Güneş Enerjisiyle Pil Saati Nasıl Çalıştırılır: 15 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

Bu katkı, 2016'daki bir önceki katkının devamı niteliğindedir (buraya bakınız,) ancak aradan geçen dönemde, işi çok daha kolay hale getiren ve performansı iyileştiren bileşenlerde gelişmeler olmuştur. Burada gösterilen teknikler, güneş enerjisiyle çalışan bir saatin kış bahçesi veya korunaklı sundurma gibi yerlerde ve muhtemelen gün içinde bir pencere veya camlı dış kapı gibi yeterli ışığın mevcut olduğu bir evin içinde kolayca yerleştirilmesini sağlayacaktır, ancak bu deneye tabi tutulacaktı. Radyo kontrollü bir saatin kullanılması, yıllarca başıboş bırakılabilecek bir saate sahip olma olasılığını açar.

Güvenlik Büyük bir süper kapasitörün çok fazla enerji tutabileceğini ve kısa devre yapıldığında kabloların kısa bir süre için kırmızı yanmasına yetecek kadar akım üretebileceğini unutmayın.

İlk Instructable'da gösterilen saatlerin hala mutlu bir şekilde çalıştığını eklerdim.

Adım 1: Yeni Süper Kapasitörler

Yukarıdaki resimde 500 Farad kapasiteli bir süper kapasitör gösterilmektedir. Bunlar artık eBay'de ucuza bulunabiliyor ve otomotiv mühendisliği uygulamalarında kullanılıyor. İlk makalem sırasında rutin olarak mevcut olan 20 veya 50 Farad biriminden çok daha büyükler. Resimde, fiziksel olarak oldukça büyük olduklarını ve çoğu saatin arkasına sığmayacaklarını ve ayrı olarak yerleştirilmeleri gerektiğini görebilirsiniz.

Amacımız için çok önemli olan, 1,5 Volt'a kadar şarj edildiğinde, 500 Farad kapasitörde, voltaj bir Volt'un biraz üzerine düşmeden ve saat durmadan önce tipik bir pil saatini yaklaşık üç hafta çalıştırmak için yeterli depolanmış enerji olmasıdır. Bu, kapasitörün, güneş enerjisinin yetersiz olduğu kışın donuk dönemlerde saati çalıştırabileceği ve ardından parlak bir günü yakalayabileceği anlamına gelir.

Burada ayrıca büyük dış mekan saatlerinin son zamanlarda moda haline geldiği ve bunların makalede gösterilen tekniklere çok uygun olacağından da bahsedilebilir. (Bu dış mekan saatlerinin dışarıda uzun süre dayanacak kadar sağlam olup olmayacağı tartışmalı bir noktadır.)

2. Adım: Gerekli Bileşenler

Bir pil saatine ihtiyacınız olacak. Bu makalede gösterilenin çapı 12 inçtir ve 60 kHz'de yayın yapan İngiltere'deki Anthorn'dan radyo kontrollüdür. Yerel bir mağazadan satın alındı.

Diğer bileşenler yukarıdaki resimde gösterilmiştir.

Bir adet 500 Farad süper kapasitör. (eBay.)

Bir adet 6 Volt 100mA güneş dizisi. Burada gösterilen 11cm x 6 cm'dir ve Messrs CPS Solar'dan alınmıştır:

www.cpssolar.co.uk

ancak internette yaygın olarak bulunur.

Kalan bileşenler, elektronik bileşen tedarikçilerinden yaygın olarak temin edilebilir. Bay Bitsbox kullanıyorum:

www.bitsbox.co.uk/

1 2N3904 silikon NPN transistör. İyi bir beygir ancak herhangi bir silikon NPN işe yarayacaktır.

4 1N4148 silikon diyot. Kritik değil, ancak gerekli sayı değişebilir, sonraki metne bakın.

1 100 x 75 x 40 mm ABS muhafaza. Güneş pili siyah olduğu için siyah kullandım. Benim durumumda, süper kapasitör çok az boşlukla donatılmış - bir sonraki kutu boyutunu büyütmeniz gerekebilir!

Stripboard parçası. Benimki 127x95mm'lik bir parçadan kesildi ve ABS kutusuna yerleştirmek için doğru genişliği veriyor.

Kırmızı ve siyah telli kabloya ihtiyacınız olacak ve son montaj için bir parça boş baskılı devre kartı ve esnek silikon yapıştırıcı kullandım.

Bir havya dahil elektronik yapı için mütevazı araçlara ihtiyacınız olacak.

Adım 3: Devre

Süper kapasitör maksimum 2,7 Volt voltaj değerine sahiptir. Saatimizi çalıştırmak için 1,1 ile 1,5 Volt arasında ihtiyacımız var. Sıradan pilli elektrikli saat hareketleri, bunun üzerindeki voltajları tolere edebilir, ancak radyo saatinde, besleme voltajı çok yüksekse kararsız hale gelebilecek elektronik devreler vardır.

Yukarıdaki devre bir çözümü göstermektedir. Devre esasen bir emitör takipçisidir. Güneş pili çıkışı, 2N3904 transistörün kolektörüne ve 22k Ohm direnç üzerinden tabana uygulanır. Tabandan toprağa, 22k Ohm direnç tarafından beslenen dört adet 1N4148 silikon sinyal diyot zincirine sahibiz, bu, transistör bazında yaklaşık 2,1 Volt'luk bir voltaj ile sonuçlanır, çünkü her diyot, bunların altında yaklaşık yarım voltluk bir ileri voltaj düşüşüne sahiptir. koşullar. Süper kapasitörü besleyen transistör emitörde ortaya çıkan voltaj, transistörde 0,6 Volt voltaj düşüşü olduğundan gerekli olan 1,5 Volt civarındadır. Transistörün taban emitör bağlantısı bu işi yaptığından, akımın güneş pilinden geri sızmasını önlemek için gereken normal engelleme diyotu gerekli değildir.

Bu ham ama çok etkili ve ucuz. Tek bir Zener diyotu, diyot zincirinin yerini alabilir, ancak düşük voltajlı Zener'ler, yüksek voltajlı olanlar kadar yaygın değildir. Zincirde daha fazla veya daha az diyot kullanılarak veya farklı ileri voltaj özelliklerine sahip farklı diyotlar kullanılarak daha yüksek veya daha düşük voltajlar elde edilebilir.

Adım 4: Devremizi Test Edin 1

Son 'sert' versiyonu üretmeden önce, her şeyin yolunda olduğunu ve süper kapasitör için doğru voltajı ürettiğimizi ve en önemlisi üretilen voltajın 2,7 Volt değerini aşamayacağını kontrol etmek için devremizi test etmemiz gerekiyor.

Yukarıdaki resimde, bir önceki adımda gösterilen şemaya çok benzeyen test devresini göreceksiniz, ancak burada süper kapasitör, paralel olarak 47 kOhm dirençli 1000 mikroFarad elektrolitik kondansatör ile değiştirildi. Direnç, ışık girişi değiştikçe güncel bir okuma sağlamak için voltajın sızmasına izin verir.

Adım 5: Devre 2'yi Test Edin

Yukarıdaki resimde, devrenin bir multimetre üzerinde ölçülen voltaj çıkışı ile lehimsiz bir devre tahtası üzerinde geçici bir biçimde nasıl kablolandığını görebilirsiniz. Devre, fotosele ulaşan ışığı değiştirmek için panjurların bulunduğu bir pencerenin yanına yerleştirildi.

Multimetre, ışık girişi değiştikçe artı veya eksi 0,05 Volt değişen tatmin edici bir 1,48 Volt gösterir. Bu tam olarak gerekli olan şeydir ve bu bileşen koleksiyonu kullanılabilir.

Sonuç doğru değilse bu aşamada çıkış gerilimini artırmak veya azaltmak için zincire diyot ekleyip çıkartabilir veya farklı ileri karakteristiklere sahip farklı diyotlarla deneyler yapabilirsiniz.

Adım 6: Stripboard'u Kesin

Benim durumumda bu, şerit levhanın genişliği 127 mm olduğundan ve ABS kutusunun pervazlarına yerleştirmek için bir parça kesildiğinden bu çok kolaydı.

Adım 7: Güneş Pilinizi Hazırlayın

Bazı güneş enerjisi dizilerinde, kırmızı ve siyah tellerin güneş pili üzerindeki kontaklara zaten lehimlenmiş olduğunu görebilirsiniz, aksi takdirde güneş pilinin negatif bağlantısına bir uzunlukta siyah telli kabloyu lehimleyin ve benzer uzunlukta kırmızı telli kabloyu pozitife lehimleyin. bağlantı. İnşaat sırasında bağlantıların güneş panelinden çekilmesini önlemek için teli esnek silikon yapıştırıcı kullanarak güneş pili gövdesine tutturdum ve bunu kurumaya bıraktım.

Adım 8: Güneş Pilini ABS Kutusuna Uygulayın

Bağlantı kabloları için ABS kutusunun altına küçük bir delik açın. Dört büyük parça silikon yapıştırıcıyı gösterildiği gibi uygulayın, bağlantı uçlarını delikten geçirin ve güneş pilini nazikçe uygulayın. Güneş pili, bağlantı kablolarının alttan geçmesine izin vermek için ABS kutusuyla gurur duyacaktır, bu nedenle büyük yapıştırıcı parçalarının büyük olması gerekir - bu aşamada fikrinizi değiştirmek çok dağınık olacaktır! Ayarlamak için bırakın.

9. Adım: Çalışmanızı İnceleyin

Şimdi yukarıdaki resimdeki sonuç gibi bir şeye sahip olmalısınız.

Adım 10: Güneş Enerjisi Modülünden Çıkış Gücü İçin Bir Delik Açın

Bu aşamada ileriyi düşünmemiz ve gücün güç ünitesinden nasıl ayrıldığını ve saate nasıl beslendiğini düşünmemiz gerekiyor ve buna izin vermek için ABS kutusunda bir delik açmamız gerekiyor. Yukarıdaki resim nasıl yaptığımı gösteriyor ama ortalara doğru giderek daha iyi yapabilirdim, böylece telleri daha az görünür bir konuma yerleştirebilirdim. Saatiniz büyük olasılıkla farklı olacaktır, bu nedenle güç ünitesini buna göre ayarlayın ve kutu çeşitli bileşenlerle donatılmadan önce delinmesi gereken deliğiniz için en iyi konumu belirleyin.

Adım 11: Bileşenleri Stripboard'a Lehimleyin

Bileşenleri yukarıdaki resimdeki gibi stripboard'a lehimleyin. Devre basittir ve bileşenleri yaymak için bolca yer vardır. Toprak, pozitif ve çıkış bağlantıları için lehimin iki sıra bakır arasında köprü oluşturmasına izin vermekten çekinmeyin. Modern stripboard oldukça hassastır ve çok uzun lehimleme ve lehim sökme harcarsanız, raylar kalkabilir.

Adım 12: Güneş Enerjisi Ünitesini Birleştirin

Siyah ve kırmızı telli kabloyu kullanarak ve polariteyi kesinlikle gözlemleyerek, güneş paneli uçlarını şerit levhaya ve çıkış gücünü süper kapasitöre bağlayın ve daha sonra, sonunda saate bağlanacak bir çift 18 inç kablo yapın. Kutunun hemen dışında montaja izin verecek kadar kablo kullanın. Şimdi şerit tahtası düzeneğini ABS kutusundaki yuvalara yerleştirin ve üniteyi yerinde tutmak için Blu-Tack pedlerini kullanarak süper kapasitörle takip edin. Güvenlik için, kısa devre yapmalarını önlemek için çıkış uçlarının çıplak uçlarını ayrı tutmak için maskeleme bandı kullanın. Fazla teli kutuda kalan boşluğa yavaşça bırakın ve ardından kapağı vidalayın.

Adım 13: Üniteyi Saate Bağlayın

Her Saat farklı olacaktır. Benim durumumda saati güneş enerjisi ünitesiyle birleştirmek, saate ve güneş ünitesine silikon yapıştırıcı ile yapıştırılmış yaklaşık dört buçuk x iki inç düz tek taraflı baskılı devre kartının kullanılması ve ayarlanmasına izin verilmesi meselesiydi. Zemin laminat yeterli olabilir. Üniteyi henüz elektriksel olarak bağlamayın, saat ve güneş panelini güneş ışığına veya aydınlık bir yere yerleştirin ve süper kapasitörün 1.4Volt'a kadar şarj olmasına izin verin.

Kondansatör şarj edildikten sonra, bağlantıları tutmak için uzun bir tahta dübel kullanarak kabloları saate bağlayın. Saat şimdi çalışmalıdır.

Ekteki resimde, gevşek kabloların birkaç Blu-Tack blob ile toplandığına dikkat edin.

Adım 14: Tamamlandı

Yukarıdaki resim, kış bahçemizde sekiz saatlik kış günleri ve 'ilkbahar ileri geri düşüşü' ile başa çıkmak zorunda olduğu yerde mutlu bir şekilde çalışan saatimi gösteriyor. Günlerin kısalmasıyla birlikte sonbahar ekinoksunu geçmiş olmamıza rağmen besleme gerilimi 1,48 Volt olarak ölçülmektedir.

Bu kurulum muhtemelen evin içine yerleştirilebilir, ancak bunun bir deney konusu olması gerekir. Bu günlerde İngiltere'deki evlerde daha küçük pencerelere sahip olma eğilimi var ve ortam ışığı biraz loş olabilir ancak yapay ışık durumu düzeltebilir. denge.

Adım 15: Bazı Son Düşünceler

Bazıları pillerin çok ucuz olduğuna dikkat çekebilir, bu yüzden neden rahatsız oluyorsunuz? Cevaplaması kolay bir soru değil ama benim için, muhtemelen uzak ve erişilemez bir yerde yıllarca ve yıllarca gözetimsiz çalışabilecek bir şeyi başlatmanın tatmini.

Bir başka geçerli soru da "Neden süper kapasitör yerine Ni/Mh şarj edilebilir hücre kullanmıyorsunuz?". Bu işe yarar, elektronikler çok daha basit olabilirdi ve böyle bir hücrenin 1,2 Volt çalışma voltajı, bir pil saatinin minimum voltaj gereksinimine hizmet ederdi. Bununla birlikte, şarj edilebilir pillerin sınırlı bir ömrü vardır, oysa süper kapasitörlerin diğer elektronik bileşenlerden beklediğimiz ömre sahip olacağını umuyoruz, ancak bu daha sonra görülecektir.

Bu proje, şu anda otomotiv mühendisliğinde kullanılan yüksek değerli süper kapasitörlerin güneş enerjisi kullanılarak kolayca şarj edilebileceğini göstermiştir. Bu, bir dizi olasılık açabilir:

Güneş pili dahil her şeyin şeker kavanozu gibi sağlam bir cam muhafazaya güvenli bir şekilde yerleştirilebildiği radyo işaretçileri gibi uzak uygulamalar.

Potansiyel olarak aynı anda birden fazla devre sağlayan bir süper kapasitörlü Joule Hırsızı tipi devre için mükemmeldir.

Süper kapasitörler, tüm kapasitörler gibi kolayca paralel bağlanabilir, ayrıca dengeleme dirençlerinin karmaşıklığı olmadan iki tane seri olarak yerleştirmek mümkündür. Bir cep telefonunu, örneğin, tescilli bir yükseltici voltaj dönüştürücü aracılığıyla çok hızlı bir şekilde şarj etmek için bu son birimlerden yeterli paralelliğe sahip olma olasılığını görebiliyorum.