Come creare un lampione automatico a energia solare

I progetti di luce solare fai-da-te offrono un modo economico ed efficiente per alimentare le case utilizzando l’energia del sole. Quindi ha senso assemblare un sistema di illuminazione stradale che utilizzi l’energia solare per caricare una batteria durante il giorno e poi utilizzi questa batteria per illuminare la strada di notte. E puoi crearne uno tuo!

Un circuito elettronico controllerà questo sistema, accendendo automaticamente la lampadina LED di notte e spegnendola durante il giorno. Incorporeremo anche un circuito di protezione della batteria per proteggere la batteria da uno scaricamento eccessivo.

Cosa aspettarsi

Questo sistema richiede 5 unità principali:

1. Pannello solare: per caricare la batteria durante il giorno e come sensore di luce.
2. Batteria: per immagazzinare la corrente e alimentare il circuito e la lampadina.
3. Lampadina LED DC: per l’illuminazione al buio
4. Fili: per l’interconnessione come da diagramma schematico.
5. Circuito elettronico: Per controllare/accendere automaticamente la lampadina a LED e per la protezione dalla scarica della batteria.

Utilizzando l’energia solare per caricare una batteria

Per caricare la batteria, abbiamo utilizzato un piccolo pannello solare da 10 W (puoi sceglierne uno più grande in base al tuo budget energetico/requisiti). Può caricare una batteria da 12 V e può fornire una corrente di cortocircuito di 0,62 A alla massima luminosità. La sua dimensione fisica è di circa 12 “x 9”.

Abbiamo utilizzato una batteria da 12 V CC con una capacità di corrente di 4 Ah. Durante il giorno, i pannelli solari generano corrente che viene utilizzata per caricare la batteria. La batteria può avere una tensione massima a circuito aperto di 13,7 V a piena carica e deve essere ricaricata quando la tensione della batteria scende a 11 V CC.

Per caricare la batteria, il filo rosso del pannello solare (polarità positiva) è collegato al terminale positivo della batteria tramite un diodo Zener, che è saldato su Veroboard dove è posizionato anche il circuito elettronico.

Il diodo Zener è posizionato in modo tale che il catodo (+ terminale) sia collegato al pannello solare e l’anodo (terminale -) sia collegato al terminale positivo della batteria tramite fili. Il diodo Zener fornisce l’isolamento tra il pannello solare e la batteria, che è particolarmente utile al buio quando il circuito prende la tensione del pannello solare per accendere la luce. Il filo nero (polarità negativa) è collegato direttamente al terminale negativo della batteria.

Quando il pannello solare è esposto alla luce solare, fornisce corrente per caricare la batteria, la cui quantità dipende dall’intensità della luce solare. Una lampadina a LED prende corrente dalla batteria. Un circuito elettronico controlla la lampadina utilizzando i dati del sensore (tensione del pannello solare). Collegare il terminale positivo o il catodo della lampadina LED al terminale positivo della batteria, mentre collegare l’anodo del LED con il punto C come mostrato negli schemi.

Costruzione del circuito elettronico

Il circuito elettronico è composto da due parti. Uno ha lo scopo di controllare la lampadina a LED, mentre l’altro ha lo scopo di controllare ed evitare il consumo della batteria.

Schemi del lampione solare automatico

La figura seguente mostra l’intero schema per collegare insieme questo sistema. Realizza il circuito elettronico per la commutazione automatica e la protezione dal consumo della batteria su Veroboard.

Di cosa avrai bisogno

I seguenti strumenti e componenti saranno necessari per il circuito elettronico. Puoi ottenerli da negozi online come Digikey , Mouser o Ali Express .

• 1 circuito integrato di transistor a coppia Darlington ULN2003
• 1 regolatore di tensione LM7809 9 VDC IC
• 2 x LM393 IC comparatore di tensione
• 1 x Veroboard (per il collegamento di elementi del circuito tramite saldatura)
• Resistori (in Ohm) 1K, 10K, 36K, 53K, 100K, 280K (o una combinazione equivalente in parallelo/serie di questi valori)
• Fili
• Saldatore e filo per saldatura
• Multimetro digitale (per misure di tensione e corrente)
• Connettori a morsettiera a vite (per collegare i cavi al pannello solare, alla batteria e alla lampadina a LED)
• Diodo Zener (tra il filo rosso del pannello solare e batteria + terminale)

Controllo della lampadina a LED

Per accendere il LED al buio e spegnerlo alla luce del giorno, utilizzare la tensione del pannello solare come sensore per guidare il circuito. Il pannello solare e la batteria sono isolati mediante un diodo Zener. Il diodo Zener è polarizzato in avanti alla luce del giorno poiché la tensione solare sarà superiore alla tensione della batteria per la ricarica, mentre viene polarizzato inversamente al buio quando non è disponibile luce solare per illuminare il pannello solare, per fornire una tensione di uscita significativa.

In questo circuito, la tensione del pannello solare viene confrontata con la tensione della batteria utilizzando un comparatore. Quando è maggiore (durante il giorno), dà il segnale per lo spegnimento della luce. Quando è minore, segnala di accendere la luce. La lampadina a LED è controllata utilizzando questa logica e con l’aiuto dei transistor a coppia Darlington ULN2003. ULN2003 riceve l’input dall’output del comparatore. Se riceve il segnale per “On” ai pin di ingresso (1-7) dell’ULN2003 (cioè dal pin 1 di uscita del comparatore), permette alla corrente del collettore di passare attraverso C (Pin 10-16) per accendere la luce.

Per realizzare questo circuito, unisci tutti gli elementi del circuito su Veroboard tramite saldatura. Il trigger di Schmitt (feedback positivo al comparatore) è implementato sul comparatore LM393 per evitare anomalie.

Prevenire la scarica eccessiva

Se il tempo è nuvoloso o nebbioso, è possibile che la batteria non si ricarichi durante il giorno, causando un’eccessiva scarica della batteria per più notti consecutive. Ciò può causare lo scaricamento della batteria fino al punto in cui l’equilibrio chimico della batteria viene disturbato rendendola inutilizzabile per un ulteriore utilizzo.

Per proteggere la batteria dalla scarica eccessiva, negli schemi è mostrato un altro circuito comparatore che utilizza l’IC LM393, che confronta la tensione della batteria con un riferimento stabile. Per la tensione di riferimento, viene utilizzato il regolatore di tensione LM7809, che prende la tensione della batteria (cioè da 11 a 14 VDC) come ingresso e fornisce 9V costanti.

Per assicurarsi che la batteria non superi il livello di scaricamento completo, ad esempio ~11 V, utilizzare il comparatore come trigger di Schmitt. Quando la tensione della batteria scende al di sotto di 11 volt, il trigger di Schmitt emetterà una logica bassa che a sua volta disabiliterà il circuito di commutazione. Per abilitare nuovamente il circuito di commutazione, è necessaria la ricarica completa della batteria a 13,2 V.

Puoi elaborare la tua scelta di tensioni (invece di 11 V per il livello di batteria basso e 13,2 V per il livello di batteria carica) scegliendo la combinazione appropriata di resistori (anche se è più approfondita di quanto ci immergeremo per ora ). Per il circuito di protezione della batteria, collegare gli elementi del circuito sulla scheda Vero mediante saldatura.

Dopo aver effettuato sia la commutazione automatica che i circuiti di protezione contro l’esaurimento della batteria su Veroboard, collegare infine questi circuiti, pannello solare, lampadina e batteria come da diagramma schematico.

Test del tuo sistema di illuminazione stradale solare

Per testare le prestazioni di questo sistema, posizionare il pannello solare alla luce del sole. Vedrai che la lampadina LED è “spenta” all’esposizione del pannello solare alla luce solare. Misurare la tensione utilizzando un multimetro digitale all’uscita del pannello solare e ai terminali della batteria. Scoprirai che la tensione del pannello solare è superiore alla tensione della batteria. Ora per verificare se la batteria si sta caricando alla luce del sole, utilizzare il multimetro digitale per misurare la corrente che scorre nella batteria.

Nel passaggio successivo, copri il pannello solare con un materiale spesso per bloccare la luce solare e vedrai che la lampadina a LED si accende. Misurare la tensione al pannello solare; noterai che il pannello solare sta fornendo una tensione molto bassa insufficiente per caricare la batteria. Quindi, misurare la corrente dalla batteria alla lampadina a LED; scoprirai che la lampadina sta prendendo corrente dalla batteria per produrre luce.

Ecco un breve video dimostrativo di questo test:

Illumina la notte con la luce solare

Questo progetto fai-da-te ti offre un’idea per costruire un mini assemblaggio elettronico per progettare un lampione automatico a energia solare utilizzando energia solare naturale e rinnovabile. Per il massimo utilizzo delle risorse; scegli le specifiche giuste per pannello solare, batteria e lampadina per assicurarti che il pannello solare ricarichi la batteria abbastanza da mantenere la lampadina accesa per tutta la notte.