Πώς να φτιάξετε ένα απλό αυτόματο ηλιακό φως κήπου

Για εκείνους που έχουν έντονο ενδιαφέρον για την κηπουρική, ένα φως κήπου θα μπορούσε να προσφέρει την επιλογή να θαυμάσετε την ομορφιά των φυτών τους ακόμη και κατά τη διάρκεια της νύχτας. Αυτά τα φώτα θα τοποθετηθούν κανονικά μέσα στον κήπο, μακριά από ηλεκτρικές πρίζες, διότι δεν είναι καλή ιδέα να τρέχετε καλώδια μέσω του εδάφους του κήπου σας, τα οποία θα είναι βρεγμένα και σκληρά τις περισσότερες φορές. Εδώ εμφανίζονται τα φώτα κήπου με ηλιακή ενέργεια. Αυτά τα φώτα θα έχουν μια μπαταρία που θα φορτίζεται μέσω ενός ηλιακού συλλέκτη κατά τη διάρκεια της ημέρας και κατά τη διάρκεια της νύχτας η ενέργεια από την μπαταρία θα χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία των φώτων και ο κύκλος επαναλαμβάνεται. Σε μερικά από τα προηγούμενα άρθρα μας έχουμε δημιουργήσει λίγα έργα που σχετίζονται με την ηλιακή ενέργεια, όπως φορτιστή κινητού τηλεφώνου με ηλιακή ενέργεια και κύκλωμα ηλιακού μετατροπέα.

Σε αυτό το έργο, θα φτιάξουμε ένα απλό και φτηνό ηλιακό φως κήπου DIY. Ο ηλιακός συλλέκτης θα φορτίσει μια μπαταρία λιθίου κατά τη διάρκεια της ημέρας και όταν γίνει νυχτερινή ώρα, η μπαταρία θα ανάψει τα φώτα μέχρι την ώρα της ημέρας. Σε αντίθεση με άλλα κυκλώματα, δεν θα χρησιμοποιούμε μικροελεγκτή ή αισθητήρα, επειδή η ιδέα του έργου είναι να μειωθεί ο αριθμός εξαρτημάτων για να μειωθεί η τιμή και η πολυπλοκότητα του κυκλώματος. Τούτου λεχθέντος, ας αρχίσουμε να κατασκευάζουμε το σπιτικό μας ηλιακό φως !!

Ηλιακός σχεδιασμός φωτισμού κήπου

Πριν επιλέξετε την τιμή των εξαρτημάτων και μπείτε στο διάγραμμα κυκλώματος, είναι σημαντικό να επιλέξετε το φορτίο για το έργο μας. Με φορτίο, αναφερόμαστε στον τύπο του Garden Light που θα χρησιμοποιούμε στο έργο μας. Επειδή η τάση και η ένταση ρεύματος του φωτός αποφασίζουν πώς μπορεί να σχεδιαστεί το κύκλωμα.

Οι λυχνίες LED που χρησιμοποιούμε σε αυτό το έργο είναι κανονικές κινεζικές λυχνίες LED με τάση λειτουργίας 3,2V με μέγιστη τάση προώθησης 4,5V. Επομένως, εάν δύο LED συνδέονται σε σειρά, η τάση προς τα εμπρός θα είναι 6,4V. Τα LED που χρησιμοποιούνται στο έργο μας φαίνονται παρακάτω.

Έτσι, μια μπαταρία λιθίου 7,4V θα μπορεί να παρέχει τουλάχιστον 6,4V (πλήρως αποφορτισμένη) στο μέγιστο 8,4V (πλήρως φορτισμένη). Επομένως, μια μπαταρία λιθίου 7,4V χρησιμοποιείται για μια πηγή ενέργειας σε αυτό το έργο, το ίδιο φαίνεται παρακάτω. Εάν είστε εντελώς νέοι στις μπαταρίες λιθίου, μπορείτε να δείτε αυτό το άρθρο Βασικά στοιχεία για τις μπαταρίες ιόντων λιθίου για να κατανοήσετε καλύτερα τις μπαταρίες.

Η μπαταρία που έχει επιλεγεί για αυτήν την εφαρμογή θα έχει ενσωματωμένο κύκλωμα προστασίας που θα προστατεύει την μπαταρία από υπερφόρτιση, βαθιά εκφόρτιση και συνθήκες σχετικές με βραχυκύκλωμα. Εάν η μπαταρία σας δεν παρέχει αυτές τις δυνατότητες, φροντίστε να χρησιμοποιήσετε μια εξωτερική μονάδα προστασίας, επειδή οι μπαταρίες λιθίου μπορεί να είναι εξαιρετικά ασταθείς και μπορεί ακόμη και να εκραγούν αν δεν αντιμετωπιστούν σωστά.

Διάγραμμα κυκλώματος φωτός ηλιακού κήπου

Το κύκλωμα φωτός ηλιακού κήπου θα αποτελείται από δύο μέρη. Το ένα φορτίζει και το άλλο είναι να ελέγχει τα LED. Το πλήρες διάγραμμα κυκλώματος εξηγείται ως δύο μέρη, το πρώτο μέρος δίνεται παρακάτω

Το N-Channel MOSFET Q2, IRF540N χρησιμοποιείται για τη λειτουργία ελέγχου φόρτισης. Το ποτενσιόμετρο R1 χρησιμοποιείται για να ρυθμίσει το επίπεδο τάσης της μπαταρίας ελέγχοντας την τάση της πύλης κατά μήκος του καναλιού N MOSFET Q2. Η δίοδος ανορθωτή Schottky D1 είναι SR160, μια δίοδος Schottky 1A 60V που χρησιμοποιείται για την προστασία της μπαταρίας από την αντίστροφη πολικότητα καθώς και για τον αποκλεισμό της αντίστροφης ροής κατά τις συνθήκες εκφόρτισης. Η έξοδος Schottky diode D2 χρησιμοποιείται για την απομόνωση της τάσης του φορτιστή με την τάση της μπαταρίας.

Το άλλο τμήμα του κυκλώματος χρησιμοποιείται για να ανάψει το LED κατά τη διάρκεια σκοτεινών συνθηκών. Αυτό γίνεται από το άλλο P-Channel MOSFET Q1 που είναι IRF9540. Η πύλη MOSFET ελέγχεται από την ηλιακή τάση. Έτσι, κάθε φορά που τα ηλιακά κύτταρα παράγουν τάση, το MOSFET παραμένει απενεργοποιημένο, αλλά στο σκοτάδι ή τη νύχτα, τα κύτταρα δεν παράγουν τάση και το MOSFET ενεργοποιείται. Χρησιμοποιώντας το P Channel MOSFET, το επιπλέον LDR και το κύκλωμα σύγκρισης εξαλείφονται πλήρως.

Τώρα, για το δεύτερο μέρος του κυκλώματος, τα LED συνδέονται σε παράλληλη σειρά. Δύο LED σε σειρά αυξάνουν την τάση προς τα εμπρός σε διπλάσια από ένα μόνο LED, αλλά το ρεύμα που ρέει μέσω LED χωρίζεται. 4 παράλληλες συνδέσεις γίνονται με δύο LED σε σειρά. Τα περισσότερα LED παράλληλα αυξάνουν το ρεύμα και επηρεάζουν την εφεδρική μπαταρία.

Εκτιμάται ότι η τρέχουσα ροή σε κάθε σειρά είναι σχεδόν 40mA. Επομένως, 4 παράλληλες χορδές καταναλώνουν 160mA ρεύματος. Η μπαταρία που επιλέγεται για αυτό το έργο θα ανάψει αποτελεσματικά τα LED για σχεδόν 5-6 ώρες σε ονομαστική κατάσταση φόρτισης. Κάποιος μπορεί να αυξήσει τις σειρές LED σύμφωνα με τις ανάγκες.

Ηλιακή κατασκευή φωτός κήπου

Για την κατασκευή του κυκλώματος απαιτούνται τα ακόλουθα εξαρτήματα -

1. Μπαταρία λιθίου 7,4V (mAH εξαρτάται από το χρόνο δημιουργίας αντιγράφων ασφαλείας) με ενσωματωμένο κύκλωμα προστασίας.
2. LED με τάση προς τα εμπρός 3,5V (Μια άλλη τάση ισχύει επίσης, αλλά η κατασκευή της λωρίδας LED θα είναι διαφορετική)
3. IRF9540N - κανάλι P Mosfet
4. IRF540N - N Channel Mosfet
5. SR160 Schottky δίοδος 2 τεμ
6. 680R αντίσταση
7. Ποτενσιόμετρο 50k
8. 4.7k αντίσταση
9. Ηλιακός συλλέκτης 15 - 18V με ισχύ άνω των 300mA εάν έχει επιλεγεί μπαταρία 3600mAH.
10. Σύρματα για σύνδεση ηλιακού πλαισίου και LED
11. Καλώδια σύνδεσης

Η παρακάτω εικόνα δείχνει το pinout των IRF540N N-channel και IRF9540 P-Channel Mosfet, ότι θα χρησιμοποιήσουμε το έργο.

Μόλις το φωτοβολταϊκό κύκλωμα του ηλιακού κήπου κατασκευαστεί σε ένα ψωμί, η διάταξη μου μοιάζει με αυτό παρακάτω

Έχουμε χρησιμοποιήσει το ηλιακό πάνελ με τις παρακάτω προδιαγραφές.

Είναι ηλιακό πάνελ 10W με έξοδο 18V. Το ηλιακό πλαίσιο τοποθετείται σε έντονο ηλιακό φως σε μέγιστες ηλιακές συνθήκες. Το ποτενσιόμετρο ελέγχεται να έχει 8,5V κατά μήκος του D2. Αυτό οφείλεται στην τάση φόρτισης καθώς η τάση της μπαταρίας λιθίου θα είναι 8,4V όταν είναι πλήρως φορτισμένη. Όταν η μπαταρία αρχίσει να φορτίζει, ένας μετρητής ενισχυτή συνδέεται σε σειρά με την μπαταρία για να ελέγξει το ρεύμα φόρτισης. Μπορείτε επίσης να αυτοσχεδιάσετε το έργο χρησιμοποιώντας έναν ηλιακό ιχνηλάτη στη μέγιστη φόρτιση της μπαταρίας, αλλά αυτό είναι κάτι που δεν εμπίπτει στο πεδίο αυτού του έργου.

Όπως μπορείτε να ελέγξετε από την ανάγνωση του πολύμετρου παρακάτω, το ρεύμα φόρτισης είναι σχεδόν 300mA. Αυτή η αλλαγή θα εξαρτηθεί από την ηλιακή κατάσταση, θα αυξηθεί σε μια ηλιόλουστη ημέρα και θα μειωθεί σε συννεφιασμένες ημέρες.

Κατά τη διάρκεια της νύχτας, όταν το ηλιακό πλαίσιο δεν λαμβάνει ακτινοβολία, δεν θα υπάρχει ρεύμα εξόδου από τον πίνακα και ως εκ τούτου η μπαταρία θα σταματήσει τη φόρτιση και τα φώτα LED θα ανάψουν. Η πλήρης εργασία του έργου μπορεί επίσης να βρεθεί στο παρακάτω βίντεο, όπου αποδεικνύουμε ότι το φως ανάβει αυτόματα εάν ο πίνακας δεν δέχεται ακτινοβολία.

Περαιτέρω βελτιώσεις

Το κύκλωμα είναι ένα βασικό κύκλωμα φόρτισης μπαταρίας λιθίου για ένα απλό έργο που σχετίζεται με το φως του κήπου. Επομένως, δεν χρησιμοποιεί προβλήματα ασφάλειας. Για σωστή φόρτιση και χρήση κατάλληλης μεθόδου ηλιακής φόρτισης χρησιμοποιώντας MPPT (Maximum Power Point Tracker) μπορεί να χρησιμοποιηθεί αποκλειστικά IC οδηγού

Δεδομένου ότι πρόκειται για έργο εξωτερικής λειτουργίας, πρέπει να χρησιμοποιηθεί το κατάλληλο PCB μαζί με ένα κλειστό κουτί. Το περίβλημα πρέπει να κατασκευαστεί με τέτοιο τρόπο ώστε το κύκλωμα να παραμένει αδιάβροχο στη βροχή. Για να τροποποιήσετε αυτό το κύκλωμα ή να συζητήσετε περαιτέρω πτυχές αυτού του έργου, παρακαλούμε χρησιμοποιήστε το ενεργό φόρουμ του κυκλώματος.