Projekti sončne luči DIY ponujajo ekonomičen in učinkovit način za oskrbo domov z energijo sonca. Zato je smiselno sestaviti sistem ulične razsvetljave, ki čez dan uporablja sončno energijo za polnjenje baterije in nato s to baterijo osvetljuje ulico ponoči. In lahko naredite svojega!
Elektronsko vezje bo krmililo ta sistem in samodejno vklopilo LED žarnico ponoči in izklopilo podnevi. Vgradili bomo tudi zaščitno vezje baterije, ki bo zaščitilo baterijo pred prekomerno izpraznitvijo.
Kaj pričakovati
Ta sistem zahteva 5 glavnih enot:
- Sončna celica: Za polnjenje baterije podnevi in kot svetlobni senzor.
- Baterija: Za shranjevanje toka in napajalnega tokokroga ter žarnice.
- LED DC žarnica: Za osvetlitev v temi
- Žice: Za medsebojno povezavo po shematskem diagramu.
- Elektronsko vezje: Za samodejno krmiljenje/preklapljanje LED žarnice in za zaščito pred izpraznitvijo baterije.
Uporaba sončne energije za polnjenje baterije
Za polnjenje baterije smo uporabili majhno sončno ploščo z močjo 10 W (lahko izberete večjo glede na vaš proračun/zahteve). Lahko polni 12 V baterijo in lahko zagotovi 0,62 A toka kratkega stika pri najvišji svetilnosti. Njegova fizična velikost je približno 12" x 9".
Uporabili smo 12VDC baterijo s tokovno kapaciteto 4Ah. Čez dan sončne celice proizvajajo tok, ki se uporablja za polnjenje baterije. Baterija ima lahko največjo odprto napetost 13,7 V pri polni napolnjenosti in jo je treba ponovno napolniti, ko napetost baterije pade na 11 VDC.
Za polnjenje baterije je rdeča žica solarne plošče (pozitivna polariteta) povezana s pozitivnim polom baterije preko Zener diode, ki je prispajkana na Veroboard, kjer je tudi elektronsko vezje.
Zener dioda je nameščena tako, da je katoda (+ terminal) povezana s sončno ploščo, anoda (- terminal) pa je preko žic povezana s pozitivnim pol akumulatorja. Zener dioda zagotavlja izolacijo med solarno ploščo in baterijo, kar je še posebej koristno v temi, ko tokokrog vzame napetost solarne plošče za vklop luči. Črna žica (negativna polarnost) je neposredno pritrjena na negativni pol baterije.
Ko je solarna plošča izpostavljena sončni svetlobi, zagotavlja tok za polnjenje baterije, katerega količina je odvisna od intenzivnosti sončne svetlobe. LED žarnica jemlje tok iz baterije. Elektronsko vezje krmili žarnico s pomočjo podatkov senzorja (napetost solarnega panela). Priključite pozitivni pol ali katodo LED žarnice na pozitivni pol baterije, medtem ko anodo LED povežite s točko C kot je prikazano v shemah.
Gradnja elektronskega vezja
Elektronsko vezje je sestavljeno iz dveh delov. Ena je namenjena nadzoru LED žarnice, medtem ko je druga namenjena nadzoru in preprečevanju praznjenja baterije.
Shema avtomatske sončne ulične luči
Spodnja slika prikazuje celotno shemo povezovanja tega sistema. Izdelajte elektronsko vezje za samodejno preklapljanje in zaščito pred praznjenjem baterije na Veroboardu.
Kaj boste potrebovali
Za elektronsko vezje bodo potrebna naslednja orodja in komponente. Dobite jih lahko v spletnih trgovinah, kot je Digikey, Mouser oz Ali Express.
- 1 x ULN2003Darlingtonov par tranzistorjev IC
- 1 x LM7809 9 VDC regulator napetosti IC
- 2 x LM393 komparator napetosti IC
- 1 x Veroboard (za povezovanje elementov vezja s spajkanjem)
- Upori (v Ohmih) 1K, 10K, 36K, 53K, 100K, 280K (Ali enakovredna vzporedna/zaporedna kombinacija teh vrednosti)
- Žice
- Spajkalnik in spajkalna žica
- Digitalni multimeter (za merjenje napetosti in toka)
- Vijačni priključek Blok konektorji (za povezovanje žic s solarno ploščo, baterijo in LED žarnico)
- Zener dioda (med rdečo žico solarne plošče in baterijo + sponko)
Upravljanje LED žarnice
Za vklop LED v temi in izklop podnevi uporabite napetost sončne celice kot senzor za vodenje vezja. Solarni panel in baterija sta izolirana z Zener diodo. Zenerjeva dioda je pri dnevni svetlobi usmerjena naprej, saj bo sončna napetost višja od napetosti baterije za polnjenje, medtem ko dobi obratno prednapetost v temi, ko ni na voljo sončne svetlobe za osvetlitev sončne plošče, da zagotovi znatno moč Napetost.
V tem vezju se napetost sončne plošče primerja z napetostjo akumulatorja z uporabo primerjalnika. Ko je večji (podnevi), daje signal za izklop luči. Ko je manjša, signalizira vklop luči. LED žarnica je krmiljena po tej logiki in s pomočjo parnih tranzistorjev Darlington ULN2003. ULN2003 dobi vhod iz izhoda primerjalnika. Če dobi signal za »Vklop« na vhodnih zatičih (1-7) ULN2003 (tj. iz primerjalnega izhodnega zatiča 1), omogoči, da kolektorski tok preide skozi C (zatiči 10-16), da vklopi luč.
Če želite narediti to vezje, spojite vse elemente vezja na Veroboard s spajkanjem. Schmittov sprožilec (pozitivna povratna informacija na primerjalniku) je implementiran na primerjalniku LM393, da se izognemo napakam.
Preprečevanje prekomernega praznjenja
Če je vreme oblačno ali megleno, je možno, da se baterija čez dan ne bo napolnila, kar bo povzročilo prekomerno izpraznitev baterije več zaporednih noči. To lahko povzroči izpraznitev baterije do točke, ko se kemično ravnovesje baterije poruši, zaradi česar je neuporabna za nadaljnjo uporabo.
Za zaščito akumulatorja pred prekomerno izpraznitvijo je v shemah prikazano drugo primerjalno vezje z LM393 IC, ki primerja napetost akumulatorja s stabilno referenco. Za referenčno napetost se uporablja regulator napetosti LM7809, ki kot vhod sprejme napetost akumulatorja (tj. 11 do 14 VDC) in odda konstantno 9V.
Če želite zagotoviti, da baterija ne preseže ravni globoke izpraznjenosti, tj. ~11 V, uporabite primerjalnik kot Schmittov sprožilec. Ko napetost akumulatorja pade pod 11 voltov, bo Schmittov sprožilec oddal logično nizko vrednost, kar bo onemogočilo preklopno vezje. Da ponovno omogočite preklopno vezje, je potrebno popolnoma napolniti baterijo na 13,2 V.
Izberete lahko svojo lastno napetost (namesto 11 V za nizek nivo baterije in 13,2 V za nivo napolnjene baterije) z izbiro ustrezne kombinacije uporov (čeprav je to bolj poglobljeno, kot se bomo zdaj poglobili). Za zaščitno vezje baterije povežite elemente vezja na plošči Vero s spajkanjem.
Potem ko na Veroboardu naredite vezja za samodejno preklapljanje in zaščito pred izpraznitvijo akumulatorja, končno povežite ta vezja, sončno ploščo, žarnico in baterijo v skladu s shematskim diagramom.
Preizkušanje vašega sistema sončne ulične svetilke
Za testiranje delovanja tega sistema postavite sončno ploščo na sončno svetlobo. Ko je solarna plošča izpostavljena sončni svetlobi, boste videli, da je LED žarnica »izklopljena«. Izmerite napetost z digitalnim multimetrom na izhodu sončne celice in sponkah baterije. Ugotovili boste, da je napetost solarne plošče višja od napetosti baterije. Zdaj, da preverite, ali se baterija polni pod sončno svetlobo, uporabite digitalni multimeter za merjenje toka, ki teče v baterijo.
V naslednjem koraku pokrijte sončno ploščo z debelim materialom, da preprečite sončno svetlobo, in videli boste, da se LED žarnica prižge. Izmerite napetost na solarni plošči; opazili boste, da solarna plošča zagotavlja zelo nizko napetost, ki ne zadostuje za polnjenje baterije. Nato izmerite tok od baterije do LED žarnice; ugotovili boste, da žarnica jemlje tok iz baterije, da proizvede svetlobo.
Tukaj je kratek video prikaz tega testiranja:
Osvetlite noč s sončno svetlobo
Ta projekt DIY vam ponuja koncept za izdelavo mini elektronskega sklopa za načrtovanje avtomatizirane ulične luči na sončno energijo z uporabo naravne in obnovljive sončne energije. Za maksimalen izkoristek virov; izberite prave specifikacije za solarno ploščo, baterijo in žarnico, da zagotovite, da solarna plošča dovolj napolni baterijo, da bo žarnica prižgana celo noč.