Ako spustiť hodiny batérie na slnečnú energiu: 15 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Tento príspevok nadväzuje na predchádzajúci príspevok z roku 2016 (pozri tu), ale medzitým došlo k vývoju komponentov, ktoré výrazne uľahčujú prácu a zlepšujú výkon. Tu uvedené techniky umožnia ľahké nasadenie hodín poháňaných slnečnou energiou na také miesta, ako je zimná záhrada alebo chránená veranda, a prípadne do domu, kde je v priebehu dňa k dispozícii dostatočné množstvo svetla, napríklad pri okne alebo presklených vonkajších dverách. bude predmetom experimentu. Použitie rádiem riadených hodín otvára možnosť mať hodinky, ktoré môžu byť roky bez dozoru.

Bezpečnosť Uvedomte si, že veľký superkondenzátor pojme veľa energie a ak je skratovaný, môže generovať dostatok prúdu na to, aby drôty na krátky čas žiarili na červeno.

Dodal by som, že hodiny zobrazené v prvom Instructable stále bežia šťastne.

Krok 1: Nové super kondenzátory

Na obrázku vyššie je znázornený superkondenzátor s kapacitou 500 Faradov. Tie sú teraz k dispozícii lacno na eBay a používajú sa v praxi automobilového inžinierstva. Sú masívne väčšie ako 20 alebo 50 Faradových jednotiek bežne dostupných v čase môjho prvého článku. Na obrázku vidíte, že sú fyzicky dosť veľké a nezmestia sa za väčšinu hodín a musia byť umiestnené oddelene.

Veľmi dôležité pre náš účel je, že keď je nabitý až na 1,5 voltov, v kondenzátore s kapacitou 500 Farad je dostatok uloženej energie na to, aby bežal typické hodiny batérie približne tri týždne, kým napätie neklesne tesne nad volt a hodiny sa zastavia. To znamená, že kondenzátor dokáže hodiny nechať bežať v období tmy v zime, keď je slnečnej energii nedostatok, a potom dobehnúť za jasného dňa.

Tu možno tiež spomenúť, že v poslednej dobe sa do módy dostali veľké vonkajšie hodiny, ktoré by boli veľmi prístupné technikám uvedeným v článku. (To, či budú tieto vonkajšie hodiny dostatočne robustné, aby vydržali vonku aj dlho, je diskutabilné.)

Krok 2: Potrebné súčasti

Budete potrebovať hodiny na batériu. Ten, ktorý je uvedený v tomto článku, má priemer 12 palcov a je rádiom riadený spoločnosťou Anthorn vo Veľkej Británii, ktorá vysiela na 60 kHz. Bol zakúpený v miestnom obchode.

Ostatné komponenty sú uvedené na obrázku vyššie.

Jeden superkondenzátor 500 Farad. (eBay.)

Jedno 6 -voltové solárne pole 100mA. Ten, ktorý je tu zobrazený, má rozmery 11 cm x 6 cm a bol získaný od spoločnosti CPS Solar:

www.cpssolar.co.uk

ale široko dostupné na internete.

Zostávajúce komponenty sú široko dostupné od dodávateľov elektronických súčiastok. Používam pánov Bitsbox:

www.bitsbox.co.uk/

1 2N3904 kremíkový NPN tranzistor. Dobrý pracant, ale akýkoľvek kremíkový NPN bude fungovať.

4 1N4148 kremíková dióda. Nie je to kritické, ale požadovaný počet sa môže líšiť, pozrite si neskorší text.

1 ABS kryt 100 x 75 x 40 mm. Použil som čiernu, pretože solárny článok je čierny. V mojom prípade je super kondenzátor vybavený veľmi malým priestorom-možno budete musieť ísť do ďalšej veľkosti krabice!

Kus pásovej dosky. Môj bol vyrezaný z kusu 127 x 95 mm a dáva správnu šírku otvoru do boxu ABS.

Budete potrebovať červený a čierny lankový drôt a na konečnú montáž som použil kus prázdnej dosky s plošnými spojmi a flexibilné silikónové lepidlo.

Na elektronickú stavbu budete potrebovať skromné nástroje vrátane spájkovačky.

Krok 3: Okruh

Super kondenzátor má maximálne napätie 2,7 voltu. Na spustenie hodín potrebujeme napätie 1,1 až 1,5 voltu. Bežné pohyby hodín elektrických batérií môžu tolerovať vyššie napätie, ale rádiové hodiny majú elektronické obvody, ktoré sa môžu stať nepravidelnými, ak je napájacie napätie príliš vysoké.

Okruh vyššie ukazuje jedno riešenie. Obvod je v zásade sledovateľom emitora. Výkon solárneho článku sa aplikuje na kolektor tranzistora 2N3904 a na základňu cez odpor 22 kOhm. Od základne k zemi máme reťazec štyroch kremíkových signálnych diód 1N4148, ktoré napájané odporom 22 kOhm majú za následok napätie okolo 2,1 voltu na tranzistorovej základni, pretože každá dióda má pred nimi pokles napätia vpred asi o pol voltu. podmienky. Výsledné napätie na tranzistore vysielajúcom superkondenzátor je okolo požadovaných 1,5 voltov, pretože v tranzistore dôjde k poklesu napätia o 0,6 voltu. Normálna blokovacia dióda potrebná na zabránenie úniku prúdu späť cez solárny článok nie je potrebná, pretože túto funkciu vykonáva prechod základného emitora tranzistora.

Je to hrubé, ale veľmi účinné a lacné. Jedna Zenerova dióda by mohla nahradiť reťazec diód, ale nízkonapäťové Zenery nie sú tak široko dostupné ako vysokonapäťové. Vyššie alebo nižšie napätie je možné dosiahnuť použitím viac alebo menej diód v reťazci alebo použitím rôznych diód s rôznymi charakteristikami dopredného napätia.

Krok 4: Otestujte náš obvod 1

Pred výrobou konečnej „tvrdej“verzie musíme otestovať náš obvod, aby sme skontrolovali, či je všetko v poriadku a či generujeme správne napätie pre super kondenzátor a čo je najdôležitejšie, že generované napätie nemôže prekročiť hodnotu 2,7 voltu.

Na obrázku vyššie uvidíte testovací obvod, ktorý je veľmi podobný schéme zobrazenej v predchádzajúcom kroku, ale tu bol superkondenzátor nahradený elektrolytickým kondenzátorom 1000 microFarad, ktorý má paralelne odpor 47 kOhm. Rezistor umožňuje únik napätia a poskytnúť tak aktuálne údaje pri meniacom sa vstupe svetla.

Krok 5: Otestujte náš obvod 2

Na obrázku vyššie vidíte, ako bol obvod dočasne zapojený na nepájivej doske s výstupom napätia meraným na multimetri. Okruh bol rozložený blízko okna a k dispozícii boli žalúzie na zmenu svetla dopadajúceho na fotobunku.

Multimetr ukazuje uspokojivých 1,48 voltov, ktoré sa menili plus mínus 0,05 voltu pri meniacom sa vstupe svetla. To je presne to, čo je potrebné a túto zbierku komponentov je možné použiť.

Ak výsledok nie je správny, v tejto fáze môžete pridať alebo odstrániť diódy z reťazca na zvýšenie alebo zníženie výstupného napätia alebo experimentovať s rôznymi diódami s rôznymi doprednými charakteristikami.

Krok 6: Vystrihnite Stripboard

V mojom prípade to bolo veľmi jednoduché, pretože pásová doska má šírku 127 mm a kus bol rozrezaný tak, aby zapadol do výliskov ABS boxu.

Krok 7: Pripravte si solárny článok

Pri niektorých solárnych poliach môžete zistiť, že na kontakty solárneho článku už boli spájkované červené a čierne drôty, inak spájkujte čierny lankový vodič k zápornému spojeniu solárneho článku a podobnú dĺžku červeného lanka k kladnému pólu. pripojenie. Aby sa počas stavby zabránilo vytrhnutiu spojov zo solárneho panelu, ukotvil som drôt k telu solárneho článku pomocou flexibilného silikónového lepidla a nechal som ho nastaviť.

Krok 8: Naneste solárny článok na ABS box

V spodnej časti škatule ABS vyvŕtajte malý otvor pre pripojovacie vodiče. Naneste štyri veľké kvapky silikónového lepidla, ako je znázornené na obrázku, prepojovacie káble prevlečte otvorom a jemne naneste solárny článok. Solárny článok bude hrdý na box ABS, ktorý umožní prepojovacím káblom prechádzať pod ním, takže veľké množstvo lepidla musí byť veľké-zmena názoru v tejto fáze bude veľmi chaotická! Nechajte nastaviť.

Krok 9: Skontrolujte svoju prácu

Teraz by ste mali mať niečo ako výsledok na obrázku vyššie.

Krok 10: Vyvŕtajte dieru pre napájanie z modulu slnečnej energie

V tejto fáze musíme myslieť dopredu a zvážiť, ako napájanie opúšťa pohonnú jednotku a napája sa až po hodiny, a aby sme to umožnili, musíme do skrinky ABS vyvŕtať dieru. Obrázok vyššie ukazuje, ako som to urobil, ale mohol som to urobiť lepšie, keď pôjdem viac do stredu, čím umiestnim vodiče do menej viditeľnej polohy. Vaše hodiny sa budú pravdepodobne líšiť, preto ponúknite napájaciu jednotku a nájdite najlepšiu polohu pre svoj otvor, ktorý by ste mali vyvŕtať teraz, než bude krabica vybavená rôznymi komponentmi.

Krok 11: Pripájajte komponenty k doske

Spájkujte komponenty na pásovú dosku, ako je to na obrázku vyššie. Obvod je jednoduchý a je tu dostatok miesta na rozloženie komponentov. Nebojte sa nechať spájku premosťovať dva rady medi pre pripojenia k zemi, kladnému pólu a výstupu. Moderný stripboard je dosť chúlostivý a ak strávite príliš dlhé spájkovanie a odpájanie, môžu sa stopy zdvihnúť.

Krok 12: Zostavte solárnu jednotku

Pomocou čierneho a červeného lanka a striktne sledujúceho polaritu pripojte vodiče solárneho panelu k stripboardu a výstupný výkon k super kondenzátoru a potom vytvorte pár 18 -palcových káblov, ktoré sa nakoniec spoja s hodinami. Použite dostatok drôtu, ktorý umožní montáž iba mimo krabice. Teraz zasuňte zostavu stripboardu do štrbín v boxe ABS a nasledujte superkondenzátor pomocou podložiek Blu-Tack, aby držali jednotku na svojom mieste. Z bezpečnostných dôvodov používajte kryciu pásku na oddelenie holých koncov výstupných káblov, aby ste predišli skratu. Prebytočný drôt jemne uvoľnite do zostávajúceho priestoru v škatuli a potom zaskrutkujte veko.

Krok 13: Pripojte jednotku k hodinám

Každé hodiny budú iné. V mojom prípade bolo zosobnenie hodín na solárnu jednotku jednoducho otázkou použitia kusu obyčajnej jednostrannej dosky s plošnými spojmi približne štyri a pol krát dva palce prilepenej k hodinám a solárnej jednotky silikónovým lepidlom a umožňujúcej nastaviť. Laminát na podlahu by mohol stačiť. Jednotku zatiaľ nepripájajte elektricky, ale hodiny a solárny panel umiestnite na slnečné svetlo alebo na svetlé miesto a superkondenzátor nechajte nabíjať až 1,4 voltu.

Akonáhle je kondenzátor nabitý, pripojte vodiče k hodinám pomocou drevenej hmoždinky, aby ste spojenia podržali. Hodiny by už mali bežať.

Na sprievodnom obrázku je uvedené, že uvoľnené drôty boli usporiadané pomocou niekoľkých blokov Blu-Tack.

Krok 14: Hotovo

Na obrázku vyššie je vidieť, ako moje hodiny spokojne bežia v našej zimnej záhrade, kde by mali bežať a vyrovnávať sa s osemhodinovými zimnými dňami a „pádom jari dopredu“. Napájacie napätie meria 1,48 voltu, napriek tomu, že sme prežili jesennú rovnodennosť so skracujúcimi sa dňami.

Táto zostava by mohla byť nasadená vo vnútri domu, ale to by muselo byť predmetom experimentu. V Británii existuje tendencia mať v dnešnej dobe menšie okná a okolité svetlo môže byť trochu slabé, ale umelé svetlo môže napraviť rovnováha.

Krok 15: Niektoré posledné myšlienky

Niektorí môžu poukázať na to, že batérie sú veľmi lacné, tak prečo sa namáhať? Nie je ľahké odpovedať na túto otázku, ale pre mňa je to uspokojenie zo spustenia niečoho, čo môže roky a roky fungovať bez dozoru na odľahlom a neprístupnom mieste.

Ďalšou platnou otázkou je „Prečo nepoužiť namiesto superkondenzátora nabíjací článok Ni/Mh?“. To by fungovalo, elektronika by mohla byť oveľa jednoduchšia a 1,2 voltové prevádzkové napätie takéhoto článku by práve slúžilo požiadavke minimálneho napätia na hodiny batérie. Nabíjateľné články však majú konečnú životnosť, zatiaľ čo dúfame, že super kondenzátory budú mať životnosť, ktorú očakávame od akéhokoľvek iného elektronického komponentu, aj keď sa to ešte len uvidí.

Tento projekt ukázal, že superkondenzátory s vysokou hodnotou, ktoré sa v súčasnosti používajú v automobilovom inžinierstve, je možné ľahko nabíjať pomocou slnečnej energie. To by mohlo otvoriť niekoľko možností:

Vzdialené aplikácie, ako sú rádiové majáky, kde je možné všetko, vrátane solárneho článku, bezpečne umiestniť do robustného skleneného krytu, ako je napríklad sladká nádoba.

Ideálne pre obvody typu Joule Thief s jedným super kondenzátorom potenciálne napájajúcim niekoľko obvodov súčasne.

Super kondenzátory môžu byť ľahko zapojené paralelne, ako všetky kondenzátory, je tiež možné umiestniť dva do série bez komplikácií vyvažovacích odporov. Vidím možnosť, že by bolo dostatok týchto súbežných jednotiek súbežne na nabíjanie mobilného telefónu, napríklad veľmi rýchlo, prostredníctvom vlastného zvýšeného meniča napätia.