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Dec 11, 2023

So erstellen Sie eine automatische Solaranlage

Mit minimalen Grundschaltelementen können Sie nachts ein Licht zum Leuchten bringen

Mit einem Minimum an Grundschaltkreiselementen können Sie nachts ein Licht zum Leuchten bringen und müssen nicht für die dafür benötigte Energie bezahlen.

DIY-Solarlichtprojekte bieten eine wirtschaftliche und effiziente Möglichkeit, Häuser mit Energie aus der Sonne zu versorgen. Daher ist es sinnvoll, ein Straßenbeleuchtungssystem aufzubauen, das tagsüber eine Batterie mit Sonnenenergie auflädt und diese dann nachts zur Beleuchtung der Straße nutzt. Und Sie können es selbst machen!

Eine elektronische Schaltung steuert dieses System und schaltet die LED-Lampe nachts automatisch ein und tagsüber aus. Wir werden auch eine Batterieschutzschaltung einbauen, um die Batterie vor Tiefentladung zu schützen.

Dieses System erfordert 5 Haupteinheiten:

Zum Laden des Akkus haben wir ein kleines 10-W-Solarpanel verwendet (Sie können je nach Ihrem Energiebudget/Ihren Anforderungen auch ein größeres wählen). Es kann eine 12-V-Batterie laden und bei maximaler Leuchtkraft einen Kurzschlussstrom von 0,62 A liefern. Seine physische Größe beträgt etwa 12 x 9 Zoll.

Wir haben eine 12-VDC-Batterie mit einer Stromkapazität von 4 Ah verwendet. Tagsüber erzeugen die Solarpaneele Strom, der zum Laden der Batterie verwendet wird. Die Batterie kann bei voller Ladung eine maximale Leerlaufspannung von 13,7 V haben und sollte aufgeladen werden, wenn die Batteriespannung auf 11 VDC abfällt.

Um die Batterie aufzuladen, wird das rote Kabel des Solarpanels (positive Polarität) über eine Zenerdiode, die auf dem Veroboard angelötet ist, wo auch die elektronische Schaltung platziert ist, mit dem Pluspol der Batterie verbunden.

Die Zenerdiode wird so platziert, dass die Kathode (+ Anschluss) mit dem Solarpanel und die Anode (- Anschluss) über Drähte mit dem Pluspol der Batterie verbunden ist. Die Zenerdiode sorgt für die Isolierung zwischen Solarpanel und Batterie, was besonders im Dunkeln hilfreich ist, wenn der Schaltkreis Solarpanelspannung benötigt, um das Licht einzuschalten. Das schwarze Kabel (negative Polarität) wird direkt an den Minuspol der Batterie angeschlossen.

Wenn das Solarpanel Sonnenlicht ausgesetzt ist, liefert es Strom zum Laden der Batterie, dessen Menge von der Intensität des Sonnenlichts abhängt. Eine LED-Glühbirne bezieht Strom aus der Batterie. Eine elektronische Schaltung steuert die Glühbirne mithilfe von Sensordaten (Solarpanelspannung). Verbinden Sie den Pluspol oder die Kathode der LED-Lampe mit dem Pluspol der Batterie, während Sie die Anode der LED mit dem Punkt verbindenCwie in den Schaltplänen dargestellt.

Die elektronische Schaltung besteht aus zwei Teilen. Einer dient zur Steuerung der LED-Lampe, während der andere zur Steuerung und Vermeidung von Batterieentladung dient.

Die folgende Abbildung zeigt den gesamten Schaltplan für die Verbindung dieses Systems. Erstellen Sie den elektronischen Schaltkreis für die automatische Umschaltung und den Batterieentladungsschutz auf dem Veroboard.

Für die elektronische Schaltung werden folgende Werkzeuge und Komponenten benötigt. Sie erhalten sie in Online-Shops wie Digikey, Mouser oder Ali Express.

Um die LED bei Dunkelheit einzuschalten und bei Tageslicht auszuschalten, verwenden Sie die Spannung des Solarpanels als Sensor zur Führung des Stromkreises. Solarpanel und Batterie werden über eine Zenerdiode isoliert. Die Zenerdiode ist bei Tageslicht in Vorwärtsrichtung vorgespannt, da die Solarspannung zum Laden höher sein wird als die Batteriespannung, während sie im Dunkeln in Rückwärtsrichtung vorgespannt wird, wenn kein Sonnenlicht zur Verfügung steht, um das Solarpanel zu beleuchten, um eine signifikante Ausgangsspannung zu liefern.

In dieser Schaltung wird die Spannung des Solarmoduls mithilfe eines Komparators mit der Batteriespannung verglichen. Wenn sie größer ist (bei Tageslicht), gibt sie das Signal zum Ausschalten des Lichts. Wenn es kleiner ist, signalisiert es, das Licht einzuschalten. Die LED-Lampe wird mithilfe dieser Logik und mithilfe von ULN2003-Darlington-Paartransistoren gesteuert. ULN2003 erhält Eingaben vom Komparatorausgang. Wenn es das Signal für „Ein“ an den Eingangspins (1-7) des ULN2003 (dh vom Komparatorausgangspin 1) erhält, lässt es den Kollektorstrom durch C (Pins 10-16) fließen, um das Licht einzuschalten.

Um diesen Schaltkreis herzustellen, verbinden Sie alle Schaltkreiselemente auf dem Veroboard durch Löten. Schmitt-Trigger (positive Rückkopplung am Komparator) ist auf dem LM393-Komparator implementiert, um Störungen zu vermeiden.

Bei bewölktem oder nebligem Wetter ist es möglich, dass der Akku tagsüber nicht aufgeladen wird, was zu einer übermäßigen Entladung des Akkus über mehrere aufeinanderfolgende Nächte hinweg führt. Dies kann dazu führen, dass die Batterie so weit entladen wird, dass das chemische Gleichgewicht der Batterie gestört wird und sie für eine weitere Verwendung unbrauchbar wird.

Um die Batterie vor Tiefentladung zu schützen, ist in den Schaltplänen eine weitere Komparatorschaltung mit LM393-IC dargestellt, die die Batteriespannung mit einer stabilen Referenz vergleicht. Als Referenzspannung wird der Spannungsregler LM7809 verwendet, der die Batteriespannung (also 11 bis 14 VDC) als Eingang nimmt und konstant 9 V ausgibt.

Um sicherzustellen, dass die Batterie nicht über den Tiefentladepegel von ~11 V hinausgeht, verwenden Sie den Komparator als Schmitt-Trigger. Wenn die Batteriespannung unter 11 Volt fällt, gibt der Schmitt-Trigger ein logisches Low-Signal aus, was wiederum den Schaltkreis deaktiviert. Um den Schaltkreis wieder zu aktivieren, ist eine vollständige Aufladung der Batterie auf 13,2 V erforderlich.

Sie können Ihre eigene Spannungsauswahl treffen (anstelle von 11 V für niedrigen Batteriestand und 13,2 V für geladenen Batteriestand), indem Sie die entsprechende Widerstandskombination auswählen (obwohl das ausführlicher ist, als wir jetzt näher darauf eingehen werden). ). Für die Batterieschutzschaltung verbinden Sie die Schaltungselemente auf der Vero-Platine durch Löten.

Nachdem Sie sowohl die Schaltkreise für die automatische Umschaltung als auch den Batterieentladungsschutz auf Veroboard erstellt haben, schließen Sie schließlich diese Schaltkreise, das Solarpanel, die Glühbirne und die Batterie gemäß dem schematischen Diagramm an.

Um die Leistung dieses Systems zu testen, platzieren Sie das Solarpanel im Sonnenlicht. Sie werden sehen, dass die LED-Lampe ausgeschaltet ist, wenn das Solarpanel dem Sonnenlicht ausgesetzt wird. Messen Sie die Spannung mit einem Digitalmultimeter am Solarpanel-Ausgang und an den Batterieklemmen. Sie werden feststellen, dass die Spannung des Solarpanels höher ist als die Batteriespannung. Um nun zu prüfen, ob der Akku im Sonnenlicht aufgeladen wird, messen Sie mit dem Digitalmultimeter den Strom, der in den Akku fließt.

Decken Sie im nächsten Schritt das Solarpanel mit einem dicken Material ab, um das Sonnenlicht abzuhalten, und Sie werden sehen, dass die LED-Lampe aufleuchtet. Messen Sie die Spannung am Solarpanel; Sie werden feststellen, dass das Solarpanel eine sehr niedrige Spannung liefert, die nicht zum Laden der Batterie ausreicht. Messen Sie dann den Strom von der Batterie zur LED-Lampe. Sie werden feststellen, dass die Glühbirne Strom aus der Batterie bezieht, um Licht zu erzeugen.

Hier ist eine kurze Videodemonstration dieses Tests:

Dieses DIY-Projekt bietet Ihnen ein Konzept zum Bau einer kleinen elektronischen Baugruppe für den Entwurf einer automatisierten solarbetriebenen Straßenlaterne unter Verwendung natürlicher und erneuerbarer Sonnenenergie. Für eine maximale Ausnutzung der Ressourcen; Wählen Sie die richtigen Spezifikationen für Solarpanel, Batterie und Glühbirne, um sicherzustellen, dass das Solarpanel die Batterie ausreichend auflädt, um die Glühbirne die ganze Nacht über eingeschaltet zu lassen.

Ummara ist Mitarbeiterin bei MUO, deren Arbeit sich hauptsächlich auf Linux konzentriert. Sie hat einen Abschluss in Telekommunikationstechnik und schreibt seit etwa drei Jahren über Linux.