Projekty DIY solárnych svetiel ponúkajú ekonomický a efektívny spôsob, ako napájať domy pomocou energie zo slnka. Preto má zmysel zostaviť systém pouličného osvetlenia, ktorý berie slnečnú energiu na nabíjanie batérie počas dňa a potom túto batériu používa na osvetlenie ulice v noci. A môžete si vytvoriť svoj vlastný!
Tento systém bude ovládať elektronický obvod, ktorý automaticky rozsvieti LED žiarovku v noci a zhasne počas dňa. Začleníme aj ochranný obvod batérie, ktorý ju ochráni pred nadmerným vybitím.
Čo očakávať
Tento systém vyžaduje 5 hlavných jednotiek:
- Solárny panel: Na nabíjanie batérie cez deň a ako svetelný senzor.
- Batéria: Na ukladanie prúdu a napájanie obvodu a žiarovky.
- LED žiarovka DC: Na osvetlenie v tme
- Drôty: Pre prepojenie podľa schémy.
- Elektronický obvod: Na automatické ovládanie/vypínanie LED žiarovky a na ochranu pred vybitím batérie.
Použitie solárnej energie na nabíjanie batérie
Na nabíjanie batérie sme použili malý 10W solárny panel (môžete si vybrať väčší podľa vášho energetického rozpočtu/požiadaviek). Dokáže nabíjať 12V batériu a dokáže poskytnúť skratový prúd 0,62A pri špičkovej svietivosti. Jeho fyzická veľkosť je asi 12 "x 9".
Použili sme 12V DC batériu s prúdovou kapacitou 4Ah. Počas dňa solárne panely generujú prúd, ktorý sa používa na nabíjanie batérie. Batéria môže mať maximálne napätie naprázdno 13,7 V pri plnom nabití a mala by sa znovu nabiť, keď napätie batérie klesne na 11 V jednosmerného prúdu.
Na nabíjanie batérie je červený vodič solárneho panelu (kladná polarita) pripojený ku kladnej svorke batérie cez Zenerovu diódu, ktorá je prispájkovaná na doske Veroboard, kde je umiestnený aj elektronický obvod.
Zenerova dióda je umiestnená tak, že katóda (+ svorka) je pripojená k solárnemu panelu a anóda (- svorka) je pripojená ku kladnej svorke batérie pomocou vodičov. Zenerova dióda zaisťuje izoláciu medzi solárnym panelom a batériou, čo je obzvlášť užitočné v tme, keď obvod odoberá napätie solárneho panelu na zapnutie svetla. Čierny vodič (záporná polarita) je priamo pripojený k zápornému pólu batérie.
Keď je solárny panel vystavený slnečnému žiareniu, poskytuje prúd na nabíjanie batérie, ktorého množstvo závisí od intenzity slnečného žiarenia. LED žiarovka odoberá prúd z batérie. Elektronický obvod riadi žiarovku pomocou údajov snímača (napätie solárneho panela). Pripojte kladný pól alebo katódu LED žiarovky ku kladnému pólu batérie, zatiaľ čo anódu LED pripojte s bodom C ako je znázornené na schémach.
Budovanie elektronického obvodu
Elektronický obvod sa skladá z dvoch častí. Jeden je určený na ovládanie LED žiarovky, zatiaľ čo druhý je určený na ovládanie a predchádzanie vybíjaniu batérie.
Schémy automatického solárneho pouličného osvetlenia
Na obrázku nižšie je znázornená celá schéma prepojenia tohto systému. Vytvorte elektronický obvod pre automatické spínanie a ochranu pred vybitím batérie na Veroboard.
Čo budete potrebovať
Pre elektronický obvod budú potrebné nasledujúce nástroje a komponenty. Môžete si ich kúpiť v internetových obchodoch ako napr Digikey, Myšiak alebo Ali Express.
- 1 x 2003 ULNDarlington pár tranzistorov IC
- 1 x LM7809 9 VDC regulátor napätia IC
- 2 x LM393 komparátor napätia IC
- 1 x Veroboard (na spájanie prvkov obvodu spájkovaním)
- Rezistory (v ohmoch) 1K, 10K, 36K, 53K, 100K, 280K (Alebo ekvivalentná paralelná/sériová kombinácia týchto hodnôt)
- Drôty
- Spájkovačka a spájkovací drôt
- Digitálny multimeter (pre meranie napätia a prúdu)
- Skrutkové konektory svorkovnice (na pripojenie vodičov k solárnemu panelu, batérii a LED žiarovke)
- Zenerova dióda (medzi červeným vodičom solárneho panelu a batériou + svorkou)
Ovládanie LED žiarovky
Ak chcete zapnúť LED diódu v tme a vypnúť ju počas denného svetla, použite napätie solárneho panela ako senzor na vedenie obvodu. Solárny panel a batéria sú izolované pomocou Zenerovej diódy. Zenerova dióda je za denného svetla posunutá dopredu, pretože solárne napätie bude vyššie ako napätie batérie na nabíjanie, zatiaľ čo v tme, keď nie je k dispozícii žiadne slnečné svetlo na osvetlenie solárneho panelu, dostane významný výkon Napätie.
V tomto obvode sa napätie solárneho panelu porovnáva s napätím batérie pomocou komparátora. Keď je väčšia (počas denného svetla), dáva signál na vypnutie svetla. Keď je menšia, signalizuje zapnutie svetla. LED žiarovka je ovládaná pomocou tejto logiky a pomocou párových tranzistorov ULN2003 Darlington. ULN2003 získava vstup z výstupu komparátora. Ak dostane signál pre „On“ na vstupných kolíkoch (1-7) ULN2003 (t. j. z výstupného kolíka 1 komparátora), umožní kolektorovému prúdu prejsť cez C (kolíky 10-16), aby sa rozsvietilo svetlo.
Ak chcete vytvoriť tento okruh, spojte všetky prvky obvodu na doske Veroboard pomocou spájkovania. Schmittova spúšť (pozitívna spätná väzba na komparátore) je implementovaná na komparátore LM393, aby sa predišlo chybám.
Zabránenie nadmernému vybitiu
Ak je počasie zamračené alebo je hmla, je možné, že sa batéria počas dňa nenabije, čo vedie k nadmernému vybíjaniu batérie počas niekoľkých po sebe nasledujúcich nocí. To môže spôsobiť vybitie batérie do bodu, kedy sa naruší chemická rovnováha batérie, čím sa stane zbytočnou pre ďalšie použitie.
Na ochranu batérie pred nadmerným vybitím je na schémach znázornený ďalší komparačný obvod využívajúci LM393 IC, ktorý porovnáva napätie batérie so stabilnou referenciou. Pre referenčné napätie sa používa regulátor napätia LM7809, ktorý berie napätie batérie (t.j. 11 až 14 VDC) ako vstup a výstupy sú konštantné 9V.
Aby ste sa uistili, že batéria neprekročí úroveň hlbokého vybitia, t.j. ~11V, použite komparátor ako Schmittov spúšťač. Keď napätie batérie klesne pod 11 voltov, Schmittova spúšť vydá logickú nízku hodnotu, ktorá zase deaktivuje spínací obvod. Na opätovné aktivovanie spínacieho obvodu je potrebné úplné dobitie batérie na 13,2V.
Môžete si vybrať napätie podľa vlastného výberu (namiesto 11 V pre nízku úroveň nabitia batérie a 13,2 V pre úroveň nabitia batérie) výberom vhodnej kombinácie rezistorov (aj keď je to viac do hĺbky, ako sa teraz budeme ponoriť). Pre obvod ochrany batérie spojte prvky obvodu na doske Vero spájkovaním.
Po vytvorení obvodov automatického spínania a ochrany pred vybitím batérie na Veroboard nakoniec pripojte tieto obvody, solárny panel, žiarovku a batériu podľa schémy.
Testovanie vášho solárneho systému pouličného osvetlenia
Na testovanie výkonu tohto systému umiestnite solárny panel na slnečné svetlo. Uvidíte, že LED žiarovka je „vypnutá“ pri vystavení solárneho panelu slnečnému žiareniu. Zmerajte napätie pomocou digitálneho multimetra na výstupe solárneho panelu a na svorkách batérie. Zistíte, že napätie solárneho panelu je vyššie ako napätie batérie. Teraz skontrolujte, či sa batéria nabíja na slnku, použite digitálny multimeter na meranie prúdu tečúceho do batérie.
V ďalšom kroku prikryte solárny panel hrubým materiálom, aby ste zabránili slnečnému žiareniu, a uvidíte, že sa LED žiarovka rozsvieti. Zmerajte napätie na solárnom paneli; všimnete si, že solárny panel poskytuje veľmi nízke napätie, ktoré nepostačuje na nabíjanie batérie. Potom zmerajte prúd z batérie do LED žiarovky; zistíte, že žiarovka odoberá prúd z batérie na výrobu svetla.
Tu je krátka video ukážka tohto testovania:
Rozsvieťte noc slnečným svetlom
Tento DIY projekt vám dáva koncept na zostavenie mini elektronickej zostavy na navrhovanie automatizovaného solárneho pouličného osvetlenia s využitím prírodnej a obnoviteľnej solárnej energie. Pre maximálne využitie zdrojov; vyberte správne špecifikácie pre solárny panel, batériu a žiarovku, aby ste zaistili, že solárny panel nabije batériu dostatočne na to, aby žiarovka zostala zapnutá celú noc.