Τα έργα ηλιακού φωτός DIY προσφέρουν έναν οικονομικό και αποτελεσματικό τρόπο για να τροφοδοτήσετε τα σπίτια χρησιμοποιώντας ενέργεια από τον ήλιο. Επομένως, είναι λογικό να συναρμολογήσουμε ένα σύστημα φωτισμού δρόμου που παίρνει ηλιακή ενέργεια για να φορτίσει μια μπαταρία κατά τη διάρκεια της ημέρας και στη συνέχεια χρησιμοποιεί αυτήν την μπαταρία για να φωτίζει το δρόμο τη νύχτα. Και μπορείς να φτιάξεις το δικό σου!
Ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα θα ελέγχει αυτό το σύστημα, ενεργοποιώντας αυτόματα τη λάμπα LED τη νύχτα και απενεργοποιώντας τη μέρα. Θα ενσωματώσουμε επίσης ένα κύκλωμα προστασίας μπαταρίας για την προστασία της μπαταρίας από υπερβολική εκφόρτιση.
Τι να περιμένεις
Αυτό το σύστημα απαιτεί 5 κύριες μονάδες:
- Ηλιακά πάνελ: Για φόρτιση της μπαταρίας κατά τη διάρκεια της ημέρας και ως αισθητήρας φωτός.
- Μπαταρία: Για αποθήκευση ρεύματος και τροφοδοσία κυκλώματος & λαμπτήρα.
- Λαμπτήρας LED DC: Για φωτισμό στο σκοτάδι
- Σύρματα: Για διασύνδεση σύμφωνα με το σχηματικό διάγραμμα.
- Ηλεκτρονικό κύκλωμα: Για αυτόματο έλεγχο/εναλλαγή της λάμπας LED και για προστασία από την εκφόρτιση της μπαταρίας.
Χρήση ηλιακής ενέργειας για φόρτιση μπαταρίας
Για τη φόρτιση της μπαταρίας, χρησιμοποιήσαμε ένα μικρό ηλιακό πάνελ 10W (μπορείτε να επιλέξετε μεγαλύτερο ανάλογα με τον προϋπολογισμό/απαιτήσεις σας). Μπορεί να φορτίσει μια μπαταρία 12V και μπορεί να παρέχει ρεύμα βραχυκυκλώματος 0,62A σε μέγιστη φωτεινότητα. Το φυσικό του μέγεθος είναι περίπου 12" x 9".
Χρησιμοποιήσαμε μπαταρία 12VDC με χωρητικότητα ρεύματος 4Ah. Κατά τη διάρκεια της ημέρας, τα ηλιακά πάνελ παράγουν ρεύμα το οποίο χρησιμοποιείται για τη φόρτιση της μπαταρίας. Η μπαταρία μπορεί να έχει μέγιστη τάση ανοιχτού κυκλώματος 13,7 V με πλήρη φόρτιση και θα πρέπει να επαναφορτίζεται όταν η τάση της μπαταρίας πέσει στα 11 VDC.
Για τη φόρτιση της μπαταρίας, το κόκκινο καλώδιο του ηλιακού πάνελ (θετική πολικότητα) συνδέεται στον θετικό πόλο της μπαταρίας μέσω διόδου Zener, η οποία συγκολλάται σε Veroboard όπου τοποθετείται και το ηλεκτρονικό κύκλωμα.
Η δίοδος Zener τοποθετείται έτσι ώστε η κάθοδος (+ ακροδέκτης) να συνδέεται με τον ηλιακό πίνακα και η άνοδος (- ακροδέκτης) να συνδέεται στον θετικό πόλο της μπαταρίας μέσω καλωδίων. Η δίοδος Zener παρέχει απομόνωση μεταξύ του ηλιακού πάνελ και της μπαταρίας, η οποία είναι ιδιαίτερα χρήσιμη στο σκοτάδι όταν το κύκλωμα παίρνει τάση ηλιακού πάνελ για την ενεργοποίηση του φωτός. Το μαύρο καλώδιο (αρνητική πολικότητα) συνδέεται απευθείας στον αρνητικό πόλο της μπαταρίας.
Όταν το ηλιακό πάνελ εκτίθεται στο ηλιακό φως, παρέχει ρεύμα για τη φόρτιση της μπαταρίας, η ποσότητα του οποίου εξαρτάται από την ένταση του ηλιακού φωτός. Μια λάμπα LED παίρνει ρεύμα από την μπαταρία. Ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα ελέγχει τη λάμπα χρησιμοποιώντας δεδομένα αισθητήρα (τάση ηλιακού πάνελ). Συνδέστε τον θετικό ακροδέκτη ή την κάθοδο του λαμπτήρα LED στον θετικό πόλο της μπαταρίας, ενώ συνδέστε την άνοδο του LED με σημείο ντο όπως φαίνεται στα σχηματικά.
Κατασκευάζοντας το Ηλεκτρονικό Κύκλωμα
Το ηλεκτρονικό κύκλωμα αποτελείται από δύο μέρη. Το ένα προορίζεται για τον έλεγχο του λαμπτήρα LED, ενώ το άλλο για τον έλεγχο και την αποφυγή της αποστράγγισης της μπαταρίας.
Σχήματα του αυτόματου ηλιακού φωτός δρόμου
Το παρακάτω σχήμα δείχνει όλα τα σχήματα για τη σύνδεση αυτού του συστήματος μαζί. Δημιουργήστε το ηλεκτρονικό κύκλωμα για αυτόματη εναλλαγή και προστασία από την αποστράγγιση της μπαταρίας στο Veroboard.
Τι θα χρειαστείτε
Για το ηλεκτρονικό κύκλωμα θα απαιτηθούν τα ακόλουθα εργαλεία και εξαρτήματα. Μπορείτε να τα προμηθευτείτε από ηλεκτρονικά καταστήματα όπως Digikey, Γάτα ή Ali Express.
- 1 x ULN2003IC ζεύγους τρανζίστορ Darlington
- 1 x LM7809 9 VDC ρυθμιστής τάσης IC
- 2 x LM393 IC σύγκρισης τάσης
- 1 x Veroboard (για σύνδεση στοιχείων κυκλώματος μέσω συγκόλλησης)
- Αντιστάσεις (σε Ohms) 1K, 10K, 36K, 53K, 100K, 280K (Ή ισοδύναμος παράλληλος/σειριακός συνδυασμός αυτών των τιμών)
- Σύρματα
- Κολλητήρι & σύρμα συγκόλλησης
- Ψηφιακό πολύμετρο (για μέτρηση τάσης και ρεύματος)
- Βιδωτοί ακροδέκτες Μπλοκ συνδετήρες (για σύνδεση καλωδίων σε ηλιακό πάνελ, μπαταρία και λαμπτήρα LED)
- Δίοδος Ζένερ (μεταξύ του κόκκινου καλωδίου του ηλιακού πάνελ και της μπαταρίας + ακροδέκτη)
Έλεγχος της λάμπας LED
Για να ανάψετε το LED στο σκοτάδι και να το απενεργοποιήσετε στο φως της ημέρας, χρησιμοποιήστε την τάση του ηλιακού πάνελ ως αισθητήρα για να καθοδηγήσετε το κύκλωμα. Το ηλιακό πάνελ και η μπαταρία απομονώνονται χρησιμοποιώντας μια δίοδο Zener. Η δίοδος Zener είναι πολωμένη προς τα εμπρός στο φως της ημέρας καθώς η ηλιακή τάση θα είναι υψηλότερη από την τάση της μπαταρίας για φόρτιση, ενώ παίρνει αντίστροφη πόλωση στο σκοτάδι όταν δεν υπάρχει ηλιακό φως για να φωτίσει το ηλιακό πάνελ, για να δώσει σημαντική απόδοση Τάση.
Σε αυτό το κύκλωμα, η τάση του ηλιακού πάνελ συγκρίνεται με την τάση της μπαταρίας χρησιμοποιώντας έναν συγκριτή. Όταν είναι μεγαλύτερο (κατά τη διάρκεια της ημέρας), δίνει το σήμα για το σβήσιμο του φωτός. Όταν είναι μικρότερο, δίνει σήμα να ανάψει το φως. Ο λαμπτήρας LED ελέγχεται χρησιμοποιώντας αυτή τη λογική και με τη βοήθεια των τρανζίστορ ζεύγους ULN2003 Darlington. Το ULN2003 λαμβάνει είσοδο από την έξοδο του συγκριτή. Εάν λάβει το σήμα "On" στους ακροδέκτες εισόδου (1-7) του ULN2003 (δηλαδή από τον ακροδέκτη εξόδου σύγκρισης 1), επιτρέπει στο ρεύμα του συλλέκτη να περάσει από το C (Pins 10-16) για να ανάψει το φως.
Για να κάνετε αυτό το κύκλωμα, συνδέστε όλα τα στοιχεία του κυκλώματος στο Veroboard μέσω συγκόλλησης. Η σκανδάλη Schmitt (θετική ανάδραση στον συγκριτή) εφαρμόζεται στον συγκριτή LM393 για την αποφυγή δυσλειτουργιών.
Πρόληψη υπερβολικής εκκένωσης
Εάν ο καιρός είναι συννεφιασμένος ή ομιχλώδης, είναι πιθανό η μπαταρία να μην φορτίζει κατά τη διάρκεια της ημέρας, με αποτέλεσμα την υπερβολική αποφόρτιση της μπαταρίας για πολλές συνεχόμενες νύχτες. Αυτό μπορεί να προκαλέσει την αποφόρτιση της μπαταρίας σε σημείο που η χημική ισορροπία της μπαταρίας να διαταραχθεί, καθιστώντας την άχρηστη για περαιτέρω χρήση.
Για την προστασία της μπαταρίας από υπερβολική εκφόρτιση, ένα άλλο κύκλωμα σύγκρισης που χρησιμοποιεί IC LM393 εμφανίζεται σε σχηματικά, το οποίο συγκρίνει την τάση της μπαταρίας με μια σταθερή αναφορά. Για την τάση αναφοράς, χρησιμοποιείται ο ρυθμιστής τάσης LM7809, ο οποίος παίρνει την τάση της μπαταρίας (δηλαδή 11 έως 14 VDC) ως είσοδο και εξάγει σταθερά 9V.
Για να βεβαιωθείτε ότι η μπαταρία δεν υπερβαίνει το επίπεδο βαθιάς εκφόρτισης, δηλαδή ~ 11 V, χρησιμοποιήστε τον συγκριτή ως σκανδάλη Schmitt. Όταν η τάση της μπαταρίας πέσει κάτω από τα 11 βολτ, η σκανδάλη Schmitt θα παράγει χαμηλή λογική εξόδου, η οποία με τη σειρά της θα απενεργοποιήσει το κύκλωμα μεταγωγής. Για να ενεργοποιήσετε ξανά το κύκλωμα μεταγωγής, απαιτείται πλήρης επαναφόρτιση της μπαταρίας στα 13,2 V.
Μπορείτε να επεξεργαστείτε τη δική σας επιλογή τάσεων (αντί για 11 V για χαμηλή στάθμη μπαταρίας και 13,2 V για φορτισμένη μπαταρία) επιλέγοντας τον κατάλληλο συνδυασμό αντιστάσεων (αν και αυτό είναι πιο βαθύ από ό, τι πρόκειται να βουτήξουμε προς το παρόν). Για το κύκλωμα προστασίας της μπαταρίας, συνδέστε τα στοιχεία κυκλώματος στην πλακέτα Vero με συγκόλληση.
Αφού κάνετε και τα δύο κυκλώματα αυτόματης εναλλαγής και προστασίας από την αποστράγγιση της μπαταρίας στο Veroboard, συνδέστε τελικά αυτά τα κυκλώματα, τον ηλιακό πίνακα, τον λαμπτήρα και την μπαταρία σύμφωνα με το σχηματικό διάγραμμα.
Δοκιμάζοντας το ηλιακό σας σύστημα φωτισμού δρόμου
Για να ελέγξετε την απόδοση αυτού του συστήματος, τοποθετήστε το ηλιακό πάνελ κάτω από το φως του ήλιου. Θα δείτε ότι ο λαμπτήρας LED είναι "Off" κατά την έκθεση του ηλιακού πάνελ στο ηλιακό φως. Μετρήστε την τάση χρησιμοποιώντας ένα ψηφιακό πολύμετρο στην έξοδο του ηλιακού πάνελ και στους ακροδέκτες της μπαταρίας. Θα διαπιστώσετε ότι η τάση του ηλιακού πάνελ είναι υψηλότερη από την τάση της μπαταρίας. Τώρα για να ελέγξετε αν η μπαταρία φορτίζεται κάτω από το φως του ήλιου, χρησιμοποιήστε το ψηφιακό πολύμετρο για να μετρήσετε το ρεύμα που ρέει στην μπαταρία.
Στο επόμενο βήμα, καλύψτε το ηλιακό πάνελ με ένα χοντρό υλικό για να αποκλείσετε το φως του ήλιου και θα δείτε ότι η λάμπα LED ανάβει. Μετρήστε την τάση στο ηλιακό πάνελ. θα παρατηρήσετε ότι το ηλιακό πάνελ παρέχει μια πολύ χαμηλή τάση ανεπαρκή για τη φόρτιση της μπαταρίας. Στη συνέχεια, μετρήστε το ρεύμα από την μπαταρία στη λάμπα LED. θα διαπιστώσετε ότι ο λαμπτήρας παίρνει ρεύμα από την μπαταρία για να παράγει φως.
Ακολουθεί σύντομη επίδειξη βίντεο αυτής της δοκιμής:
Φωτίστε τη νύχτα με ηλιακό φως
Αυτό το έργο DIY σάς δίνει μια ιδέα για την κατασκευή μιας μίνι ηλεκτρονικής συναρμολόγησης για το σχεδιασμό ενός αυτοματοποιημένου φωτιστικού δρόμου με ηλιακή ενέργεια χρησιμοποιώντας φυσική και ανανεώσιμη ηλιακή ενέργεια. Για μέγιστη αξιοποίηση των πόρων. επιλέξτε τις σωστές προδιαγραφές για το ηλιακό πάνελ, την μπαταρία και τον λαμπτήρα για να διασφαλίσετε ότι το ηλιακό πάνελ φορτίζει την μπαταρία αρκετά ώστε να διατηρείται ο λαμπτήρας αναμμένος όλη τη νύχτα.
