Akkumulátor óra napelemmel történő működtetése: 15 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:42

Ez a hozzájárulás egy korábbi, 2016 -os adatból következik (lásd itt), de a közbenső időszakban olyan alkatrészek fejlesztése történt, amelyek jelentősen megkönnyítik a munkát és javítják a teljesítményt. Az itt bemutatott technikák lehetővé teszik a napelemmel működő óra könnyű elhelyezését olyan helyeken, mint a télikert vagy a védett veranda, és esetleg egy ház belsejében, ahol a nap folyamán elegendő fény áll rendelkezésre, például egy ablak vagy üvegezett külső ajtó mellett. kísérletnek lenne alávetve. A rádióvezérelt óra használata megnyitja annak lehetőségét, hogy évekig felügyelet nélkül hagyott óra legyen.

Biztonság Ne feledje, hogy egy nagy szuperkondenzátor sok energiát képes eltartani, és rövidzárlat esetén elegendő áramot képes generálni ahhoz, hogy a vezetékek rövid ideig izzanak.

Hozzáteszem, hogy az első Instructable -ben látható órák továbbra is boldogan futnak.

1. lépés: Új szuperkondenzátorok

A fenti ábra 500 Farad kapacitású szuperkondenzátort mutat. Ezek most olcsón beszerezhetők az eBay -en, és az autóipari mérnöki gyakorlatban használják. Sokkal nagyobbak, mint az első cikkem idején rutinszerűen elérhető 20 vagy 50 Farad egység. A képen látható, hogy fizikailag meglehetősen nagyok, és nem férnek el a legtöbb óra mögött, és külön kell elhelyezni őket.

Célunk szempontjából nagyon fontos, hogy 1,5 V -ig feltöltve elegendő tárolt energia van egy 500 Farad kondenzátorban ahhoz, hogy egy tipikus akkumulátorórát játsszon körülbelül három hétig, mielőtt a feszültség valamivel Volt fölé csökken, és az óra leáll. Ez azt jelenti, hogy a kondenzátor képes megőrizni az órát unalmas időszakokon télen, amikor a napenergia szűkös, majd felzárkózni egy fényes napon.

Itt is megemlíthető, hogy a nagy szabadtéri órák divatossá váltak az utóbbi időben, és ezek nagyon alkalmasak lennének a cikkben bemutatott technikákra. (Vitatott kérdés, hogy ezek a szabadtéri órák elég robusztusak -e ahhoz, hogy hosszú ideig kint maradjanak.)

2. lépés: Szükséges összetevők

Szüksége lesz egy akkumulátoros órára. A cikkben bemutatott készülék 12 hüvelyk átmérőjű, és rádióvezérelt az Egyesült Királyság Anthorn -jából, amely 60 kHz -en sugároz. Egy helyi boltban vásárolták.

A többi alkatrész a fenti képen látható.

Egy 500 Farad szuperkondenzátor. (eBay.)

Egy 6 voltos 100 mA -es napelem. Az itt látható méret 11 cm x 6 cm, és a Messrs CPS Solar cégtől szerezték be:

www.cpssolar.co.uk

de széles körben elérhető az interneten.

A többi alkatrész széles körben beszerezhető az elektronikus alkatrészek beszállítóitól. Bitsbox urakat használom:

www.bitsbox.co.uk/

1 2N3904 szilícium NPN tranzisztor. Jó ló, de minden szilícium NPN működni fog.

4 1N4148 szilícium dióda. Nem kritikus, de a szükséges szám változhat, lásd a későbbi szöveget.

1 100 x 75 x 40 mm -es ABS ház. Feketét használtam, mivel a napelem fekete. Az én esetemben a szuperkondenzátor nagyon kevés mozgásteret kapott-lehet, hogy a következő dobozméretet kell növelni!

Darab szalaglemez. Az enyémet 127x95 mm -es darabból vágták ki, és megfelelő szélességet biztosít az ABS dobozba való behelyezéshez.

Szükséged lesz piros és fekete sodrott huzalra, és a végső összeszereléshez egy darab üres nyomtatott áramköri lapot és rugalmas szilikon ragasztót használtam.

Szüksége lesz szerény szerszámokra az elektronikus konstrukcióhoz, beleértve a forrasztópáka.

3. lépés: Az áramkör

A szuperkondenzátor maximális feszültsége 2,7 volt. Az óra működtetéséhez 1,1 és 1,5 volt közötti feszültség szükséges. A hagyományos akkumulátoros elektromos órajelmozgások elviselhetik az e feletti feszültségeket, de a rádióóra elektronikus áramkörrel rendelkezik, amely hibássá válhat, ha a tápfeszültség túl magas.

A fenti áramkör egy megoldást mutat. Az áramkör lényegében emitterkövető. A napelem kimenet a 2N3904 tranzisztor kollektorára és a bázisra kerül a 22 k ohmos ellenálláson keresztül. A bázistól a földig négy 1N4148 szilícium jelződiódából álló lánc található, amelyek a 22 k ohmos ellenállásból táplálva 2,1 V feszültséget eredményeznek a tranzisztor bázisán, mivel mindegyik dióda előremenő feszültségcsökkenése körülbelül fél volt volt ezek alatt körülmények. A szuperkondenzátort tápláló tranzisztor -emitter feszültsége a szükséges 1,5 volt körül van, mivel a tranzisztorban 0,6 voltos feszültségcsökkenés tapasztalható. A normál blokkoló dióda, amely szükséges ahhoz, hogy megakadályozza az áram visszaszivárgását a napelemen keresztül, nem szükséges, mivel a tranzisztor bázis -kibocsátó csomópontja ezt a feladatot elvégzi.

Ez durva, de nagyon hatékony és olcsó. Egyetlen Zener dióda helyettesítheti a diódaláncot, de az alacsony feszültségű zenerek nem olyan széles körben elérhetők, mint a magasabb feszültségűek. Magasabb vagy alacsonyabb feszültségek érhetők el, ha több vagy kevesebb diódát használnak a láncban, vagy különböző diódákat használnak, különböző előremenő feszültség jellemzőkkel.

4. lépés: Tesztelje áramkörünket 1

Mielőtt elkészítenénk a végső „kemény” verziót, tesztelnünk kell az áramkört, hogy meggyőződjünk arról, hogy minden rendben van -e, és hogy a megfelelő feszültséget generáljuk -e a szuperkondenzátorhoz, és ami a legfontosabb, hogy a generált feszültség nem haladhatja meg a 2,7 V -os névleges értéket.

A fenti képen látni fogja a tesztáramkört, amely nagyon hasonlít az előző lépésben bemutatott vázlathoz, de itt a szuperkondenzátort 1000 mikroFarad elektrolit kondenzátorra cserélték, amely párhuzamosan 47 kOhm ellenállással rendelkezik. Az ellenállás lehetővé teszi a feszültség szivárgását, hogy naprakész leolvasást biztosítson, mivel a fénybemenet változik.

5. lépés: Tesztelje áramkörünket 2

A fenti képen láthatja, hogy az áramkört ideiglenesen bekötötték egy forrasztás nélküli kenyérsütő táblára, multiméteren mért feszültségkimenettel. Az áramkört egy ablak közelében helyezték el, és a redőnyök rendelkezésre álltak, hogy megváltoztassák a fotocellát érő fényt.

A multiméter kielégítő 1,48 voltot mutat, amely plusz vagy mínusz 0,05 volt volt, ahogy a fénybemenet változott. Pontosan erre van szükség, és ez az alkatrészgyűjtemény használható.

Ha az eredmény nem megfelelő, akkor ebben a szakaszban diódákat adhat hozzá vagy távolíthat el a láncból a kimeneti feszültség növeléséhez vagy csökkentéséhez, vagy kísérletezhet különböző diódákkal, amelyek eltérő előremeneti jellemzőkkel rendelkeznek.

6. lépés: Vágja le a Stripboardot

Az én esetemben ez nagyon egyszerű volt, mivel a szalaglap szélessége 127 mm, és egy darabot fűrészeltek az ABS doboz díszléceibe.

7. lépés: Készítse elő napelemét

Bizonyos napelemeknél előfordulhat, hogy a piros és a fekete vezetékeket már forrasztották a napelem érintkezőire, ellenkező esetben forrasztjon egy hosszú fekete sodrott vezetéket a napelem negatív csatlakozójához, és hasonló hosszúságú piros sodrott vezetéket pozitívhoz kapcsolat. Annak érdekében, hogy a csatlakozások ne húzódjanak le a napelemről az építés során, rugalmas szilikon ragasztóval rögzítettem a vezetéket a napelem testéhez, és hagytam, hogy megszilárduljon.

8. lépés: Vigye fel a napelemet az ABS dobozra

Fúrjon egy kis lyukat az ABS doboz aljába a csatlakozókhoz. Vigyen fel négy nagy méretű szilikon ragasztót az ábrán látható módon, vezesse át a csatlakozó vezetékeket a lyukon, és óvatosan vigye fel a napelemet. A napelem büszke lesz az ABS dobozra, amely lehetővé teszi a csatlakozóvezetékek áthaladását alatta, így a nagy ragasztócipőknek nagyoknak kell lenniük-ebben a szakaszban nagyon zavaros lesz a véleménye! Hagyja megszilárdulni.

9. lépés: Vizsgálja meg munkáját

Most valami hasonló eredményt kell kapnia a fenti képen.

10. lépés: Fúrjon lyukat a napenergia -modulból való kilépéshez

Ebben a szakaszban előre kell gondolkodnunk, és meg kell fontolnunk, hogy az áram hogyan hagyja el a tápegységet, és hogyan táplálkozik az óráig, és ehhez lyukat kell fúrnunk az ABS dobozban. A fenti kép azt mutatja, hogyan csináltam, de jobban jártam volna, ha inkább a közép felé haladok, így a vezetékeket kevésbé látható helyzetbe helyezem. Az órája valószínűleg más lesz, ezért ajánlja fel a tápegységet, és határozza meg a legjobb pozíciót a lyukhoz, amelyet most ki kell fúrni, mielőtt a dobozt felszerelné a különböző alkatrészekkel.

11. lépés: Forrasztja az alkatrészeket a szalaglapra

Forrasztja az alkatrészeket a szalaglapra a fenti képen látható módon. Az áramkör egyszerű, és rengeteg hely van az alkatrészek eloszlatására. Nyugodtan hagyja, hogy a forrasztó két sor réz áthidalására szolgáljon a földeléshez, a pozícionáláshoz és a kimenethez való csatlakozásokhoz. A modern szalaglemez meglehetősen kényes, és ha túl sok időt tölt a forrasztással és a forrasztással, a vágányok felemelkedhetnek.

12. lépés: Szerelje össze a napelemet

Fekete és piros sodrott huzal használatával és a polaritás szigorú betartásával kösse össze a napelem vezetékeket a szalaglemezzel, a kimeneti teljesítményt pedig a szuperkondenzátorral, majd készítsen egy 18 hüvelykes vezetéket, amely végül az órához csatlakozik. Használjon elegendő vezetéket ahhoz, hogy csak a dobozon kívül szerelje össze. Most illessze be a szalaglemezt az ABS doboz nyílásaiba, és kövesse a szuperkondenzátorral a Blu-Tack betétek segítségével, hogy a helyén tartsa. A biztonság érdekében maszkolószalagot tartson távol a kimeneti vezetékek csupasz végeitől, hogy megakadályozza a rövidzárlatot. Óvatosan engedje be a felesleges huzalt a doboz fennmaradó helyébe, majd csavarja fel a fedelet.

13. lépés: Csatlakoztassa az egységet az órához

Minden óra más lesz. Esetemben az óra és a napelemes egység összekapcsolása egyszerűen egy darab sima egyoldalas nyomtatott áramköri lap használatáról szólt, amely körülbelül négy és fél és két hüvelyk méretű szilikon ragasztóval volt ragasztva az órához és a napelemhez. A padló laminálása elegendő lehet. Még ne csatlakoztassa a készüléket elektromos áramhoz, hanem tegye az órát és a napelemet napfényre vagy világos helyre, és hagyja, hogy a szuperkondenzátor akár 1,4 V feszültséget is fel tudjon tölteni.

Amint a kondenzátor fel van töltve, csatlakoztassa a vezetékeket az órához egy fa dübellel, hogy tartsa a csatlakozásokat. Az órának most futnia kell.

A mellékelt képen vegye figyelembe, hogy a laza vezetékeket néhány Blu-Tack folt segítségével rendbe tették.

14. lépés: Kész

A fenti kép azt mutatja, hogy az órám boldogan fut a télikertünkben, ahol tovább kell működnie, és meg kell birkóznia a nyolc órás téli napokkal és a „tavaszi visszaeséssel”. A tápfeszültség 1,48 volt, annak ellenére, hogy túl vagyunk az őszi napéjegyenlőségen, rövidülő napokkal.

Ezt a beállítást esetleg a házon belül is telepítenék, de ezt kísérletnek kell alávetni. Az Egyesült Királyságban hajlamosak arra, hogy manapság a házak kisebb ablakokkal rendelkezzenek, és a környezeti fény kissé gyenge lehet, de a mesterséges fény javíthatja a mérleg.

15. lépés: Néhány utolsó gondolat

Vannak, akik rámutatnak arra, hogy az akkumulátorok nagyon olcsók, akkor miért baj? Nem könnyű válaszolni a kérdésre, de számomra az a megelégedettség, hogy elkezdek valamit, ami éveken keresztül felügyelet nélkül futhat, esetleg egy távoli és elérhetetlen helyen.

Egy másik jogos kérdés: "Miért nem használ Ni/Mh újratölthető cellát a szuperkondenzátor helyett?". Ez működne, az elektronika sokkal egyszerűbb lehet, és az ilyen cella 1,2 voltos működési feszültsége csaknem kiszolgálja az akkumulátor óra minimális feszültségigényét. Az újratölthető cellák azonban véges élettartamúak, míg reméljük, hogy a szuperkondenzátorok olyan élettartamúak lesznek, mint amit bármely más elektronikus alkatrésztől elvárunk, bár ez még várat magára.

Ez a projekt megmutatta, hogy az autóiparban jelenleg használt nagy értékű szuperkondenzátorok könnyen feltölthetők napenergiával. Ez számos lehetőséget nyithat meg:

Távoli alkalmazások, például rádiójelzők, ahol minden, beleértve a napelemet is, biztonságosan elhelyezhető egy robosztus üvegházban, például egy édes üvegben.

Tökéletes a Joule Thief típusú áramkörökhöz, egy szuperkondenzátorral, amely potenciálisan számos áramkört biztosít egyszerre.

A szuperkondenzátorok könnyen párhuzamosan köthetők, mint minden kondenzátor, és kettőt sorba lehet helyezni anélkül, hogy a kiegyensúlyozó ellenállások bonyolultak lennének. Látom annak lehetőségét, hogy az utóbbi egységekkel párhuzamosan elegendő legyen például egy mobiltelefon töltéséhez, például egy nagyon gyors, feszültség -átalakítón keresztül.