Jak zbudować prostą automatyczną lampę ogrodową zasilaną energią słoneczną

Dla tych, którzy są żywo zainteresowani ogrodnictwem, lampa ogrodowa zapewniłaby możliwość podziwiania piękna ich roślin nawet w nocy. Światła te są zwykle umieszczane w ogrodzie, z dala od gniazdek elektrycznych, ponieważ nie jest dobrym pomysłem prowadzenie przewodów przez glebę ogrodową, która przez większość czasu będzie mokra i uciążliwa. W tym miejscu pojawiają się światła ogrodowe zasilane energią słoneczną. Te światła będą miały baterię, która będzie ładowana przez panel słoneczny w ciągu dnia, aw nocy energia z baterii zostanie wykorzystana do zasilania świateł i cykl się powtarza. W niektórych z naszych poprzednich artykułów stworzyliśmy kilka projektów związanych z energią słoneczną, takich jak ładowarka do telefonów komórkowych zasilana energią słoneczną i obwód falownika słonecznego.

W tym projekcie zamierzamy zbudować proste i tanie oświetlenie ogrodowe DIY. Panel słoneczny będzie ładował baterię litową w ciągu dnia, a gdy zapadnie noc, bateria włączy światła do czasu ponownego włączenia się w dzień. W przeciwieństwie do innych obwodów nie będziemy używać mikrokontrolera ani czujnika, ponieważ ideą projektu jest zmniejszenie liczby komponentów, aby obniżyć cenę i złożoność obwodu. Biorąc to pod uwagę, zacznijmy budować nasze domowe światło słoneczne !!

Projekt oświetlenia ogrodu słonecznego

Przed doborem wartości komponentów i przejściem do schematu obwodu, istotne jest dobranie obciążenia dla naszego projektu. Przez obciążenie odnosimy się do rodzaju światła ogrodowego, którego będziemy używać w naszym projekcie. Ponieważ napięcie i prąd znamionowy światła decydują o tym, jak można zaprojektować obwód.

Diody używamy w tym projekcie są normalne chińskie LED z o napięciu roboczym 3.2V z maksimum 4.5V napięcie przewodzenia. Dlatego też, jeśli dwie diody LED są połączone szeregowo, napięcie przewodzenia będzie wynosić 6,4 V. Poniżej pokazane są diody zastosowane w naszym projekcie.

Tak więc bateria litowa 7,4 V będzie w stanie zapewnić od 6,4 V (w pełni rozładowany) do maksymalnego 8,4 V (w pełni naładowany). Dlatego w tym projekcie jako źródło zasilania używana jest bateria litowa 7,4 V, to samo pokazano poniżej. Jeśli nie masz doświadczenia z bateriami litowymi, możesz zapoznać się z tym artykułem Podstawy baterii litowo-jonowych, aby lepiej zrozumieć baterie.

Akumulator wybrany do tego zastosowania będzie miał wbudowany obwód ochronny, który będzie chronić akumulator przed przeładowaniem, głębokim rozładowaniem i stanami zwarciowymi. Jeśli bateria nie zapewnia tych funkcji, upewnij się, że używasz zewnętrznego modułu zabezpieczającego, ponieważ baterie litowe mogą stać się bardzo niestabilne, a nawet wybuchnąć, jeśli nie będą obsługiwane prawidłowo.

Schemat obwodu światła słonecznego ogrodu

Słonecznej ogród obwód światło będzie się składać z dwóch części. Jeden ładuje, a drugi służy do sterowania diodami LED. Cały schemat obwodu składa się z dwóch części, pierwsza część jest podana poniżej

N-Channel MOSFET Q2, IRF540N służy do sterowania ładowaniem. Potencjometr R1 służy do ustawiania poziomu napięcia akumulatora poprzez sterowanie napięciem bramki w kanale N MOSFET Q2. Dioda prostownicza Schottky'ego D1 to SR160, dioda 1 A 60 V Schottky'ego, która służy do ochrony akumulatora przed odwrotną polaryzacją, a także do blokowania przepływu wstecznego w warunkach rozładowania. Wyjściowa dioda Schottky'ego D2 służy do odizolowania napięcia ładowarki od napięcia akumulatora.

Druga część obwodu służy do włączania diody LED w ciemności. Robi to inny tranzystor MOSFET Q1 z kanałem P, czyli IRF9540. Bramka MOSFET jest sterowana napięciem słonecznym. Tak więc, ilekroć ogniwa słoneczne wytwarzają napięcie, MOSFET pozostaje wyłączony, ale w ciemności lub w nocy ogniwa nie wytwarzają napięcia i MOSFET zostaje włączony. Dzięki zastosowaniu tranzystora P-Channel MOSFET, dodatkowy obwód LDR i komparatora jest całkowicie wyeliminowany.

Teraz, w drugiej części obwodu, diody LED są połączone szeregowo-równolegle. Dwie diody LED połączone szeregowo zwiększają napięcie przewodzenia do dwukrotności niż pojedyncza dioda LED, ale prąd przepływający przez diody LED jest dzielony. Wykonane są 4 równoległe połączenia z dwiema diodami LED połączonymi szeregowo. Więcej diod LED równolegle zwiększa prąd i wpływa na podtrzymanie akumulatora.

Szacuje się, że przepływ prądu przez każdą serię wynosi prawie 40 mA. Dlatego 4 równoległe ciągi pobierają prąd 160 mA. Akumulator wybrany do tego projektu będzie efektywnie świecił diody LED przez prawie 5-6 godzin przy nominalnym stanie naładowania. Można zwiększyć ciągi LED zgodnie z potrzebami.

Lekka konstrukcja ogrodu słonecznego

Do zbudowania obwodu potrzebne są następujące elementy -

1. Bateria litowa 7,4 V (mAH zależy od czasu podtrzymania) z wbudowanym układem ochronnym.
2. Diody LED z napięciem przewodzenia 3,5 V (dotyczy również innego napięcia, ale konstrukcja taśmy LED będzie inna)
3. IRF9540N - Mosfet kanału P.
4. IRF540N - Mosfet kanału N
5. Dioda Schottky SR160 2 szt
6. Rezystor 680R
7. Potencjometr 50k
8. Rezystor 4,7 k
9. Panel słoneczny 15-18 V z prądem znamionowym większym niż 300 mA, jeśli wybrano akumulator 3600 mAH.
10. Przewody do podłączenia panelu słonecznego i diod LED
11. Przewody podłączeniowe

Poniższy obrazek pokazuje pinout kanału N IRF540N i P-Channel Mosfet IRF9540, które będziemy używać w projekcie.

Gdy obwód oświetlenia słonecznego ogrodu zostanie zbudowany na płytce prototypowej, moja aranżacja wygląda następująco

Użyliśmy panelu słonecznego o poniższej specyfikacji.

Jest to panel słoneczny o mocy 10 W i mocy 18 V. Panel słoneczny jest umieszczony w jasnym świetle słonecznym w szczytowych warunkach słonecznych. Potencjometr jest sterowany tak, aby mieć 8,5 V na D2. Wynika to z napięcia ładowania, ponieważ napięcie akumulatora litowego będzie wynosić 8,4 V po całkowitym naładowaniu. Gdy akumulator zaczyna się ładować, miernik amperów jest połączony szeregowo z akumulatorem w celu sprawdzenia prądu ładowania. Możesz także zaimprowizować projekt za pomocą trackera słonecznego do maksymalnego naładowania baterii, ale to jest coś poza zakresem tego projektu.

Jak widać z odczytu multimetru poniżej, prąd ładowania to prawie 300mA. Ta zmiana będzie zależna od warunków nasłonecznienia, będzie się zwiększać w słoneczny dzień i zmniejszać w pochmurne dni.

W nocy, gdy panel słoneczny nie otrzyma promieniowania, nie będzie prądu wyjściowego z panelu, w związku z czym akumulator przestanie się ładować i włączą się diody LED. Pełne działanie projektu można również znaleźć na poniższym filmie, w którym pokazujemy, że światło włącza się automatycznie, jeśli panel nie otrzyma promieniowania.

Dalsze doskonalenia

Obwód jest podstawowym obwodem ładowarki baterii litowej do prostego projektu związanego z oświetleniem ogrodowym. W związku z tym nie ma żadnych kwestii związanych z bezpieczeństwem. Do prawidłowego ładowania i stosowania właściwej metody ładowania słonecznego można użyć dedykowanych układów scalonych sterownika MPPT (Maximum Power Point Tracker).

Ponieważ jest to projekt dotyczący eksploatacji na zewnątrz, należy użyć odpowiedniej płytki drukowanej wraz z dołączonym pudełkiem. Obudowa musi być wykonana w taki sposób, aby obwód pozostał wodoszczelny podczas deszczu. Aby zmodyfikować ten obwód lub omówić dalsze aspekty tego projektu, skorzystaj z aktywnego forum podsumowania obwodu.