Azok számára, akik élénken érdeklődnek a kertészkedés iránt, a kerti lámpa lehetőséget adna növényeik szépségének csodálására akár az éjszakai időszakban is. Ezeket a lámpákat általában a kert belsejében helyezik el, távol az elektromos csatlakozóktól, mert nem jó ötlet vezetéket vezetni a kerti talajon, amely legtöbbször nedves és fáradságos lesz. Itt jönnek a képbe a napelemes kerti lámpák. Ezeknek a lámpáknak van egy akkumulátoruk, amelyet napközben napelem segítségével töltenek fel, éjszaka pedig az akkumulátor energiáját használják fel a fények táplálására, és a ciklus megismétlődik. Néhány korábbi cikkünkben kevés napenergiával kapcsolatos projektet építettünk, például napelemes mobiltelefon-töltőt és napelemes inverter áramkört.
Ebben a projektben egy egyszerű és olcsó DIY napkert világítótestet építünk. A napelem napközben lítium akkumulátort tölt fel, és amikor éjszaka lesz, az akkumulátor ismét a nappali idejéig felkapcsolja a lámpákat. Más áramkörökkel ellentétben nem fogunk mikrovezérlőt vagy érzékelőt használni, mert a projekt ötlete az alkatrészszám csökkentése az áramkör árának és bonyolultságának csökkentése érdekében. Ennek ellenére kezdjük el építeni házi napfényünket !!
Napkert fény design
Az alkatrészek értékének kiválasztása és a kapcsolási rajzba való bekerülés előtt elengedhetetlen a projektünk terhelésének kiválasztása. Terhelés alapján utalunk a kerti fény típusára, amelyet a projektünkben használni fogunk. Mivel a fény feszültsége és áramerőssége dönt az áramkör kialakításának módjáról.
Azok a LED-ek, amelyeket ebben a projektben használunk, normál kínai LED-ek, amelyek működési feszültsége 3,2 V, legfeljebb 4,5 V előrefeszültség. Ezért, ha két LED-et sorba kötnek, az előremenő feszültség 6,4 V lesz. A projektünkben használt LED-ek az alábbiakban láthatók.
Tehát egy 7,4 V-os lítium akkumulátor képes minimum 6,4 V-ot (teljesen lemerült) a maximális 8,4 V-ra (teljesen feltöltve) biztosítani. Ezért ebben a projektben egy 7,4 V-os lítium akkumulátort használnak áramforrásként, ugyanez látható az alábbiakban. Ha még nem ismeri a lítium akkumulátorokat, akkor olvassa el ezt a Lítium-ion akkumulátorok alapjai cikket, hogy jobban megértse az elemeket.
Az alkalmazáshoz kiválasztott akkumulátor beépített védelmi áramkörrel rendelkezik, amely megvédi az akkumulátort a túltöltéstől, a mélykisülésektől és a rövidzárlattal kapcsolatos feltételektől. Ha az akkumulátor nem biztosítja ezeket a funkciókat, akkor mindenképpen használjon külső védelmi modult, mert a lítium akkumulátorok nagyon instabilakká válhatnak, és felrobbanhatnak, ha nem kezelik megfelelően.
Napkert fény áramkör diagram
A napkert fény áramköre két részből áll. Az egyik töltés, a másik pedig a LED-ek vezérlése. A teljes kapcsolási rajzot két részként magyarázzuk, az első részt az alábbiakban adjuk meg
Az N-Channel MOSFET Q2, az IRF540N a töltésszabályozáshoz használható. Az R1 potenciométer az akkumulátor feszültségszintjének beállítására szolgál, a kapu feszültségének szabályozásával az N-csatorna MOSFET Q2-n. A D1 Schottky egyenirányító dióda SR160, egy 1A 60 V-os Schottky dióda, amelyet az akkumulátor megvédésére fordított polaritás ellen, valamint a fordított áramlás blokkolására szolgál kisütési körülmények között. A D2 kimeneti Schottky dióda a töltő feszültségének az akkumulátor feszültségével történő leválasztására szolgál.
Az áramkör másik részét a LED bekapcsolására használják sötét körülmények között. Ezt a másik P-Channel MOSFET Q1 végzi, amely IRF9540. A MOSFET kaput a napfeszültség vezérli. Így amikor a napelemek feszültséget termelnek, a MOSFET kikapcsolva marad, de sötétben vagy éjszaka a cellák nem termelnek feszültséget, és a MOSFET bekapcsol. A P Channel MOSFET használatával a további LDR és komparátor áramkör teljesen megszűnik.
Az áramkör második részéhez a LED-ek sorozat-párhuzamos állapotban vannak csatlakoztatva. Két soros LED megnöveli az előremenő feszültséget, mint egy LED, de a LED-eken átáramló áram megoszlik. 4 párhuzamos csatlakozás készül két soros LED-del. Több párhuzamos LED növeli az áramot és befolyásolja az akkumulátor biztonsági mentését.
Becslések szerint az egyes sorozatokon átáramló áram majdnem 40 mA. Ezért 4 párhuzamos húr 160mA áramot fogyaszt. Az erre a projektre kiválasztott akkumulátor névleges töltöttség mellett csaknem 5-6 órán keresztül hatékonyan világítja meg a LED-eket. Az igényeknek megfelelően növelhető a LED-húr.
Napkert könnyű építése
Az áramkör felépítéséhez a következő alkatrészek szükségesek:
- 7.4V lítium akkumulátor (mAH a biztonsági időtől függ) beépített védelmi áramkörrel.
- 3,5 V-os előrefeszültségű LED-ek (egy másik feszültség is alkalmazható, de a LED-szalag felépítése eltérő lesz)
- IRF9540N - P csatornás Mosfet
- IRF540N - N csatornás Mosfet
- SR160 Schottky dióda 2 db
- 680R ellenállás
- 50k potenciométer
- 4.7k ellenállás
- 15 - 18 V-os napelem több mint 300mA áramerősséggel, ha 3600mAH akkumulátor van kiválasztva.
- Vezetékek a napelem és a LED-ek csatlakoztatásához
- Összekötő vezetékek
Az alábbi képen látható az IRF540N N-csatornás és az IRF9540 P-Channel Mosfet kivetítője, amelyet mi fogunk használni.
Miután a Napkert fényáramköre felépült egy kenyérlapra, az elrendezésem az alábbiakban így néz ki
A napelemet az alábbi specifikációval használtuk.
Ez egy 10 W-os napelem 18 V-os kimenettel. A napelem fényes napfénybe kerül, csúcsidőben. A potenciométert úgy vezérlik, hogy 8,5 V legyen a D2-en. Ennek oka a töltési feszültség, mivel a lítium akkumulátor feszültsége 8,4 V lesz, amikor teljesen fel van töltve. Amikor az akkumulátor elkezd tölteni, egy ampermérőt sorba kötnek az akkumulátorral, hogy ellenőrizzék a töltési áramot. Improvizálhatja a projektet szolárkövetővel is az akkumulátor maximális feltöltése érdekében, de ez nem tartozik a projekt hatálya alá.
Amint az alábbi multiméter leolvasásából kiderül, a töltési áram majdnem 300mA. Ez a változás a napsütéstől függ, napsütéses napon növekszik, és felhős napokon csökken.
Éjszaka, amikor a napelem nem kap sugárzást, a panel nem fog kimeneti áramot kapni, ezért az akkumulátor leáll és a LED-ek kigyulladnak. A projekt teljes működése megtalálható az alább linkelt videóban is, ahol bemutatjuk, hogy a fény automatikusan bekapcsol, ha a panel nem kap sugárzást.
További fejlesztések
Az áramkör egy alapvető lítium akkumulátortöltő áramkör egy egyszerű kerti világítással kapcsolatos projekthez. Így nem alkalmaz biztonsági kérdéseket. A megfelelő töltéshez és a megfelelő szolár töltési módszer alkalmazásához MPPT (Maximum Power Point Tracker) dedikált meghajtó IC-k használhatók.
Mivel ez egy szabadtéri üzemeltetési projekt, megfelelő nyomtatott áramköri lapot és egy mellékelt dobozt kell használni. A burkolatot úgy kell elkészíteni, hogy az áramkör esőben is vízálló maradjon. Ennek az áramkörnek a módosításához vagy a projekt további szempontjainak megvitatásához kérjük, használja az áramkör-összefoglaló aktív fórumát.