پروژههای نور خورشیدی DIY روشی اقتصادی و کارآمد برای تأمین انرژی منازل با استفاده از انرژی خورشید ارائه میدهند. بنابراین معقول است که یک سیستم چراغهای خیابانی را بسازید که انرژی خورشیدی را در طول روز برای شارژ یک باتری استفاده کند و سپس از این باتری برای روشن کردن خیابان در شب بهره ببرد. و شما میتوانید خودتان آن را بسازید!
پروژههای DIY نور خورشیدی، روشی اقتصادی و کارآمد برای تأمین انرژی خانهها با استفاده از انرژی خورشید ارائه میدهند. بنابراین منطقی است که یک سیستم چراغ خیابانی بسازید که انرژی خورشیدی را در طول روز برای شارژ باتری استفاده کند و سپس این باتری را برای روشن کردن خیابان در شب به کار گیرد. و میتوانید خودتان این کار را انجام دهید!
یک مدار الکترونیکی این سیستم را کنترل میکند و بهصورت خودکار لامپ LED را در شب روشن و در روز خاموش میسازد. همچنین یک مدار حفاظت باتری را برای محافظت از باتری در برابر تخلیه بیش از حد در نظر خواهیم گرفت.
چه انتظاری داریم
این سیستم به ۵ واحد اصلی نیاز دارد:
- پنل خورشیدی: برای شارژ باتری در طول روز و بهعنوان حسگر نور.
- باتری: برای ذخیره جریان و تأمین انرژی مدار و لامپ.
- لامپ LED DC: برای روشنایی در تاریکِ شب.
- سیمها: برای اتصال طبق نمودار شماتیک.
- مدار الکترونیکی: برای کنترل/سوییچ خودکار لامپ LED و حفاظت در برابر تخلیه باتری.
استفاده از انرژی خورشیدی برای شارژ باتری
برای شارژ باتری، از یک پنل خورشیدی کوچک ۱۰ وات (میتوانید بر حسب بودجه یا نیازهای توان خود یک پنل بزرگتر انتخاب کنید) استفاده کردهایم. این پنل میتواند یک باتری ۱۲ ولت را شارژ کند و در اوج روشنایی، جریان کوتاهمدت ۰٫۶۲ آمپر فراهم میآورد. ابعاد فیزیکی آن حدود ۱۲ اینچ در ۹ اینچ است.
ما از یک باتری ۱۲ ولت DC با ظرفیت ۴ آمپر ساعت استفاده کردهایم. در طول روز، پنلهای خورشیدی جریان تولید میکنند که برای شارژ باتری به کار میرود. باتری میتواند حداکثر ولتاژ مدار باز ۱۳٫۷ ولت در شارژ کامل داشته باشد و زمانی که ولتاژ باتری به ۱۱ ولت DC کاهش یافت، باید مجدداً شارژ شود.
برای شارژ باتری، سیم قرمز پنل خورشیدی (قطب مثبت) از طریق یک دیود زینر به ترمینال مثبت باتری متصل میشود، که بر روی برد Veroboard که مدار الکترونیکی نیز در آن قرار دارد، لحیمکاری شده است.
دیود زینر بهگونهای نصب میشود که کاتد (پایه +) به پنل خورشیدی متصل باشد و آند (پایه -) از طریق سیمها به ترمینال مثبت باتری متصل شود. دیود زینر جداسازی بین پنل خورشیدی و باتری فراهم میکند که در تاریکی، وقتی مدار برای روشن کردن نور از ولتاژ پنل خورشیدی استفاده میکند، بسیار مفید است. سیم سیاه (قطب منفی) مستقیماً به ترمینال منفی باتری وصل میشود.
هنگامی که پنل خورشیدی در معرض نور خورشید قرار میگیرد، جریان برای شارژ باتری فراهم میکند که مقدار آن به شدت نور خورشید بستگی دارد. لامپ LED جریان را از باتری میگیرد. یک مدار الکترونیکی با استفاده از دادههای حسگر (ولتاژ پنل خورشیدی) لامپ را کنترل میکند. قطب مثبت یا کاتد لامپ LED را به ترمینال مثبت باتری وصل کنید، در حالی که آند لامپ LED را به نقطه C مطابق نقشهها متصل کنید.
ساخت مدار الکترونیکی
مدار الکترونیکی از دو بخش تشکیل شده است. یک بخش برای کنترل لامپ LED و بخش دیگر برای کنترل و جلوگیری از تخلیه باتری است.
نقشههای خودکار چراغ خیابانی خورشیدی
شکل زیر تمام نقشههای اتصال این سیستم را نشان میدهد. مدار الکترونیک را برای سوییچ خودکار و حفاظت در برابر تخلیه باتری بر روی Veroboard بسازید.
آنچه شما نیاز خواهید داشت
ابزارها و قطعات زیر برای مدار الکترونیکی مورد نیاز خواهند بود. میتوانید آنها را از فروشگاههای آنلاین مانند Digikey، Mouser یا Ali Express تهیه کنید.
- 1 عدد IC ترانزیستهای دالرینگتون ULN2003
- 1 عدد IC تنظیمکننده ولتاژ 9 VDC LM7809
- 2 عدد IC مقایسهکننده ولتاژ LM393
- 1 عدد Veroboard (برای اتصال عناصر مدار از طریق لحیمکاری)
- مقاومتها (به اهم) ۱K، ۱۰K، ۳۶K، ۵۳K، ۱۰۰K، ۲۸۰K (یا ترکیبهای موازی/سری معادل این مقادیر)
- سیمها
- آستین لحیمکاری و سیم لحیمکاری
- مولتیمتر دیجیتال (برای اندازهگیری ولتاژ و جریان)
- اتصالات بلوک ترمینال پیچی (برای اتصال سیمها به پنل خورشیدی، باتری و لامپ LED)
- دیود زینر (بین سیم قرمز پنل خورشیدی و ترمینال + باتری)
کنترل لامپ LED
برای روشن کردن لامپ LED در تاریکی و خاموش کردن آن در روز، از ولتاژ پنل خورشیدی بهعنوان حسگر برای راهنمایی مدار استفاده کنید. پنل خورشیدی و باتری با استفاده از دیود زینر جدا شدهاند. دیود زینر در روز بهصورت مستقیم بایاس میشود زیرا ولتاژ خورشیدی بالاتر از ولتاژ باتری برای شارژ است، در حالی که در تاریکی بهصورت معکوس بایاس میشود زمانی که نور خورشید در دسترس نیست تا ولتاژ خروجی قابل توجهی تولید کند.
در این مدار، ولتاژ پنل خورشیدی با ولتاژ باتری توسط یک مقایسهکننده مقایسه میشود. وقتی این ولتاژ بزرگتر است (در روز)، سیگنال خاموش کردن نور داده میشود. وقتی کمتر باشد، سیگنال روشن کردن نور داده میشود. لامپ LED با استفاده از این منطق و به کمک ترانزیستهای دالرینگتون ULN2003 کنترل میشود. ULN2003 ورودی سیگنال مقایسهکننده را دریافت میکند. اگر سیگنال «روشن» را در پینهای ورودی (1-7) دریافت کند، جریان کلکتور را از طریق پینهای C (10-16) عبور داده و نور را روشن میکند.
برای ساخت این مدار، تمام عناصر مدار را با لحیمکاری بر روی Veroboard متصل کنید. تریگر شمیّت (بازخورد مثبت در مقایسهکننده) بر روی مقایسهکننده LM393 برای جلوگیری از نوسانها پیادهسازی شده است.
جلوگیری از تخلیه بیش از حد
اگر هوا ابری یا مهآلود باشد، ممکن است باتری در طول روز شارژ نشود و در نتیجه تخلیه بیش از حد برای چند شب متوالی رخ دهد. این میتواند باعث تخلیه باتری تا جایی شود که تعادل شیمیایی آن مختل شود و باتری دیگر کاربردی نباشد.
برای محافظت از باتری در برابر تخلیه بیش از حد، یک مدار مقایسهکننده دیگر با استفاده از IC LM393 در نقشهها نشان داده شده است که ولتاژ باتری را نسبت به مرجع ثابت مقایسه میکند. برای ولتاژ مرجع، از تنظیمکننده ولتاژ LM7809 استفاده میشود که ورودی آن ولتاژ باتری (یعنی ۱۱ تا ۱۴ VDC) بوده و خروجی ثابت ۹ ولت فراهم میکند.
برای اطمینان از اینکه باتری زیر سطح تخلیه عمیق (~۱۱ ولت) نرود، از مقایسهکننده بهعنوان تریگر شمیّت استفاده کنید. وقتی ولتاژ باتری زیر ۱۱ ولت افت کند، تریگر شمیّت سیگنال منطقی پایین تولید میکند که بهنوبهٔ خود مدار سوییچ را غیرفعال میکند. برای فعالسازی مجدد مدار سوییچ، شارژ کامل باتری تا ۱۳٫۲ ولت لازم است.
میتوانید انتخاب خود را برای ولتاژها (بهجای ۱۱ ولت برای سطح پایین باتری و ۱۳٫۲ ولت برای سطح شارژ) با ترکیب مناسب مقاومتها تعیین کنید (اگرچه این کار نیاز به بررسی عمیقتری دارد). برای مدار حفاظت باتری، عناصر مدار را بر روی برد Vero با لحیمکاری متصل کنید.
پس از ساخت هر دو مدار سوییچ خودکار و حفاظت در برابر تخلیه باتری بر روی Veroboard، در نهایت این مدارها، پنل خورشیدی، لامپ و باتری را مطابق نقشهٔ شماتیک بههم وصل کنید.
آزمون سیستم چراغ خیابانی خورشیدی شما
برای آزمون عملکرد این سیستم، پنل خورشیدی را زیر نور خورشید قرار دهید. خواهید دید که لامپ LED در معرض نور خورشید «خاموش» میماند. ولتاژ را با استفاده از یک مولتیمتر دیجیتال در خروجی پنل خورشید و ترمینالهای باتری اندازه بگیرید. متوجه میشوید که ولتاژ پنل خورشید بالاتر از ولتاژ باتری است. اکنون برای بررسی اینکه آیا باتری تحت نور خورشید در حال شارژ است یا خیر، از مولتیمتر دیجیتال برای اندازهگیری جریان ورودی به باتری استفاده کنید.
در گام بعدی، پنل خورشیدی را با یک مادهٔ ضخیم پوشانده تا نور خورشید مسدود شود و خواهید دید که لامپ LED روشن میشود. ولتاژ پنل خورشیدی را اندازهگیری کنید؛ متوجه میشوید که پنل خورشیدی ولتاژ بسیار کمی فراهم میکند که برای شارژ باتری کافی نیست. سپس جریان از باتری به لامپ LED را اندازهگیری کنید؛ متوجه میشوید که لامپ جریان را از باتری دریافت میکند تا نور تولید کند.
در اینجا یک ویدئوی کوتاه از این آزمون ارائه شده است:
روشن کردن شب با نور خورشیدی
این پروژه DIY به شما مفهومی میدهد تا یک مونتاژ الکترونیکی کوچک برای طراحی یک چراغ خیابانی خودکار خورشیدی با استفاده از انرژی طبیعی و تجدیدپذیر خورشید بسازید. برای بهرهبرداری حداکثر از منابع؛ مشخصات مناسب پنل خورشیدی، باتری و لامپ را انتخاب کنید تا اطمینان پیدا کنید که پنل خورشیدی باتری را به اندازهٔ کافی شارژ میکند تا لامپ در طول شب روشن بماند.