Ako zostaviť jednoduché solárne automatické záhradné svetlo

Pre tých, ktorí majú veľký záujem o záhradníctvo, by záhradné svetlo poskytovalo možnosť obdivovať krásu ich rastlín aj v noci. Tieto svetlá budú zvyčajne umiestnené vo vnútri záhrady, ďaleko od elektrických zásuviek, pretože nie je dobrý nápad viesť drôty cez záhradnú pôdu, ktorá bude väčšinu času mokrá a namáhaná. To je miesto, kde sa do obrazu dostanú záhradné svetlá napájané solárnym systémom. Tieto svetlá budú mať batériu, ktorá sa bude cez deň nabíjať cez solárny panel a v noci bude energia z batérie použitá na napájanie svetiel a cyklus sa opakuje. V niektorých našich predchádzajúcich článkoch sme vytvorili niekoľko projektov týkajúcich sa solárnej energie, ako napríklad solárna nabíjačka mobilných telefónov a solárny invertorový obvod.

V tomto projekte postavíme jednoduché a lacné záhradné solárne svetlo vyrobené z vlastnej remeselnej výroby. Solárny panel bude cez deň nabíjať lítiovú batériu a keď sa stane nočnou, batéria rozsvieti svetlá až do svojej dennej doby. Na rozdiel od iných obvodov nebudeme používať mikrokontrolér ani snímač, pretože myšlienkou projektu je znížiť počet komponentov, aby sa znížila cena a zložitosť obvodu. Za týchto okolností začnime budovať naše domáce solárne svetlo !!

Solárny záhradný svetelný dizajn

Pred výberom hodnoty komponentov a vstupom do schémy zapojenia je nevyhnutné zvoliť záťaž pre náš projekt. Zaťažením označujeme typ záhradného svetla, ktorý použijeme v našom projekte. Pretože o tom, ako môže byť obvod navrhnutý, rozhoduje menovité napätie a prúd svetla.

LED diódy, ktoré v tomto projekte používame, sú bežné čínske LED diódy s prevádzkovým napätím 3,2 V a maximálnym dopredným napätím 4,5V. Preto ak sú dve LED zapojené do série, dopredné napätie bude 6,4V. LED diódy použité v našom projekte sú zobrazené nižšie.

7,4 V lítiová batéria bude teda schopná poskytnúť minimálne 6,4 V (úplne vybité) až maximálne 8,4 V (úplne nabité). Preto sa v tomto projekte používa ako zdroj energie lítiová batéria 7,4 V, to isté je uvedené nižšie. Ak ste v lítiových batériách úplne nová, môžete si prečítať tento článok Základné informácie o lítium-iónových batériách, ktorý vám pomôže lepšie porozumieť batériám.

Batéria vybraná pre túto aplikáciu bude mať vstavaný ochranný obvod, ktorý bude chrániť batériu pred prebitím, hlbokým vybitím a skratom. Ak vaša batéria tieto funkcie neposkytuje, použite externý ochranný modul, pretože lítiové batérie môžu byť veľmi nestabilné a pri nesprávnom zaobchádzaní môžu dokonca vybuchnúť.

Schéma zapojenia solárneho záhradného osvetlenia

Slnečné svetlo okruh záhrada sa skladá z dvoch častí. Jeden sa nabíja a druhý slúži na ovládanie LED diód. Kompletná schéma zapojenia je vysvetlená ako dve časti, prvá časť je uvedená nižšie

Na prevádzku riadenia nabíjania sa používa N-kanálový MOSFET Q2, IRF540N. Potenciometer R1 sa používa na nastavenie úrovne napätia batérie riadením hradlového napätia cez N kanál MOSFET Q2. Schottkyho usmerňovacia dióda D1 je SR160, 1A 60V Schottkyho dióda, ktorá sa používa na ochranu batérie pred opačnou polaritou a na blokovanie spätného toku počas vybíjania. Výstupná Schottkyho dióda D2 slúži na izoláciu napätia nabíjačky od napätia batérie.

Druhá časť obvodu slúži na zapnutie LED počas tmavých podmienok. To sa deje ďalším P-kanálovým MOSFETom Q1, ktorým je IRF9540. Brána MOSFET je riadená slnečným napätím. Kedykoľvek teda solárne články vytvárajú napätie, MOSFET zostáva vypnutý, ale v tme alebo v noci články neprodukujú napätie a MOSFET sa zapne. Použitím P Channel MOSFET je úplne vylúčený ďalší obvod LDR a komparátor.

Teraz sú pre druhú časť obvodu LED zapojené v sériovo-paralelnom stave. Dve LED v sérii zvyšujú dopredné napätie na dvojnásobok než jedna LED, ale prúd pretekajúci LED sa rozdelí. Vykonajú sa 4 paralelné pripojenia s dvoma LED v sérii. Viac LED súčasne zvyšuje prúd a ovplyvňuje zálohovanie batérie.

Odhaduje sa, že prúd pretekajúci každou sériou je takmer 40 mA. Preto 4 paralelné reťazce spotrebúvajú prúd 160 mA. Batéria vybraná pre tento projekt bude efektívne svietiť LED diódy po dobu takmer 5-6 hodín pri nominálnom stave nabitia. Jeden môže zvýšiť reťazce LED podľa potreby.

Ľahká konštrukcia solárnej záhrady

Na zostrojenie obvodu sú potrebné nasledujúce komponenty -

1. Lítiová batéria 7,4 V (mAH závisí od času zálohovania) so zabudovaným ochranným obvodom.
2. LED diódy s 3,5 V dopredným napätím (Použiteľné je aj iné napätie, ale konštrukcia LED pásu sa bude líšiť)
3. IRF9540N - Mosfet s kanálom P.
4. Mosfet IRF540N - N Channel
5. Dióda SR160 Schottky 2 ks
6. Odpor 680R
7. 50k potenciometer
8. 4,7k rezistor
9. Solárny panel 15 - 18 V s prúdovým prúdom viac ako 300 mA, ak je vybratá batéria 3 600 mAH.
10. Drôty na pripojenie solárneho panelu a LED diód
11. Pripojovacie vodiče

Nasledujúci obrázok zobrazuje zapojenie IRF540N N-kanála a IRF9540 P-kanálového Mosfetu, ktoré budeme používať v rámci projektu.

Akonáhle je solárny záhradný svetelný okruh skonštruovaný na doske, moje usporiadanie vyzerá takto nižšie

Použili sme solárny panel s nižšie uvedenou špecifikáciou.

Jedná sa o 10W solárny panel s výstupom 18V. Solárny panel je umiestnený na jasnom slnečnom svetle v špičkových slnečných podmienkach. Potenciometer je riadený tak, aby mal na D2 8,5 V. Je to spôsobené nabíjacím napätím, pretože napätie lítiovej batérie bude po úplnom nabití 8,4 V. Keď sa batéria začne nabíjať, je do série s batériou zapojený ampérmeter na kontrolu nabíjacieho prúdu. Projekt môžete tiež improvizovať pomocou solárneho sledovača na maximálne nabitie batérie, ale to je niečo mimo rozsahu tohto projektu.

Ako môžete skontrolovať z odpočtu nižšie uvedeného multimetra, nabíjací prúd je takmer 300 mA. Táto zmena bude závisieť od slnečného stavu, bude sa zväčšovať za slnečného dňa a bude klesať v oblačných dňoch.

Počas nočnej doby, keď solárny panel neprijíma žiadne žiarenie, nebude z panela žiadny výstupný prúd, a preto sa batéria prestane nabíjať a rozsvietia sa LED svetlá. Kompletné fungovanie projektu možno nájsť aj na videu prepojenom nižšie, kde demonštrujeme automatické zapínanie svetla, ak panel neprijíma žiadne žiarenie.

Ďalšie vylepšenia

Obvod je základným obvodom nabíjačky lítiových batérií pre jednoduchý projekt súvisiaci so záhradným svetlom. Nezamestnáva teda žiadne bezpečnostné problémy. Pre správne nabitie a použitie správnej metódy solárneho nabíjania pomocou MPPT (Maximum Power Point Tracker) možno použiť špeciálne integrované obvody ovládača.

Pretože sa jedná o projekt vonkajšej prevádzky, je potrebné použiť správne PCB spolu s priloženou krabicou. Kryt musí byť vyrobený takým spôsobom, aby okruh zostal vodotesný v daždi. Ak chcete upraviť tento okruh alebo prediskutovať ďalšie aspekty tohto projektu, využite aktívne fórum prehľadu okruhov.