Jak spustit hodiny baterie na sluneční energii: 15 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Tento příspěvek navazuje na předchozí v roce 2016 (viz zde), ale v mezidobí došlo k vývoji komponentů, které výrazně usnadňují práci a zlepšují výkon. Zde uvedené techniky umožní snadné nasazení hodin poháněných solární energií na takových místech, jako je zimní zahrada nebo krytá veranda, a případně uvnitř domu, kde je během dne k dispozici dostatečné množství světla, například u okna nebo prosklených vnějších dveří, ale toto by bylo předmětem experimentu. Použití rádiem ovládaných hodin otevírá možnost mít hodinky, které mohou být ponechány roky bez dozoru.

Bezpečnost Uvědomte si, že velký superkondenzátor pojme spoustu energie a pokud je zkratován, může generovat dostatek proudu, aby dráty na krátkou dobu zářily červeně.

Dodal bych, že hodiny zobrazené v prvním Instructable stále běží šťastně.

Krok 1: Nové super kondenzátory

Výše uvedený obrázek ukazuje superkondenzátor s kapacitou 500 Faradů. Ty jsou nyní levně dostupné na eBay a používají se v automobilovém inženýrství. Jsou výrazně větší než 20 nebo 50 Faradových jednotek běžně dostupných v době mého prvního článku. Na obrázku vidíte, že jsou fyzicky poměrně velké a nevejdou se za většinu hodin a musí být umístěny samostatně.

Velmi důležité pro náš účel je, že když je nabitý až na 1,5 voltu, je v kondenzátoru 500 Farad dostatek uložené energie pro provoz typických hodin baterie po dobu přibližně tří týdnů, než napětí klesne těsně nad volt a hodiny se zastaví. To znamená, že kondenzátor může udržovat hodiny v tupých obdobích v zimě, kdy je sluneční energie nedostatek, a poté dohnat jasný den.

Zde lze také zmínit, že v poslední době se do módy dostaly velké venkovní hodiny, které by byly velmi přístupné technikám uvedeným v článku. (Zda budou tyto venkovní hodiny dostatečně robustní, aby vydržely venku po dlouhou dobu, je sporný bod.)

Krok 2: Požadované součásti

Budete potřebovat hodiny na baterii. Ten, který je uveden v tomto článku, má průměr 12 palců a je rádiem řízen společností Anthorn ve Velké Británii, která vysílá na 60 kHz. Byl zakoupen v místním obchodě.

Ostatní komponenty jsou uvedeny na obrázku výše.

Jeden superkondenzátor 500 Farad. (eBay.)

Jedno 6voltové solární pole 100mA. Ten, který je zde zobrazen, má rozměry 11 cm x 6 cm a byl získán od společnosti Messrs CPS Solar:

www.cpssolar.co.uk

ale široce dostupné na internetu.

Zbývající součásti jsou široce dostupné od dodavatelů elektronických součástek. Používám pánové Bitsbox:

www.bitsbox.co.uk/

1 2N3904 křemíkový NPN tranzistor. Dobrý pracant, ale jakýkoli silikonový NPN bude fungovat.

4 1N4148 křemíková dioda. Není rozhodující, ale požadovaný počet se může lišit, viz pozdější text.

1 100 x 75 x 40 mm kryt ABS. Použil jsem černou, protože solární článek je černý. V mém případě byl superkondenzátor vybaven velmi malou volností-možná budete muset jít na další velikost krabice!

Kus stripboardu. Můj byl vyříznut z kusu 127 x 95 mm a dává správnou šířku štěrbině do krabice ABS.

Budete potřebovat červený a černý splétaný drát a pro konečnou montáž jsem použil kousek prázdné desky s plošnými spoji a pružné silikonové lepidlo.

K elektronické konstrukci budete potřebovat skromné nástroje včetně páječky.

Krok 3: Okruh

Super kondenzátor má maximální jmenovité napětí 2,7 voltů. Ke spuštění hodin potřebujeme napětí mezi 1,1 a 1,5 voltů. Běžné pohyby hodin elektrických baterií mohou tolerovat napětí nad tímto, ale rádiové hodiny mají elektronické obvody, které se mohou stát nevyrovnanými, pokud je napájecí napětí příliš vysoké.

Výše uvedený obvod ukazuje jedno řešení. Obvod je v podstatě sledovatel emitorů. Výkon solárního článku je aplikován na kolektor tranzistoru 2N3904 a na základnu přes odpor 22k Ohm. Od základny k zemi máme řetězec čtyř křemíkových signálních diod 1N4148, které napájené odporem 22 kOhm mají za následek napětí kolem 2,1 voltu na tranzistorové základně, protože každá dioda má pod nimi pokles napětí vpřed přibližně o polovinu voltu podmínky. Výsledné napětí na emitoru tranzistoru napájejícího super kondenzátor je kolem požadovaných 1,5 V, protože v tranzistoru dochází k poklesu napětí o 0,6 V. Normální blokovací dioda nutná k zabránění úniku proudu zpět solárním článkem není nutná, protože tuto úlohu vykonává přechod základního emitoru tranzistoru.

Je to hrubé, ale velmi účinné a levné. Jedna Zenerova dioda by mohla nahradit řetězec diod, ale nízkonapěťové Zenery nejsou tak široce dostupné jako ty s vyšším napětím. Vyšší nebo nižší napětí lze dosáhnout použitím více nebo méně diod v řetězci nebo použitím různých diod s různými charakteristikami dopředného napětí.

Krok 4: Otestujte náš obvod 1

Před vytvořením konečné „tvrdé“verze musíme otestovat náš obvod, abychom zkontrolovali, zda je vše v pořádku a že generujeme správné napětí pro superkondenzátor a hlavně, že generované napětí nesmí překročit hodnotu 2,7 voltu.

Na výše uvedeném obrázku uvidíte testovací obvod, který je velmi podobný schématu uvedenému v předchozím kroku, ale zde byl superkondenzátor nahrazen elektrolytickým kondenzátorem 1000 microFarad, který má paralelně odpor 47 kOhm. Rezistor umožňuje únik napětí a poskytuje tak aktuální odečty podle toho, jak se mění světelný vstup.

Krok 5: Otestujte náš obvod 2

Na výše uvedeném obrázku můžete vidět, jak byl obvod dočasně zapojen na nepájivé desce s napěťovým výstupem měřeným na multimetru. Okruh byl rozložen poblíž okna s dostupnými žaluziemi pro změnu světla dopadajícího na fotobuňku.

Multimetr ukazuje uspokojivých 1,48 voltů, které se měnily plus nebo mínus 0,05 voltu, jak se měnil světelný vstup. To je přesně to, co je požadováno, a tuto sbírku komponent lze použít.

Pokud není výsledek správný, můžete v této fázi přidat nebo odebrat diody z řetězce pro zvýšení nebo snížení výstupního napětí nebo experimentovat s různými diodami s různými dopřednými charakteristikami.

Krok 6: Cut Stripboard

V mém případě to bylo velmi snadné, protože tabule má šířku 127 mm a byl řezán kus, který se zasunul do výlisků v krabici ABS.

Krok 7: Připravte si solární článek

U některých solárních polí můžete zjistit, že červené a černé vodiče již byly připájeny ke kontaktům na solárním článku, jinak připájejte délku černého lanka k zápornému spojení solárního článku a podobnou délku červeného lanka ke kladnému spojení. Aby se zabránilo odtržení spojů od solárního panelu během stavby, ukotvil jsem drát k tělu solárního článku pomocí pružného silikonového lepidla a nechal jsem to nastavit.

Krok 8: Aplikujte solární článek na ABS box

Vyvrtejte do spodní části krabice ABS malý otvor pro připojovací kabely. Podle obrázku naneste čtyři velké kapky silikonového lepidla, protáhněte spojovací kabely otvorem a opatrně naneste solární článek. Solární článek bude hrdý na box ABS, který umožní, aby propojovací kabely procházely pod ním, takže velké množství lepidla musí být velké-změnit názor v této fázi bude velmi chaotické! Nechte nastavit.

Krok 9: Zkontrolujte svou práci

Nyní byste měli mít něco jako výsledek na obrázku výše.

Krok 10: Vyvrtejte otvor pro napájení, abyste mohli opustit modul solární energie

V této fázi musíme myslet dopředu a zvážit, jak síla opouští pohonnou jednotku a napájí se až k hodinám, a potřebujeme vyvrtat otvor v krabici ABS, aby to bylo možné. Výše uvedený obrázek ukazuje, jak jsem to udělal, ale mohl jsem to udělat lépe, když jsem šel více do středu, čímž jsem umístil dráty do méně viditelné polohy. Vaše hodiny se pravděpodobně budou lišit, proto jim nabídněte pohonnou jednotku a vypracujte si nejlepší polohu pro svůj otvor, který by měl být vyvrtán nyní, než bude krabice vybavena různými součástmi.

Krok 11: Pájejte součásti na pásku

Pájejte součásti na pásovou desku jako na obrázku výše. Obvod je jednoduchý a je zde dostatek prostoru pro rozložení komponent. Nebojte se nechat pájku přemostit dvě řady mědi pro spojení se zemí, pozitivem a výstupem. Moderní stripboard je poměrně choulostivý a pokud budete příliš dlouho pájet a odpájet, stopy se mohou zvednout.

Krok 12: Sestavte solární jednotku

Pomocí černého a červeného lanka a přísného dodržování polarity připojte vodiče solárního panelu k stripboardu a výstupní výkon k super kondenzátoru a poté vytvořte pár 18palcových vodičů, které se nakonec připojí k hodinám. Použijte dostatek drátu, který umožní sestavení pouze mimo krabici. Nyní zasuňte sestavu stripboardu do slotů v boxu ABS a pomocí superkondenzátoru použijte podložky Blu-Tack, aby jednotka držela na svém místě. Z bezpečnostních důvodů používejte maskovací pásku, která drží od sebe holé konce výstupních vodičů, aby nedošlo ke zkratu. Jemně uvolněte přebytečný drát do zbývajícího prostoru v krabici a poté zašroubujte víko.

Krok 13: Připojte jednotku k hodinám

Každé hodiny budou jiné. V mém případě bylo spojení hodin se solární jednotkou jednoduše otázkou použití kusu obyčejné jednostranné desky s plošnými spoji přibližně čtyři a půl krát dva palce přilepené k hodinám a solární jednotce silikonovým lepidlem a umožňující nastavení. Laminát na podlahu by mohl stačit. Jednotku zatím nepřipojujte elektricky, ale umístěte hodiny a solární panel na sluneční světlo nebo na světlé místo a nechte superkondenzátor nabíjet až 1,4 voltů.

Jakmile je kondenzátor nabitý, připojte vodiče k hodinám pomocí dřevěné hmoždinky, která spoje přidrží. Hodiny by nyní měly běžet.

Na doprovodném obrázku si všimněte, že uvolněné dráty byly uklizeny pomocí několika blob Blu-Tack.

Krok 14: Hotovo

Na výše uvedeném obrázku je vidět, jak moje hodiny šťastně běží v naší zimní zahradě, kde by měly běžet dál a dál, aby se vyrovnaly s osmihodinovými zimními dny a „pádem vpřed“. Napájecí napětí měří 1,48 voltu, přestože jsme za podzimní rovnodenností se zkracujícími se dny.

Toto nastavení by možná mohlo být rozmístěno uvnitř domu, ale to by muselo být předmětem experimentu. V současné době mají domy ve Velké Británii menší okna a okolní světlo může být trochu tlumené, ale umělé světlo by mohlo napravit rovnováha.

Krok 15: Některé poslední myšlenky

Někdo může poukázat na to, že baterie jsou velmi levné, tak proč se trápit? Odpověď není snadná, ale pro mě je to uspokojení ze spuštění něčeho, co může bez dozoru běžet roky a roky možná na vzdáleném a nepřístupném místě.

Další platnou otázkou je „Proč nepoužít místo superkondenzátoru nabíjecí článek Ni/Mh?“. To by fungovalo, elektronika by mohla být mnohem jednodušší a 1,2 voltové provozní napětí takového článku by právě obsluhovalo požadavek na minimální napětí hodin baterie. Dobíjecí články však mají omezenou životnost, zatímco doufáme, že superkondenzátory budou mít životnost, kterou očekáváme od jakékoli jiné elektronické součástky, i když to se teprve uvidí.

Tento projekt ukázal, že superkondenzátory s vysokou hodnotou, které se nyní používají v automobilovém inženýrství, lze snadno nabíjet pomocí sluneční energie. To by mohlo otevřít řadu možností:

Vzdálené aplikace, jako jsou rádiové majáky, kde vše, včetně solárního článku, může být bezpečně umístěno v robustním skleněném pouzdře, jako je sladká dóza.

Ideální pro obvody typu Joule Thief s jedním superkondenzátorem potenciálně napájejícím několik obvodů současně.

Super kondenzátory lze snadno zapojit paralelně jako všechny kondenzátory a také je možné umístit dva do série bez komplikací vyvažovacích odporů. Vidím možnost dostatečného souběhu těchto jednotek paralelně k rychlému nabíjení mobilního telefonu, například prostřednictvím patentovaného převodníku zvýšeného napětí.