Carregador de Bateria Solar Para Seus Projetos com ESP32 ou Arduino

Introdução

Construir um carregador de bateria solar para seus projetos com ESP32 ou Arduino é uma excelente maneira de tornar seus dispositivos independentes da rede elétrica, promovendo sustentabilidade, eficiência energética e mobilidade. Neste artigo, você aprenderá como montar um sistema simples em que um painel solar, por meio do TP4056, carrega uma bateria de lítio que alimenta um ESP32. O ESP32 tem a função de acender e apagar um LED, demonstrando de forma prática como a energia solar pode ser empregada em projetos de automação. O projeto é uma excelente porta de entrada para iniciantes que desejam entender a integração de fontes de energia renováveis com sistemas embarcados.

Materiais Necessários

Para este projeto, você precisará dos seguintes componentes:

• 1x Módulo WiFi ESP32 Bluetooth 30 pinos
• 1x Bateria recarregável
• 1x Módulo Carregador de Baterias de Lítio TP4056 com Proteção – USB-C
• 1x Mini Painel Solar Fotovoltaico 5.5V – 240mA
• 1x Led Difuso 5mm Vermelho
• 1x Resistor 1K 1/4W (10 Unidades)
• 1x Diodo Retificador 1N4007 (10 unidades)
• 1x Placa Fenolite Perfurada 7x5cm (Opcional)
• 2x Conector Borne KRE 2 Vias (Opcional)
• Jumpers ou Fios

Funcionamento do Sistema

A ideia central deste projeto é utilizar a energia solar para carregar uma bateria de lítio por meio do módulo TP4056, um carregador linear eficiente e seguro. O TP4056 gerencia o processo de carregamento, evitando sobrecarga e garantindo a integridade da bateria. Durante e após o carregamento, a energia acumulada na bateria será utilizada para alimentar o ESP32 que irá piscar um LED.

Montagem do Circuito

Primeiro, o painel solar é conectado ao TP4056, responsável por regular a energia que chega à bateria e um diodo 1N4007 de alta tensão e alta corrente nominal (para proteção de tensão reversa). Este diodo é classificado em corrente direta de 1A com classificação de tensão reversa de pico de 1000V, verifique a correta posição dos terminais positivos e negativos do diodo.

A correta polaridade e a escolha do painel adequado são essenciais para evitar falhas no carregamento. Em seguida, a bateria de lítio é acoplada a saída para bateria do TP4056, permitindo que a energia captada seja armazenada de forma segura e eficiente. Por fim, o ESP32 é alimentado pela bateria através da saída do TP4056, completando o circuito. O LED é conectado a uma perninha do GND do ESP32 e a outra no resistor de 1K que vai para um dos pinos digitais do ESP32, servirá como indicador visual do funcionamento do sistema, piscando conforme a programação definida. Podemos ver o diagrama na imagem abaixo:

Programação do ESP32

A função principal do ESP32 neste projeto é simples: piscar um LED. Para isso, um código básico em Arduino pode ser utilizado.

// Exemplo de código para piscar o LED
#define LED_PIN 4
void setup() {
  pinMode(LED_PIN , OUTPUT); // Configura o pino do LED como saída
}

void loop() {
  digitalWrite(LED_PIN , HIGH); // Liga o LED
  delay(500);                      // Aguarda 500 milissegundos
  digitalWrite(LED_PIN , LOW);  // Desliga o LED
  delay(500);                      // Aguarda 500 milissegundos
}

Melhorias e atualização

Embora este projeto seja simples e eficaz, existem diversas melhorias e modificações que podem ser implementadas para otimizar o desempenho e ampliar as funcionalidades do sistema:

• Uso de Módulo MPPT (Maximum Power Point Tracking):
  O TP4056 é uma opção prática para pequenos projetos, mas para otimizar a captação de energia solar, especialmente em condições de variação de luz, a utilização de um controlador MPPT pode ser altamente benéfica. O módulo MPPT ajusta a carga para operar no ponto de máxima potência do painel solar, aumentando a eficiência do carregamento e garantindo que a bateria seja carregada de maneira mais eficaz.

• Implementação de Monitoramento Remoto:
  O ESP32 possui conectividade Wi-Fi, o que permite a integração com sistemas IoT para monitoramento remoto. Você pode desenvolver uma interface web ou utilizar plataformas de monitoramento para acompanhar em tempo real a tensão da bateria, o status do carregamento.

• Aprimoramento da Proteção do Sistema:
  Além das proteções básicas fornecidas pelo TP4056, a inclusão de circuitos adicionais, como sensores de corrente e dispositivos de proteção contra sobrecarga, pode aumentar a segurança do sistema, prolongando a vida útil da bateria e prevenindo falhas em condições adversas.

• Expansão da capacidade de fornecimento de energia:
  Você pode aumentar o fornecimento de energia acrescentando mais painéis solares no projeto consequentemente acrescentar mais módulos para controlar, com isso você também pode acrescentar mais baterias e podemos alimentar dispositivos com mais energia com 6v, 9V, 12V e etc.

Essas melhorias não só incrementam a eficiência do carregador solar, mas também abrem caminho para a criação de projetos mais robustos e versáteis. Cada modificação pode ser adaptada conforme as necessidades e objetivos do seu projeto, permitindo uma escalabilidade que vai desde aplicações simples até sistemas complexos de automação.

É importante ressaltar que esse projeto é simples de montar e barato ele não é a solução mais eficiente. O motivo é que, de maneira geral, a energia elétrica gerada por somente um painel solar é baixa e ocorre perdas significativas de energia no módulo TP4056, com isso a bateria pode demorar um tempo enorme para se carregar.

Resultado e Demonstração

O resultado do projeto você pode conferir no vídeo abaixo. No vídeo é mostrado o painel solar exposto ao sol conectado ao TP4065 e a bateria também conectada no TP4065 junto com o ESP32 e o LED. No vídeo podemos ver o LED do TP4065 indicando que está carregando a bateria e logo em seguida podemos ver o LED piscando a cada 1 segundo, indicando que o sistema está alimentando o ESP32.

Considerações Finais

Este projeto demonstra de forma prática como a energia solar pode ser aproveitada para alimentar sistemas simples de automação. Ao utilizar o TP4056 para gerenciar o carregamento da bateria de lítio, garantimos não só a eficiência, mas também a segurança do processo. O ESP32, alimentado por essa energia limpa, executa uma tarefa básica – o piscar do LED – que pode ser expandida para projetos mais complexos no futuro.

Experimente ajustar os tempos de piscar do LED ou incorporar sensores que aproveitem a autonomia do sistema. Com criatividade, este projeto pode ser o ponto de partida para diversas aplicações na Internet das Coisas (IoT) e automação residencial, contribuindo para um futuro mais consciente e tecnologicamente avançado.

Explore, teste e aprimore seu sistema, transformando uma ideia simples em um passo importante rumo à eletrônica sustentável e à inovação tecnológica!

Para mais materiais como esse, continue acompanhando as postagens semanais do blog e não deixe de visitar nossa loja. Lá você encontra todos os componentes necessários para desenvolver esse e muitos outros projetos!

Que a força esteja com você!

NÃO ENTREM EM PÂNICO!

Até mais!

Sobre o Autor

Saulo Aislan Graduando em Tecnologia em Telemática pelo IFPB – Campus de Campina Grande – PB. Tenho experiência com os microcontroladores da família Arduino, ESP8266, ESP32, STM32 e microprocessador Raspberry Pi. Tenho projetos na áreas de IoTs voltada para a indústria 4.0, agroindústria e indústria aeroespacial civil utilizando LoRa, Bluetooth, ZigBee e Wi-Fi. Atualmente estudando e desenvolvendo em FreeRTOS para sistemas em tempo real com ESP32 e LoRaWan para Smart City e compartilhando alguns projetos no blog da Eletrogate.