Proiectele de iluminat solar DIY oferă o modalitate economică și eficientă de a alimenta casele folosind energia de la soare. Așadar, are sens să asamblați un sistem de iluminat stradal care utilizează energia solară pentru a încărca o baterie în timpul zilei și apoi utilizează această baterie pentru a ilumina strada noaptea. Și poți să-ți faci singur!
Un circuit electronic va controla acest sistem, aprinzând automat becul LED noaptea și stingând în timpul zilei. De asemenea, vom încorpora un circuit de protecție a bateriei pentru a proteja bateria de supradescărcare.
La ce să te aștepți
Acest sistem necesită 5 unități principale:
- Panou solar: Pentru încărcarea bateriei în timpul zilei și ca senzor de lumină.
- Baterie: Pentru stocarea curentului și circuitul de alimentare și bec.
- Bec LED DC: Pentru iluminare pe întuneric
- Fire: Pentru interconectare conform diagramei schematice.
- Circuit electronic: Pentru a controla/a comuta automat becul LED și pentru protecția la descărcarea bateriei.
Utilizarea energiei solare pentru a încărca o baterie
Pentru încărcarea bateriei, am folosit un mic panou solar de 10W (puteți alege unul mai mare în funcție de bugetul/cerințele dvs. de putere). Poate încărca o baterie de 12 V și poate furniza un curent de scurtcircuit de 0,62 A la luminozitatea maximă. Dimensiunea sa fizică este de aproximativ 12" x 9".
Am folosit o baterie de 12VDC cu o capacitate de curent de 4Ah. În timpul zilei, panourile solare generează curent care este folosit pentru încărcarea bateriei. Bateria poate avea o tensiune maximă în circuit deschis de 13,7 V la încărcare completă și trebuie reîncărcată atunci când tensiunea bateriei scade la 11 VDC.
Pentru a încărca bateria, firul roșu al panoului solar (polaritate pozitivă) este conectat la borna pozitivă a bateriei printr-o diodă Zener, care este lipită pe Veroboard unde este plasat și circuitul electronic.
Dioda Zener este plasată astfel încât catodul (borna +) să fie conectată la panoul solar, iar anodul (borna -) să fie conectat la borna pozitivă a bateriei prin fire. Dioda Zener asigură izolarea între panoul solar și baterie, ceea ce este util în special în întuneric atunci când circuitul preia tensiunea panoului solar pentru a porni lumina. Firul negru (polaritate negativă) este atașat direct la borna negativă a bateriei.
Când panoul solar este expus la lumina soarelui, acesta furnizează curent pentru a încărca bateria, a cărui cantitate depinde de intensitatea luminii solare. Un bec LED preia curent de la baterie. Un circuit electronic controlează becul folosind datele senzorului (tensiunea panoului solar). Conectați borna pozitivă sau catodul becului LED la borna pozitivă a bateriei, în timp ce conectați anodul LED-ului cu punct C așa cum se arată în scheme.
Construirea circuitului electronic
Circuitul electronic este format din două părți. Unul este menit să controleze becul LED, în timp ce celălalt este menit să controleze și să evite consumarea bateriei.
Scheme ale iluminatului stradal solar automat
Figura de mai jos prezintă toate schemele pentru conectarea acestui sistem împreună. Realizați circuitul electronic pentru comutarea automată și protecția la descărcarea bateriei pe Veroboard.
Ce vei avea nevoie
Următoarele instrumente și componente vor fi necesare pentru circuitul electronic. Le puteți obține din magazine online precum Digikey, Prinzător de şoareci sau Ali Express.
- 1 x ULN2003Tranzistoare pereche Darlington IC
- 1 x LM7809 9 VDC regulator de tensiune IC
- 2 x LM393 CI comparator de tensiune
- 1 x Veroboard (pentru conectarea elementelor de circuit prin lipire)
- Rezistoare (în ohmi) 1K, 10K, 36K, 53K, 100K, 280K (Sau o combinație echivalentă paralelă/serie a acestor valori)
- Fire
- Fier de lipit și sârmă de lipit
- Multimetru digital (pentru măsurarea tensiunii și a curentului)
- Conectori bloc de borne cu șurub (pentru conectarea cablurilor la panoul solar, baterie și bec LED)
- diodă Zener (intre firul rosu al panoului solar si baterie + borna)
Controlul becului LED
Pentru a porni LED-ul pe întuneric și pentru a-l opri în timpul zilei, utilizați tensiunea panoului solar ca senzor pentru a ghida circuitul. Panoul solar și bateria sunt izolate folosind o diodă Zener. Dioda Zener este polarizată direct în lumina zilei, deoarece tensiunea solară va fi mai mare decât tensiunea bateriei pentru încărcare, în timp ce este inversat în întuneric când nu este disponibilă lumina soarelui pentru a ilumina panoul solar, pentru a oferi o putere semnificativă Voltaj.
În acest circuit, tensiunea panoului solar este comparată cu tensiunea bateriei folosind un comparator. Când este mai mare (în timpul zilei), dă semnalul pentru stingerea luminii. Când este mai mică, semnalează pentru a aprinde lumina. Becul LED este controlat folosind această logică și cu ajutorul tranzistorilor perechi Darlington ULN2003. ULN2003 primește intrare de la ieșirea comparatorului. Dacă primește semnalul pentru „Pornit” la pinii de intrare (1-7) ai ULN2003 (adică de la pinul de ieșire al comparatorului 1), acesta permite curentului colectorului să treacă prin C (pinii 10-16) pentru a aprinde lumina.
Pentru a face acest circuit, uniți toate elementele circuitului de pe Veroboard prin lipire. Declanșatorul Schmitt (feedback pozitiv la comparator) este implementat pe comparatorul LM393 pentru a evita erorile.
Prevenirea descărcării excesive
Dacă vremea este înnorată sau ceață, este posibil ca bateria să nu se încarce în timpul zilei, ceea ce duce la descărcarea excesivă a bateriei pentru mai multe nopți consecutive. Acest lucru poate duce la descărcarea bateriei până la un punct în care echilibrul chimic al bateriei este perturbat, făcându-l inutil pentru utilizare ulterioară.
Pentru a proteja bateria de supradescărcare, în scheme este prezentat un alt circuit comparator care utilizează LM393 IC, care compară tensiunea bateriei cu o referință stabilă. Pentru tensiunea de referință, este utilizat regulatorul de tensiune LM7809, care ia tensiunea bateriei (adică 11 până la 14 VDC) ca intrare și iese constant 9 V.
Pentru a vă asigura că bateria nu depășește nivelul de descărcare profundă, adică ~11V, utilizați comparatorul ca declanșator Schmitt. Când tensiunea bateriei scade sub 11 volți, declanșatorul Schmitt va scoate logica scăzută, care la rândul său va dezactiva circuitul de comutare. Pentru a activa din nou circuitul de comutare, este necesară reîncărcarea completă a bateriei la 13,2 V.
Puteți stabili propria alegere de tensiuni (în loc de 11 V pentru nivelul scăzut al bateriei și 13,2 V pentru nivelul bateriei încărcate) prin alegerea combinației adecvate de rezistențe (deși aceasta este mai aprofundată decât ne vom arunca acum). Pentru circuitul de protecție a bateriei, conectați elementele circuitului de pe placa Vero prin lipire.
După ce ați realizat atât circuitele de comutare automată, cât și circuitele de protecție împotriva scurgerii bateriei pe Veroboard, conectați în sfârșit aceste circuite, panoul solar, becul și bateria conform diagramei schematice.
Testarea sistemului dvs. de iluminat stradal solar
Pentru a testa performanța acestui sistem, plasați panoul solar sub lumina soarelui. Veți vedea că becul LED este „stins” la expunerea panoului solar la lumina soarelui. Măsurați tensiunea folosind un multimetru digital la ieșirea panoului solar și bornele bateriei. Veți afla că tensiunea panoului solar este mai mare decât tensiunea bateriei. Acum pentru a verifica dacă bateria se încarcă sub lumina soarelui, utilizați multimetrul digital pentru a măsura curentul care curge în baterie.
În pasul următor, acoperiți panoul solar cu un material gros pentru a bloca lumina soarelui și veți vedea că becul LED se aprinde. Măsurați tensiunea la panoul solar; veti observa ca panoul solar asigura o tensiune foarte joasa insuficienta pentru incarcarea bateriei. Apoi, măsurați curentul de la baterie la becul LED; veți descoperi că becul preia curent de la baterie pentru a produce lumină.
Iată o scurtă demonstrație video a acestei teste:
Iluminează noaptea cu lumină solară
Acest proiect DIY vă oferă un concept pentru a construi un mini ansamblu electronic pentru proiectarea unui iluminat stradal automatizat cu energie solară, folosind energie solară naturală și regenerabilă. Pentru utilizarea maximă a resurselor; alegeți specificațiile potrivite pentru panoul solar, baterie și bec pentru a vă asigura că panoul solar încarcă bateria suficient pentru a menține becul aprins pe tot parcursul nopții.