Cum să rulați un ceas de baterie cu energie solară: 15 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

Această contribuție rezultă din cea anterioară din 2016, (a se vedea aici,), dar în perioada intermediară au existat dezvoltări în componente care fac munca mult mai ușoară și performanța îmbunătățită. Tehnicile prezentate aici vor permite desfășurarea cu ușurință a unui ceas alimentat cu energie solară în locuri precum o seră sau verandă adăpostită și, eventual, în interiorul unei case în care este disponibilă suficientă lumină la un moment dat în timpul zilei, cum ar fi o fereastră sau o ușă exterioară vitrată, dar aceasta ar fi supus experimentului. Utilizarea unui ceas radio controlat deschide posibilitatea de a avea un ceas care poate fi lăsat nesupravegheat de ani de zile.

Siguranță Rețineți că un supercondensator mare poate conține multă energie și, dacă este scurtcircuitat, poate genera suficient curent pentru a face firele să ardă roșu pentru o perioadă scurtă.

Aș adăuga că ceasurile prezentate în primul Instructable funcționează încă fericit.

Pasul 1: Super-condensatori noi

Ilustrația de mai sus arată un supercondensator cu o capacitate de 500 Farads. Acestea sunt disponibile acum ieftin pe eBay și sunt utilizate în practica ingineriei auto. Sunt masiv mai mari decât cele 20 sau 50 de unități Farad disponibile în mod obișnuit la momentul primului meu articol. Puteți vedea în imagine că sunt destul de mari din punct de vedere fizic și nu se vor potrivi în spatele majorității ceasurilor și trebuie să fie adăpostite separat.

Foarte important pentru scopul nostru este că, atunci când este încărcat până la 1,5 volți, există suficientă energie stocată într-un condensator de 500 Farad pentru a rula un ceas tipic al bateriei timp de trei săptămâni înainte ca tensiunea să scadă la puțin peste un volt și ceasul să se oprească. Acest lucru înseamnă că condensatorul poate menține ceasul în timpul perioadelor plictisitoare în timpul iernii, când energia solară este în cantitate redusă și apoi poate ajunge din urmă într-o zi luminoasă.

De asemenea, se poate menționa aici că ceasurile mari în aer liber au devenit la modă în ultima vreme și acestea ar fi foarte compatibile cu tehnicile prezentate în articol. (Faptul că aceste ceasuri în aer liber vor fi suficient de robuste pentru a rezista afară pe termen lung este un punct discutabil.)

Pasul 2: Componente necesare

Veți avea nevoie de un ceas cu baterie. Cel prezentat în acest articol are un diametru de 12 inci și este controlat radio de la Anthorn din Marea Britanie, care transmite pe 60 kHz. A fost cumpărat într-un magazin local.

Celelalte componente sunt prezentate în imaginea de mai sus.

Un super condensator 500 Farad. (eBay.)

Un sistem solar de 6 volți 100mA. Cel prezentat aici are 11cm x 6 cm și a fost obținut de la domnii CPS Solar:

www.cpssolar.co.uk

dar disponibil pe scară largă pe internet.

Restul componentelor sunt disponibile pe scară largă de la furnizorii de componente electronice. Folosesc domnii Bitsbox:

www.bitsbox.co.uk/

1 tranzistor NPN de siliciu 2N3904. Un cal bun, dar orice NPN de siliciu va funcționa.

4 1N4148 diodă de siliciu. Nu este critic, dar numărul necesar poate varia, a se vedea textul ulterior.

1 carcasă ABS 100 x 75 x 40 mm. Am folosit negru, deoarece celula solară este neagră. În cazul meu, supercondensatorul a fost dotat cu o marjă de manevră foarte mică - s-ar putea să trebuiască să alegeți dimensiunea următoare a cutiei!

Bucată de bord. A mea a fost tăiată dintr-o bucată de 127x95mm și oferă lățimea potrivită pentru a fi introdusă în cutia ABS.

Veți avea nevoie de sârmă torsadată roșie și neagră și pentru asamblarea finală am folosit o bucată de placă de circuite imprimate și adeziv siliconic flexibil.

Veți avea nevoie de instrumente modeste pentru construcția electronică, inclusiv un fier de lipit.

Pasul 3: Circuitul

Supercondensatorul are o tensiune maximă nominală de 2,7 volți. Pentru a rula ceasul nostru avem nevoie de între 1,1 și 1,5 volți. Mișcările obișnuite ale ceasului electric ale bateriei pot tolera tensiuni peste aceasta, dar ceasul radio are circuite electronice care pot deveni neregulate dacă tensiunea de alimentare este prea mare.

Circuitul de mai sus prezintă o soluție. Circuitul este în esență un adept emițător. Ieșirea celulei solare se aplică colectorului tranzistorului 2N3904 și bazei prin intermediul rezistorului de 22 k Ohm. De la bază la masă avem un lanț de patru diode de semnal de siliciu 1N4148 care, alimentate de rezistorul de 22 k Ohm, duc la o tensiune de aproximativ 2,1 Volți pe baza tranzistorului, deoarece fiecare diodă are o cădere de tensiune înainte de aproximativ o jumătate de volt sub aceste condiții. Tensiunea rezultată pe emițătorul tranzistorului care alimentează supercondensatorul este în jur de 1,5 Volți necesari, deoarece există o cădere de tensiune de 0,6 Volți în tranzistor. Dioda normală de blocare necesară pentru a preveni scurgerea curentului înapoi prin celula solară nu este necesară deoarece joncțiunea emițătorului de bază al tranzistorului face această treabă.

Este brut, dar foarte eficient și ieftin. O singură diodă Zener ar putea înlocui lanțul diodelor, dar Zenerii de joasă tensiune nu sunt disponibili pe scară largă ca și cei de tensiune mai mare. Tensiuni mai mari sau mai mici pot fi obținute utilizând mai multe sau mai puține diode în lanț sau folosind diode diferite cu caracteristici de tensiune înainte diferite.

Pasul 4: Testați circuitul nostru 1

Înainte de a produce versiunea finală „hard”, trebuie să ne testăm circuitul pentru a verifica dacă totul este bine și că generăm tensiunea corectă pentru supercondensator și, cel mai important, că tensiunea generată nu poate depăși ratingul de 2,7 volți.

În imaginea de mai sus veți vedea circuitul de testare, care este foarte similar cu schema prezentată în pasul anterior, dar aici supercondensatorul a fost înlocuit cu un condensator electrolitic de 1000 microFarad care are un rezistor de 47 kOhm în paralel. Rezistorul permite tensiunii să se scurgă pentru a oferi o citire actualizată pe măsură ce intrarea luminii variază.

Pasul 5: testați circuitul nostru 2

În imaginea de mai sus puteți vedea cum a fost conectat circuitul într-o formă temporară pe o placă fără sudură, cu tensiunea de ieșire măsurată pe un multimetru. Circuitul a fost amplasat lângă o fereastră cu jaluzele disponibile pentru a varia lumina care ajunge la fotocelula.

Multimetrul arată un 1.48 Volt satisfăcător, care a variat plus sau minus 0.05 Volți pe măsură ce variază intrarea de lumină. Este exact ceea ce este necesar și această colecție de componente poate fi utilizată.

Dacă rezultatul nu este corect, în această etapă puteți adăuga sau elimina diode din lanț pentru a crește sau reduce tensiunea de ieșire sau puteți experimenta cu diode diferite cu caracteristici diferite înainte.

Pasul 6: Tăiați fâșii

În cazul meu, acest lucru a fost foarte ușor, deoarece panoul de bandă are o lățime de 127 mm și o piesă a fost tăiată pentru a fi introdusă în mulajele cutiei ABS.

Pasul 7: Pregătiți-vă celula solară

Cu unele matrice solare, puteți constata că sârmele roșii și negre au fost deja lipite la contactele de pe celula solară, altfel lipiți o lungime de fir negru torsadat la conexiunea negativă a celulei solare și o lungime similară a firului torsionat roșu cu cea pozitivă conexiune. Pentru a preveni tragerea conexiunilor de pe panoul solar în timpul construcției, am ancorat firul de corpul celulei solare folosind adeziv flexibil din silicon și l-am lăsat să se fixeze.

Pasul 8: Aplicați celula solară pe caseta ABS

Găuriți o gaură mică în partea inferioară a cutiei ABS pentru cablurile de conectare. Aplicați patru păpuși mari de adeziv siliconic așa cum se arată, treceți cablurile de conectare prin gaură și aplicați ușor celula solară. Celula solară va fi mândră de cutia ABS pentru a permite cablurilor de conectare să treacă dedesubt, astfel încât păpușile mari de adeziv trebuie să fie mari - să vă răzgândiți în acest stadiu va fi foarte dezordonat! Lăsați să se stabilească.

Pasul 9: Inspectați-vă munca

Acum ar trebui să aveți ceva de genul rezultatului din imaginea de mai sus.

Pasul 10: găuriți o gaură pentru ca puterea să iasă din modulul de energie solară

În această etapă, trebuie să ne gândim înainte și să luăm în considerare modul în care puterea părăsește unitatea de alimentare și se alimentează până la ceas și trebuie să forăm o gaură în cutia ABS pentru a permite acest lucru. Imaginea de mai sus arată cum am făcut-o, dar aș fi putut să merg mai bine mergând mai mult spre mijloc așezând astfel firele într-o poziție mai puțin vizibilă. Ceasul dvs. va fi foarte probabil diferit, așa că oferiți unitatea de putere până la acesta și stabiliți cea mai bună poziție pentru gaura dvs., care ar trebui să fie găurită acum înainte ca cutia să fie echipată cu diferitele componente.

Pasul 11: lipiți componentele pe bandă

Lipiți componentele pe panou, așa cum se arată în imaginea de mai sus. Circuitul este simplu și există suficient spațiu pentru a răspândi componentele. Simțiți-vă liber să permiteți lipirea să pună în legătură două rânduri de cupru pentru conexiunile la masă, pozitiv și ieșire. Panoul modern este destul de delicat și dacă petreceți prea mult timp lipind și desoldând șinele se pot ridica.

Pasul 12: Asamblați unitatea de energie solară

Folosind firul negru și roșu torsadat și respectând cu strictețe polaritatea, conectați panourile solare la panoul de bord și puterea de ieșire la supercondensator și apoi să faceți o pereche de cabluri de 18 inch care se vor conecta în cele din urmă la ceas. Folosiți suficient fir pentru a permite asamblarea doar exterioară cutiei. Acum introduceți ansamblul plăcii în sloturile de pe cutia ABS și urmați cu supercondensatorul folosind tampoane Blu-Tack pentru a menține unitatea în poziție. Pentru siguranță, utilizați bandă de mascare pentru a ține deoparte capetele goale ale cablurilor de ieșire, pentru a le împiedica să se scurtcircuiteze. Ușurați ușor firul în exces în spațiul rămas în cutie și apoi înșurubați capacul.

Pasul 13: Conectați unitatea la ceas

Fiecare ceas va fi diferit. În cazul meu, căsătorirea ceasului cu unitatea de energie solară a fost pur și simplu o chestiune de utilizare a unei bucăți de placă de circuite imprimate cu o singură față, de aproximativ patru și jumătate pe două inci, lipită de ceas și de unitatea solară cu lipici siliconic și permițând setarea. Laminatul de pardoseală ar putea fi suficient. Nu conectați încă unitatea electric, ci puneți ceasul și panoul solar în lumina soarelui sau într-un loc luminos și permiteți supercondensatorului să se încarce până la 1,4 volți.

Odată ce condensatorul este încărcat, conectați cablurile la ceas folosind o lungime de diblă din lemn pentru a ține conexiunile. Ceasul ar trebui să ruleze acum.

În imaginea însoțitoare, rețineți că firele libere au fost ordonate cu câteva bloburi Blu-Tack.

Pasul 14: Finalizat

Imaginea de mai sus arată ceasul meu rulând fericit în conservatorul nostru, unde ar trebui să funcționeze și să facă față zilelor de iarnă de opt ore și „primăvara înainte să cadă înapoi”. Tensiunea de alimentare măsoară 1,48 volți, în ciuda faptului că am trecut de echinocțiul de toamnă cu zile de scurtare.

Această configurație ar putea fi desfășurată în interiorul casei, dar ar trebui să facă obiectul experimentului. Există tendința ca casele din Regatul Unit să aibă ferestre mai mici în zilele noastre, iar lumina ambientală poate fi puțin slabă, dar lumina artificială ar putea redresa balanta.

Pasul 15: Câteva ultime gânduri

Unii ar putea arăta că bateriile sunt foarte ieftine, așa că de ce să te deranjezi? Nu este o întrebare ușor de răspuns, dar pentru mine este satisfacția de a începe ceva care poate rula nesupravegheat de ani și ani posibil într-un loc îndepărtat și inaccesibil.

O altă întrebare validă este „De ce să nu folosiți o celulă reîncărcabilă Ni / Mh în locul supercondensatorului?”. Acest lucru ar funcționa, electronica ar putea fi mult mai simplă, iar tensiunea de funcționare de 1,2 volți a unei astfel de celule ar asigura aproape necesitatea tensiunii minime a unui ceas de baterie. Cu toate acestea, celulele reîncărcabile au o durată de viață finită, în timp ce sperăm că supercondensatoarele vor avea durata de viață pe care o așteptăm de la orice altă componentă electronică, deși rămâne de văzut.

Acest proiect a arătat că supercondensatoarele de mare valoare utilizate acum în ingineria auto pot fi încărcate cu ușurință folosind energia solară. Acest lucru ar putea deschide o serie de posibilități:

Aplicații la distanță, cum ar fi semnalizatoarele radio, în care totul, inclusiv celula solară, ar putea fi adăpostit în siguranță într-o carcasă robustă din sticlă, cum ar fi un borcan dulce.

Perfect pentru circuitele de tip Joule Thief cu un super condensator care poate furniza un număr de circuite simultan.

Supercondensatorii pot fi conectați cu ușurință în paralel, la fel ca toți condensatorii, de asemenea, este posibil să plasați doi în serie fără complicația rezistențelor de echilibrare. Văd posibilitatea de a avea suficiente dintre aceste ultime unități în paralel pentru a încărca un telefon mobil, de exemplu, foarte rapid printr-un convertor de tensiune proprietar.