DIY projekti solarne rasvjete nude ekonomičan i učinkovit način za napajanje domova korištenjem energije sunca. Stoga ima smisla sastaviti sustav ulične rasvjete koji koristi solarnu energiju za punjenje baterije tijekom dana, a zatim koristi ovu bateriju za osvjetljavanje ulice noću. A možete i sami napraviti!
Elektronički sklop će kontrolirati ovaj sustav, automatski paliti LED žarulju noću i gasiti danju. Također ćemo ugraditi zaštitni krug baterije kako bismo zaštitili bateriju od prekomjernog pražnjenja.
Što očekivati
Ovaj sustav zahtijeva 5 glavnih jedinica:
- Solarni panel: Za punjenje baterije danju i kao svjetlosni senzor.
- Baterija: Za pohranjivanje struje i strujnog kruga i žarulje.
- LED DC žarulja: Za osvjetljenje u mraku
- žice: Za međusobno povezivanje prema shematskom dijagramu.
- Elektronički sklop: Za automatsku kontrolu/prebacivanje LED žarulje i zaštitu od pražnjenja baterije.
Korištenje solarne energije za punjenje baterije
Za punjenje baterije upotrijebili smo malu solarnu ploču od 10 W (možete odabrati veću prema proračunu/zahtjevima za napajanje). Može puniti bateriju od 12 V i može osigurati struju kratkog spoja od 0,62 A pri vršnoj svjetlini. Njegova fizička veličina je oko 12” x 9”.
Koristili smo bateriju od 12 VDC sa strujnim kapacitetom od 4 Ah. Tijekom dana solarni paneli stvaraju struju koja se koristi za punjenje baterije. Baterija može imati maksimalni napon otvorenog kruga od 13,7 V pri punoj napunjenosti i treba je ponovno napuniti kada napon baterije padne na 11 VDC.
Za punjenje baterije, crvena žica solarne ploče (pozitivni polaritet) spojena je na pozitivni terminal baterije preko Zener diode, koja je zalemljena na Veroboard gdje je također smješten elektronički sklop.
Zener dioda je postavljena tako da je katoda (+ terminal) spojena na solarnu ploču, a anoda (- terminal) je žicama spojena na pozitivni pol baterije. Zener dioda osigurava izolaciju između solarne ploče i baterije, što je posebno korisno u mraku kada krug uzima napon solarne ploče za uključivanje svjetla. Crna žica (negativan polaritet) izravno je spojena na negativni pol baterije.
Kada je solarna ploča izložena sunčevoj svjetlosti, ona daje struju za punjenje baterije, čija količina ovisi o intenzitetu sunčeve svjetlosti. LED žarulja uzima struju iz baterije. Elektronički krug upravlja žaruljom koristeći podatke senzora (napon solarne ploče). Spojite pozitivni pol ili katodu LED žarulje na pozitivni pol baterije, dok anodu LED diode spojite s točkom C kako je prikazano na shemama.
Izgradnja elektroničkog kruga
Elektronički sklop se sastoji od dva dijela. Jedan je namijenjen kontroli LED žarulje, dok je drugi namijenjen kontroli i izbjegavanju pražnjenja baterije.
Sheme automatske solarne ulične rasvjete
Donja slika prikazuje cjelokupnu shemu povezivanja ovog sustava. Napravite elektronički sklop za automatsko prebacivanje i zaštitu od pražnjenja baterije na Veroboardu.
Što ćete trebati
Za elektronički sklop bit će potrebni sljedeći alati i komponente. Možete ih nabaviti u internetskim trgovinama poput Digikey, Mouser ili Ali Express.
- 1 x ULN2003Darlingtonov par tranzistora IC
- 1 x LM7809 9 VDC regulator napona IC
- 2 x LM393 komparator napona IC
- 1 x Veroboard (za spajanje elemenata kruga lemljenjem)
- Otpornici (u Ohmima) 1K, 10K, 36K, 53K, 100K, 280K (Ili ekvivalentna paralelna/serijska kombinacija ovih vrijednosti)
- Žice
- Lemilo i žica za lemljenje
- Digitalni multimetar (za mjerenje napona i struje)
- Vijčani terminal Blok konektori (za spajanje žica na solarnu ploču, bateriju i LED žarulju)
- Zener dioda (između crvene žice solarne ploče i baterije + terminala)
Upravljanje LED žaruljom
Za uključivanje LED-a u mraku i isključivanje na dnevnom svjetlu, koristite napon solarne ploče kao senzor za usmjeravanje kruga. Solarni panel i baterija izolirani su pomoću Zener diode. Zener dioda je usmjerena prema naprijed na dnevnom svjetlu jer će solarni napon biti viši od napona baterije za punjenje, dok dobiva obrnutu prednapon u mraku kada nema sunčeve svjetlosti za osvjetljavanje solarne ploče, kako bi se dobio značajan izlaz napon.
U ovom se krugu napon solarne ploče uspoređuje s naponom baterije pomoću komparatora. Kada je veći (danju), daje signal za gašenje svjetla. Kada je manji, signalizira uključivanje svjetla. LED žarulja se upravlja ovom logikom i uz pomoć ULN2003 Darlington para tranzistora. ULN2003 dobiva ulaz iz izlaza komparatora. Ako dobije signal za "Uključeno" na ulaznim pinovima (1-7) ULN2003 (tj. s izlaznog pina 1 komparatora), dopušta struji kolektora da prođe kroz C (pinovi 10-16) kako bi se upalilo svjetlo.
Da biste napravili ovaj krug, spojite sve elemente kruga na Veroboard lemljenjem. Schmittov okidač (pozitivna povratna sprega na komparatoru) implementiran je na komparatoru LM393 kako bi se izbjegli kvarovi.
Sprječavanje prekomjernog pražnjenja
Ako je vrijeme oblačno ili maglovito, moguće je da se baterija neće puniti tijekom dana, što će dovesti do prekomjernog pražnjenja baterije više uzastopnih noći. To može uzrokovati pražnjenje baterije do točke u kojoj se kemijska ravnoteža baterije poremeti što je čini beskorisnom za daljnju upotrebu.
Kako bi se baterija zaštitila od prekomjernog pražnjenja, shematski je prikazan još jedan komparatorski krug koji koristi LM393 IC, koji uspoređuje napon baterije sa stabilnom referencom. Za referentni napon koristi se regulator napona LM7809, koji uzima napon baterije (tj. 11 do 14 VDC) kao ulaz i daje konstantnih 9V.
Kako biste bili sigurni da baterija ne prijeđe razinu dubokog pražnjenja, tj. ~11 V, koristite komparator kao Schmittov okidač. Kada napon baterije padne ispod 11 volti, Schmittov okidač će isporučiti nizak logički signal što će zauzvrat onemogućiti prekidački krug. Za ponovno uključivanje sklopnog kruga potrebno je potpuno punjenje baterije na 13,2 V.
Možete sami odabrati napon (umjesto 11 V za nisku razinu baterije i 13,2 V za razinu napunjene baterije) odabirom odgovarajuće kombinacije otpornika (iako je to dublje nego što ćemo sada zaroniti). Za zaštitni krug baterije spojite elemente strujnog kruga na ploči Vero lemljenjem.
Nakon što napravite krugove za automatsko prebacivanje i zaštitu od pražnjenja baterije na Veroboardu, konačno spojite ove krugove, solarnu ploču, žarulju i bateriju prema shematskom dijagramu.
Testiranje vašeg solarnog sustava ulične rasvjete
Za testiranje performansi ovog sustava, postavite solarnu ploču na sunčevu svjetlost. Vidjet ćete da je LED žarulja "isključena" nakon izlaganja solarne ploče sunčevoj svjetlosti. Izmjerite napon digitalnim multimetrom na izlazu solarne ploče i terminalima baterije. Saznat ćete da je napon solarne ploče veći od napona baterije. Sada da provjerite puni li se baterija pod sunčevom svjetlošću, koristite digitalni multimetar za mjerenje struje koja teče u bateriju.
U sljedećem koraku pokrijte solarnu ploču debelim materijalom kako biste blokirali sunčevu svjetlost i vidjet ćete da se LED žarulja uključuje. Izmjerite napon na solarnoj ploči; primijetit ćete da solarna ploča daje vrlo nizak napon nedovoljan za punjenje baterije. Zatim izmjerite struju od baterije do LED žarulje; vidjet ćete da žarulja uzima struju iz baterije za proizvodnju svjetlosti.
Evo kratke video demonstracije ovog testiranja:
Osvijetlite noć solarnim svjetlom
Ovaj DIY projekt daje vam koncept za izradu mini elektroničkog sklopa za projektiranje automatizirane ulične rasvjete na solarni pogon koristeći prirodnu i obnovljivu solarnu energiju. Za maksimalno iskorištenje resursa; odaberite prave specifikacije za solarnu ploču, bateriju i žarulju kako biste osigurali da solarna ploča dovoljno puni bateriju da žarulja ostane uključena tijekom cijele noći.
