자동 태양열 가로등을 만드는 방법

2023/01/13

DIY 태양광 프로젝트는 태양 에너지를 사용하여 가정에 전력을 공급하는 경제적이고 효율적인 방법을 제공합니다. 따라서 낮에는 태양 에너지를 사용하여 배터리를 충전하고 이 배터리를 사용하여 밤에 거리를 밝히는 가로등 시스템을 조립하는 것이 합리적입니다. 그리고 당신은 당신의 자신을 만들 수 있습니다!

전자 회로가 이 시스템을 제어하여 밤에는 LED 전구를 자동으로 켜고 낮에는 끕니다. 또한 배터리 보호 회로를 통합하여 배터리를 과방전으로부터 보호합니다.

뭘 기대 할까

이 시스템에는 5개의 기본 장치가 필요합니다.

태양열 패널: 낮에 배터리를 충전하고 빛 센서로 사용합니다.
배터리: 전류를 저장하고 회로 및 전구에 전원을 공급합니다.
LED DC 전구: 어두운 곳에서 조명용
전선: 개략도에 따른 상호 연결용.
전자 회로: LED 전구를 자동으로 제어/전환하고 배터리 방전 보호를 위해.

태양광 발전을 사용하여 배터리 충전

배터리 충전을 위해 작은 10W(전력 예산/요구 사항에 따라 더 큰 것을 선택할 수 있음) 태양광 패널을 사용했습니다. 12V 배터리를 충전할 수 있으며 최대 광도에서 0.62A 단락 전류를 제공할 수 있습니다. 물리적 크기는 약 12” x 9”입니다.

우리는 4Ah 전류 용량의 12VDC 배터리를 사용했습니다. 낮 동안 태양광 패널은 배터리를 충전하는 데 사용되는 전류를 생성합니다. 배터리는 완전 충전 시 최대 개방 회로 전압이 13.7V일 수 있으며 배터리 전압이 11VDC로 떨어지면 재충전해야 합니다.

배터리를 충전하기 위해 태양 전지판의 빨간색 선(양극성)을 제너 다이오드를 통해 배터리의 양극 단자에 연결하고 전자 회로도 배치된 Veroboard에 납땜합니다.

제너다이오드는 음극(+단자)이 태양광 패널에 연결되고 양극(-단자)이 배터리의 양극단자에 전선으로 연결되도록 배치된다. 제너 다이오드는 태양광 패널과 배터리 사이에 절연을 제공하며, 이는 회로가 빛을 “ON”으로 전환하기 위해 태양광 패널 전압을 사용할 때 어둠 속에서 특히 유용합니다. 검정색 선(음극성)은 배터리의 음극 단자에 직접 연결됩니다.

태양 전지판이 햇빛에 노출되면 배터리를 충전하기 위해 전류를 공급하며 그 양은 햇빛의 강도에 따라 다릅니다. LED 전구는 배터리에서 전류를 가져옵니다. 전자 회로는 센서 데이터(태양 전지 패널 전압)를 사용하여 전구를 제어합니다. LED 전구의 양극 단자 또는 음극을 배터리의 양극 단자에 연결하고 LED의 양극을 회로도와 같이 C 지점에 연결하십시오.

전자 회로 구축

전자 회로는 두 부분으로 구성됩니다. 하나는 LED 전구를 제어하기 위한 것이고 다른 하나는 배터리 소모를 제어하고 방지하기 위한 것입니다.

자동 태양광 가로등의 개략도

아래 그림은 이 시스템을 함께 연결하기 위한 전체 회로도를 보여줍니다. Veroboard에서 자동 스위칭 및 배터리 드레인 보호를 위한 전자 회로를 만드십시오.

필요한 것

전자 회로에는 다음 도구 및 구성 요소가 필요합니다. Digikey , Mouser 또는 Ali Express 와 같은 온라인 상점에서 구입할 수 있습니다 .

1 x ULN2003 Darlington 쌍 트랜지스터 IC
1 x LM7809 9 VDC 전압 조정기 IC
2 x LM393 전압 비교기 IC
Veroboard 1개 (납땜을 통해 회로 요소 연결용)
저항기(옴 단위) 1K, 10K, 36K, 53K, 100K, 280K (또는 이러한 값의 동등한 병렬/직렬 조합)
전선
납땜 인두 및 납땜 와이어
디지털 멀티미터 (전압 및 전류 측정용)
나사 단자 블록 커넥터 (태양광 패널, 배터리 및 LED 전구에 와이어 연결용)
제너다이오드 (태양전지판의 적색선과 배터리+단자간)

LED 전구 제어

어두운 곳에서 LED를 켜고 낮에 끄려면 태양광 패널 전압을 센서로 사용하여 회로를 안내합니다. 태양 전지판과 배터리는 제너 다이오드를 사용하여 절연됩니다. 제너 다이오드는 태양광 전압이 충전을 위한 배터리 전압보다 높을 것이기 때문에 일광에서 순방향 바이어스되고 태양광 패널을 비추는 데 사용할 수 있는 햇빛이 없을 때 상당한 출력 전압을 제공하기 위해 어둠 속에서 역방향 바이어스됩니다.

이 회로에서 비교기를 사용하여 태양광 패널 전압과 배터리 전압을 비교합니다. 더 크면(낮 동안) 조명을 끄라는 신호를 보냅니다. 더 작으면 불을 켜라는 신호를 보냅니다. LED 전구는 이 논리와 ULN2003 Darlington 쌍 트랜지스터의 도움으로 제어됩니다. ULN2003은 비교기 출력에서 입력을 받습니다. ULN2003의 입력 핀(1-7)(즉, 비교기 출력 핀 1)에서 “On” 신호를 받으면 컬렉터 전류가 C(핀 10-16)를 통과하여 조명을 켤 수 있습니다.

이 회로를 만들려면 납땜을 통해 Veroboard의 모든 회로 요소를 결합하십시오. 슈미트 트리거(비교기에서 포지티브 피드백)는 글리치를 방지하기 위해 LM393 비교기에 구현됩니다.

과방전 방지

날씨가 흐리거나 안개가 끼면 낮 동안 배터리가 충전되지 않아 여러 밤 동안 배터리가 과도하게 방전될 수 있습니다. 이로 인해 배터리의 화학적 균형이 깨지는 지점까지 배터리가 방전되어 더 이상 사용할 수 없게 될 수 있습니다.

과방전으로부터 배터리를 보호하기 위해 LM393 IC를 사용하는 또 다른 비교기 회로가 회로도에 표시되어 배터리 전압을 안정적인 기준과 비교합니다. 기준 전압의 경우 배터리 전압(예: 11~14VDC)을 입력으로 사용하고 일정한 9V를 출력하는 LM7809 전압 조정기가 사용됩니다.

배터리가 과방전 수준, 즉 ~11V를 넘지 않도록 하려면 비교기를 슈미트 트리거로 사용하십시오. 배터리 전압이 11볼트 아래로 떨어지면 슈미트 트리거가 로직 로우를 출력하여 스위칭 회로를 비활성화합니다. 스위칭 회로를 다시 활성화하려면 배터리를 13.2V로 완전히 충전해야 합니다.

저항의 적절한 조합을 선택하여(낮은 배터리 수준의 경우 11V, 충전된 배터리 수준의 경우 13.2V 대신) 자신이 선택한 전압을 계산할 수 있습니다. ). 배터리 보호 회로는 Vero 기판의 회로 소자를 납땜으로 연결합니다.

Veroboard에 자동 스위칭 및 배터리 드레인 보호 회로를 모두 만든 후 최종적으로 회로도에 따라 이러한 회로, 태양열 패널, 전구 및 배터리를 연결합니다.

태양광 가로등 시스템 테스트

이 시스템의 성능을 테스트하려면 태양광 패널을 햇빛 아래에 두십시오. 태양열 패널이 햇빛에 노출되면 LED 전구가 “꺼짐” 상태임을 알 수 있습니다. 태양광 패널 출력 및 배터리 단자에서 디지털 멀티미터를 사용하여 전압을 측정합니다. 태양 전지판 전압이 배터리 전압보다 높다는 것을 알게 될 것입니다. 이제 햇빛 아래에서 배터리가 충전되고 있는지 확인하려면 디지털 멀티미터를 사용하여 배터리에 흐르는 전류를 측정합니다.

다음 단계에서 태양 전지판을 두꺼운 재료로 덮어 햇빛을 차단하면 LED 전구가 켜지는 것을 볼 수 있습니다. 태양광 패널의 전압을 측정합니다. 태양 전지판이 배터리를 충전하기에 불충분한 매우 낮은 전압을 제공하고 있음을 알 수 있습니다. 그런 다음 배터리에서 LED 전구로 흐르는 전류를 측정합니다. 전구가 빛을 생성하기 위해 배터리에서 전류를 받고 있음을 알 수 있습니다.

다음은 이 테스트에 대한 짧은 비디오 데모입니다.

태양광으로 밤을 밝히다

이 DIY 프로젝트는 자연 및 재생 가능한 태양 에너지를 사용하여 자동 태양열 가로등을 설계하기 위한 미니 전자 어셈블리를 구축하는 개념을 제공합니다. 자원의 최대 활용을 위해; 태양광 패널, 배터리 및 전구에 대한 올바른 사양을 선택하여 태양광 패널이 밤새도록 전구를 켜둘 수 있을 만큼 충분히 배터리를 충전하도록 합니다.