Как построить простой автоматический садовый светильник на солнечной энергии

Тем, кто проявляет большой интерес к садоводству, садовый светильник даст возможность любоваться красотой своих растений даже в ночное время. Эти фонари обычно размещают внутри сада, вдали от электрических розеток, потому что не рекомендуется прокладывать провода через почву в саду, которая будет влажной и большую часть времени будет работать. Вот где на сцену выходят садовые фонари на солнечных батареях. Эти фонари будут иметь батарею, которая будет заряжаться через солнечную панель в дневное время, а в ночное время энергия от батареи будет использоваться для питания фонарей, и цикл повторяется. В некоторых из наших предыдущих статей мы построили несколько проектов, связанных с солнечной энергией, таких как зарядное устройство для сотового телефона на солнечной энергии и схема солнечного инвертора.

В этом проекте мы собираемся построить простой и дешевый солнечный садовый светильник своими руками. Солнечная панель будет заряжать литиевую батарею в дневное время, а когда наступит ночь, батарея снова включит свет до дневного времени. В отличие от других схем, мы не будем использовать микроконтроллер или датчик, потому что идея проекта состоит в том, чтобы уменьшить количество компонентов, чтобы снизить цену и сложность схемы. При этом давайте начнем строить самодельный солнечный свет !!

Дизайн солнечного сада

Прежде чем выбрать стоимость компонентов и перейти к принципиальной схеме, необходимо выбрать нагрузку для нашего проекта. Под нагрузкой мы ссылаемся на тип садового света, который мы будем использовать в нашем проекте. Потому что номинальное напряжение и ток света решают, как может быть спроектирована схема.

Светодиоды, которые мы используем в этом проекте нормальные китайские светодиоды с рабочим напряжением 3.2V с максимумом 4.5V прямого напряжения. Следовательно, если два светодиода соединены последовательно, прямое напряжение будет 6,4 В. Светодиоды, используемые в нашем проекте, показаны ниже.

Таким образом, литиевая батарея на 7,4 В сможет обеспечить от минимум 6,4 В (полностью разряженный) до максимального 8,4 В (полностью заряженный). Поэтому в этом проекте в качестве источника питания используется литиевая батарея 7,4 В, то же самое показано ниже. Если вы совершенно не знакомы с литиевыми батареями, вы можете прочитать эту статью «Основы работы с литиево-ионными батареями», чтобы лучше понять их свойства.

Батарея, выбранная для этого приложения, будет иметь встроенную схему защиты, которая защитит батарею от перезаряда, глубокой разрядки и состояний, связанных с коротким замыканием. Если ваша батарея не поддерживает эти функции, обязательно используйте внешний модуль защиты, потому что литиевые батареи могут стать очень нестабильными и даже взорваться при неправильном обращении.

Схема цепи солнечного света в саду

Схема солнечного садового освещения будет состоять из двух частей. Один заряжается, а другой управляет светодиодами. Полная принципиальная схема состоит из двух частей, первая часть приведена ниже.

N-канальный полевой МОП-транзистор Q2, IRF540N используется для управления зарядом. Потенциометр R1 используется для установки уровня напряжения батареи путем управления напряжением затвора на N-канальном полевом МОП-транзисторе Q2. Выпрямительный диод Шоттки D1 ​​- это SR160, диод Шоттки на 1 А 60 В, который используется для защиты аккумулятора от обратной полярности, а также для блокировки обратного потока во время разрядки. Выходной диод Шоттки D2 используется для изоляции напряжения зарядного устройства от напряжения аккумулятора.

Другая часть схемы используется для включения светодиода в темноте. Это выполняется другим МОП-транзистором Q1 с P-каналом, который является IRF9540. Затвор MOSFET контролируется солнечным напряжением. Таким образом, всякий раз, когда солнечные элементы производят напряжение, полевой МОП-транзистор остается выключенным, но в темноте или ночью элементы не вырабатывают напряжение, и полевой МОП-транзистор включается. Благодаря использованию полевого МОП-транзистора с каналом P полностью исключается дополнительная схема LDR и компаратора.

Теперь во второй части схемы светодиоды включены последовательно-параллельно. Два последовательно соединенных светодиода увеличивают прямое напряжение вдвое, чем один светодиод, но ток, протекающий через светодиоды, разделяется. 4 параллельных соединения выполняются двумя последовательно включенными светодиодами. Дополнительные светодиоды, включенные параллельно, увеличивают ток и влияют на резервный аккумулятор.

По оценкам, ток, протекающий через каждую серию, составляет почти 40 мА. Следовательно, 4 параллельных цепочки потребляют ток 160 мА. Аккумулятор, выбранный для этого проекта, будет эффективно светить светодиодами в течение почти 5-6 часов при номинальном заряде. Можно увеличить количество светодиодных цепочек в соответствии с потребностями.

Строительство солнечного света в саду

Для построения схемы требуются следующие компоненты -

1. Литиевая батарея 7,4 В (мАч зависит от времени автономной работы) со встроенной схемой защиты.
2. Светодиоды с прямым напряжением 3,5 В (возможно и другое напряжение, но конструкция светодиодной ленты будет другой)
3. IRF9540N - P-канал Mosfet
4. IRF540N - МОП-транзистор N канала
5. SR160 диод Шоттки 2 шт.
6. Резистор 680R
7. Потенциометр 50k
8. Резистор 4,7 кОм
9. Солнечная панель 15–18 В с номинальным током более 300 мА, если выбрана батарея 3600 мАч.
10. Провода для подключения солнечной панели и светодиодов
11. Монтажные провода

На изображении ниже показана распиновка N-канала IRF540N и Mosfet с P-каналом IRF9540, которые мы будем использовать в этом проекте.

Как только схема солнечного садового освещения построена на макете, моя схема будет выглядеть так, как показано ниже.

Мы использовали солнечную панель со следующими характеристиками.

Это солнечная панель мощностью 10 Вт с выходом 18 В. Солнечная панель помещается на яркий солнечный свет в пиковые солнечные условия. Потенциометр контролируется, чтобы напряжение на D2 составляло 8,5 В. Это связано с зарядным напряжением, так как напряжение литиевой батареи будет 8,4 В, когда она полностью заряжена. Когда батарея начинает заряжаться, последовательно с батареей подключают амперметр для проверки тока заряда. Вы также можете импровизировать проект с помощью солнечного трекера для максимальной зарядки аккумулятора, но это выходит за рамки этого проекта.

Как вы можете проверить по показаниям мультиметра ниже, ток заряда составляет почти 300 мА. Это изменение будет зависеть от состояния солнца, оно будет увеличиваться в солнечный день и уменьшаться в пасмурные дни.

В ночное время, когда солнечная панель не получает излучения, выходной ток от панели не будет, и, следовательно, аккумулятор перестанет заряжаться и загорятся светодиодные индикаторы. Полную работу проекта можно также увидеть в видео по ссылке ниже, где мы демонстрируем, как свет включается автоматически, если панель не получает излучения.

Дальнейшие улучшения

Схема представляет собой базовую схему зарядного устройства литиевой батареи для простого проекта, связанного с садовым освещением. Таким образом, он не затрагивает никаких вопросов безопасности. Для правильной зарядки и использования правильного метода солнечной зарядки с использованием MPPT (Maximum Power Point Tracker) можно использовать специальные драйверы IC.

Поскольку это проект для работы на открытом воздухе, необходимо использовать соответствующую печатную плату вместе с закрытой коробкой. Корпус должен быть изготовлен таким образом, чтобы цепь оставалась водонепроницаемой во время дождя. Чтобы изменить эту схему или обсудить дальнейшие аспекты этого проекта, любезно используйте активный форум дайджеста схемы.