Com fer funcionar un rellotge de bateria amb energia solar: 15 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Aquesta contribució segueix una anterior del 2016, (vegeu aquí), però en el període intermedi hi ha hagut desenvolupaments en components que faciliten molt la feina i milloren el rendiment. Les tècniques que es mostren aquí permetran desplegar fàcilment un rellotge amb energia solar en llocs com un conservatori o un porxo protegit i, possiblement, dins d’una casa on hi hagi prou llum en algun moment del dia, com per una finestra o una porta externa vidriada, però estaria subjecte a experimentació. L’ús d’un rellotge controlat per ràdio obre la possibilitat de tenir un rellotge que es pugui deixar sense vigilància durant anys.

Seguretat Tingueu en compte que un supercondensador gran pot contenir molta energia i, si es produeix un curtcircuit, pot generar prou corrent per fer que els cables brillin en vermell durant un breu període.

Afegiria que els rellotges que es mostren al primer Instructable segueixen funcionant alegrement.

Pas 1: nous supercondensadors

La il·lustració anterior mostra un supercondensador amb una capacitat de 500 Farads. Ara estan disponibles a baix preu a eBay i s’utilitzen en la pràctica d’enginyeria automotriu. Són massivament més grans que les 20 o 50 unitats Farad disponibles habitualment en el moment del meu primer article. Podeu veure a la imatge que són bastant grans físicament i que no caben darrere de la majoria dels rellotges i que s’han d’allotjar per separat.

Molt important per al nostre propòsit és que quan es carrega fins a 1,5 volts, hi ha prou energia emmagatzemada en un condensador de 500 Farad per fer funcionar un rellotge de bateria típic durant unes tres setmanes abans que el voltatge caigui a poc més d’un volt i el rellotge s’aturi. Això vol dir que el condensador pot mantenir el rellotge en funcionament durant períodes avorrits a l’hivern quan l’energia solar és escassa i després recuperar-se en un dia brillant.

Aquí també es pot esmentar que els grans rellotges exteriors s'han posat de moda en els darrers temps i que serien molt compatibles amb les tècniques que es mostren a l'article. (Que aquests rellotges a l’aire lliure siguin prou robusts com per durar a l’exterior a llarg termini és un punt discutible).

Pas 2: components necessaris

Necessitareu un rellotge de bateria. El que es mostra en aquest article té un diàmetre de 12 polzades i està radiocontrolat des d’Anthorn al Regne Unit que transmet a 60 kHz. Es va comprar en una botiga local.

Els altres components es mostren a la imatge superior.

Un super condensador 500 Farad. (eBay.)

Un conjunt solar de 6 volts de 100 mA. El que es mostra aquí fa 11 cm x 6 cm i es va obtenir dels senyors CPS Solar:

www.cpssolar.co.uk

però àmpliament disponible a Internet.

La resta de components estan àmpliament disponibles als proveïdors de components electrònics. Utilitzo els senyors Bitsbox:

www.bitsbox.co.uk/

1 transistor NPN de silici 2N3904. Un bon cavall de batalla, però qualsevol NPN de silici funcionarà.

4 díode de silici 1N4148. No és crític, però el nombre requerit pot variar; vegeu el text posterior.

1 carcassa ABS de 100 x 75 x 40 mm. He utilitzat el negre ja que la cèl·lula solar és negra. En el meu cas, el supercondensador acaba de tenir poca marge de maneig; potser haureu d’anar a la següent mida.

Peça de tauler de tires. La meva es va tallar d'una peça de 127x95 mm i dóna l'amplada adequada per inserir-la a la caixa ABS.

Necessitareu filferro vermell i negre i per al muntatge final he utilitzat un tros de placa de circuit imprès en blanc i adhesiu de silicona flexible.

Necessitareu eines modestes per a la construcció electrònica, inclosa una planxa de soldar.

Pas 3: el circuit

El supercondensador té una tensió màxima de 2,7 volts. Per fer funcionar el nostre rellotge necessitem entre 1,1 i 1,5 volts. Els moviments habituals de rellotge elèctric de la bateria poden tolerar tensions superiors a aquesta, però el rellotge de ràdio té circuits electrònics que poden esdevenir irregulars si la tensió d’alimentació és massa alta.

El circuit anterior mostra una solució. El circuit és essencialment un seguidor d'emissors. La sortida de la cèl·lula solar s’aplica al col·lector del transistor 2N3904 i a la base mitjançant la resistència de 22 k Ohm. Des de la base fins a terra tenim una cadena de quatre díodes de senyal de silici 1N4148 que, alimentats per la resistència de 22 k Ohm, produeixen una tensió al voltant de 2,1 volts a la base del transistor, ja que cada díode té una caiguda de tensió cap a al voltant de mig volt sota aquests. condicions. La tensió resultant a l’emissor del transistor que alimenta el supercondensador és al voltant dels 1,5 volts necessaris, ja que hi ha una caiguda de tensió de 0,6 volts al transistor. El díode de bloqueig normal necessari per evitar que es torni a filtrar corrent a través de la cèl·lula solar no és necessari, ja que la unió de l’emissor base del transistor fa aquesta feina.

Això és cru, però molt eficaç i econòmic. Un únic díode Zener podria substituir la cadena de díodes, però els Zeners de baixa tensió no estan tan disponibles com els de més tensió. Es poden obtenir tensions més altes o més baixes utilitzant més o menys díodes a la cadena o utilitzant diferents díodes amb diferents característiques de tensió directa.

Pas 4: proveu el nostre circuit 1

Abans de produir la versió final "dura", hem de provar el nostre circuit per comprovar que tot està bé i que estem generant la tensió correcta per al supercondensador i, el més important, que la tensió generada no pot superar la classificació de 2,7 volts.

A la imatge superior veureu el circuit de prova que és molt similar a l’esquema mostrat al pas anterior, però aquí s’ha substituït el supercondensador per un condensador electrolític de 1000 microFarad que té una resistència de 47 kOhm en paral·lel. La resistència permet filtrar el voltatge per proporcionar una lectura actualitzada a mesura que l’entrada de llum varia.

Pas 5: proveu el nostre circuit 2

A la imatge superior es pot veure com es va cablejar el circuit de forma temporal en una placa de pa sense soldadura amb la sortida de tensió mesurada en un multímetre. El circuit es va disposar prop d’una finestra amb persianes disponibles per variar la llum que arribava a la fotocèl·lula.

El multímetre mostra un 1,48 volts satisfactori que variava més o menys 0,05 volts a mesura que variava l’entrada de llum. Això és exactament el que es requereix i es pot utilitzar aquesta col·lecció de components.

Si el resultat no és correcte, és en aquesta etapa que podeu afegir o eliminar díodes de la cadena per augmentar o disminuir el voltatge de sortida o experimentar amb diferents díodes amb característiques avançades diferents.

Pas 6: Talla el tauler de ratlles

En el meu cas, va ser molt fàcil, ja que el tauler de llistons té una amplada de 127 mm i es va serrar una peça per inserir-la a les motllures de la caixa ABS.

Pas 7: prepareu la vostra cèl·lula solar

Amb algunes matrius solars, podeu trobar que ja s’han soldat cables vermells i negres als contactes de la cèl·lula solar; en cas contrari, soldeu una longitud de fil negre cadenat a la connexió negativa de la cèl·lula solar i una longitud similar de cable vermell cadenat a positiu. connexió. Per evitar que les connexions s’allunyessin del panell solar durant la construcció, vaig ancorar el cable al cos de les cèl·lules solars mitjançant una cola flexible de silicona i el vaig deixar ajustat.

Pas 8: apliqueu la cèl·lula solar a la caixa ABS

Practicar un petit forat a la part inferior de la caixa ABS per als cables de connexió. Apliqueu quatre talls grans de cola de silicona com es mostra, passeu els cables de connexió pel forat i apliqueu suaument la cèl·lula solar. La cèl·lula solar estarà orgullosa de la caixa ABS per permetre que els cables de connexió passin per sota, de manera que les grans colles de cola han de ser grans; canviar d’opinió en aquesta etapa serà molt desordenat. Deixeu-ho a punt.

Pas 9: inspeccioneu el vostre treball

Ara hauríeu de tenir alguna cosa com el resultat de la imatge superior.

Pas 10: Proveu un forat perquè la potència surti del mòdul d'energia solar

En aquesta etapa, hem de pensar endavant i considerar com la potència surt de la unitat de potència i s’alimenta fins al rellotge i hem de perforar un forat a la caixa ABS per permetre-ho. La imatge superior mostra com ho vaig fer, però hauria pogut fer-ho millor anant més cap al centre, posant els cables en una posició menys visible. El vostre rellotge probablement serà diferent, així que oferiu-li la unitat de potència i calculeu la millor posició per al vostre forat que hauríeu de perforar ara abans que la caixa estigui equipada amb els diferents components.

Pas 11: soldeu els components al tauler de ratlles

Soldeu els components al tauler de tires com a la imatge superior. El circuit és senzill i hi ha molt espai per repartir els components. Siéntase lliure de permetre que la soldadura pugui unir dues files de coure per a les connexions a terra, positiu i de sortida. El tauler modern és bastant delicat i si passa massa temps soldant i dessoldant, les pistes poden aixecar-se.

Pas 12: Munteu la unitat d'energia solar

Utilitzant filferro negre i vermell i observant estrictament la polaritat, connecteu els cables del panell solar al tauler i la potència de sortida al supercondensador i, a continuació, feu un parell de cables de 18 polzades que finalment es connectaran al rellotge. Utilitzeu prou filferro per permetre el muntatge només extern a la caixa. Ara introduïu el conjunt del tauler a les ranures de la caixa ABS i seguiu-lo amb el supercondensador mitjançant coixinets de Blu-Tack per mantenir la unitat al seu lloc. Per seguretat, utilitzeu cinta adhesiva per mantenir separats els extrems nus dels cables de sortida per evitar que es tallin. Introduïu suaument l'excés de fil a l'espai restant de la caixa i, a continuació, cargoleu la tapa.

Pas 13: connecteu la unitat al rellotge

Cada rellotge serà diferent. En el meu cas, casar el rellotge amb la unitat d’energia solar era simplement una qüestió d’utilitzar un tros de placa de circuit imprès d’una sola cara, aproximadament, de quatre polzades i mitja per dues polzades, enganxat al rellotge i a la unitat solar amb cola de silicona i permetre que es fixés. Pot ser que el laminat de terra sigui suficient. No connecteu la unitat encara elèctricament, sinó que col·loqueu el rellotge i el panell solar a la llum del sol o en un lloc lluminós i deixeu que el súper condensador es carregui fins a 1,4 volts.

Un cop carregat el condensador, connecteu els cables al rellotge amb una longitud de passador de fusta per mantenir les connexions. El rellotge ara hauria de funcionar.

A la imatge adjunta, tingueu en compte que els cables solts s’han endreçat amb un parell de pantalles Blu-Tack.

Pas 14: acabat

La imatge superior mostra el meu rellotge funcionant feliçment al nostre conservatori, on hauria de funcionar sense parar davant els dies d’hivern de vuit hores i la “caiguda de la primavera cap endavant”. La tensió d’alimentació mesura 1,48 volts, tot i que hem passat l’equinocci de tardor amb dies d’escurçament.

Aquest equipament es podria desplegar a l'interior de la casa, però hauria de ser objecte d'experimentació. Hi ha una tendència perquè les cases del Regne Unit tinguin finestres més petites en aquests dies i la llum ambiental pot ser una mica tènue, però la llum artificial pot redreçar-se la balança.

Pas 15: Alguns darrers pensaments

Alguns poden assenyalar que les bateries són molt barates, per què us molesteu? No és una pregunta fàcil de respondre, però per a mi és la satisfacció d’iniciar alguna cosa que pugui funcionar desatesa durant anys i anys possiblement en un lloc remot i inaccessible.

Una altra pregunta vàlida és "Per què no s'utilitza una cèl·lula recarregable de Ni / Mh en lloc del súper condensador?". Això funcionaria, l'electrònica podria ser molt més senzilla i el voltatge de funcionament d'1,2 volts d'una cèl·lula d'aquest tipus serviria gairebé el voltatge mínim requerit per un rellotge de bateria. Tot i que les cèl·lules recarregables tenen una vida finita, mentre que esperem que els supercondensadors tinguin la vida que esperem de qualsevol altre component electrònic, tot i que queda per veure.

Aquest projecte ha demostrat que els supercondensadors d’alt valor que s’utilitzen ara en enginyeria automotriu es poden carregar fàcilment mitjançant energia solar. Això podria obrir diverses possibilitats:

Aplicacions remotes, com ara balises de ràdio, on tot, inclosa la cèl·lula solar, es podria allotjar amb seguretat en una carcassa de vidre robusta, com ara un pot dolç.

Perfecte per a circuits de tipus Joule Thief amb un super condensador que pot subministrar diversos circuits simultàniament.

Els supercondensadors es poden connectar fàcilment en paral·lel, com tots els condensadors. També es poden col·locar dos en sèrie sense la complicació de resistències d'equilibri. Puc veure la possibilitat de disposar d’aquestes darreres unitats en paral·lel per carregar un telèfon mòbil, per exemple, molt ràpidament mitjançant un convertidor de tensió propietari.