Akkukellon käyttäminen aurinkovoimalla: 15 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Tämä panos jatkuu edellisestä vuonna 2016, (katso täältä), mutta välivaiheessa on kehitetty komponentteja, jotka helpottavat työtä ja parantavat suorituskykyä. Tässä esitetyt tekniikat mahdollistavat aurinkokäyttöisen kellon helpon käyttöönoton esimerkiksi viherhuoneessa tai suojaisella kuistilla ja mahdollisesti talon sisällä, jossa on riittävästi valoa jonkin aikaa päivän aikana, kuten ikkunasta tai lasitetusta ulko -ovesta, mutta tämä olisi kokeilun kohteena. Radio -ohjatun kellon käyttö avaa mahdollisuuden saada kello, joka voidaan jättää vartioimatta vuosiksi.

Turvallisuus Huomaa, että suuri superkondensaattori voi sisältää paljon energiaa ja jos oikosulku voi tuottaa tarpeeksi virtaa, jotta johdot hehkuvat punaisena kuumana lyhyen aikaa.

Lisäisin, että ensimmäisessä Instructable -ohjelmassa näkyvät kellot toimivat edelleen onnellisesti.

Vaihe 1: Uudet superkondensaattorit

Yllä oleva kuva esittää superkondensaattorin, jonka kapasiteetti on 500 Faradia. Nämä ovat nyt edullisesti saatavilla eBayssa ja niitä käytetään autoteollisuudessa. Ne ovat massiivisesti suurempia kuin 20 tai 50 Farad -yksikköä, jotka olivat rutiininomaisesti saatavilla ensimmäisen artikkelin aikaan. Kuvasta näet, että ne ovat fyysisesti melko suuria eivätkä mahdu useimpien kellojen taakse ja ne on sijoitettava erikseen.

Tarkoituksemme kannalta on erittäin tärkeää, että kun varausta ladataan 1,5 volttiin asti, 500 Faradin kondensaattoriin mahtuu riittävästi energiaa, jotta se voi käyttää tyypillistä akkukelloa noin kolme viikkoa ennen kuin jännite laskee hieman yli voltin ja kello pysähtyy. Tämä tarkoittaa sitä, että kondensaattori voi pitää kellon käynnissä tylsiä jaksoja talvella, kun aurinkoenergia on pulaa, ja saavuttaa sitten kirkkaan päivän.

Tässä voidaan myös mainita, että suurista ulkokelloista on tullut viime aikoina muodikasta ja ne soveltuvat hyvin artikkelissa esitettyihin tekniikoihin. (Se, ovatko nämä ulkokellot riittävän kestäviä kestämään ulkona pitkään aikaan, on kiistanalainen asia.)

Vaihe 2: Tarvittavat komponentit

Tarvitset akkukellon. Tässä artikkelissa esitetyn halkaisija on 12 tuumaa ja sitä ohjataan radio -ohjauksella Ison -Britannian Anthornilta, joka lähettää 60 kHz: n taajuudella. Se ostettiin paikallisesta kaupasta.

Muut komponentit on esitetty yllä olevassa kuvassa.

Yksi 500 Faradin superkondensaattori. (eBay.)

Yksi 6 voltin 100 mA: n aurinkopaneeli. Tässä näkyvä koko on 11 cm x 6 cm ja se on saatu Messrs CPS Solarilta:

www.cpssolar.co.uk

mutta laajalti saatavilla Internetissä.

Loput komponentit ovat laajalti saatavilla elektronisten komponenttien toimittajilta. Käytän Bitsboxia:

www.bitsbox.co.uk/

1 2N3904 pii NPN -transistori. Hyvä työhevonen, mutta mikä tahansa pii -NPN toimii.

4 1N4148 piidiodi. Ei kriittinen, mutta vaadittu määrä voi vaihdella, katso myöhempi teksti.

1 100 x 75 x 40 mm ABS -kotelo. Käytin mustaa, koska aurinkokenno on musta. Minun tapauksessani superkondensaattorissa oli juuri hyvin vähän liikkumavaraa-saatat joutua siirtymään seuraavaan laatikkoon!

Pala nauhat. Omani leikattiin palasta 127x95mm ja antaa oikean leveyden aukolle ABS -laatikkoon.

Tarvitset punaisen ja mustan säikeisen langan, ja lopullisessa kokoonpanossa käytin tyhjää painettua piirilevyä ja joustavaa silikoniliimaa.

Tarvitset vaatimattomia työkaluja elektroniseen rakentamiseen, mukaan lukien juotosraudan.

Vaihe 3: Piiri

Superkondensaattorin maksimijännite on 2,7 volttia. Kellomme käyttämiseksi tarvitsemme 1,1--1,5 volttia. Tavalliset akkukäyttöiset sähkökelloliikkeet voivat sietää tämän yläpuolella olevia jännitteitä, mutta radiokellossa on elektroniset piirit, jotka voivat muuttua epäsäännöllisiksi, jos syöttöjännite on liian korkea.

Yllä oleva piiri näyttää yhden ratkaisun. Piiri on lähinnä emitterin seuraaja. Aurinkokennolähtö syötetään 2N3904 -transistorin kollektoriin ja kantaan 22 k ohmin vastuksen kautta. Tukiasemasta maahan meillä on neljän 1N4148 pii -signaalidiodin ketju, joka 22 k ohmin vastuksen syöttämänä johtaa noin 2,1 voltin jännitteeseen transistorikannassa, koska jokaisella diodilla on jännitehäviö noin puoli volttia näiden alle olosuhteissa. Tuloksena oleva jännite superkondensaattoria syöttävässä transistorisäteilijässä on noin vaadittu 1,5 volttia, koska transistorissa on 0,6 voltin jännitehäviö. Normaalia estodiodia, joka tarvitaan estämään virran vuotaminen takaisin aurinkokennon läpi, ei tarvita, koska transistorin kantalämmönsiirto tekee tämän työn.

Tämä on raakaa, mutta erittäin tehokasta ja halpaa. Yksi Zener -diodi voisi korvata diodiketjun, mutta matalajännitteiset Zenerit eivät ole niin laajalti saatavilla kuin korkeamman jännitteen diodit. Korkeampia tai pienempiä jännitteitä voidaan saavuttaa käyttämällä enemmän tai vähemmän ketjuja tai käyttämällä erilaisia diodeja, joilla on erilaiset etujänniteominaisuudet.

Vaihe 4: Testaa piiri 1

Ennen lopullisen "kovan" version tuottamista meidän on testattava piiri, jotta voimme tarkistaa, että kaikki on kunnossa ja että tuotamme oikean jännitteen superkondensaattorille ja mikä tärkeintä, että syntyvä jännite ei voi ylittää 2,7 voltin luokitusta.

Yllä olevassa kuvassa näet testipiirin, joka on hyvin samanlainen kuin edellisen vaiheen kaavio, mutta tässä superkondensaattori on korvattu 1000 mikroFaradin elektrolyyttikondensaattorilla, jossa on 47 kOhm: n vastus rinnakkain. Vastus sallii jännitteen vuotamisen ja antaa ajantasaisen lukeman valon tulon vaihdellessa.

Vaihe 5: Testaa piiri 2

Yllä olevassa kuvassa näet, kuinka piiri on johdotettu tilapäisesti juotetulle leipälevylle, jonka jännite on mitattu yleismittarilla. Piiri sijoitettiin ikkunan lähelle, ja kaihtimet olivat käytettävissä valokennoon saapuvan valon vaihtamiseksi.

Yleismittari näyttää tyydyttävän 1,48 voltin, joka vaihteli plus tai miinus 0,05 volttia valon tulon vaihdellessa. Tämä on juuri sitä, mitä vaaditaan, ja tätä kokoelmaa komponentteja voidaan käyttää.

Jos tulos ei ole oikea, voit tässä vaiheessa lisätä tai poistaa ketjuja lisätäksesi tai pienentääksesi lähtöjännitettä tai kokeilla eri diodeilla, joilla on erilaiset eteenpäin suuntautuvat ominaisuudet.

Vaihe 6: Leikkaa Stripboard

Minun tapauksessani tämä oli erittäin helppoa, koska nauhan leveys on 127 mm ja pala sahattiin aukkoon ABS -laatikon listoihin.

Vaihe 7: Valmista aurinkokennosi

Joidenkin aurinkopaneelien kanssa saatat huomata, että punaiset ja mustat johdot on jo juotettu aurinkokennon koskettimiin, muuten juotetaan pituinen musta säikeinen lanka aurinkokennon negatiiviseen liitäntään ja vastaava pituus punaista lankaa positiiviseen yhteys. Jotta liitännät eivät vetäydyisi pois aurinkopaneelista rakentamisen aikana, ankkuroin langan aurinkokennon runkoon joustavan silikoniliiman avulla ja jätin tämän jähmettymään.

Vaihe 8: Levitä aurinkokenno ABS -koteloon

Poraa pieni reikä ABS -laatikon pohjaan liitäntäjohtoja varten. Levitä neljä suurta silikoniliimaa, kuten kuvassa, vedä liitäntäjohdot reiän läpi ja levitä aurinkokennoa varovasti. Aurinkokenno on ylpeä ABS-laatikosta, jotta liitäntäjohdot kulkevat alla, joten suurten liimapukujen on oltava suuria-mielesi muuttaminen tässä vaiheessa on erittäin sotkuista! Anna jähmettyä.

Vaihe 9: Tarkasta työsi

Sinun pitäisi nyt saada jotain samanlaista kuin yllä olevassa kuvassa.

Vaihe 10: Poraa reikä aurinkovoimamoduulista poistumiseen

Tässä vaiheessa meidän on ajateltava eteenpäin ja pohdittava, kuinka virta poistuu voimayksiköstä ja syötetään kelloon, ja meidän on porattava reikä ABS -laatikkoon tämän sallimiseksi. Yllä oleva kuva osoittaa, miten tein sen, mutta olisin voinut tehdä paremmin menemällä enemmän kohti keskikohtaa ja asettamalla johdot vähemmän näkyvään paikkaan. Kellosi on todennäköisesti erilainen, joten tarjoa voimayksikkö sen eteen ja määritä paras paikka reikällesi, joka pitäisi porata nyt ennen kuin laatikko varustetaan eri osilla.

Vaihe 11: Juottaa komponentit Stripboardille

Juotos osat nauhoituslevyyn yllä olevan kuvan mukaisesti. Piiri on yksinkertainen ja komponenttien levittämiseen on runsaasti tilaa. Voit vapaasti antaa juotteen yhdistää kaksi kupaririviä maadoitus-, positiivi- ja lähtöliitäntöjä varten. Moderni stripboard on melko herkkä ja jos vietät liian kauan juottamiseen ja juottamisen poistamiseen, raidat voivat nousta.

Vaihe 12: Kokoa aurinkovoimalaite

Kytke aurinkopaneelijohdot nauhalevyyn ja lähtöteho superkondensaattoriin käyttämällä mustaa ja punaista lankaa ja tarkasti napaisuutta noudattaen ja tekemällä sitten pari 18 tuuman johtoa, joka lopulta muodostaa yhteyden kelloon. Käytä tarpeeksi johtoa, jotta asennus voidaan tehdä vain laatikon ulkopuolelle. Työnnä nyt stripboard-kokoonpano ABS-laatikon aukkoihin ja seuraa superkondensaattoria Blu-Tack-tyynyjen avulla pitämään yksikkö paikallaan. Turvallisuuden vuoksi käytä suojateippiä erottamaan lähtöjohtojen paljaat päät, jotta ne eivät oikosulku. Työnnä ylimääräinen lanka varovasti laatikon jäljellä olevaan tilaan ja ruuvaa sitten kansi kiinni.

Vaihe 13: Yhdistä laite kelloon

Jokainen kello on erilainen. Minun tapauksessani kellon liittäminen aurinkovoimalaitteeseen oli yksinkertaisesti kysymys siitä, että käytettiin tavallista yksipuolista painettua piirilevyä, joka oli liimattu kelloon ja aurinkopaneeliin silikoniliimalla ja antanut sen asettaa. Lattialaminaatti saattaa riittää. Älä kytke laitetta vielä sähköisesti, vaan aseta kello ja aurinkopaneeli auringonvaloon tai kirkkaaseen paikkaan ja anna superkondensaattorin ladata jopa 1,4 volttia.

Kun kondensaattori on ladattu, kytke johdot kelloon käyttämällä puupohjaista pituutta liittimien pitämiseksi kiinni. Kellon pitäisi nyt toimia.

Huomaa oheisessa kuvassa, että löysät johdot on siivottu muutamalla Blu-Tack-läiskällä.

Vaihe 14: Valmis

Yllä olevassa kuvassa kelloni käy iloisesti meidän viherhuoneessamme, jossa sen pitäisi kulkea ja selviytyä kahdeksan tunnin talvipäivistä ja "kevään eteenpäin laskeutumisesta". Syöttöjännite on 1,48 volttia huolimatta siitä, että olemme ohittaneet syksyisen päiväntasauksen ja lyhenevät päivät.

Tämä kokoonpano voitaisiin mahdollisesti ottaa käyttöön talon sisällä, mutta se olisi kokeiltava. Yhdistyneessä kuningaskunnassa on taipumus, että nykyään taloissa on pienemmät ikkunat ja ympäristön valo voi olla hieman himmeää, mutta keinovalo saattaa korjata tasapaino.

Vaihe 15: Viimeisiä ajatuksia

Jotkut saattavat huomauttaa, että paristot ovat erittäin halpoja, joten miksi vaivautua? Kysymykseen ei ole helppo vastata, mutta minulle se on tyydytystä aloittaa jotain, joka voi toimia ilman valvontaa vuosia ja vuosia mahdollisesti syrjäisessä ja saavuttamattomassa paikassa.

Toinen pätevä kysymys on "Miksi et käytä ladattavaa Ni/Mh -kennoa superkondensaattorin sijaan?". Tämä toimisi, elektroniikka voisi olla paljon yksinkertaisempaa ja tällaisen kennon 1,2 voltin käyttöjännite palvelee melkein akun kellon vähimmäisjännitevaatimusta. Kuitenkin ladattavilla kennoilla on rajallinen käyttöikä, kun taas toivomme, että superkondensaattoreilla on käyttöikä, jota odotamme muilta elektroniikkakomponenteilta, vaikka se jää nähtäväksi.

Tämä projekti on osoittanut, että autoteollisuudessa nyt käytettävät arvokkaat superkondensaattorit voidaan helposti ladata aurinkovoimalla. Tämä voi avata useita mahdollisuuksia:

Etäsovellukset, kuten radiomajakat, joissa kaikki aurinkokenno mukaan lukien voidaan sijoittaa turvallisesti kestävään lasikoteloon, kuten makeaan purkkiin.

Täydellinen Joule Thief -tyyppisille piireille, joissa on yksi superkondensaattori, joka mahdollisesti syöttää useita piirejä samanaikaisesti.

Superkondensaattorit voidaan helposti kytkeä rinnakkain, kuten kaikki kondensaattorit, ja myös kaksi voidaan sijoittaa sarjaan ilman tasausvastuksien monimutkaisuutta. Näen mahdollisuuden saada riittävästi näitä jälkimmäisiä laitteita rinnakkain esimerkiksi matkapuhelimen lataamiseen hyvin nopeasti esimerkiksi omaan tehostetun jännitteenmuuntimen kautta.