DIY solar lys projekter tilbyder en økonomisk og effektiv måde at drive hjem ved hjælp af energi fra solen. Så det giver mening at samle et gadebelysningssystem, der tager solenergi til at oplade et batteri om dagen og så bruger dette batteri til at lyse gaden op om natten. Og du kan lave din egen!
Et elektronisk kredsløb vil styre dette system og automatisk tænde LED-pæren om natten og slukke om dagen. Vi vil også inkorporere et batteribeskyttelseskredsløb for at beskytte batteriet mod overafladning.
Hvad kan man forvente
Dette system kræver 5 hovedenheder:
- Solpanel: Til opladning af batteriet i dagtimerne og som lyssensor.
- Batteri: Til lagring af strøm og strømkredsløb og pære.
- LED DC pære: Til belysning i mørke
- Ledninger: Til sammenkobling i henhold til skematisk diagram.
- Elektronisk kredsløb: Til automatisk at styre/skifte LED-pæren og til beskyttelse af batteriafladning.
Brug af solenergi til at oplade et batteri
Til opladning af batteriet har vi brugt et lille 10W (du kan vælge et større i henhold til dit strømbudget/krav) solpanel. Den kan oplade et 12V batteri og kan give 0,62A kortslutningsstrøm ved maksimal lysstyrke. Dens fysiske størrelse er omkring 12" x 9".
Vi har brugt et 12VDC batteri med 4Ah strømkapacitet. I løbet af dagen genererer solpanelerne strøm, som bruges til at oplade batteriet. Batteriet kan maksimalt have en åben kredsløbsspænding på 13,7V ved fuld opladning og bør genoplades, når batterispændingen falder til 11VDC.
For at oplade batteriet er den røde ledning af solpanelet (positiv polaritet) forbundet til den positive terminal af batteriet gennem en Zener-diode, som er loddet på Veroboard, hvor det elektroniske kredsløb også er placeret.
Zener-dioden er placeret sådan, at katoden (+ terminal) er forbundet til solpanelet og anoden (- terminal) er forbundet til batteriets positive terminal gennem ledninger. Zenerdiode giver isolering mellem solpanelet og batteriet, hvilket er særligt nyttigt i mørke, når kredsløbet tager solpanelspænding for at tænde for lyset. Sort ledning (negativ polaritet) er direkte forbundet til batteriets negative pol.
Når solpanelet udsættes for sollys, giver det strøm til at oplade batteriet, hvis mængde afhænger af sollysets intensitet. En LED-pære tager strøm fra batteriet. Et elektronisk kredsløb styrer pæren ved hjælp af sensordata (solpanelspænding). Forbind LED-pærens positive terminal eller katode til batteriets positive terminal, mens LED'ens anode forbindes med spidsen C som vist i skemaer.
Opbygning af det elektroniske kredsløb
Det elektroniske kredsløb består af to dele. Den ene er beregnet til at styre LED-pæren, mens den anden er beregnet til at kontrollere og undgå batteridræning.
Skema af det automatiske solargadelys
Nedenstående figur viser hele skemaet for at forbinde dette system sammen. Lav det elektroniske kredsløb til automatisk omskiftning og batteriafladningsbeskyttelse på Veroboard.
Hvad du skal bruge
Følgende værktøjer og komponenter kræves til det elektroniske kredsløb. Du kan få dem fra online butikker som Digikey, Mouser eller Ali Express.
- 1 x ULN2003Darlington par transistorer IC
- 1 x LM7809 9 VDC spændingsregulator IC
- 2 x LM393 Spændingskomparator IC
- 1 x Veroboard (til tilslutning af kredsløbselementer gennem lodning)
- Modstande (i ohm) 1K, 10K, 36K, 53K, 100K, 280K (Eller tilsvarende parallel/serie kombination af disse værdier)
- Ledninger
- Loddekolbe & loddetråd
- Digitalt multimeter (til spænding og strømmåling)
- Skru klemmestik (til tilslutning af ledninger til solpanel, batteri og LED-pære)
- Zener diode (mellem solpanelets røde ledning og batteri + terminal)
Styring af LED-pæren
For at tænde lysdioden i mørke og slukke den i dagslys, skal du bruge solpanelets spænding som en sensor til at styre kredsløbet. Solpanel og batteri er isoleret ved hjælp af en Zener-diode. Zenerdiode er fremadrettet i dagslys, da solspændingen vil være højere end batterispændingen til opladning, mens det bliver omvendt forspændt i mørke, når der ikke er sollys til rådighed for at oplyse solpanelet, for at give betydelig output spænding.
I dette kredsløb sammenlignes solpanelspændingen med batterispændingen ved hjælp af en komparator. Når den er større (i dagslys), giver den signal om at slukke lyset. Når den er mindre, signalerer den at tænde lyset. LED-pære styres ved hjælp af denne logik og ved hjælp af ULN2003 Darlington-partransistorer. ULN2003 får input fra komparator output. Hvis den får signalet for "Til" ved indgangsben (1-7) på ULN2003 (dvs. fra komparatorudgangsben 1), tillader den kollektorstrømmen at passere gennem C (ben 10-16) for at tænde lyset.
For at lave dette kredsløb, forbinde alle kredsløbselementerne på Veroboard gennem lodning. Schmitt-trigger (positiv feedback ved komparator) er implementeret på LM393-komparatoren for at undgå fejl.
Forebyggelse af overudledning
Hvis vejret er overskyet eller tåget, er det muligt, at batteriet muligvis ikke oplades i løbet af dagen, hvilket fører til overdreven batteriafladning i flere på hinanden følgende nætter. Dette kan forårsage afladning af batteriet til et punkt, hvor batteriets kemiske balance bliver forstyrret, hvilket gør det ubrugeligt til videre brug.
For at beskytte batteriet mod overafladning er et andet komparatorkredsløb, der bruger LM393 IC, vist i skemaer, som sammenligner batterispændingen med en stabil reference. Til referencespænding bruges LM7809 spændingsregulatoren, som tager batterispænding (dvs. 11 til 14 VDC) som input og udsender konstant 9V.
For at sikre, at batteriet ikke går ud over et dybt afladningsniveau, dvs. ~11V, skal du bruge komparatoren som en Schmitt-udløser. Når batterispændingen falder til under 11 volt, udsender Schmitt-udløseren logisk lav, hvilket igen vil deaktivere koblingskredsløbet. For at aktivere koblingskredsløbet igen kræves fuld genopladning af batteriet til 13,2V.
Du kan regne ud dit eget valg af spændinger (i stedet for 11 V for lavt batteriniveau og 13,2 V for opladet batteriniveau) ved at vælge den passende kombination af modstande (selvom det er mere dybtgående, end vi skal dykke ned i lige nu). Til batteribeskyttelseskredsløbet skal du forbinde kredsløbselementerne på Vero-kortet ved at lodde.
Efter at have lavet både de automatiske omskiftnings- og batteridræningsbeskyttelseskredsløb på Veroboard, skal du endelig tilslutte disse kredsløb, solpanel, pære og batteri i henhold til det skematiske diagram.
Test af dit Solar Street Light System
For at teste ydeevnen af dette system skal du placere solpanelet i sollys. Du vil se, at LED-pæren er "slukket", når solpanelet udsættes for sollys. Mål spændingen ved hjælp af et digitalt multimeter ved solpanelets udgang og batteriterminaler. Du vil finde ud af, at solpanelspændingen er højere end batterispændingen. Nu for at kontrollere, om batteriet oplades under sollys, brug det digitale multimeter til at måle strømmen, der flyder ind i batteriet.
I næste trin skal du dække solpanelet med et tykt materiale for at blokere sollys, og du vil se, at LED-pæren tænder. Mål spændingen på solpanelet; du vil bemærke, at solpanelet giver en meget lav spænding, der er utilstrækkelig til at oplade batteriet. Mål derefter strømmen fra batteriet til LED-pæren; du vil opdage, at pæren tager strøm fra batteriet for at producere lys.
Her er en kort videodemonstration af denne test:
Lys op om natten med sollys
Dette gør-det-selv-projekt giver dig et koncept til at bygge en mini elektronisk enhed til at designe et automatiseret solcelledrevet gadelys ved hjælp af naturlig og vedvarende solenergi. For maksimal udnyttelse af ressourcer; vælg de rigtige specifikationer for solpanel, batteri og pære for at sikre, at solpanelet oplader batteriet nok til at holde pæren tændt hele natten.
