Cách chạy đồng hồ pin bằng năng lượng mặt trời: 15 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Sự đóng góp này tiếp nối từ sự đóng góp trước đó vào năm 2016, (xem tại đây,) nhưng trong giai đoạn can thiệp, đã có những phát minh trong các thành phần giúp công việc dễ dàng hơn nhiều và hiệu suất được cải thiện. Các kỹ thuật được trình bày ở đây sẽ cho phép đồng hồ chạy bằng năng lượng mặt trời dễ dàng được triển khai ở những nơi như nhà kính hoặc hiên có mái che và có thể bên trong ngôi nhà nơi có đủ ánh sáng vào một số thời điểm trong ngày chẳng hạn như bên cửa sổ hoặc cửa ra vào bằng kính nhưng điều này sẽ là đối tượng để thử nghiệm. Việc sử dụng đồng hồ điều khiển bằng sóng vô tuyến mở ra khả năng có một chiếc đồng hồ có thể bị bỏ mặc trong nhiều năm.

An toàn Hãy lưu ý rằng một siêu tụ điện lớn có thể chứa rất nhiều năng lượng và nếu bị chập có thể tạo ra đủ dòng điện để làm cho dây nóng đỏ rực trong thời gian ngắn.

Tôi muốn nói thêm rằng các đồng hồ hiển thị trong Có thể hướng dẫn đầu tiên vẫn đang chạy vui vẻ.

Bước 1: Siêu tụ điện mới

Hình minh họa trên cho thấy một siêu tụ điện có công suất 500 Farads. Chúng hiện có sẵn với giá rẻ trên eBay và được sử dụng trong thực hành kỹ thuật ô tô. Chúng lớn hơn hàng loạt so với 20 hoặc 50 đơn vị Farad thường có tại thời điểm bài báo đầu tiên của tôi. Bạn có thể thấy trong hình rằng chúng khá lớn về mặt vật lý và sẽ không vừa với hầu hết các đồng hồ và phải được đặt riêng biệt.

Điều rất quan trọng đối với mục đích của chúng tôi là khi được sạc lên đến 1,5 Vôn, sẽ có đủ năng lượng dự trữ trong tụ điện 500 Farad để chạy đồng hồ pin điển hình trong khoảng ba tuần trước khi điện áp giảm xuống chỉ còn hơn một Vôn và đồng hồ dừng lại. Điều này có nghĩa là tụ điện có thể giữ cho đồng hồ chạy qua những giai đoạn buồn tẻ vào mùa đông khi năng lượng mặt trời bị thiếu hụt và sau đó bắt kịp vào một ngày tươi sáng.

Nó cũng có thể được đề cập ở đây rằng đồng hồ lớn ngoài trời đã trở thành mốt trong thời gian gần đây và chúng sẽ rất phù hợp với các kỹ thuật được hiển thị trong bài báo. (Liệu những chiếc đồng hồ ngoài trời này có đủ mạnh mẽ để tồn tại bên ngoài trong thời gian dài hay không là một vấn đề đáng bàn.)

Bước 2: Các thành phần bắt buộc

Bạn sẽ cần một đồng hồ pin. Chiếc được hiển thị trong bài viết này có đường kính 12 inch và được điều khiển bằng sóng vô tuyến từ Anthorn ở Anh, truyền trên tần số 60 kHz. Nó đã được mua trong một cửa hàng địa phương.

Các thành phần khác được hiển thị trong hình trên.

Một siêu tụ điện 500 Farad. (eBay.)

Một mảng năng lượng mặt trời 6 Volt 100mA. Hình được hiển thị ở đây có kích thước 11cm x 6 cm và được lấy từ Messrs CPS Solar:

www.cpssolar.co.uk

nhưng được phổ biến rộng rãi trên internet.

Các thành phần còn lại được cung cấp rộng rãi từ các nhà cung cấp linh kiện điện tử. Tôi sử dụng Messrs. Bitsbox:

www.bitsbox.co.uk/

1 bóng bán dẫn silicon NPN 2N3904. Một con ngựa tốt nhưng bất kỳ NPN silicon nào cũng sẽ hoạt động.

4 Điốt silicon 1N4148. Không quan trọng nhưng số lượng yêu cầu có thể thay đổi, xem văn bản sau.

1 hộp ABS 100 x 75 x 40mm. Tôi đã sử dụng màu đen vì pin mặt trời có màu đen. Trong trường hợp của tôi, siêu tụ điện chỉ được trang bị rất ít thời gian - bạn có thể cần phải tăng kích thước hộp tiếp theo!

Mảnh bìa. Mỏ được cắt từ một mảnh 127x95mm và có chiều rộng phù hợp để tạo rãnh vào hộp ABS.

Bạn sẽ cần dây bện màu đỏ và đen và để thử nghiệm cuối cùng, tôi đã sử dụng một đoạn bảng mạch in trống và chất kết dính silicon dẻo.

Bạn sẽ cần các công cụ khiêm tốn để xây dựng điện tử bao gồm một mỏ hàn.

Bước 3: Mạch

Siêu tụ điện có định mức điện áp tối đa là 2,7 Volts. Để chạy đồng hồ của chúng tôi, chúng tôi yêu cầu từ 1,1 đến 1,5 Volts. Các chuyển động của đồng hồ điện chạy bằng pin thông thường có thể chịu được điện áp trên mức này nhưng đồng hồ vô tuyến có mạch điện tử có thể trở nên thất thường nếu điện áp cung cấp quá cao.

Đoạn mạch trên hiển thị một giải pháp. Mạch thực chất là một bộ theo dõi emitter. Đầu ra pin mặt trời được áp dụng cho bộ thu của bóng bán dẫn 2N3904 và đến đế thông qua điện trở 22k Ohm. Từ chân đế đến mặt đất, chúng tôi có một chuỗi bốn điốt tín hiệu silicon 1N4148, được cung cấp bởi điện trở 22k Ohm dẫn đến điện áp khoảng 2,1 Vôn trên đế bóng bán dẫn vì mỗi điốt có điện áp chuyển tiếp giảm khoảng nửa vôn dưới những điều kiện. Điện áp kết quả trên bộ phát bóng bán dẫn nuôi siêu tụ điện là khoảng 1,5 Volt cần thiết vì có sự sụt giảm điện áp 0,6 Volt trong bóng bán dẫn. Không bắt buộc phải sử dụng diode chặn thông thường để ngăn dòng điện rò rỉ trở lại qua pin mặt trời vì điểm nối cực phát của bóng bán dẫn thực hiện công việc này.

Cách này tuy thô nhưng rất hiệu quả và rẻ. Một điốt Zener duy nhất có thể thay thế chuỗi điốt nhưng các Điốt điện áp thấp không được phổ biến rộng rãi như các điốt có điện áp cao hơn. Có thể thu được điện áp cao hơn hoặc thấp hơn bằng cách sử dụng nhiều hơn hoặc ít điốt trong chuỗi hoặc bằng cách sử dụng các điốt khác nhau có đặc tính điện áp thuận khác nhau.

Bước 4: Kiểm tra mạch 1 của chúng tôi

Trước khi sản xuất phiên bản 'cứng' cuối cùng, chúng tôi cần kiểm tra mạch của mình để kiểm tra xem tất cả đều tốt và chúng tôi đang tạo điện áp chính xác cho siêu tụ điện và quan trọng nhất là điện áp tạo ra không được vượt quá định mức 2,7 Volt.

Trong hình trên, bạn sẽ thấy mạch thử nghiệm rất giống với sơ đồ được hiển thị ở bước trước nhưng ở đây siêu tụ đã được thay thế bằng tụ điện 1000 microFarad có điện trở 47 kOhm mắc song song. Điện trở cho phép rò rỉ điện áp để cung cấp số đọc cập nhật khi đầu vào ánh sáng thay đổi.

Bước 5: Kiểm tra mạch 2 của chúng tôi

Trong hình trên, bạn có thể thấy mạch được nối dây ở dạng tạm thời trên bảng mạch không hàn với đầu ra điện áp được đo trên đồng hồ vạn năng. Mạch được bố trí gần cửa sổ với rèm có sẵn để thay đổi ánh sáng đến tế bào quang điện.

Đồng hồ vạn năng hiển thị 1,48 Volt thỏa đáng, thay đổi cộng hoặc trừ 0,05 Volt khi đầu vào ánh sáng thay đổi. Đây chính xác là những gì được yêu cầu và tập hợp các thành phần này có thể được sử dụng.

Nếu kết quả không đúng thì ở giai đoạn này, bạn có thể thêm hoặc bớt điốt khỏi chuỗi để tăng hoặc giảm điện áp đầu ra hoặc thử nghiệm với các điốt khác nhau có đặc tính thuận khác nhau.

Bước 6: Cắt Stripboard

Trong trường hợp của tôi, điều này rất dễ dàng vì tấm bảng có chiều rộng 127mm và một mảnh được xẻ để ghép vào các đường đúc của hộp ABS.

Bước 7: Chuẩn bị pin mặt trời của bạn

Với một số mảng năng lượng mặt trời, bạn có thể thấy rằng các dây màu đỏ và đen đã được hàn vào các điểm tiếp xúc trên pin mặt trời, nếu không thì hãy hàn một chiều dài của dây màu đen với kết nối âm của pin mặt trời và chiều dài tương tự của dây màu đỏ với dây dương sự liên quan. Để ngăn các kết nối bị kéo ra khỏi bảng điều khiển năng lượng mặt trời trong quá trình xây dựng, tôi đã cố định dây vào thân pin mặt trời bằng cách sử dụng keo silicon dẻo và để nguyên trạng thái này.

Bước 8: Áp dụng pin mặt trời vào hộp ABS

Khoan một lỗ nhỏ ở đáy hộp ABS cho các dây dẫn kết nối. Bôi bốn miếng keo silicon lớn như hình minh họa, luồn các dây dẫn kết nối qua lỗ và nhẹ nhàng dán pin mặt trời. Pin mặt trời sẽ tự hào về hộp ABS để cho phép các dây dẫn kết nối đi qua bên dưới vì vậy các cục keo lớn cần phải lớn - thay đổi ý định của bạn ở giai đoạn này sẽ rất lộn xộn! Để thiết lập.

Bước 9: Kiểm tra công việc của bạn

Bây giờ bạn sẽ có một cái gì đó giống như kết quả trong hình trên.

Bước 10: Khoan một lỗ để lấy điện ra khỏi mô-đun năng lượng mặt trời

Ở giai đoạn này, chúng ta cần phải suy nghĩ trước và xem xét cách điện năng rời khỏi bộ nguồn và cấp nguồn cho đồng hồ và chúng ta cần phải khoan một lỗ trên hộp ABS để cho phép điều này. Hình trên cho thấy cách tôi đã làm nhưng tôi có thể làm tốt hơn bằng cách đi nhiều hơn về phía giữa, do đó đặt các dây ở vị trí ít nhìn thấy hơn. Đồng hồ của bạn có thể sẽ khác, vì vậy hãy cung cấp bộ nguồn phù hợp với nó và tìm ra vị trí tốt nhất cho lỗ của bạn, lỗ này nên được khoan ngay trước khi hộp được lắp với các thành phần khác nhau.

Bước 11: Hàn các thành phần vào Stripboard

Hàn các thành phần vào dải bảng như trong hình trên. Mạch rất đơn giản và có nhiều chỗ để lan truyền các thành phần. Vui lòng cho phép vật hàn nối hai hàng đồng cho các kết nối với mặt đất, vị trí và đầu ra. Ván dải hiện đại khá mỏng manh và nếu bạn hàn và làm khô quá lâu thì các rãnh có thể bị bong ra.

Bước 12: Lắp ráp đơn vị năng lượng mặt trời

Sử dụng dây bện màu đen và đỏ và quan sát chặt chẽ cực kết nối bảng điều khiển năng lượng mặt trời dẫn đến bảng dải và công suất đầu ra với siêu tụ điện và sau đó trở đi tạo một cặp dây dẫn 18 inch cuối cùng sẽ kết nối với đồng hồ. Sử dụng đủ dây để cho phép lắp ráp ngay bên ngoài hộp. Bây giờ, hãy lắp ráp dải bảng vào các khe trên hộp ABS và theo sau với siêu tụ điện bằng cách sử dụng các miếng đệm của Blu-Tack để giữ thiết bị tại chỗ. Để an toàn, hãy sử dụng băng che để giữ các đầu trần của đầu ra không bị chập. Nhẹ nhàng luồn dây thừa vào khoảng trống còn lại trong hộp rồi vặn nắp.

Bước 13: Kết nối thiết bị với đồng hồ

Mỗi Đồng hồ sẽ khác nhau. Trong trường hợp của tôi, việc kết hợp đồng hồ với bộ phận năng lượng mặt trời chỉ đơn giản là một câu hỏi sử dụng một miếng bảng mạch in một mặt đơn giản khoảng bốn rưỡi x hai inch dán vào đồng hồ và bộ phận năng lượng mặt trời bằng keo silicon và cho phép thiết lập. Sàn gỗ có thể đủ. Không kết nối thiết bị bằng điện nhưng hãy đặt đồng hồ cộng với bảng điều khiển năng lượng mặt trời ở nơi có ánh sáng mặt trời hoặc nơi sáng sủa và cho phép siêu tụ điện sạc đến 1,4Volt.

Sau khi tụ điện được sạc, hãy kết nối các dây dẫn với đồng hồ bằng cách sử dụng chiều dài chốt gỗ để giữ các kết nối trong đó. Đồng hồ sẽ chạy.

Trong hình ảnh kèm theo, lưu ý rằng các dây lỏng lẻo đã được thu dọn bằng một vài đốm màu Blu-Tack.

Bước 14: Hoàn thành

Hình trên cho thấy đồng hồ của tôi đang chạy vui vẻ trong nhà kính của chúng tôi, nơi nó sẽ chạy liên tục để đối phó với những ngày mùa đông tám giờ và 'mùa xuân tới mùa thu trở lại'. Điện áp cung cấp đo được 1,48 Volt mặc dù chúng ta đã qua điểm phân mùa thu với những ngày ngắn lại.

Việc thiết lập này có thể được triển khai bên trong ngôi nhà nhưng đó cần phải là chủ đề thử nghiệm. Ngày nay, các ngôi nhà ở Anh có xu hướng có cửa sổ nhỏ hơn và ánh sáng xung quanh có thể hơi mờ nhưng ánh sáng nhân tạo có thể khắc phục. sự cân bằng.

Bước 15: Một số suy nghĩ cuối cùng

Một số người có thể chỉ ra rằng pin rất rẻ, vậy tại sao phải bận tâm? Không phải là một câu hỏi dễ trả lời nhưng đối với tôi, đó là sự hài lòng khi bắt đầu một thứ gì đó có thể chạy không cần giám sát trong nhiều năm và có thể ở một nơi xa xôi và không thể tiếp cận.

Một câu hỏi hợp lệ khác là "Tại sao không sử dụng pin sạc Ni / Mh thay vì siêu tụ điện?". Điều này sẽ hoạt động, thiết bị điện tử có thể đơn giản hơn nhiều và điện áp chạy 1,2 Vôn của một tế bào như vậy sẽ chỉ đáp ứng yêu cầu điện áp tối thiểu của đồng hồ pin. Tuy nhiên, các tế bào có thể sạc lại có tuổi thọ hữu hạn trong khi chúng tôi hy vọng rằng các siêu tụ điện sẽ có tuổi thọ mà chúng ta mong đợi từ bất kỳ thành phần điện tử nào khác mặc dù điều đó vẫn còn phải được nhìn thấy.

Dự án này đã chỉ ra rằng các siêu tụ điện có giá trị cao hiện đang được sử dụng trong kỹ thuật ô tô có thể dễ dàng được sạc bằng năng lượng mặt trời. Điều này có thể mở ra một số khả năng:

Các ứng dụng từ xa như đèn hiệu vô tuyến, nơi mọi thứ bao gồm cả pin mặt trời có thể được đặt an toàn trong một vỏ bằng thủy tinh chắc chắn như một chiếc lọ ngọt.

Hoàn hảo cho mạch loại Joule Thief với một siêu tụ điện có khả năng cung cấp một số mạch đồng thời.

Siêu tụ điện có thể dễ dàng mắc song song giống như tất cả các tụ điện cũng có thể đặt hai tụ điện nối tiếp mà không cần phức tạp đến việc cân bằng điện trở. Tôi có thể thấy khả năng có đủ các thiết bị thứ hai này song song để sạc điện thoại di động, chẳng hạn, rất nhanh chóng thông qua một bộ chuyển đổi điện áp nâng cấp độc quyền.