Jak stworzyć automatyczną latarnię uliczną zasilaną energią słoneczną

Projekty lamp słonecznych typu „zrób to sam” oferują ekonomiczny i wydajny sposób zasilania domów energią słoneczną. Sensowne jest więc zbudowanie systemu oświetlenia ulicznego, który pobiera energię słoneczną do ładowania baterii w ciągu dnia, a następnie używa tej baterii do oświetlenia ulicy w nocy. I możesz zrobić własne!

Układ elektroniczny będzie sterował tym systemem, automatycznie włączając żarówkę LED w nocy i wyłączając ją w ciągu dnia. Włączymy również obwód zabezpieczający akumulator, aby chronić akumulator przed nadmiernym rozładowaniem.

Czego oczekiwać

Ten system wymaga 5 głównych jednostek:

1. Panel słoneczny: Do ładowania baterii w ciągu dnia i jako czujnik światła.
2. Bateria: do przechowywania prądu i obwodu zasilania oraz żarówki.
3. Żarówka LED DC: Do oświetlenia w ciemności
4. Przewody: Do połączeń zgodnie ze schematem.
5. Obwód elektroniczny: Do automatycznego sterowania/przełączania żarówki LED i ochrony przed rozładowaniem akumulatora.

Wykorzystanie energii słonecznej do ładowania baterii

Do ładowania baterii wykorzystaliśmy mały panel słoneczny o mocy 10 W (można wybrać większy w zależności od budżetu energetycznego/wymagań). Może ładować akumulator 12 V i może zapewnić prąd zwarciowy 0,62 A przy szczytowej jasności. Jego rozmiar fizyczny to około 12 ”x 9”.

Zastosowaliśmy akumulator 12VDC o pojemności prądowej 4Ah. W ciągu dnia panele słoneczne generują prąd, który służy do ładowania baterii. Akumulator może mieć maksymalne napięcie obwodu otwartego 13,7 V przy pełnym naładowaniu i należy go ponownie naładować, gdy napięcie akumulatora spadnie do 11 V DC.

Aby naładować baterię, czerwony przewód panelu słonecznego (biegunowość dodatnia) jest podłączony do dodatniego bieguna baterii za pomocą diody Zenera, która jest przylutowana do płyty Veroboard, na której znajduje się również obwód elektroniczny.

Dioda Zenera jest umieszczona w taki sposób, że katoda (zacisk +) jest połączona z panelem słonecznym, a anoda (zacisk -) jest połączona przewodami z biegunem dodatnim akumulatora. Dioda Zenera zapewnia izolację między panelem słonecznym a baterią, co jest szczególnie przydatne w ciemności, gdy obwód pobiera napięcie z panelu słonecznego w celu włączenia światła. Czarny przewód (biegunowość ujemna) jest podłączony bezpośrednio do ujemnego bieguna akumulatora.

Gdy panel słoneczny jest wystawiony na działanie promieni słonecznych, dostarcza prąd do ładowania akumulatora, którego ilość zależy od intensywności światła słonecznego. Żarówka LED pobiera prąd z akumulatora. Obwód elektroniczny steruje żarówką na podstawie danych z czujnika (napięcie panelu słonecznego). Podłącz biegun dodatni lub katodę żarówki LED do bieguna dodatniego akumulatora, natomiast anodę diody LED połącz z punktem C , jak pokazano na schematach.

Budowa obwodu elektronicznego

Układ elektroniczny składa się z dwóch części. Jeden służy do sterowania żarówką LED, a drugi do kontrolowania i zapobiegania rozładowaniu baterii.

Schematy automatycznej słonecznej latarni ulicznej

Poniższy rysunek pokazuje całe schematy łączenia tego systemu razem. Wykonaj obwód elektroniczny do automatycznego przełączania i ochrony przed rozładowaniem baterii na Veroboard.

Co będziesz potrzebował

Następujące narzędzia i komponenty będą wymagane do obwodu elektronicznego. Można je kupić w sklepach internetowych, takich jak Digikey , Mouser lub Ali Express .

• 1 x ULN2003 para tranzystorów Darlington IC
• 1 x układ scalony regulatora napięcia LM7809 9 VDC
• 2 x LM393 Układ komparatora napięcia
• 1 x Veroboard (do łączenia elementów obwodu poprzez lutowanie)
• Rezystory (w omach) 1 K, 10 K, 36 K, 53 K, 100 K, 280 K (lub równoważna kombinacja równoległa/szeregowa tych wartości)
• Przewody
• Lutownica i drut lutowniczy
• Multimetr cyfrowy (do pomiaru napięcia i prądu)
• Złącza zacisków śrubowych (do podłączenia przewodów do panelu słonecznego, akumulatora i żarówki LED)
• Dioda Zenera (między czerwonym przewodem panelu słonecznego a akumulatorem + zaciskiem)

Sterowanie żarówką LED

Aby włączyć diodę LED w ciemności i wyłączyć ją w świetle dziennym, użyj napięcia panelu słonecznego jako czujnika do kierowania obwodem. Panel słoneczny i bateria są izolowane za pomocą diody Zenera. Dioda Zenera jest spolaryzowana w kierunku przewodzenia w świetle dziennym, ponieważ napięcie słoneczne będzie wyższe niż napięcie akumulatora do ładowania, podczas gdy w ciemności, gdy nie ma światła słonecznego, które mogłoby oświetlić panel słoneczny, zostaje spolaryzowana w kierunku przeciwnym, aby uzyskać znaczne napięcie wyjściowe.

W tym obwodzie napięcie panelu słonecznego jest porównywane z napięciem akumulatora za pomocą komparatora. Gdy jest większa (w ciągu dnia) daje sygnał do wyłączenia światła. Gdy jest mniejsza, sygnalizuje włączenie światła. Żarówka LED jest sterowana za pomocą tej logiki i za pomocą pary tranzystorów ULN2003 Darlington. ULN2003 pobiera dane wejściowe z wyjścia komparatora. Jeśli otrzyma sygnał „On” na stykach wejściowych (1-7) ULN2003 (tj. z styku 1 wyjścia komparatora), umożliwia przepływ prądu kolektora przez C (piny 10-16) w celu włączenia światła.

Aby wykonać ten obwód, połącz wszystkie elementy obwodu na Veroboard poprzez lutowanie. Przerzutnik Schmitta (dodatnie sprzężenie zwrotne na komparatorze) jest zaimplementowany w komparatorze LM393, aby uniknąć zakłóceń.

Zapobieganie nadmiernemu rozładowaniu

Jeśli pogoda jest pochmurna lub mglista, możliwe jest, że bateria nie ładuje się w ciągu dnia, co prowadzi do nadmiernego rozładowania baterii przez wiele kolejnych nocy. Może to spowodować rozładowanie akumulatora do punktu, w którym równowaga chemiczna akumulatora zostanie zakłócona, czyniąc go bezużytecznym do dalszego użytku.

Aby chronić akumulator przed nadmiernym rozładowaniem, na schematach pokazano inny obwód porównawczy wykorzystujący układ scalony LM393, który porównuje napięcie akumulatora ze stabilnym odniesieniem. Jako napięcie odniesienia zastosowano regulator napięcia LM7809, który przyjmuje napięcie akumulatora (tj. 11 do 14 VDC) jako wejście i wyprowadza stałą 9V.

Aby upewnić się, że akumulator nie przekroczy poziomu głębokiego rozładowania, tj. ~11V, użyj komparatora jako wyzwalacza Schmitta. Kiedy napięcie akumulatora spadnie poniżej 11 woltów, wyzwalacz Schmitta wyprowadzi stan logiczny niski, co z kolei wyłączy obwód przełączający. Aby ponownie włączyć obwód przełączający, wymagane jest pełne naładowanie akumulatora do napięcia 13,2 V.

Możesz wypracować własny wybór napięć (zamiast 11 V dla niskiego poziomu naładowania baterii i 13,2 V dla naładowanego poziomu baterii), wybierając odpowiednią kombinację rezystorów (chociaż jest to bardziej dogłębne, niż będziemy teraz zagłębiać się ). W przypadku obwodu ochrony akumulatora należy połączyć elementy obwodu na płytce Vero przez lutowanie.

Po wykonaniu obwodów automatycznego przełączania i ochrony przed rozładowaniem baterii na Veroboard, w końcu podłącz te obwody, panel słoneczny, żarówkę i baterię zgodnie ze schematem.

Testowanie systemu słonecznego oświetlenia ulicznego

Aby przetestować wydajność tego systemu, umieść panel słoneczny w świetle słonecznym. Zobaczysz, że żarówka LED jest „wyłączona” po wystawieniu panelu słonecznego na działanie promieni słonecznych. Zmierz napięcie za pomocą multimetru cyfrowego na wyjściu panelu słonecznego i zaciskach akumulatora. Przekonasz się, że napięcie panelu słonecznego jest wyższe niż napięcie akumulatora. Teraz, aby sprawdzić, czy bateria ładuje się w świetle słonecznym, użyj multimetru cyfrowego do pomiaru prądu płynącego do baterii.

W następnym kroku przykryj panel słoneczny grubym materiałem, aby zablokować światło słoneczne, a zobaczysz, że żarówka LED się włączy. Zmierz napięcie na panelu słonecznym; zauważysz, że panel słoneczny dostarcza bardzo niskie napięcie, niewystarczające do ładowania akumulatora. Następnie zmierz prąd z akumulatora do żarówki LED; zauważysz, że żarówka pobiera prąd z akumulatora, aby wytworzyć światło.

Oto krótka prezentacja wideo tego testu:

Rozświetl noc światłem słonecznym

Ten projekt dla majsterkowiczów przedstawia koncepcję zbudowania mini zespołu elektronicznego do zaprojektowania zautomatyzowanej latarni ulicznej zasilanej energią słoneczną przy użyciu naturalnej i odnawialnej energii słonecznej. Maksymalne wykorzystanie zasobów; wybierz odpowiednie specyfikacje dla panelu słonecznego, baterii i żarówki, aby zapewnić, że panel słoneczny naładuje baterię na tyle, aby żarówka działała przez całą noc.