Hur man kör en batteriklocka på solenergi: 15 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Detta bidrag följer på ett tidigare 2016, (se här,) men under perioden har det skett utvecklingar i komponenter som gör jobbet mycket enklare och prestandan förbättrad. Teknikerna som visas här gör att en soldriven klocka enkelt kan sättas in på sådana platser som ett uterum eller en skyddad veranda och eventuellt inne i ett hus där tillräckligt med ljus finns tillgängligt någon gång under dagen, till exempel genom ett fönster eller en inglasad ytterdörr, men detta skulle testas. Användningen av en radiostyrd klocka öppnar möjligheten att ha ett ur som kan lämnas utan uppsikt i flera år.

Säkerhet Var medveten om att en stor superkondensator kan rymma mycket energi och om den är kortsluten kan den generera tillräckligt med ström för att ledningarna ska lysa röda heta under en kort period.

Jag skulle tillägga att klockorna som visas i den första Instructable fortfarande kör lyckligt.

Steg 1: Nya superkondensatorer

Bilden ovan visar en superkondensator med en kapacitet på 500 Farads. Dessa finns nu billigt på eBay och används i fordonsteknik. De är massivt större än de 20 eller 50 Farad -enheter som rutinmässigt är tillgängliga vid tidpunkten för min första artikel. Du kan se på bilden att de är ganska stora fysiskt och inte passar bakom de flesta klockor och måste placeras separat.

Mycket viktigt för vårt syfte är att när den laddas upp till 1,5 volt finns det lagrad energi i en 500 Farad -kondensator för att driva en typisk batteriklocka i cirka tre veckor innan spänningen sjunker till drygt en volt och klockan stannar. Detta innebär att kondensatorn kan hålla klockan igång genom tråkiga perioder på vintern när solenergi är bristfällig och sedan komma ikapp en ljus dag.

Det kan också nämnas här att stora utomhusklockor har blivit på modet under senare tid och dessa skulle vara mycket mottagliga för teknikerna som visas i artikeln. (Huruvida dessa utomhusklockor kommer att vara tillräckligt robusta för att hålla ute i det långa tempot är en viktig punkt.)

Steg 2: Komponenter krävs

Du behöver en batteriklocka. Den som visas i denna artikel är 12 tum i diameter och är radiostyrd från Anthorn i Storbritannien som sänder på 60 kHz. Det köptes i en lokal butik.

De andra komponenterna visas på bilden ovan.

En 500 Farad superkondensator. (eBay.)

En 6 Volt 100mA solcellsarray. Den som visas här är 11 cm x 6 cm och erhölls från herrarna CPS Solar:

www.cpssolar.co.uk

men allmänt tillgänglig på internet.

De återstående komponenterna är allmänt tillgängliga från leverantörer av elektroniska komponenter. Jag använder herrar Bitsbox:

www.bitsbox.co.uk/

1 2N3904 kisel NPN -transistor. En bra arbetshäst men vilken kisel -NPN som helst fungerar.

4 1N4148 kiseldiod. Inte kritiskt men antal krävs kan variera, se senare text.

1 100 x 75 x 40 mm ABS -hölje. Jag använde svart eftersom solcellen är svart. I mitt fall är superkondensatorn precis utrustad med väldigt lite spelrum-du kan behöva välja nästa lådstorlek!

Bit av bandbräda. Min klipptes från ett stycke 127x95 mm och ger rätt bredd för att passa in i ABS -låda.

Du behöver röd och svart strängad tråd och för den sista monteringen använde jag en bit tomt kretskort och flexibelt silikonlim.

Du behöver blygsamma verktyg för elektronisk konstruktion inklusive ett lödkolv.

Steg 3: Kretsen

Superkondensatorn har en maximal spänning på 2,7 volt. För att köra vår klocka behöver vi mellan 1,1 och 1,5 volt. Vanliga batteri elektriska klockrörelser kan tolerera spänningar över detta men radioklockan har elektroniska kretsar som kan bli oregelbundna om matningsspänningen är för hög.

Kretsen ovan visar en lösning. Kretsen är i huvudsak en emitterföljare. Solcellsutmatningen appliceras på kollektorn på 2N3904 -transistorn och på basen via 22k Ohm -motståndet. Från basen till marken har vi en kedja med fyra 1N4148 kiselsignaldioder, som matas av 22k Ohm -motståndet resulterar i en spänning på cirka 2,1 Volt på transistorbasen eftersom varje diod har ett framspänningsfall på cirka en halv volt under dessa betingelser. Den resulterande spänningen på transistorsändaren som matar superkondensatorn ligger runt den erforderliga 1,5 volt eftersom det finns ett spänningsfall på 0,6 volt i transistorn. Den normala blockeringsdioden som krävs för att förhindra att ström läcker tillbaka genom solcellen är inte nödvändig eftersom transistorns basemitterkoppling gör detta jobb.

Detta är rått men väldigt effektivt och billigt. En enda Zenerdiod kan ersätta kedjan av dioder men Zeners med låg spänning är inte så allmänt tillgängliga som de med högre spänning. Högre eller lägre spänningar kan uppnås genom att använda fler eller färre dioder i kedjan eller genom att använda olika dioder med olika framspänningsegenskaper.

Steg 4: Testa vår krets 1

Innan vi producerar den slutliga "hårda" versionen måste vi testa vår krets för att kontrollera att allt är bra och att vi genererar rätt spänning för superkondensatorn och, viktigast av allt, att den genererade spänningen inte kan överstiga 2,7 volt.

På bilden ovan ser du testkretsen som är mycket lik schemat som visades i föregående steg men här har superkondensatorn ersatts med en 1000 microFarad elektrolytkondensator som har ett 47 kOhm motstånd parallellt. Motståndet gör att spänningen kan läcka bort för att ge en aktuell avläsning när ljusinsatsen varierar.

Steg 5: Testa vår krets 2

På bilden ovan kan du se hur kretsen var ansluten i en tillfällig form på en lödlös brödbräda med spänningsutgången mätt på en multimeter. Kretsen lades ut nära ett fönster med persienner tillgängliga för att variera ljuset som når fotocellen.

Multimetern visar en tillfredsställande 1,48 Volt som varierade plus eller minus 0,05 Volt när ljusinmatningen varierade. Detta är precis vad som krävs och denna samling av komponenter kan användas.

Om resultatet inte är korrekt är det i detta skede som du kan lägga till eller ta bort dioder från kedjan för att öka eller minska utspänningen eller experimentera med olika dioder med olika framåtegenskaper.

Steg 6: Skär Stripboard

I mitt fall var detta mycket enkelt eftersom bandplattan har en bredd på 127 mm och en bit sågades för att passa in i listerna på ABS -lådan.

Steg 7: Förbered din solcell

Med vissa solceller kan du upptäcka att röda och svarta ledningar redan har lödts till kontakterna på solcellen, annars löds en längd av svartsträngad tråd till den negativa anslutningen av solcellen och en liknande längd av rödsträngad tråd till positiv förbindelse. För att förhindra att anslutningarna dras bort från solpanelen under konstruktionen förankrade jag tråden till solcellskroppen med hjälp av flexibelt silikonlim och lämnade detta att stelna.

Steg 8: Applicera solceller på ABS -lådan

Borra ett litet hål i botten av ABS -lådan för anslutningsledningarna. Applicera fyra stora klickar silikonlim som visas, för förbindningsledningarna genom hålet och applicera solcellen försiktigt. Solcellen kommer att vara stolt över ABS-lådan så att anslutningsledningarna kan passera under så att de stora klumparna med lim måste vara stora-att ändra sig i detta skede kommer att bli mycket rörigt! Låt stelna.

Steg 9: Inspektera ditt arbete

Du bör nu ha något som resultatet på bilden ovan.

Steg 10: Borra ett hål för kraften att lämna solenergimodulen

I detta skede måste vi tänka framåt och överväga hur kraften lämnar kraftenheten och matar upp till klockan och vi måste borra ett hål i ABS -lådan för att tillåta detta. Bilden ovan visar hur jag gjorde det men jag kunde ha gjort det bättre genom att gå mer mot mitten och därmed placera trådarna i ett mindre synligt läge. Din klocka kommer troligen att vara annorlunda, så erbjud kraftenheten fram till den och beräkna den bästa positionen för ditt hål som bör borras nu innan lådan monteras med de olika komponenterna.

Steg 11: Lödda komponenterna till Stripboard

Löd komponenterna på bandplattan som på bilden ovan. Kretsen är enkel och det finns gott om plats att sprida komponenterna om. Låt lodet överbrygga två rader koppar för anslutningarna till mark, positve och output. Modern bandplatta är ganska känslig och om du spenderar för länge med lödning och avlödning kan spåren lyfta.

Steg 12: Montera solenergin

Genom att använda svart och röd tråd och strikt observera polaritet ansluter solpanelens ledningar till bandplattan och uteffekten till superkondensatorn och gör sedan ett par 18 tums ledare som så småningom kommer att ansluta till klockan. Använd tillräckligt med tråd för att montera precis utanför lådan. Sätt nu in bandplattan i facken på ABS-lådan och följ med superkondensatorn med hjälp av Blu-Tack-dynor för att hålla enheten på plats. För säkerhets skull, använd maskeringstejp för att hålla isär de slutna ändarna på utmatningsledningarna för att förhindra att de blir kortslutna. Lossa försiktigt överflödig tråd i det återstående utrymmet i lådan och skruva sedan på locket.

Steg 13: Anslut enheten till klockan

Varje klocka kommer att vara annorlunda. I mitt fall att gifta sig med klockan med solenergi var helt enkelt en fråga om att använda en bit vanligt enkelsidigt kretskort ungefär fyra och en halv med två tum limmade på klockan och solenergin med silikonlim och låta stelna. Golvlaminat kan räcka. Anslut inte enheten elektriskt än utan ställ klockan plus solpanelen i solljus eller på en ljus plats och låt superkondensatorn ladda upp till 1,4 volt.

När kondensatorn är laddad kopplar du upp ledningarna till klockan med en längd av träplugg för att hålla anslutningarna i. Klockan ska nu gå.

På den medföljande bilden notera att de lösa trådarna har städats med ett par Blu-Tack-klossar.

Steg 14: Avslutad

Bilden ovan visar min klocka glada i vårt uterum där den ska gå på och på att klara åtta timmars vinterdagar och "våren framåt falla tillbaka". Matningsspänningen mäter 1,48 volt trots att vi har passerat höstdagjämningen med kortare dagar.

Denna uppställning kan möjligen användas i huset, men det måste testas. Det finns en tendens att hus i Storbritannien har mindre fönster nuförtiden och det omgivande ljuset kan vara lite svagt men artificiellt ljus kan reparera balansen.

Steg 15: Några sista tankar

Vissa kan påpeka att batterier är väldigt billiga, så varför bry sig? Inte en lätt fråga att svara på, men för mig är det tillfredsställelsen att starta något som kan köras utan uppsikt i åratal, möjligen på en avlägsen och otillgänglig plats.

En annan giltig fråga är "Varför inte använda en laddningsbar Ni/Mh -cell istället för superkondensatorn?". Detta skulle fungera, elektroniken kunde vara mycket enklare och 1,2 Volt driftspänning i en sådan cell skulle bara ge service till minimispänningen för en batteriklocka. Laddningsbara celler har dock ett ändligt liv medan vi hoppas att superkondensatorer kommer att ha det liv som vi förväntar oss av någon annan elektronisk komponent även om det återstår att se.

Detta projekt har visat att de högvärdiga superkondensatorerna som nu används inom fordonsteknik enkelt kan laddas upp med solenergi. Detta kan öppna ett antal möjligheter:

Fjärranslutna applikationer som radiofyrar där allt inklusive solcellen säkert kan förvaras i ett robust glashus som en söt burk.

Perfekt för kretsar av Joule Thief -typ med en superkondensator som eventuellt levererar ett antal kretsar samtidigt.

Superkondensatorer kan enkelt kopplas parallellt som alla kondensatorer också är det möjligt att placera två i serie utan komplikationer av balansmotstånd. Jag kan se möjligheten att ha tillräckligt med dessa senare enheter parallellt för att ladda en mobiltelefon, till exempel mycket snabbt via en egenutvecklad spänningsomvandlare.