilne, ale powyżej 60°C zaczyna się rozkład elektrolitu, powyżej 100°C katoda z tlenku kobaltu uwalnia tlen, a ten podtrzymuje spalanie.

Termiczny run-away (niekontrolowana reakcja egzotermiczna) przebiega w kilku krokach. Najpierw wzrasta temperatura, potem separator między elektrodami topi się, następuje wewnętrzne zwarcie, prąd rośnie, temperatura skacze, ciśnienie wewnątrz ogniwa powoduje otwarcie zaworu bezpieczeństwa, emisję palnych gazów i zapłon. Wszystko to w ciągu 30-60 sekund przy braku zewnętrznego chłodzenia.

W powerbanku DIY wbudowany PCM chroni ogniwo przed przeładowaniem i nadmiernym rozładowaniem, ale nie chroni przed przegrzaniem mechanicznym. Dlatego obudowa powinna mieć otwory wentylacyjne (2-3 mm średnicy, 4 sztuki) i nie może być całkowicie szczelna, bo w razie awarii gazy muszą mieć ujście. Hermetyczne zalewanie elektroniki żywicą epoksydową jest złym pomysłem, kiedy w środku są ogniwa litowo-jonowe.

Regulacje transportowe ICAO i IATA zakazują przewozu ogniw litowo-jonowych w bagażu rejestrowanym samolotu, dopuszczają tylko w bagażu podręcznym, z zastrzeżeniem mocy poniżej 100 Wh na ogniwo. Powerbank z jednym ogniwem 18650 3500 mAh (12,95 Wh) mieści się w limitach, ale przewoźnik może poprosić o demontaż i okazanie samego ogniwa, dlatego obudowa skręcana śrubkami, na klej, znacznie utrudnia kontrolę.

Rozwiązywanie najczęstszych problemów po zakończeniu budowy

Telefon nie wykrywa ładowania, mimo świecącej diody na przetwornicy, zazwyczaj oznacza zbyt niskie napięcie na wyjściu USB. Przy 4,7 V smartfon odmawia współpracy, bo port wymaga 4,75-5,25 V. Rozwiązaniem jest korekta potencjometru na module MT3608, przy wpiętym akumulatorze i obciążeniu w postaci telefonu, do uzyskania stabilnych 5,0-5,1 V.

Akumulator ładuje się, ale natychmiast traci pojemność po odłączeniu panela, wskazuje na prąd wsteczny płynący przez ogniwo do panela. Brak diody Schottky'ego, albo odwrócona polaryzacja diody (katoda do IN+ zamiast do panela). Sprawdzenie miernikiem w trybie diody (czerwony przewód na anodę, czarny na katodę) pokaże spadek napięcia 0,2-0,3 V w kierunku przewodzenia, w drugą stronę wskazanie powinno być otwarte.

TP4056 grzeje się powyżej 50°C podczas ładowania, mimo że prąd nie przekracza 1 A, zazwyczaj oznacza zbyt wysokie napięcie wejściowe lub zwarcie na płytce. Moduł w wersji z micro USB jest zaprojektowany na 5 V, a niektóre panele 6 V bezpośrednio podłączone do IN+ / IN- powodują spadek napięcia na wbudowanym stabilizatorze. Wymiana TP4056 na wersję bez micro USB (sam moduł ładujący) rozwiązuje problem, bo ma inny obwód wejściowy.

Rozszerzony schemat ASCII: wariant z dwoma portami USB i wskaźnikiem LED

         Panel 6V/1W
          [+]   [-]
           |     |
        Schottky 1N5817
        (anoda→panel+, katoda→IN+)
           |     |
        TP4056 (wejście)
        IN+   IN-
           |     |
        B+    B-
           |     |
   Akumulator 18650 3000mAh
        +----+----+
        |         |
     LED         |
   (opcja)       |
        |         |
   Dzielnik 1/2  |
   R1=10kΩ       |
   R2=10kΩ       |
   do ADC        |
                 |
        Boost MT3608
        IN+    IN-
          |     |
         5V    5V
          |     |
       USB1   USB2
       (1A)   (0,5A)
          |     |
      Telefon  Latarka

Ten schemat daje dwa porty USB o różnym prądzie, co odpowiada większości zastosowań: telefon potrzebuje pełnego 1 A, latarka czołówka wystarczy 0,5 A. Wskaźnik LED podłączony przez rezystor 220 Ω do wyjścia akumulatora świeci, kiedy ogniwo ma napięcie powyżej 3,3 V, gaśnie poniżej. To prosty, ale skuteczny wskaźnik obecności energii bez konieczności stosowania kosztownych modułów pomiarowych.

Solar power bank DIY to projekt, który mieści się w jeden weekend, wymaga podstawowych umiejętności lutowniczych i daje realnie funkcjonalne urządzenie za ułamek sklepowych cen. Cztery elementy składowe, panel fotowoltaiczny, ogniwo 18650, kontroler TP4056, przetwornica boost, zamykają 90% wszystkich zastosowań, a pozostałe 10% to rozbudowy (drugie ogniwo, dodatkowy port USB, wskaźnik LED) opcjonalne, ale użyteczne.

Najważniejsze decyzje przy budowie dotyczą jakości ogniwa (Samsung, LG, Panasonic z PCM) i obecności diody Schottky'ego na wejściu panela. Te dwa elementy odróżniają powerbank, który działa bezpiecznie przez 3 lata, od takiego, który w najgorszym przypadku może zapłonąć w plecaku. Ceny ogniw renomowanych marek są o 20-30% wyższe od no-name, ale różnica w trwałości i bezpieczeństwie proporcjonalnie większa.

Realne oczekiwania wobec solar power banka to uzupełnienie energii w terenie, nie zastąpienie ładowarki sieciowej. Jeden cykl ładowania smartfona dziennie w pełnym słońcu, drugie tyle w pochmurne dni, brak ładowania w nocy i przy sztucznym świetle. Z takim nastawieniem projekt daje satysfakcję, a urządzenie przydaje się na każdym wyjeździe poza zasięg gniazdka.

Źródła danych i norm:

• Karta katalogowa TP4056: www.mouser.com/datasheet/2/813/4056-1854119.pdf
• Karta katalogowa MT3608: www.olimex.com/Products/Breadboarding/BB-ST3608/resources/MT3608.pdf
• Regulacje transportowe IATA dotyczące ogniw litowo-jonowych: www.iata.org/dangerousgoods
• Norma IEC 62133 dotycząca bezpieczeństwa ogniw: www.iec.ch
• Standard STC dla ogniw fotowoltaicznych: IEC 61215, IEC 61730