Cách tạo đèn đường tự động chạy bằng năng lượng mặt trời
Các dự án đèn năng lượng mặt trời DIY cung cấp một cách tiết kiệm và hiệu quả để cung cấp năng lượng cho các ngôi nhà sử dụng năng lượng từ mặt trời. Vì vậy, việc lắp ráp một hệ thống đèn đường sử dụng năng lượng mặt trời để sạc pin vào ban ngày và sau đó sử dụng pin này để thắp sáng đường phố vào ban đêm là điều hợp lý. Và bạn có thể làm của riêng bạn!
Một mạch điện tử sẽ điều khiển hệ thống này, tự động bật bóng đèn LED vào ban đêm và tắt vào ban ngày. Chúng tôi cũng sẽ kết hợp một mạch bảo vệ pin để bảo vệ pin không bị xả quá mức.
Mục Lục
những gì mong đợi
Hệ thống này yêu cầu 5 đơn vị chính:
- bảng điều khiển năng lượng mặt trời: Để sạc pin vào ban ngày và làm cảm biến ánh sáng.
- Pin: Để lưu trữ dòng điện và cấp nguồn cho mạch & bóng đèn.
- Bóng đèn LED DC: Để chiếu sáng khi trời tối
- Dây điện: Đối với kết nối theo sơ đồ.
- Mạch điện tử: Để tự động điều khiển/chuyển đổi bóng đèn LED và để bảo vệ xả pin.
Sử dụng năng lượng mặt trời để sạc pin
Để sạc pin, chúng tôi đã sử dụng một bảng điều khiển năng lượng mặt trời nhỏ 10W (bạn có thể chọn một cái lớn hơn theo yêu cầu/ngân sách năng lượng của mình). Nó có thể sạc pin 12V và có thể cung cấp dòng điện ngắn mạch 0,62A ở độ sáng tối đa. Kích thước vật lý của nó là khoảng 12” x 9”.
Chúng tôi đã sử dụng pin 12VDC với dung lượng hiện tại 4Ah. Vào ban ngày, các tấm pin mặt trời tạo ra dòng điện được sử dụng để sạc pin. Pin có thể có điện áp mạch hở tối đa là 13,7V khi được sạc đầy và nên được sạc lại khi điện áp của pin giảm xuống 11VDC.
Để sạc pin, dây màu đỏ của tấm pin mặt trời (cực dương) được kết nối với cực dương của pin thông qua đi-ốt Zener, được hàn trên Veroboard, nơi cũng đặt mạch điện tử.
Điốt Zener được đặt sao cho cực âm (cực +) được kết nối với tấm pin mặt trời và cực dương (cực -) được kết nối với cực dương của pin thông qua dây dẫn. Điốt Zener cung cấp sự cách ly giữa tấm pin mặt trời và pin, điều này đặc biệt hữu ích trong bóng tối khi mạch sử dụng điện áp của tấm pin mặt trời để “BẬT” đèn. Dây màu đen (cực âm) được gắn trực tiếp vào cực âm của pin.
Khi bảng điều khiển năng lượng mặt trời tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, nó sẽ cung cấp dòng điện để sạc pin, lượng điện năng phụ thuộc vào cường độ của ánh sáng mặt trời. Bóng đèn LED lấy dòng điện từ pin. Một mạch điện tử điều khiển bóng đèn sử dụng dữ liệu cảm biến (điện áp của bảng điều khiển năng lượng mặt trời). Nối cực dương hoặc cực âm của bóng đèn LED với cực dương của ắc quy, đồng thời nối cực dương của đèn LED với điểm C như thể hiện trong sơ đồ.
Xây dựng mạch điện tử
Mạch điện tử bao gồm hai phần. Một cái dùng để điều khiển bóng đèn LED, trong khi cái còn lại dùng để điều khiển và tránh hao pin.
Sơ đồ của đèn đường năng lượng mặt trời tự động
Hình dưới đây cho thấy toàn bộ sơ đồ để kết nối hệ thống này với nhau. Làm mạch điện tử tự động chuyển mạch và chống hao pin trên Veroboard.
Những gì bạn cần
Các công cụ & thành phần sau đây sẽ được yêu cầu cho mạch điện tử. Bạn có thể lấy chúng từ các cửa hàng trực tuyến như Digikey, Mouser hoặc Ali Express.
- 1 x ULN2003 IC bóng bán dẫn cặp Darlington
- 1 x LM7809 IC ổn áp 9 VDC
- 2 x IC so sánh điện áp LM393
- 1 x Bảng điều khiển (để kết nối các phần tử mạch thông qua hàn)
- Điện trở (tính bằng Ôm) 1K, 10K, 36K, 53K, 100K, 280K (Hoặc kết hợp song song/chuỗi tương đương của các giá trị này)
- Dây điện
- Mỏ hàn và dây hàn
- Đồng hồ vạn năng kỹ thuật số (để đo điện áp và dòng điện)
- Đầu nối trục vít Đầu nối khối (để kết nối dây với bảng điều khiển năng lượng mặt trời, pin và bóng đèn LED)
- Đi-ốt Zener (giữa dây màu đỏ của bảng điều khiển năng lượng mặt trời và pin + thiết bị đầu cuối)
Điều khiển bóng đèn LED
Để bật đèn LED trong bóng tối và tắt vào ban ngày, hãy sử dụng điện áp của bảng năng lượng mặt trời làm cảm biến để dẫn hướng mạch. Bảng điều khiển năng lượng mặt trời và pin được cách ly bằng điốt Zener. Điốt Zener được phân cực thuận vào ban ngày vì điện áp mặt trời sẽ cao hơn điện áp pin để sạc, trong khi nó bị phân cực ngược trong bóng tối khi không có ánh sáng mặt trời để chiếu sáng bảng điều khiển năng lượng mặt trời, để tạo ra điện áp đầu ra đáng kể.
Trong mạch này, điện áp tấm pin mặt trời được so sánh với điện áp pin bằng bộ so sánh. Khi lớn hơn (vào ban ngày), nó sẽ phát tín hiệu tắt đèn. Khi nhỏ hơn, nó báo hiệu bật đèn. Bóng đèn LED được điều khiển bằng logic này và với sự trợ giúp của cặp bóng bán dẫn Darlington ULN2003. ULN2003 nhận đầu vào từ đầu ra của bộ so sánh. Nếu nó nhận được tín hiệu “Bật” ở chân đầu vào (1-7) của ULN2003 (tức là từ chân đầu ra 1 của bộ so sánh), nó cho phép dòng điện của bộ thu đi qua C (Chân 10-16) để bật đèn.
Để tạo mạch này, hãy nối tất cả các phần tử mạch trên Veroboard thông qua hàn. Bộ kích hoạt Schmitt (phản hồi tích cực tại bộ so sánh) được triển khai trên bộ so sánh LM393 để tránh trục trặc.
Ngăn ngừa xả quá mức
Nếu thời tiết nhiều mây hoặc sương mù, có thể pin không được sạc vào ban ngày, dẫn đến tình trạng xả pin quá mức trong nhiều đêm liên tiếp. Điều này có thể khiến pin bị xả đến mức cân bằng hóa học của pin bị xáo trộn khiến pin không thể sử dụng được nữa.
Để bảo vệ pin không bị xả quá mức, một mạch so sánh khác sử dụng IC LM393 được hiển thị trong sơ đồ, so sánh điện áp của pin với tham chiếu ổn định. Đối với điện áp tham chiếu, bộ điều chỉnh điện áp LM7809 được sử dụng, lấy điện áp pin (tức là 11 đến 14 VDC) làm đầu vào và đầu ra không đổi 9V.
Để đảm bảo pin không vượt quá mức xả sâu, tức là ~ 11V, hãy sử dụng bộ so sánh làm trình kích hoạt Schmitt. Khi điện áp pin giảm xuống dưới 11 volt, bộ kích hoạt Schmitt sẽ xuất ra mức logic thấp, do đó sẽ vô hiệu hóa mạch chuyển đổi. Để kích hoạt lại mạch chuyển đổi, cần phải sạc đầy pin đến 13,2V.
Bạn có thể đưa ra lựa chọn điện áp của riêng mình (thay vì 11 V đối với mức pin yếu và 13,2 V đối với mức pin đã sạc) bằng cách chọn tổ hợp điện trở thích hợp (mặc dù điều đó sâu hơn chúng ta sẽ đi sâu vào bây giờ ). Đối với mạch bảo vệ pin, hãy hàn các phần tử mạch trên bo mạch Vero.
Sau khi thực hiện cả mạch bảo vệ chống hao pin và chuyển đổi tự động trên Veroboard, cuối cùng hãy kết nối các mạch này, bảng điều khiển năng lượng mặt trời, bóng đèn và pin theo sơ đồ.
Kiểm tra hệ thống đèn đường năng lượng mặt trời của bạn
Để kiểm tra hiệu suất của hệ thống này, hãy đặt tấm pin mặt trời dưới ánh sáng mặt trời. Bạn sẽ thấy rằng bóng đèn LED “Tắt” khi tấm pin mặt trời tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Đo điện áp bằng đồng hồ vạn năng kỹ thuật số ở đầu ra của tấm pin mặt trời và các cực của pin. Bạn sẽ phát hiện ra rằng điện áp của bảng điều khiển năng lượng mặt trời cao hơn điện áp của pin. Bây giờ để kiểm tra xem pin có đang sạc dưới ánh sáng mặt trời hay không, hãy sử dụng đồng hồ vạn năng kỹ thuật số để đo dòng điện chạy vào pin.
Trong bước tiếp theo, hãy phủ tấm pin mặt trời bằng vật liệu dày để cản ánh sáng mặt trời và bạn sẽ thấy bóng đèn LED bật sáng. Đo điện áp tại tấm pin năng lượng mặt trời; bạn sẽ nhận thấy rằng bảng điều khiển năng lượng mặt trời đang cung cấp điện áp rất thấp không đủ để sạc pin. Sau đó, đo dòng điện từ pin đến bóng đèn LED; bạn sẽ thấy bóng đèn đang lấy dòng điện từ pin để tạo ra ánh sáng.
Dưới đây là đoạn video ngắn trình diễn thử nghiệm này:
Thắp sáng đêm với ánh sáng mặt trời
Dự án DIY này cung cấp cho bạn ý tưởng xây dựng một tổ hợp điện tử nhỏ để thiết kế đèn đường chạy bằng năng lượng mặt trời tự động sử dụng năng lượng mặt trời tự nhiên và tái tạo. Để sử dụng tối đa các nguồn tài nguyên; chọn các thông số kỹ thuật phù hợp cho bảng điều khiển năng lượng mặt trời, pin và bóng đèn để đảm bảo rằng bảng điều khiển năng lượng mặt trời sạc đủ pin để giữ cho bóng đèn hoạt động suốt đêm.