Как да стартирате часовник на батерията на слънчева енергия: 15 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Този принос следва от предходната през 2016 г. (вижте тук,), но през междинния период имаше развитие в компоненти, които улесняват работата и подобряват работата. Показаните тук техники ще позволят слънчев часовник да бъде лесно разположен на места като оранжерия или защитена веранда и евентуално вътре в къща, където има достатъчно светлина по някое време през деня, например през прозорец или остъклена външна врата, но това ще бъде предмет на експеримент. Използването на радиоуправляем часовник отваря възможността да разполагате с часовник, който може да остане без надзор с години.

Безопасност Имайте предвид, че голям свръхкондензатор може да побере много енергия и ако е късо, може да генерира достатъчно ток, за да накара кабелите да светят до червено за кратък период от време.

Бих добавил, че часовниците, показани в първия Instructable, все още работят щастливо.

Стъпка 1: Нови супер кондензатори

Илюстрацията по -горе показва суперкондензатор с капацитет 500 Фарада. Те вече се предлагат евтино в eBay и се използват в автомобилната инженерна практика. Те са значително по -големи от 20 или 50 единици Farad, рутинно налични по време на първата ми статия. Можете да видите на снимката, че те са доста големи физически и няма да се поберат зад повечето часовници и трябва да се поставят отделно.

Много важно за нашата цел е, че когато се зарежда до 1,5 волта, има достатъчно запасена енергия в кондензатор от 500 Farad, за да работи типичен часовник на батерията за около три седмици, преди напрежението да падне до малко над волт и часовникът да спре. Това означава, че кондензаторът може да поддържа часовника да работи през скучни периоди през зимата, когато слънчевата енергия е в недостиг и след това да навакса в светъл ден.

Тук също може да се спомене, че големите външни часовници са станали модерни в последно време и те биха били много податливи на техниките, показани в статията. (Спорен въпрос е дали тези външни часовници ще бъдат достатъчно здрави, за да издържат навън дълго време.)

Стъпка 2: Необходими компоненти

Ще ви е необходим часовник на батерията. Този, показан в тази статия, е с диаметър 12 инча и е радиоуправляван от Anthorn във Великобритания, който предава на 60 kHz. Закупен е в местен магазин.

Другите компоненти са показани на снимката по -горе.

Един супер кондензатор от 500 Farad. (eBay.)

Един 6 -волтов 100mA слънчев масив. Този, показан тук, е 11 см х 6 см и е получен от Messrs CPS Solar:

www.cpssolar.co.uk

но широко достъпни в интернет.

Останалите компоненти са широко достъпни от доставчици на електронни компоненти. Използвам господа Bitsbox:

www.bitsbox.co.uk/

1 2N3904 силициев NPN транзистор. Добър работен кон, но всеки силиконов NPN ще работи.

4 1N4148 силициев диод. Не е критично, но изискваният номер може да варира, вижте по -късен текст.

1 100 x 75 x 40 мм ABS корпус. Използвах черно, тъй като слънчевата клетка е черна. В моя случай суперкондензаторът е снабден с много малко свобода на действие-може да се наложи да преминете към следващия размер на кутията!

Парче лента. Моят беше изрязан от парче 127x95 мм и дава правилната ширина за поставяне в ABS кутия.

Ще ви трябват червен и черен многожилен проводник, а за окончателното сглобяване използвах парче празна печатна платка и гъвкаво силиконово лепило.

Ще ви трябват скромни инструменти за електронно строителство, включително поялник.

Стъпка 3: Веригата

Супер кондензаторът има максимално напрежение от 2,7 волта. За да работи нашият часовник, се нуждаем от 1,1 до 1,5 волта. Обикновените движения на електрическия часовник на батерията могат да понасят напрежения над това, но радиочасовникът има електронна схема, която може да стане нестабилна, ако захранващото напрежение е твърде високо.

Схемата по -горе показва едно решение. Веригата е по същество последовател на излъчвател. Изходът на слънчевата клетка се прилага към колектора на транзистора 2N3904 и към основата чрез резистор 22k Ohm. От основата до земята имаме верига от четири диода със силициев сигнал 1N4148, които, захранвани от 22k Ohm резистора, водят до напрежение от около 2,1 V на базата на транзистора, тъй като всеки диод има спад на напрежението напред от около половин волт под тези условия. Полученото напрежение на транзисторния емитер, захранващ суперкондензатора, е около необходимите 1,5 волта, тъй като има спад на напрежението от 0,6 волта в транзистора. Нормалният блокиращ диод, необходим за предотвратяване на изтичане на ток през слънчевата клетка, не е необходим, тъй като свързването на базовия емитер на транзистора върши тази работа.

Това е грубо, но много ефективно и евтино. Един единствен ценеров диод би могъл да замени веригата от диоди, но зенерите с ниско напрежение не са толкова широко достъпни като тези с по -високо напрежение. По -високи или по -ниски напрежения могат да бъдат получени чрез използване на повече или по -малко диоди във веригата или чрез използване на различни диоди с различни характеристики на напрежението напред.

Стъпка 4: Тествайте нашата верига 1

Преди да произведем окончателната „твърда“версия, трябва да тестваме нашата верига, за да проверим дали всичко е наред и дали генерираме правилното напрежение за суперкондензатора и най -важното, че генерираното напрежение не може да надвишава номиналната стойност от 2,7 волта.

На снимката по -горе ще видите тестовата верига, която е много подобна на схемата, показана в предишната стъпка, но тук суперкондензаторът е заменен с електролитен кондензатор от 1000 microFarad, който има паралелен резистор от 47 kOhm. Резисторът позволява на напрежението да изтече, за да осигури актуално отчитане, тъй като светлинният вход варира.

Стъпка 5: Тествайте нашата верига 2

На горната снимка можете да видите как веригата е била окабелена във временна форма на макет без запояване с изходното напрежение, измерено на мултицет. Веригата беше разположена близо до прозорец с налични щори за промяна на светлината, достигаща до фотоклетката.

Мултиметърът показва задоволителни 1,48 волта, които варират плюс или минус 0,05 волта при промяна на светлинния вход. Точно това се изисква и тази колекция от компоненти може да се използва.

Ако резултатът не е правилен, на този етап можете да добавяте или премахвате диоди от веригата, за да увеличите или намалите изходното напрежение или да експериментирате с различни диоди с различни характеристики напред.

Стъпка 6: Изрежете лентата

В моя случай това беше много лесно, тъй като лентата е с ширина 127 мм и парче беше отрязано, за да се вкара в корнизите на кутията от ABS.

Стъпка 7: Подгответе слънчевата си клетка

При някои слънчеви масиви може да откриете, че червените и черните проводници вече са запоени към контактите на слънчевата клетка, в противен случай запоявайте дължина на черен многожилен проводник към отрицателната връзка на слънчевата клетка и подобна дължина на червен многожилен проводник към положителна Връзка. За да предотвратя изтеглянето на връзките от соларния панел по време на строителството, закотвих проводника към корпуса на соларната клетка с помощта на гъвкаво силиконово лепило и оставих това да се фиксира.

Стъпка 8: Приложете слънчева клетка към ABS кутия

Пробийте малък отвор в долната част на кутията с ABS за свързващите проводници. Нанесете четири големи капки силиконово лепило, както е показано, прекарайте свързващите проводници през отвора и внимателно нанесете слънчевата клетка. Слънчевата клетка ще се гордее с кутията ABS, която позволява на свързващите проводници да преминават отдолу, така че големите купчини лепило трябва да са големи-промяната на вашето мнение на този етап ще бъде много объркана! Оставете да стегне.

Стъпка 9: Проверете работата си

Сега трябва да имате нещо като резултата на снимката по -горе.

Стъпка 10: Пробийте дупка за захранването за излизане от модула на слънчевата енергия

На този етап трябва да мислим напред и да обмислим как захранването напуска захранващия блок и се захранва до часовника и трябва да пробием дупка в кутията с ABS, за да позволим това. Снимката по -горе показва как го направих, но можех да се справя по -добре, като отида повече към средата, като по този начин поставям проводниците в по -малко видима позиция. Вашият часовник най -вероятно ще бъде различен, така че предложете захранващия блок до него и определете най -добрата позиция за вашата дупка, която трябва да бъде пробита сега, преди кутията да бъде оборудвана с различните компоненти.

Стъпка 11: Запоявайте компонентите към таблата

Запояйте компонентите към лентата, както е на снимката по -горе. Схемата е проста и има достатъчно място за разпределяне на компонентите. Чувствайте се свободни да позволите на спойката да свърже два реда мед за връзките към земята, позициите и изхода. Съвременният лент е доста деликатен и ако прекарвате твърде дълго запояване и разпаяване, релсите могат да се повдигнат.

Стъпка 12: Сглобете блока за слънчева енергия

Използвайки черен и червен многожилен проводник и стриктно спазвайки полярността, свържете изводите на слънчевия панел към лентата и изходната мощност към суперкондензатора и след това направете чифт 18 -инчови проводници, които в крайна сметка ще се свържат с часовника. Използвайте достатъчно тел, за да позволите сглобяването само извън кутията. Сега поставете монтажната лента в слотовете на кутията ABS и следвайте със супер кондензатора, като използвате подложки на Blu-Tack, за да задържите устройството на място. За безопасност използвайте маскираща лента, за да държите отделените голи краища на изходните кабели, за да ги предпазите от късо съединение. Внимателно освободете излишния проводник в оставащото място в кутията и след това завийте капака.

Стъпка 13: Свържете устройството към часовника

Всеки часовник ще бъде различен. В моя случай сключването на часовника със слънчевата електроцентрала беше просто въпрос на използване на парче обикновена едностранна печатна платка приблизително четири и половина на два инча, залепена за часовника и слънчевия модул със силиконово лепило и позволявайки да се настрои. Подовият ламинат може да е достатъчен. Все още не свързвайте уреда електрически, а поставете часовника плюс слънчевия панел на слънчева светлина или на светло място и оставете суперкондензатора да зарежда до 1,4 волта.

След като кондензаторът се зареди, свържете проводниците към часовника, като използвате дълъг дървен дюбел, за да задържите връзките. Часовникът сега трябва да работи.

В придружаващата снимка отбележете, че разхлабените проводници са подредени с няколко Blu-Tack петна.

Стъпка 14: Готово

На снимката по -горе е показан часовникът ми, който работи щастливо в нашата оранжерия, където трябва да работи и да се справя с осемчасовите зимни дни и „пролетта напред пада назад“. Захранващото напрежение измерва 1,48 волта, въпреки че сме минали през есенното равноденствие с съкращаване на дните.

Тази настройка евентуално може да бъде разположена вътре в къщата, но това би трябвало да бъде обект на експеримент. Има тенденция къщите във Великобритания да имат по -малки прозорци тези дни и околната светлина може да бъде малко приглушена, но изкуствената светлина може да поправи балансът.

Стъпка 15: Някои последни мисли

Някои може да посочат, че батериите са много евтини, така че защо да се притеснявате? Не е лесен въпрос за отговор, но за мен това е удовлетворението от стартирането на нещо, което може да работи без надзор в продължение на години и години, вероятно на отдалечено и недостъпно място.

Друг валиден въпрос е „Защо да не използвате Ni/Mh акумулаторна клетка вместо суперкондензатора?“. Това би работило, електрониката би могла да бъде много по -опростена, а работното напрежение от 1,2 волта на такава клетка ще обслужва почти минималното изискване за напрежение на часовника на батерията. Акумулаторните клетки обаче имат краен живот, докато се надяваме, че суперкондензаторите ще имат живота, който очакваме от всеки друг електронен компонент, въпреки че това предстои да се види.

Този проект показа, че суперкондензаторите с висока стойност, които сега се използват в автомобилостроенето, могат лесно да се зареждат с помощта на слънчева енергия. Това може да отвори редица възможности:

Отдалечени приложения, като радио маяци, където всичко, включително слънчевата клетка, може безопасно да се помести в здрав стъклен корпус, като сладък буркан.

Перфектен за верига тип Joule Thief с един супер кондензатор, който потенциално захранва няколко вериги едновременно.

Супер кондензаторите могат лесно да бъдат свързани паралелно като всички кондензатори, също така е възможно да се поставят два последователно без усложняване на балансиращите резистори. Виждам възможността паралелно да разполагаме с достатъчно от тези последни единици, за да зареждаме мобилен телефон, например, много бързо чрез патентован преобразувател на напрежение.