كيفية تشغيل ساعة البطارية على الطاقة الشمسية: 15 خطوة (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

تأتي هذه المساهمة في أعقاب مساهمة سابقة في عام 2016 ، (انظر هنا ،) ولكن في الفترة الفاصلة كانت هناك تطورات في المكونات التي تجعل المهمة أسهل بكثير وتحسن الأداء. ستمكن التقنيات الموضحة هنا من نشر الساعة التي تعمل بالطاقة الشمسية بسهولة في أماكن مثل الحديقة الشتوية أو الشرفة المحمية وربما داخل المنزل حيث يتوفر ضوء كافٍ في وقت ما خلال اليوم مثل النافذة أو الباب الخارجي المزجج ولكن هذا سيخضع للتجربة. يفتح استخدام ساعة يتم التحكم فيها عن طريق الراديو إمكانية وجود ساعة يمكن تركها دون مراقبة لسنوات.

السلامة يجب أن تدرك أن المكثف الفائق الكبير يمكن أن يحمل الكثير من الطاقة وإذا تم تقصيره يمكن أن يولد تيارًا كافيًا لجعل الأسلاك تتوهج باللون الأحمر لفترة وجيزة.

أود أن أضيف أن الساعات الموضحة في Instructable الأولى لا تزال تعمل بسعادة.

الخطوة 1: مكثفات فائقة جديدة

يوضح الرسم التوضيحي أعلاه مكثفًا فائقًا بسعة 500 فاراد. هذه متاحة الآن بسعر رخيص على موقع eBay وتستخدم في ممارسة هندسة السيارات. إنها أكبر بكثير من 20 أو 50 وحدة فاراد المتاحة بشكل روتيني في وقت مقالتي الأولى. يمكنك أن ترى في الصورة أنها كبيرة ماديًا إلى حد ما ولن تتناسب مع معظم الساعات ويجب وضعها بشكل منفصل.

من المهم جدًا بالنسبة إلى هدفنا أنه عند شحن ما يصل إلى 1.5 فولت ، توجد طاقة مخزنة كافية في مكثف 500 فاراد لتشغيل ساعة بطارية نموذجية لحوالي ثلاثة أسابيع قبل أن ينخفض الجهد إلى ما يزيد قليلاً عن فولت وتتوقف الساعة. هذا يعني أن المكثف يمكنه الحفاظ على تشغيل الساعة خلال فترات مملة في الشتاء عندما يكون هناك نقص في الطاقة الشمسية ومن ثم اللحاق بها في يوم مشرق.

يمكن أيضًا الإشارة هنا إلى أن الساعات الخارجية الكبيرة أصبحت عصرية في الآونة الأخيرة وستكون مناسبة جدًا للتقنيات الموضحة في المقالة. (ما إذا كانت هذه الساعات الخارجية قوية بما يكفي لتستمر في الخارج لفترة طويلة هي نقطة خلافية.)

الخطوة 2: المكونات المطلوبة

ستحتاج ساعة بطارية. يبلغ قطر الجهاز الموضح في هذه المقالة 12 بوصة ويتم التحكم فيه لاسلكيًا من Anthorn في المملكة المتحدة والذي يبث على 60 كيلو هرتز. تم شراؤه من متجر محلي.

المكونات الأخرى موضحة في الصورة أعلاه.

مكثف فائق 500 فاراد. (إيباي.)

مجموعة شمسية واحدة 6 فولت 100 مللي أمبير. النموذج الموضح هنا هو 11 سم × 6 سم وتم الحصول عليه من شركة Messrs CPS Solar:

www.cpssolar.co.uk

لكنها متاحة على نطاق واسع على الإنترنت.

المكونات المتبقية متاحة على نطاق واسع من موردي المكونات الإلكترونية. أنا أستعمل السادة Bitsbox:

www.bitsbox.co.uk/

1 2N3904 السيليكون الترانزستور NPN. قوة عمل جيدة ولكن أي سيليكون NPN سيعمل.

4 1N4148 صمام ثنائي السيليكون. ليست حرجة ولكن العدد المطلوب قد يختلف ، انظر النص لاحقًا.

1100 × 75 × 40 مم حاوية ABS. لقد استخدمت اللون الأسود لأن الخلية الشمسية سوداء. في حالتي ، تم تزويد المكثف الفائق بفسحة قليلة جدًا - قد تحتاج إلى زيادة حجم الصندوق التالي!

قطعة من شريط لاصق. تم قطع المنجم من قطعة 127x95mm ويعطي العرض المناسب للفتحة في صندوق ABS.

ستحتاج إلى سلك مجدول باللونين الأحمر والأسود وللتجميع النهائي ، استخدمت قطعة من لوحة الدوائر المطبوعة الفارغة ولاصق السيليكون المرن.

ستحتاج إلى أدوات متواضعة للبناء الإلكتروني بما في ذلك مكواة لحام.

الخطوة 3: الدائرة

يمتلك المكثف الفائق أقصى تقدير للجهد يبلغ 2.7 فولت. لتشغيل ساعتنا ، نحتاج إلى ما بين 1.1 و 1.5 فولت. قد تتسامح حركات الساعة الكهربائية العادية للبطارية مع الفولتية أعلى من ذلك ، لكن ساعة الراديو بها دوائر إلكترونية قد تصبح غير منتظمة إذا كان جهد الإمداد مرتفعًا جدًا.

الدائرة أعلاه تظهر حلا واحدا. الدائرة هي في الأساس تابع باعث. يتم تطبيق خرج الخلايا الشمسية على مجمّع الترانزستور 2N3904 وعلى القاعدة عبر المقاوم 22 كيلو أوم. من القاعدة إلى الأرض ، لدينا سلسلة من أربعة صمامات ثنائية إشارة من السيليكون 1N4148 والتي يتم تغذيتها بواسطة المقاوم 22 كيلو أوم ينتج عنها جهد يبلغ حوالي 2.1 فولت على قاعدة الترانزستور نظرًا لأن كل صمام ثنائي لديه انخفاض في الجهد الأمامي يبلغ حوالي نصف فولت تحت هذه شروط. الجهد الناتج على باعث الترانزستور الذي يغذي المكثف الفائق حوالي 1.5 فولت المطلوب نظرًا لوجود انخفاض في الجهد بمقدار 0.6 فولت في الترانزستور. الصمام الثنائي العادي المطلوب لمنع تسرب التيار مرة أخرى عبر الخلية الشمسية غير مطلوب لأن تقاطع باعث القاعدة للترانزستور يقوم بهذه المهمة.

هذا بدائي لكنه فعال جدا ورخيص. يمكن أن يحل الصمام الثنائي Zener الأحادي محل سلسلة الثنائيات ، لكن زنجات الجهد المنخفض ليست متوفرة على نطاق واسع مثل تلك ذات الجهد العالي. يمكن الحصول على جهد أعلى أو أقل باستخدام صمامات ثنائية أكثر أو أقل في السلسلة أو باستخدام صمامات ثنائية مختلفة ذات خصائص جهد أمامي مختلفة.

الخطوة 4: اختبر دائرتنا 1

قبل إنتاج الإصدار "الصعب" النهائي ، نحتاج إلى اختبار دائرتنا للتحقق من أن كل شيء على ما يرام وأننا نولد الجهد الصحيح للمكثف الفائق ، والأهم من ذلك ، أن الجهد المتولد لا يمكن أن يتجاوز تصنيف 2.7 فولت.

في الصورة أعلاه ، سترى دائرة الاختبار التي تشبه إلى حد كبير المخطط الموضح في الخطوة السابقة ولكن هنا تم استبدال المكثف الفائق بمكثف تحليلي 1000 ميكرو فاراد يحتوي على مقاومة 47 كيلو أوم بالتوازي. يسمح المقاوم للجهد بالتسرب بعيدًا لتوفير قراءة محدثة مع اختلاف دخل الضوء.

الخطوة 5: اختبر دائرتنا 2

في الصورة أعلاه ، يمكنك أن ترى كيف تم توصيل الدائرة الكهربائية بشكل مؤقت على لوح تجارب غير ملحوم مع إخراج الجهد المقاس على مقياس متعدد. تم وضع الدائرة بالقرب من نافذة مع توفر ستائر لتغيير الضوء الذي يصل إلى الخلية الكهروضوئية.

يُظهر المتر المتعدد 1.48 فولت مُرضٍ والذي يتنوع زائد أو ناقص 0.05 فولت حيث تباين مدخل الضوء. هذا هو بالضبط المطلوب ويمكن استخدام هذه المجموعة من المكونات.

إذا كانت النتيجة غير صحيحة ، يمكنك في هذه المرحلة إضافة أو إزالة الثنائيات من السلسلة لزيادة أو تقليل جهد الخرج أو تجربة ثنائيات مختلفة ذات خصائص أمامية مختلفة.

الخطوة 6: قص الشريط

في حالتي ، كان هذا سهلاً للغاية حيث يبلغ عرض اللوح الشريطي 127 مم وتم نشر قطعة لتثبيتها في قوالب صندوق ABS.

الخطوة 7: تحضير الخلايا الشمسية الخاصة بك

مع بعض المصفوفات الشمسية ، قد تجد أن الأسلاك الحمراء والسوداء قد تم لحامها بالفعل في جهات الاتصال الموجودة على الخلية الشمسية ، وإلا قم بلحام سلك أسود مجدول بالاتصال السلبي للخلية الشمسية وطول مشابه من السلك الأحمر الذي تقطعت به السبل إلى الموجب. الإتصال. لمنع سحب الوصلات بعيدًا عن الألواح الشمسية أثناء البناء ، قمت بتثبيت السلك بجسم الخلية الشمسية باستخدام غراء السيليكون المرن وتركت هذا لضبط.

الخطوة 8: تطبيق الخلايا الشمسية على صندوق ABS

قم بحفر ثقب صغير في الجزء السفلي من صندوق ABS لأسلاك التوصيل. ضع أربعة قطع كبيرة من غراء السيليكون كما هو موضح ، وقم بتمرير الخيوط المتصلة عبر الفتحة وقم بتطبيق الخلية الشمسية برفق. ستفتخر الخلية الشمسية بصندوق ABS للسماح للخيوط المتصلة بالمرور تحتها ، لذا يجب أن تكون قطع الغراء الكبيرة كبيرة - تغيير رأيك في هذه المرحلة سيكون فوضويًا للغاية! اتركه لضبطه.

الخطوة 9: افحص عملك

يجب أن يكون لديك الآن شيء مثل النتيجة في الصورة أعلاه.

الخطوة 10: حفر حفرة للطاقة للخروج من وحدة الطاقة الشمسية

في هذه المرحلة ، نحتاج إلى التفكير مسبقًا والنظر في كيفية ترك الطاقة لوحدة الطاقة وتغذية الساعة ونحتاج إلى حفر ثقب في صندوق ABS للسماح بذلك. توضح الصورة أعلاه كيف فعلت ذلك ولكن كان بإمكاني أن أفعل ذلك بشكل أفضل من خلال الذهاب أكثر نحو الوسط وبالتالي وضع الأسلاك في وضع أقل وضوحًا. من المحتمل أن تكون ساعتك مختلفة ، لذا اعرض وحدة الطاقة عليها واعمل على تحديد أفضل موضع لحفرك والذي يجب حفره الآن قبل أن يتم تزويد الصندوق بالعديد من المكونات.

الخطوة 11: لحام المكونات في Stripboard

قم بتوصيل المكونات باللوحة الشريطية كما في الصورة أعلاه. الدائرة بسيطة وهناك متسع كبير لنشر المكونات حولها. لا تتردد في السماح للجندى بربط صفين من النحاس من أجل التوصيلات بالأرض والإيجابية والإخراج. اللوح الشريطي الحديث حساس نوعًا ما ، وإذا قضيت وقتًا طويلاً في اللحام وإلغاء اللحام ، فقد ترتفع المسارات.

الخطوة 12: قم بتجميع وحدة الطاقة الشمسية

يؤدي استخدام الأسلاك المجدولة باللونين الأسود والأحمر والالتزام الصارم بالقطبية إلى توصيل الألواح الشمسية باللوحة الشريطية وطاقة الخرج إلى المكثف الفائق ثم بعد ذلك صنع زوج من الخيوط مقاس 18 بوصة والذي سيتصل في النهاية بالساعة. استخدم سلكًا كافيًا للسماح بالتجميع خارج الصندوق فقط. قم الآن بفتح مجموعة الشريط الشريطي في الفتحات الموجودة في صندوق ABS واتبعها باستخدام المكثف الفائق باستخدام منصات Blu-Tack لتثبيت الوحدة في مكانها. من أجل السلامة ، استخدم شريطًا لاصقًا لفصل الأطراف العارية عن الخرج لمنعها من التقصير. قم بتخفيف السلك الزائد برفق في المساحة المتبقية في الصندوق ثم قم بربط الغطاء.

الخطوة 13: قم بتوصيل الوحدة بالساعة

كل ساعة ستكون مختلفة. في حالتي ، كان زواج الساعة بوحدة الطاقة الشمسية مجرد مسألة استخدام قطعة من لوحة الدوائر المطبوعة أحادية الجانب تقريبًا أربعة ونصف في بوصتين ملتصقتين بالساعة والوحدة الشمسية بغراء السيليكون والسماح بالتثبيت. قد تكون صفائح الأرضيات كافية. لا تقم بتوصيل الوحدة كهربائيًا بعد ، ولكن ضع الساعة بالإضافة إلى اللوحة الشمسية في ضوء الشمس أو في مكان مشرق واسمح للمكثف الفائق بشحن حتى 1.4 فولت.

بمجرد شحن المكثف ، قم بتوصيل الخيوط بالساعة باستخدام طول وتد خشبي لتثبيت التوصيلات. يجب أن تعمل الساعة الآن.

في الصورة المرفقة ، لاحظ أن الأسلاك المفكوكة قد تم ترتيبها باستخدام نقطتين من Blu-Tack.

الخطوة 14: انتهى

تُظهر الصورة أعلاه ساعتي وهي تعمل بسعادة في الحديقة الشتوية الخاصة بنا حيث يجب أن تعمل باستمرار وعلى التعامل مع أيام الشتاء التي تبلغ ثماني ساعات و "الربيع إلى الأمام يسقط للخلف". يقيس جهد التغذية 1.48 فولت على الرغم من تجاوزنا للاعتدال الخريفي مع أيام تقصير.

من المحتمل أن يتم نشر هذا الإعداد داخل المنزل ولكن يجب أن يكون موضوع التجربة هناك ميل للمنازل في المملكة المتحدة لأن يكون لديها نوافذ أصغر هذه الأيام ويمكن أن يكون الضوء المحيط خافتًا بعض الشيء ولكن الضوء الاصطناعي قد يعالج التوازن.

الخطوة 15: بعض الأفكار الأخيرة

قد يشير البعض إلى أن البطاريات رخيصة جدًا فلماذا تهتم؟ ليس من السهل الإجابة عن هذا السؤال ، لكن بالنسبة لي ، فإنني أشعر بالرضا عن بدء شيء ما يمكن أن يستمر دون مراقبة لسنوات وسنوات ربما في مكان بعيد ولا يمكن الوصول إليه.

سؤال آخر صالح هو "لماذا لا تستخدم خلية قابلة لإعادة الشحن Ni / Mh بدلاً من المكثف الفائق؟". هذا من شأنه أن يعمل ، يمكن أن تكون الإلكترونيات أبسط بكثير وستكون فولطية التشغيل 1.2 فولت لمثل هذه الخلية تقريبًا لخدمة الحد الأدنى لمتطلبات الجهد لساعة البطارية. ومع ذلك ، تتمتع الخلايا القابلة لإعادة الشحن بعمر محدود ، بينما نأمل أن تتمتع المكثفات الفائقة بالعمر الذي نتوقعه من أي مكون إلكتروني آخر ، على الرغم من أن ذلك لم يتضح بعد.

أظهر هذا المشروع أن المكثفات الفائقة القيمة المستخدمة الآن في هندسة السيارات يمكن شحنها بسهولة باستخدام الطاقة الشمسية. قد يفتح هذا عددًا من الاحتمالات:

التطبيقات البعيدة مثل منارات الراديو حيث يمكن وضع كل شيء بما في ذلك الخلية الشمسية بأمان في غلاف زجاجي قوي مثل جرة حلوة.

مثالي لدوائر من نوع Joule Thief مع مكثف فائق واحد يحتمل أن يزود عددًا من الدوائر في وقت واحد.

يمكن توصيل المكثفات الفائقة بسهولة بالتوازي مثل جميع المكثفات ، كما يمكن وضع مكثفات على التوالي بدون تعقيد موازنة المقاومات. أستطيع أن أرى إمكانية وجود ما يكفي من هذه الوحدات الأخيرة بالتوازي لشحن الهاتف المحمول ، على سبيل المثال ، بسرعة كبيرة عبر محول جهد تصاعدي خاص.