Hvordan kjøre en batteri på solenergi: 15 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Dette bidraget følger fra et tidligere i 2016, (se her,) men i den mellomliggende perioden har det vært utvikling i komponenter som gjør jobben mye enklere og ytelsen forbedret. Teknikkene som vises her vil gjøre det mulig å enkelt sette ut en solcelledrevet klokke på steder som en vinterhage eller skjermet veranda og muligens inne i et hus hvor det er tilstrekkelig lys tilgjengelig på et tidspunkt i løpet av dagen, for eksempel ved et vindu eller en ytterdør med glass, men dette ville bli testet. Bruken av en radiostyrt klokke åpner muligheten for å ha et ur som kan stå uten tilsyn i årevis.

Sikkerhet Vær oppmerksom på at en stor superkondensator kan inneholde mye energi, og hvis den er kortsluttet, kan den generere nok strøm til at ledningene lyser rødglødende i en kort periode.

Jeg vil tilføye at klokkene som vises i den første instruksjonsmåten fortsatt kjører lykkelig.

Trinn 1: Nye superkondensatorer

Illustrasjonen ovenfor viser en superkondensator med en kapasitet på 500 Farads. Disse er nå tilgjengelige billig på eBay og brukes i bilingeniørpraksis. De er massivt større enn de 20 eller 50 Farad -enhetene som er rutinemessig tilgjengelige på tidspunktet for min første artikkel. Du kan se på bildet at de er ganske store fysisk og ikke vil passe bak de fleste klokker og må plasseres separat.

Veldig viktig for vårt formål er at når den lades opp til 1,5 volt, er det nok lagret energi i en 500 Farad kondensator til å kjøre en typisk batteriklokke i omtrent tre uker før spenningen synker til litt over en volt og klokken stopper. Dette betyr at kondensatoren kan holde klokken kjørende gjennom kjedelige perioder om vinteren når solenergi er mangelvare og deretter ta igjen en lys dag.

Det kan også nevnes her at store utendørsklokker har blitt fasjonable i nyere tid, og disse ville være veldig tilpasset teknikkene vist i artikkelen. (Hvorvidt disse utendørsklokkene vil være robuste nok til å vare ute i lang tid er et poeng.)

Trinn 2: Komponenter påkrevd

Du trenger en batteriklokke. Den som vises i denne artikkelen er 12 tommer i diameter og er radiostyrt fra Anthorn i Storbritannia som sender på 60 kHz. Den ble kjøpt i en lokal butikk.

De andre komponentene er vist på bildet ovenfor.

En 500 Farad superkondensator. (eBay.)

Ett 6 Volt 100mA solcelleanlegg. Den som er vist her er 11 cm x 6 cm og ble hentet fra herrene CPS Solar:

www.cpssolar.co.uk

men allment tilgjengelig på internett.

De resterende komponentene er allment tilgjengelig fra leverandører av elektroniske komponenter. Jeg bruker Mr. Bitsbox:

www.bitsbox.co.uk/

1 2N3904 silikon NPN transistor. En god arbeidshest, men hvilken som helst silisium -NPN vil fungere.

4 1N4148 silisiumdiode. Ikke kritisk, men antallet som kreves kan variere, se senere tekst.

1 100 x 75 x 40 mm ABS -kabinett. Jeg brukte svart ettersom solcellen er svart. I mitt tilfelle er superkondensatoren bare utstyrt med veldig lite spillerom-du må kanskje gå for neste boksestørrelse!

Et stykke stripboard. Min ble kuttet av et stykke 127x95 mm og gir den riktige bredden til å spalte i ABS -boksen.

Du trenger rød og svart tråd, og til den siste monteringen brukte jeg et tomt kretskort og fleksibelt silikonlim.

Du trenger beskjedne verktøy for elektronisk konstruksjon inkludert et loddejern.

Trinn 3: Kretsen

Superkondensatoren har en maksimal spenning på 2,7 volt. For å kjøre klokken trenger vi mellom 1,1 og 1,5 volt. Vanlige batteri elektriske klokkebevegelser kan tolerere spenninger over dette, men radioklokken har elektroniske kretser som kan bli uregelmessige hvis forsyningsspenningen er for høy.

Kretsen ovenfor viser én løsning. Kretsen er i hovedsak en emitterfølger. Solcelleeffekten påføres kollektoren til 2N3904 -transistoren og til basen via 22k Ohm -motstanden. Fra basen til bakken har vi en kjede på fire 1N4148 silisiumsignaldioder som, matet av 22k Ohm -motstanden, resulterer i en spenning på rundt 2,1 Volt på transistorbasen siden hver diode har et fremspenningsfall på rundt en halv volt under disse betingelser. Den resulterende spenningen på transistoremitteren som mater superkondensatoren er rundt den nødvendige 1,5 volt siden det er et 0,6 volt spenningsfall i transistoren. Den normale blokkeringsdioden som kreves for å forhindre at strøm lekker ut gjennom solcellen, er ikke nødvendig, ettersom transistorens basemitterforbindelse gjør denne jobben.

Dette er grovt, men veldig effektivt og billig. En enkelt Zener -diode kan erstatte kjeden av dioder, men lavspennings Zenere er ikke så allment tilgjengelige som de med høyere spenning. Høyere eller lavere spenninger kan oppnås ved å bruke flere eller færre dioder i kjeden eller ved å bruke forskjellige dioder med forskjellige fremspenningsegenskaper.

Trinn 4: Test kretsen vår 1

Før vi produserer den endelige 'harde' versjonen, må vi teste kretsen vår for å kontrollere at alt er bra og at vi genererer riktig spenning for superkondensatoren og, viktigst av alt, at spenningen som genereres ikke kan overstige 2,7 volt.

På bildet ovenfor vil du se testkretsen som er veldig lik skjematikken vist i forrige trinn, men her er superkondensatoren blitt erstattet med en 1000 microFarad elektrolytisk kondensator som har en 47 kOhm motstand parallelt. Motstanden lar spenningen lekke bort for å gi en oppdatert avlesning ettersom lysinngangen varierer.

Trinn 5: Test kretsen vår 2

På bildet ovenfor kan du se hvordan kretsen ble koblet i en midlertidig form på et loddfritt brødbrett med spenningsutgangen målt på et multimeter. Kretsen ble lagt ut nær et vindu med persienner tilgjengelig for å variere lyset som når fotocellen.

Multimeteret viser en tilfredsstillende 1,48 Volt som varierte pluss eller minus 0,05 Volt ettersom lysinngangen varierte. Dette er akkurat det som kreves, og denne samlingen av komponenter kan brukes.

Hvis resultatet ikke er riktig, er det på dette stadiet at du kan legge til eller fjerne dioder fra kjeden for å øke eller redusere utgangsspenningen eller eksperimentere med forskjellige dioder med forskjellige fremoverkarakteristikker.

Trinn 6: Klipp ut Stripboard

I mitt tilfelle var dette veldig enkelt ettersom båndplaten har en bredde på 127 mm og et stykke ble saget inn i listene til ABS -boksen.

Trinn 7: Forbered solcellen din

Med noen solcelleoppstillinger kan du oppdage at røde og svarte ledninger allerede er loddet til kontaktene på solcellen, ellers lodder du en lengde med svart strandet ledning til den negative forbindelsen til solcellen og en lignende lengde med rød tråd til positiv forbindelse. For å forhindre at tilkoblingene ble trukket vekk fra solcellepanelet under konstruksjonen forankret jeg ledningen til solcellehuset ved hjelp av fleksibelt silikonlim og lot dette stå.

Trinn 8: Påfør solcelle på ABS -boksen

Bor et lite hull i bunnen av ABS -boksen for tilkoblingsledningene. Påfør fire store dukker silikonlim som vist, før forbindelsesledningene gjennom hullet og påfør forsiktig solcellen. Solcellen vil være stolt av ABS-boksen slik at forbindelsesledningene kan passere under, så de store limklatene må være store-det vil være veldig rotete å ombestemme seg på dette stadiet! La den stå.

Trinn 9: Inspiser arbeidet ditt

Du bør nå ha noe som resultatet på bildet ovenfor.

Trinn 10: Bor et hull for strømmen til å gå ut av solenergimodulen

På dette stadiet må vi tenke fremover og vurdere hvordan strømmen forlater kraftenheten og lever opp til klokken, og vi må bore et hull i ABS -boksen for å tillate dette. Bildet ovenfor viser hvordan jeg gjorde det, men jeg kunne ha gjort det bedre ved å gå mer mot midten og dermed plassere ledningene i en mindre synlig posisjon. Klokken din vil sannsynligvis være annerledes, så tilby kraftenheten til den og finn ut den beste plasseringen for hullet ditt som bør bores nå før esken utstyres med de forskjellige komponentene.

Trinn 11: Lodd komponentene til Stripboard

Lodd komponentene til tavlen som på bildet ovenfor. Kretsen er enkel og det er god plass til å spre komponentene om. Tillat loddetinnet å bygge bro mellom to rader med kobber for forbindelsene til jord, positve og utgang. Moderne stripboard er ganske delikat, og hvis du bruker for lang lodding og avloding, kan sporene løfte seg.

Trinn 12: Monter solenergienheten

Ved å bruke svart og rød strandet ledning og nøye observere polaritet, kobler du solcellepanelets ledninger til tavlen og utgangseffekten til superkondensatoren og deretter lager du et par 18 tommers ledninger som til slutt vil koble seg til klokken. Bruk nok ledning til å tillate montering like utenfor boksen. Sett deretter inn tavlen i sporene på ABS-boksen og følg med superkondensatoren ved å bruke puter av Blu-Tack for å holde enheten på plass. Av sikkerhetshensyn, bruk maskeringstape for å holde de blanke endene av utgangsledningene fra hverandre for å forhindre at de blir kortsluttet. Lett overflødig ledning forsiktig inn i den gjenværende plassen i esken, og skru deretter på lokket.

Trinn 13: Koble enheten til klokken

Hver klokke vil være annerledes. I mitt tilfelle var det ganske enkelt et spørsmål om å gifte klokken med solenergienheten om å bruke et stykke ensidig kretskort på omtrent to og en halv centimeter limt på klokken og solcelleenheten med silikonlim og la det stivne. Gulvlaminat kan være tilstrekkelig. Ikke koble enheten elektrisk ennå, men plasser klokken pluss solcellepanel i sollys eller et lyst sted, og la superkondensatoren lade opptil 1,4 volt.

Når kondensatoren er ladet, kobler du opp ledningene til klokken ved å bruke en lengde av tredobbel for å holde tilkoblingene inne. Klokken skal nå gå.

På det medfølgende bildet, merk at de løse ledningene har blitt ryddet opp med et par Blu-Tack-klatter.

Trinn 14: Ferdig

Bildet ovenfor viser klokken min som går lykkelig i vinterhagen vår, der den skal kjøre på og på å takle åtte timers vinterdager og "våren faller tilbake". Forsyningsspenningen måler 1,48 volt til tross for at vi har passert høstjevndøgn med forkortede dager.

Dette oppsettet kan muligens distribueres inne i huset, men det må eksperimenteres med. Det er en tendens til at hus i Storbritannia har mindre vinduer i disse dager, og det omgivende lyset kan være litt svakt, men kunstig lys kan rette opp balansen.

Trinn 15: Noen siste tanker

Noen kan påpeke at batterier er veldig billige, så hvorfor bry deg? Ikke et lett spørsmål å svare på, men for meg er det tilfredsstillelsen ved å starte opp noe som kan kjøre uten tilsyn i mange år, muligens på et fjernt og utilgjengelig sted.

Et annet gyldig spørsmål er "Hvorfor ikke bruke en Ni/Mh oppladbar celle i stedet for superkondensatoren?". Dette ville fungere, elektronikken kunne vært mye enklere, og 1,2 Volt driftsspenning på en slik celle ville omtrent betjene minimumsspenningskravet til en batteriklokke. Imidlertid har oppladbare celler en begrenset levetid, mens vi håper at superkondensatorer vil ha det levetiden vi forventer av andre elektroniske komponenter, selv om det gjenstår å se.

Dette prosjektet har vist at superkondensatorene som nå brukes i bilteknikk, enkelt kan lades opp ved hjelp av solenergi. Dette kan åpne en rekke muligheter:

Eksterne applikasjoner som radiofyr, der alt inkludert solcellen trygt kan oppbevares i et robust glasshus som en søt krukke.

Perfekt for kretser av typen Joule Thief med en superkondensator som potensielt leverer et antall kretser samtidig.

Superkondensatorer kan enkelt kobles parallelt som alle kondensatorer, det er også mulig å plassere to i serie uten komplikasjon av balanseringsmotstander. Jeg kan se muligheten for å ha tilstrekkelig med disse sistnevnte enhetene parallelt til å lade en mobiltelefon, for eksempel veldig raskt via en proprietær oppspenningsomformer.