Com es construeix una llum de jardí automàtica amb energia solar senzilla

Per a aquells que tinguin un gran interès per la jardineria, una llum del jardí proporcionaria una opció per admirar la bellesa de les seves plantes fins i tot durant la nit. Aquests llums normalment es col·loquen a l’interior del jardí, lluny de les preses elèctriques, ja que no és una bona idea fer passar cables pel sòl del jardí que estarà humit i treballat la major part del temps. Aquí és on apareixen els llums del jardí amb energia solar. Aquests llums tindran una bateria que es carregarà a través d'un panell solar durant el dia i durant la nit s'utilitzarà l'energia de la bateria per alimentar els llums i el cicle es repeteix. En alguns dels nostres articles anteriors hem construït pocs projectes relacionats amb l'energia solar, com ara el carregador de telèfon mòbil amb energia solar i el circuit d'inversors solars.

En aquest projecte, construirem una llum de jardí solar DIY senzilla i barata. El panell solar carregarà una bateria de liti durant el dia i, quan es faci de nit, la bateria encendrà els llums fins que torni a ser de dia. A diferència d'altres circuits, no utilitzarem cap microcontrolador ni sensor, perquè la idea del projecte és reduir el recompte de components per reduir el preu i la complexitat del circuit. Dit això, comencem a construir la nostra llum solar casolana !!

Disseny de llum solar de jardí

Abans d’escollir el valor dels components i entrar al diagrama del circuit, és fonamental triar la càrrega del nostre projecte. Per càrrega, ens referim al tipus de llum de jardí que farem servir al nostre projecte. Com que el voltatge i el corrent nominal de la llum decideixen com es pot dissenyar el circuit.

Els LEDs que estem utilitzant en aquest projecte són de tipus LED xinesos normals amb una tensió de funcionament de 3,2 V, amb un màxim de 4,5 V de tensió directa. Per tant, si es connecten dos LED en sèrie, la tensió directa serà de 6,4V. Els LED utilitzats en el nostre projecte es mostren a continuació.

Per tant, una bateria de liti de 7,4 V serà capaç de proporcionar un mínim de 6,4 V (totalment descarregat) fins al màxim de 8,4 V (completament carregat). Per tant, en aquest projecte s’utilitza una bateria de liti de 7,4 V per a una font d’energia, el mateix es mostra a continuació. Si sou completament nou en les bateries de liti, podeu consultar aquest article bàsic sobre les bateries de ions de liti per conèixer millor les bateries.

La bateria seleccionada per a aquesta aplicació tindrà un circuit de protecció integrat que protegirà la bateria de sobrecàrregues, descàrregues profundes i condicions relacionades amb el curtcircuit. Si la bateria no proporciona aquestes funcions, assegureu-vos d'utilitzar un mòdul de protecció extern, ja que les bateries de liti poden ser molt inestables i fins i tot poden explotar si no es manipulen correctament.

Diagrama del circuit de llum solar del jardí

El circuit de llum solar del jardí constarà de dues parts. Un s’està carregant i l’altre és controlar els LED. El diagrama complet del circuit s’explica en dues parts, la primera part es dóna a continuació

El MOSFET Q2 de canal N, l’ IRF540N s’utilitza per a l’operació de control de càrrega. El potenciòmetre R1 s’utilitza per configurar el nivell de tensió de la bateria controlant la tensió de la porta a través del canal N MOSFET Q2. El díode rectificador Schottky D1 és SR160, un díode Schottky 1A 60V que s’utilitza per protegir la bateria de la polaritat inversa i per bloquejar el flux invers durant les condicions de descàrrega. El díode Schottky de sortida D2 s’utilitza per aïllar la tensió del carregador amb la tensió de la bateria.

L’altra part del circuit s’utilitza per encendre el LED en condicions fosques. Ho fa l’altre MOSFET Q1 de canal P, que és IRF9540. La porta MOSFET està controlada per la tensió solar. Per tant, sempre que les cèl·lules solars produeixen tensió, el MOSFET roman apagat, però a les fosques o de nit, les cèl·lules no produeixen tensió i el MOSFET s’encén. Mitjançant l’ús de MOSFET de canal P, s’elimina completament el circuit de comparació i LDR addicionals.

Ara, per a la segona part del circuit, els LEDs es connecten en un estat paral·lel en sèrie. Dos LED de sèrie augmenten la tensió directa en un doble que un LED únic, però el corrent que circula pels LED es divideix. Es fan 4 connexions paral·leles amb dos LED en sèrie. Més LEDs en paral·lel augmenten el corrent i afecten la còpia de seguretat de la bateria.

S'estima que el flux de corrent a través de cada sèrie és de gairebé 40mA. Per tant, 4 cadenes paral·leles consumeixen 160 mA de corrent. La bateria seleccionada per a aquest projecte il·luminarà efectivament els LED durant gairebé 5-6 hores amb una condició de càrrega nominal. Es poden augmentar les cordes de LED segons les necessitats.

Construcció de llum solar de jardí

Per construir el circuit es requereixen els components següents:

1. Bateria de liti 7.4V (mAH depèn del temps de còpia de seguretat) amb un circuit de protecció incorporat.
2. LEDs amb tensió directa de 3,5 V (també s’aplica un altre voltatge, però la construcció de la tira LED serà diferent)
3. IRF9540N - Canal P Mosfet
4. IRF540N - Mosfet de canal N
5. SR160 Diodo Schottky 2 uds
6. Resistència 680R
7. Potenciòmetre de 50 k
8. Resistència de 4,7 k
9. Panell solar de 15 a 18 V amb una intensitat nominal superior a 300 mA si se selecciona una bateria de 3600 mAH.
10. Filferros per connectar panells solars i LEDs
11. Filferros de connexió

La imatge següent mostra el pinout del canal N IRF540N i del canal P IRF9540 Mosfet, que farem servir el projecte.

Una vegada que el circuit de llum solar del jardí es construeix sobre una placa de taula, la meva disposició es veu així a continuació

Hem utilitzat el panell solar amb les següents especificacions.

És un panell solar de 10W amb sortida de 18V. El panell solar es col·loca a la llum del sol en les millors condicions solars. El potenciòmetre es controla per tenir 8,5 V a través del D2. Això es deu a la tensió de càrrega, ja que la tensió de la bateria de liti serà de 8,4 V quan estigui completament carregada. Quan la bateria comença a carregar-se, es connecta un amperímetre en sèrie amb la bateria per comprovar el corrent de càrrega. També podeu improvisar el projecte utilitzant un rastrejador solar per carregar la bateria al màxim, però això no surt de l’abast d’aquest projecte.

Com es pot comprovar a la lectura del multímetre següent, el corrent de càrrega és de gairebé 300 mA. Aquest canvi dependrà de l’estat solar, augmentarà en un dia assolellat i baixarà els dies ennuvolats.

Durant la nit, quan el panell solar no rep radiació, no hi haurà corrent de sortida del panell i, per tant, la bateria deixarà de carregar-se i s’encendran els llums LED. El funcionament complet del projecte també es pot trobar al vídeo enllaçat a continuació, on demostrem que la llum s’encén automàticament si el panell no rep radiació.

Més millores

El circuit és un circuit bàsic de carregador de bateria de liti per a un projecte senzill relacionat amb la llum del jardí. Per tant, no té cap problema de seguretat. Per a una càrrega adequada i utilitzar un mètode de càrrega solar adequat, es poden utilitzar ICs de controladors dedicats MPPT (Maximum Power Point Tracker).

Com que es tracta d’un projecte d’explotació a l’exterior, cal utilitzar un PCB adequat juntament amb una caixa tancada. El recinte s’ha de fer de manera que el circuit quedi impermeable a la pluja. Per modificar aquest circuit o per discutir altres aspectes d’aquest projecte, utilitzeu el fòrum actiu del resum del circuit.