A barkácsolt napelemes lámpák gazdaságos és hatékony módot kínálnak a napenergiát használó otthonok energiaellátására. Érdemes tehát összeállítani egy olyan utcai világítási rendszert, amely napenergiával tölti fel az akkumulátort nappal, majd ezt az akkumulátort használja az utca megvilágítására éjszaka. És elkészítheti a sajátját!
Egy elektronikus áramkör fogja vezérelni ezt a rendszert, és automatikusan bekapcsolja a LED izzót éjszaka, majd kikapcsolja nappal. Beépítünk egy akkumulátorvédő áramkört is, amely megvédi az akkumulátort a túlzott lemerüléstől.
Mi várható
Ehhez a rendszerhez 5 fő egység szükséges:
- Napelem: Az akkumulátor nappali töltésére és fényérzékelőként.
- Akkumulátor: Áram és tápáramkör és izzó tárolására.
- LED DC izzó: Világításhoz sötétben
- Vezetékek: A kapcsolási rajz szerint.
- Elektronikus áramkör: A LED izzó automatikus vezérléséhez/kapcsolásához és az akkumulátor lemerülés elleni védelméhez.
Napenergia használata akkumulátor töltéséhez
Az akkumulátor töltésére egy kis 10 W-os (teljesítmény költségvetésének/igényének megfelelő nagyobbat is választhat) napelemet használtunk. 12 V-os akkumulátort tud tölteni, és 0,62 A rövidzárlati áramot tud biztosítani csúcsfény esetén. Fizikai mérete körülbelül 12” x 9”.
12VDC akkumulátort használtunk 4Ah áramkapacitással. Napközben a napelemek áramot termelnek, amelyet az akkumulátor töltésére használnak. Az akkumulátor maximális nyitott áramköri feszültsége 13,7 V lehet teljes feltöltött állapotban, és akkor kell újratölteni, amikor az akkumulátor feszültsége 11 VDC-re csökken.
Az akkumulátor töltéséhez a napelem piros vezetékét (pozitív polaritás) a pozitív pólusra kell csatlakoztatni az akkumulátort egy Zener diódán keresztül, amely a Veroboardra van forrasztva, ahol az elektronikus áramkör is el van helyezve.
A Zener dióda úgy van elhelyezve, hogy a katód (+ kivezetés) a napelem panelhez, az anód (- kivezetés) pedig az akkumulátor pozitív pólusához vezetékeken keresztül csatlakozik. A Zener dióda szigetelést biztosít a napelem és az akkumulátor között, ami különösen hasznos sötétben, amikor az áramkör feszültséget vesz fel a napelem panelre a világítás "BE" kapcsolásához. A fekete vezeték (negatív polaritású) közvetlenül az akkumulátor negatív pólusához csatlakozik.
Amikor a napelemet napfény éri, áramot biztosít az akkumulátor töltéséhez, melynek mértéke a napfény intenzitásától függ. A LED izzó áramot vesz az akkumulátorból. Egy elektronikus áramkör vezérli az izzót az érzékelő adatok (napelem feszültség) segítségével. Csatlakoztassa a LED izzó pozitív pólusát vagy katódját az akkumulátor pozitív pólusához, míg a LED anódját csatlakoztassa a ponthoz C ahogy a vázlatokon látható.
Elektronikus áramkör építése
Az elektronikus áramkör két részből áll. Az egyik a LED izzó vezérlésére szolgál, míg a másik az akkumulátor lemerülésének vezérlésére és elkerülésére.
Az automatikus napelemes utcai világítás vázlatai
Az alábbi ábra a teljes kapcsolási rajzot mutatja a rendszer összekapcsolásához. Készítse el az elektronikus áramkört az automatikus kapcsoláshoz és az akkumulátor lemerülés elleni védelméhez a Veroboardon.
Amire szüksége lesz
Az elektronikus áramkörhöz a következő eszközökre és alkatrészekre lesz szükség. Beszerezheti őket olyan online boltokban, mint pl Digikey, Mouser vagy AliExpress.
- 1 x ULN2003Darlington páros tranzisztorok IC
- 1 x LM7809 9 VDC feszültségszabályozó IC
- 2 x LM393 feszültségkomparátor IC
- 1 x Veroboard (áramköri elemek forrasztással történő csatlakoztatásához)
- Ellenállások (ohmban) 1K, 10K, 36K, 53K, 100K, 280K (Vagy ezen értékek párhuzamos/soros kombinációja)
- Vezetékek
- Forrasztópáka és forrasztóhuzal
- Digitális multiméter (feszültség és áramméréshez)
- Csavarkapocs Tömbcsatlakozók (vezetékek csatlakoztatásához napelemhez, akkumulátorhoz és LED izzóhoz)
- zener dióda (a napelem piros vezetéke és az akkumulátor + kapocs között)
A LED izzó vezérlése
A LED sötétben való bekapcsolásához és nappali fényben történő kikapcsolásához használja a napelem panel feszültségét érzékelőként az áramkör irányításához. A napelem és az akkumulátor izolálása Zener diódával történik. A Zener dióda nappali fényben előre előfeszített, mivel a napelem feszültsége magasabb lesz, mint az akkumulátor feszültsége a töltésnél, míg Sötétben fordított torzítású lesz, ha nem áll rendelkezésre napfény a napelem megvilágításához, így jelentős teljesítményt biztosít feszültség.
Ebben az áramkörben a napelem feszültségét összehasonlítják az akkumulátor feszültségével. Ha nagyobb (nappali fényben), akkor jelzi a világítás lekapcsolását. Ha kisebb, akkor jelez, hogy kapcsolja be a lámpát. A LED izzó vezérlése ezzel a logikával és az ULN2003 Darlington páros tranzisztorok segítségével történik. Az ULN2003 bemenetet kap a komparátor kimenetéről. Ha a „Be” jelet kapja az ULN2003 bemeneti érintkezőinél (1-7) (azaz a komparátor 1. kimeneti érintkezőjéről), akkor lehetővé teszi, hogy a kollektoráram áthaladjon a C-n (10-16. érintkezők) a világítás bekapcsolásához.
Ennek az áramkörnek az elkészítéséhez csatlakoztassa a Veroboard összes áramköri elemét forrasztással. A Schmitt trigger (pozitív visszacsatolás a komparátornál) az LM393 komparátoron van megvalósítva a hibák elkerülése érdekében.
A túlzott kisülés megelőzése
Ha az időjárás felhős vagy ködös, előfordulhat, hogy az akkumulátor nem töltődik napközben, ami az akkumulátor túlzott lemerüléséhez vezet több egymást követő éjszakán keresztül. Ez az akkumulátor lemerülését olyan pontig okozhatja, ahol az akkumulátor kémiai egyensúlya megbomlik, így használhatatlanná válik a további használatra.
Az akkumulátor túlzott kisüléstől való védelme érdekében egy másik, LM393 IC-t használó komparátor áramkör látható a kapcsolási rajzokon, amely összehasonlítja az akkumulátor feszültségét egy stabil referenciaértékkel. Referenciafeszültségként az LM7809 feszültségszabályozót használják, amely az akkumulátor feszültségét (azaz 11-14 VDC) veszi be bemenetként, és állandó 9 V-ot ad ki.
Annak érdekében, hogy az akkumulátor ne lépje túl a mélykisülési szintet, azaz a ~11 V-ot, használja a komparátort Schmitt triggerként. Ha az akkumulátor feszültsége 11 volt alá esik, a Schmitt trigger logikai alacsony kimenetet jelez, ami viszont letiltja a kapcsolóáramkört. A kapcsolóáramkör ismételt bekapcsolásához az akkumulátort teljesen fel kell tölteni 13,2 V-ra.
Kiválaszthatja a feszültséget (a 11 V helyett az alacsony töltöttségi szint és a 13,2 V helyett a feltöltött akkumulátor töltöttségi szintjénél) az ellenállások megfelelő kombinációjának kiválasztásával (bár ez alaposabb, mint ahogy most belemerülünk). Az akkumulátorvédő áramkörhöz forrasztással kösse össze az áramköri elemeket a Vero kártyán.
Miután elkészítette az automatikus kapcsolást és az akkumulátor lemerülés elleni védelmi áramköreit a Veroboardon, végül csatlakoztassa ezeket az áramköröket, a napelemet, az izzót és az akkumulátort a vázlatos diagram szerint.
A Solar Street Light rendszer tesztelése
A rendszer teljesítményének teszteléséhez helyezze a napelemet napfény alá. Látni fogja, hogy a LED izzó ki van kapcsolva, ha a napelemet napfény éri. Mérje meg a feszültséget digitális multiméterrel a napelem kimenetén és az akkumulátor kapcsainál. Megtudhatja, hogy a napelem feszültsége magasabb, mint az akkumulátor feszültsége. Most, hogy ellenőrizze, hogy az akkumulátor tölt-e napfényben, használja a digitális multimétert az akkumulátorba befolyó áram mérésére.
A következő lépésben fedje le a napelem panelt egy vastag anyaggal, hogy elzárja a napfényt, és látni fogja, hogy a LED izzó bekapcsol. Mérje meg a feszültséget a napelem panelen; észre fogja venni, hogy a napelem nagyon alacsony feszültséget biztosít, ami nem elegendő az akkumulátor töltéséhez. Ezután mérje meg az akkumulátor és a LED izzó áramát; látni fogja, hogy az izzó áramot vesz az akkumulátorból, hogy fényt termeljen.
Íme egy rövid videó bemutató a tesztről:
Világítsd meg az éjszakát szoláris fénnyel
Ez a barkácsprojekt egy olyan koncepciót ad Önnek, amely egy mini elektronikai szerelvény felépítésére szolgál, amellyel természetes és megújuló napenergiát használó, automatizált napenergiával működő utcai világítást tervezhet. Az erőforrások maximális kihasználása érdekében; válassza ki a megfelelő specifikációkat a napelemhez, az akkumulátorhoz és az izzóhoz, hogy a napelem eléggé feltöltse az akkumulátort ahhoz, hogy az izzó egész éjszaka bekapcsolva maradjon.