Як побудувати простий автоматичний садовий світильник на сонячній батареї

Для тих, хто цікавиться садівництвом, садовий світильник зможе помилуватися красою своїх рослин навіть у нічний час. Зазвичай ці ліхтарі розміщують усередині саду, далеко від електричних розеток, тому що проводити дроти через садовий ґрунт, який більшу частину часу буде вологим і напруженим, не рекомендується. Це місце, де використовуються сонячні ліхтарі на сонячних батареях. Ці ліхтарі матимуть акумулятор, який буде заряджатись через сонячну панель вдень, а вночі енергія від батареї буде використовуватися для живлення ліхтарів і цикл повторюватиметься. У деяких наших попередніх статтях ми побудували декілька проектів, пов'язаних із сонячною енергією, таких як зарядний пристрій для стільникових телефонів, що працює на сонячних батареях, і ланцюг сонячних інверторів.

У цьому проекті ми збираємося створити простий і дешевий сонячний садовий світильник «зроби сам». Панель сонячних батарей буде заряджати літієву батарею в денний час, а коли настане нічний час, батарея знову увімкне світло до денного часу. На відміну від інших схем, ми не будемо використовувати мікроконтролер або датчик, оскільки ідея проекту полягає в тому, щоб зменшити кількість компонентів, щоб знизити ціну та складність схеми. Сказано, давайте почнемо будувати наше саморобне сонячне світло !!

Сонячний садовий світловий дизайн

Перш ніж вибирати значення компонентів і потрапляти в принципову схему, важливо вибрати навантаження для нашого проекту. За навантаженням ми маємо на увазі тип Садового Світла, який ми будемо використовувати в нашому проекті. Оскільки номінал напруги та струму світла вирішує, яким чином може бути спроектована схема.

Світлодіоди, які ми використовуємо в цьому проекті нормальні китайські світлодіоди з робочою напругою 3.2V з максимумом 4.5V прямого напруги. Отже, якщо послідовно підключити два світлодіоди, пряма напруга складе 6,4 В. Світлодіоди, використані в нашому проекті, показані нижче.

Таким чином, літієва батарея 7,4 В зможе забезпечити мінімум 6,4 В (повністю розряджена) до максимуму 8,4 В (повністю заряджена). Тому в цьому проекті для джерела живлення використовується літієва батарея 7,4 В, те саме показано нижче. Якщо ви зовсім не знайомі з літієвими акумуляторами, ви можете ознайомитися з цією статтею Основи літій-іонних батарей, щоб краще зрозуміти батареї.

Акумулятор, вибраний для цього додатка, матиме вбудований захисний ланцюг, який захистить акумулятор від перезарядки, глибокого розряду та короткого замикання. Якщо ваш акумулятор не забезпечує цих функцій, обов’язково використовуйте зовнішній модуль захисту, оскільки літієві батареї можуть стати дуже нестабільними і навіть вибухнути, якщо ними не поводитись належним чином.

Сонячна садова світлова схема

Схема світла сонячного саду буде складатися з двох частин. Один заряджається, а другий - керувати світлодіодами. Повна електрична схема пояснюється двома частинами, перша частина подана нижче

N-канальний MOSFET Q2, IRF540N використовується для контролю заряду. Потенціометр R1 використовується для встановлення рівня напруги акумулятора, керуючи напругою затвора на N-каналі MOSFET Q2. Випрямний діод Шотткі D1 - це SR160, діод Шотткі 1А 60 В, який використовується для захисту акумулятора від зворотної полярності, а також для блокування зворотного потоку під час розряду. Вихідний діод Шотткі D2 використовується для ізоляції напруги зарядного пристрою від напруги акумулятора.

Інша частина схеми використовується для включення світлодіода в темних умовах. Це робиться за допомогою іншого P-канального MOSFET Q1, який є IRF9540. Затвор MOSFET управляється сонячною напругою. Таким чином, коли сонячні елементи виробляють напругу, MOSFET залишається вимкненим, але в темний час доби або вночі клітини не виробляють напруги, і MOSFET вмикається. Використовуючи P-канал MOSFET, додаткові LDR і схема порівняння повністю усуваються.

Тепер для другої частини схеми світлодіоди підключені в послідовно паралельному стані. Два світлодіоди послідовно збільшують пряму напругу в два рази, ніж один світлодіод, але струм, що проходить через світлодіоди, ділиться. 4 паралельних з'єднання здійснюються з двома світлодіодами послідовно. Більше світлодіодів паралельно збільшують струм і впливають на резервне копіювання акумулятора.

За підрахунками, струм струму через кожну серію становить майже 40 мА. Отже, 4 паралельних струни споживають 160 мА струму. Акумулятор, вибраний для цього проекту, ефективно запалюватиме світлодіоди протягом майже 5-6 годин при номінальному заряді. Можна збільшити світлодіодні струни відповідно до потреб.

Сонячне садове освітлення саду

Для побудови схеми потрібні такі компоненти -

1. Літієва батарея 7,4 В (мАГн залежить від часу резервного копіювання) із вбудованою схемою захисту.
2. Світлодіоди з прямою напругою 3,5 В (інша напруга також застосовується, але конструкція світлодіодної стрічки буде іншою)
3. IRF9540N - P-канал Mosfet
4. IRF540N - N-канал Mosfet
5. Діод Шотткі SR160 2 шт
6. Резистор 680R
7. Потенціометр 50k
8. Резистор 4.7k
9. Сонячна панель 15 - 18 В з номінальним струмом понад 300 мА, якщо вибрано акумулятор 3600 мАг.
10. Провід для підключення сонячної панелі та світлодіодів
11. Підключення проводів

На зображенні нижче показано розписування N-каналів IRF540N та P-каналу Mosfet IR-9540, якими ми будемо користуватися в проекті.

Як тільки сонячний садовий світловий контур побудований на макетній дошці, моя домовленість виглядає так нижче

Ми використовували сонячну панель із зазначеними нижче характеристиками.

Це сонячна панель потужністю 10 Вт з вихідною потужністю 18 В. Сонячна панель розміщується під яскравим сонячним світлом у пікові сонячні умови. Потенціометр контролюється таким чином, щоб він мав 8,5 В через D2. Це пов’язано із зарядною напругою, оскільки напруга літієвої батареї становитиме 8,4 В, коли вона буде повністю заряджена. Коли акумулятор починає заряджатись, підсилювач підключається послідовно до акумулятора для перевірки струму заряду. Ви також можете імпровізувати проект, використовуючи сонячний трекер, щоб максимально зарядити акумулятор, але це щось не входить в рамки цього проекту.

Як ви можете перевірити з показань мультиметра нижче, струм заряду становить майже 300 мА. Ця зміна буде залежати від сонячного стану, вона буде збільшуватися в сонячний день і знижуватиметься в похмурі дні.

У нічний час, коли сонячна панель не отримує випромінювання, вихідний струм з панелі не буде, а отже, акумулятор перестане заряджатися, а світлодіодні індикатори ввімкнуться. Повну роботу проекту також можна знайти у відео, наведеному нижче, де ми демонструємо, що світло вмикається автоматично, якщо панель не отримує випромінювання.

Подальші вдосконалення

Схема - це основна схема зарядного пристрою з літієвою батареєю для простого проекту, пов'язаного з садовим освітленням. Таким чином, він не застосовує жодних питань безпеки. Для належної зарядки та використання належного методу сонячного заряду можна використовувати спеціальні мікросхеми драйверів MPPT (Maximum Power Point Tracker).

Оскільки це проект роботи на відкритому повітрі, потрібно використовувати належну друковану плату разом із закритою коробкою. Корпус потрібно зробити таким чином, щоб контур залишався водонепроникним під час дощу. Щоб змінити цю схему або обговорити подальші аспекти цього проекту, будь ласка, використовуйте активний форум дайджесту схеми.