تقدم مشاريع الإضاءة الشمسية DIY طريقة اقتصادية وفعالة لتزويد المنازل بالطاقة باستخدام الطاقة من الشمس. لذلك من المنطقي تجميع نظام إضاءة الشارع الذي يأخذ الطاقة الشمسية لشحن بطارية أثناء النهار ثم يستخدم هذه البطارية لإضاءة الشارع ليلاً. ويمكنك أن تصنع بنفسك!
سوف تتحكم الدائرة الإلكترونية في هذا النظام ، وتقوم تلقائيًا بتشغيل لمبة LED في الليل وتنطفئ أثناء النهار. سنقوم أيضًا بدمج دائرة حماية البطارية لحماية البطارية من الإفراط في التفريغ.
ماذا تتوقع
يتطلب هذا النظام 5 وحدات رئيسية:
- الألواح الشمسية: لشحن البطارية في النهار وكمستشعر للضوء.
- بطارية: لتخزين الدائرة الكهربائية والتيار الكهربائي والمصباح.
- لمبة LED DC: للإضاءة في الظلام
- الأسلاك: للتوصيل البيني حسب الرسم التخطيطي.
- دائرة كهربائية: للتحكم / التبديل تلقائيًا في لمبة LED ولحماية تفريغ البطارية.
استخدام الطاقة الشمسية لشحن البطارية
لشحن البطارية ، استخدمنا لوحة شمسية صغيرة بقوة 10 وات (يمكنك اختيار واحدة أكبر وفقًا لميزانية / متطلبات الطاقة الخاصة بك). يمكن أن يشحن بطارية 12V ويمكن أن يوفر تيار دائرة قصر 0.62A في ذروة لمعان. حجمها المادي حوالي 12 "× 9".
لقد استخدمنا بطارية 12VDC بسعة 4Ah الحالية. خلال النهار ، تولد الألواح الشمسية تيارًا يستخدم لشحن البطارية. يمكن أن يكون للبطارية جهد دائرة مفتوحة بحد أقصى 13.7 فولت عند الشحن الكامل ويجب إعادة شحنها عندما ينخفض جهد البطارية إلى 11 فولت تيار مستمر.
لشحن البطارية ، يتم توصيل السلك الأحمر للوحة الشمسية (قطبية موجبة) بالطرف الموجب من البطارية من خلال الصمام الثنائي Zener ، والذي يتم لحامه في Veroboard حيث يتم وضع الدائرة الإلكترونية أيضًا.
يتم وضع الصمام الثنائي Zener بحيث يتم توصيل الكاثود (+ المحطة الطرفية) باللوحة الشمسية ويتم توصيل القطب الموجب (- المحطة الطرفية) بالطرف الموجب للبطارية من خلال الأسلاك. يوفر الصمام الثنائي Zener عزلًا بين اللوح الشمسي والبطارية ، وهو أمر مفيد بشكل خاص في الظلام عندما تأخذ الدائرة جهد اللوحة الشمسية لتشغيل الضوء. السلك الأسود (قطبية سالبة) متصل مباشرة بالطرف السالب للبطارية.
عندما تتعرض اللوحة الشمسية لأشعة الشمس ، فإنها توفر تيارًا لشحن البطارية ، وتعتمد الكمية على شدة ضوء الشمس. تأخذ لمبة LED التيار من البطارية. تتحكم الدائرة الإلكترونية في المصباح باستخدام بيانات المستشعر (جهد لوحة الطاقة الشمسية). قم بتوصيل الطرف الموجب أو الكاثود لمصباح LED بالطرف الموجب للبطارية ، أثناء توصيل أنود LED بالنقطة ج كما هو موضح في الخطط.
بناء الدائرة الالكترونية
تتكون الدائرة الإلكترونية من جزأين. أحدهما مخصص للتحكم في لمبة LED ، بينما الآخر مخصص للتحكم وتجنب استنزاف البطارية.
مخططات إنارة الشوارع الأوتوماتيكية بالطاقة الشمسية
يوضح الشكل أدناه المخططات الكاملة لتوصيل هذا النظام معًا. قم بعمل دائرة إلكترونية للتبديل التلقائي وحماية استنزاف البطارية على Veroboard.
ماذا ستحتاج
ستكون الأدوات والمكونات التالية مطلوبة للدائرة الإلكترونية. يمكنك الحصول عليها من المتاجر عبر الإنترنت مثل Digikey, صائد الفئران أو علي اكسبرس.
- 1 × ULN2003دارلينجتون زوج الترانزستورات IC
- 1 × LM7809 9 VDC منظم الجهد IC
- 2 × LM393 مقارنة الجهد IC
- 1 × فيروبورد (لتوصيل عناصر الدائرة من خلال اللحام)
- المقاومات (بالأوم) 1 ك ، 10 ك ، 36 ك ، 53 ك ، 100 ك ، 280 ك (أو مجموعة متوازية / متسلسلة مكافئة من هذه القيم)
- الأسلاك
- لحام الحديد وأسلاك اللحام
- جهاز رقمي متعدد (لقياس الجهد والتيار)
- برغي موصلات كتلة المحطة الطرفية (لتوصيل الأسلاك باللوحة الشمسية والبطارية ومصباح LED)
- الصمام الثنائي زينر (بين السلك الأحمر للوحة الشمسية والبطارية + المحطة)
التحكم في لمبة LED
لتشغيل مؤشر LED في الظلام وإيقاف تشغيله في ضوء النهار ، استخدم جهد اللوحة الشمسية كمستشعر لتوجيه الدائرة. يتم عزل الألواح الشمسية والبطارية باستخدام الصمام الثنائي Zener. الصمام الثنائي زينر متحيز للأمام في ضوء النهار لأن الجهد الشمسي سيكون أعلى من جهد البطارية للشحن ، بينما يصبح منحازًا عكسيًا في الظلام عندما لا يتوفر ضوء الشمس لإضاءة اللوحة الشمسية ، لإعطاء ناتج كبير الجهد االكهربى.
في هذه الدائرة ، تتم مقارنة جهد الألواح الشمسية بجهد البطارية باستخدام المقارنة. عندما يكون أكبر (أثناء النهار) ، فإنه يعطي إشارة لإطفاء الضوء. عندما يكون أقل ، فإنه يشير إلى تشغيل الضوء. يتم التحكم في لمبة LED باستخدام هذا المنطق وبمساعدة زوج الترانزستورات ULN2003 Darlington. يحصل ULN2003 على مدخلات من إخراج المقارنة. إذا حصل على إشارة "تشغيل" عند دبابيس الإدخال (1-7) من ULN2003 (أي من طرف خرج المقارنة 1) ، فإنه يسمح لتيار المجمع بالمرور عبر C (دبابيس 10-16) لتشغيل الضوء.
لجعل هذه الدائرة ، انضم إلى جميع عناصر الدائرة في Veroboard من خلال اللحام. تم تنفيذ مشغل Schmitt (ردود الفعل الإيجابية عند المقارنة) على المقارنة LM393 لتجنب الأخطاء.
منع الإفراط في التفريغ
إذا كان الطقس غائمًا أو ضبابيًا ، فمن المحتمل ألا يتم شحن البطارية أثناء النهار ، مما يؤدي إلى تفريغ مفرط للبطارية لعدة ليال متتالية. يمكن أن يتسبب ذلك في تفريغ البطارية إلى نقطة يتعطل فيها التوازن الكيميائي للبطارية مما يجعلها غير مجدية للاستخدام مرة أخرى.
لحماية البطارية من الإفراط في التفريغ ، يتم عرض دائرة مقارنة أخرى باستخدام LM393 IC في المخططات ، والتي تقارن جهد البطارية بمرجع ثابت. بالنسبة للجهد المرجعي ، يتم استخدام منظم الجهد LM7809 ، والذي يأخذ جهد البطارية (أي 11 إلى 14 فولت تيار مستمر) كمدخلات ومخرجات ثابتة 9 فولت.
للتأكد من أن البطارية لا تتجاوز مستوى التفريغ العميق ، أي ~ 11 فولت ، استخدم المقارنة كمحرك شميت. عندما ينخفض جهد البطارية إلى أقل من 11 فولت ، فإن مشغل شميت سينتج منطقًا منخفضًا والذي بدوره سيعطل دائرة التبديل. لتمكين دائرة التبديل مرة أخرى ، يلزم إعادة الشحن الكامل للبطارية إلى 13.2 فولت.
يمكنك تحديد الفولتية التي تختارها (بدلاً من 11 فولت لمستوى البطارية المنخفض و 13.2 فولت لمستوى البطارية المشحونة) عن طريق اختيار التركيبة المناسبة من المقاومات (على الرغم من أن هذا أكثر تعمقًا مما سنغوص فيه الآن). بالنسبة لدائرة حماية البطارية ، قم بتوصيل عناصر الدائرة على لوحة Vero عن طريق اللحام.
بعد إجراء كل من دوائر الحماية من التبديل التلقائي واستنزاف البطارية على Veroboard ، قم أخيرًا بتوصيل هذه الدوائر واللوحة الشمسية والمصباح والبطارية وفقًا للرسم التخطيطي.
اختبار نظام إضاءة الشارع بالطاقة الشمسية
لاختبار أداء هذا النظام ، ضع الألواح الشمسية تحت ضوء الشمس. سترى أن لمبة LED "مطفأة" عند تعرض اللوحة الشمسية لأشعة الشمس. قم بقياس الجهد باستخدام مقياس رقمي متعدد في خرج الألواح الشمسية ومحطات البطارية. سوف تكتشف أن جهد الألواح الشمسية أعلى من جهد البطارية. الآن للتحقق مما إذا كانت البطارية تشحن تحت أشعة الشمس ، استخدم جهاز القياس الرقمي المتعدد لقياس التيار المتدفق إلى البطارية.
في الخطوة التالية ، قم بتغطية اللوح الشمسي بمادة سميكة لحجب أشعة الشمس وسترى أن لمبة LED تعمل. قياس الجهد على الألواح الشمسية ؛ ستلاحظ أن الألواح الشمسية توفر جهدًا منخفضًا جدًا غير كافٍ لشحن البطارية. ثم قم بقياس التيار من البطارية إلى لمبة LED ؛ سوف تجد المصباح يأخذ التيار من البطارية لإنتاج الضوء.
إليك عرض فيديو قصير لهذا الاختبار:
تضيء الليل بالضوء الشمسي
يمنحك مشروع DIY هذا مفهومًا لبناء مجموعة إلكترونية صغيرة لتصميم مصباح شارع آلي يعمل بالطاقة الشمسية باستخدام الطاقة الشمسية الطبيعية والمتجددة. لتحقيق أقصى استفادة من الموارد ؛ اختر المواصفات المناسبة للوحة الطاقة الشمسية والبطارية والمصباح للتأكد من أن اللوحة الشمسية تشحن البطارية بدرجة كافية للحفاظ على اللمبة قيد التشغيل طوال الليل.
