自動ソーラーを作成する方法

最小限の基本的な回路要素を使用して夜間にライトを点灯させることができ、それを動作させるために必要なエネルギーを支払う必要はありません。

DIY 太陽光発電プロジェクトは、太陽エネルギーを利用して家庭に電力を供給する経済的かつ効率的な方法を提供します。 したがって、日中に太陽エネルギーを利用してバッテリーを充電し、そのバッテリーを使用して夜間に街路を照らす街路灯システムを組み立てるのは理にかなっています。 そして自分で作ることもできます！

電子回路がこのシステムを制御し、夜間には LED 電球が自動的に点灯し、日中は自動的に消灯します。 過放電からバッテリーを守るバッテリー保護回路も内蔵します。

このシステムには 5 つのメインユニットが必要です。

バッテリーの充電には、小型の 10W ソーラー パネルを使用しました (電力の予算や要件に応じて、より大きなソーラー パネルを選択できます)。 12V バッテリーを充電でき、ピーク光度で 0.62A の短絡電流を供給できます。 物理的なサイズは約 12 インチ x 9 インチです。

電流容量4Ahの12VDCバッテリーを使用しました。 日中、ソーラーパネルはバッテリーの充電に使用される電流を生成します。 バッテリの最大開路電圧はフル充電時に 13.7V になるため、バッテリ電圧が 11VDC に低下したら再充電する必要があります。

バッテリーを充電するには、ソーラーパネルの赤いワイヤー（プラス極）をツェナーダイオードを介してバッテリーのプラス端子に接続します。ツェナーダイオードは、電子回路も配置されているVeroboardにはんだ付けされています。

ツェナーダイオードは、カソード（＋端子）がソーラーパネルに接続され、アノード（－端子）が配線を介してバッテリーのプラス端子に接続されるように配置されています。 ツェナー ダイオードはソーラー パネルとバッテリーの間の絶縁を提供します。これは、回路が照明を「オン」にするためにソーラー パネルの電圧を取得する場合、暗闇の中で特に役立ちます。 黒い線（マイナス極）はバッテリーのマイナス端子に直接接続されています。

ソーラーパネルが太陽光にさらされると、バッテリーを充電するための電流が供給され、その量は太陽光の強度によって異なります。 LED 電球はバッテリーから電流を受け取ります。 電子回路はセンサーデータ (ソーラーパネルの電圧) を使用して電球を制御します。 LED電球のプラス端子またはカソードをバッテリーのプラス端子に接続し、LEDのアノードをポイントに接続します。C回路図に示されているように。

電子回路は 2 つの部分から構成されます。 1 つは LED 電球を制御することを目的としており、もう 1 つはバッテリーの消耗を制御して回避することを目的としています。

以下の図は、このシステムを接続する全体の回路図を示しています。 Veroboard 上で自動切り替えとバッテリー消耗防止のための電子回路を作成します。

電子回路には次のツールとコンポーネントが必要です。 Digikey、Mouser、Ali Express などのオンライン ストアから入手できます。

暗闇で LED をオンにし、日中はオフにするには、ソーラー パネルの電圧を回路をガイドするセンサーとして使用します。 ソーラーパネルとバッテリーはツェナーダイオードを使用して絶縁されています。 太陽光発電の電圧が充電用のバッテリー電圧よりも高くなるため、ツェナーダイオードは日中は順バイアスされますが、ソーラーパネルを照らす太陽光が利用できない暗闇では逆バイアスになり、大きな出力電圧が得られます。

この回路では、コンパレータを使用してソーラーパネルの電圧とバッテリーの電圧を比較します。 それが大きい場合（日中）、照明を消すための信号が与えられます。 それが少なくなると、ライトのスイッチを入れるよう合図します。 LED 電球は、このロジックと ULN2003 ダーリントン ペア トランジスタを使用して制御されます。 ULN2003 はコンパレータ出力から入力を取得します。 ULN2003 の入力ピン (1 ～ 7) で (つまりコンパレータ出力ピン 1 から) 「オン」の信号を受け取ると、コレクタ電流が C (ピン 10 ～ 16) に流れてライトが点灯します。

この回路を作成するには、Veroboard 上のすべての回路要素をはんだ付けによって接続します。 LM393 コンパレータには、グリッチを回避するためにシュミット トリガ (コンパレータでの正帰還) が実装されています。

天候が曇りまたは霧の場合、日中にバッテリーが充電されず、数晩連続でバッテリーが過度に放電する可能性があります。 これにより、バッテリーの化学バランスが崩れ、それ以上使用できなくなるまでバッテリーが放電する可能性があります。

バッテリを過放電から保護するために、LM393 IC を使用した別のコンパレータ回路が回路図に示されており、バッテリ電圧を安定した基準値と比較します。 基準電圧には、バッテリ電圧 (つまり 11 ～ 14 VDC) を入力として受け取り、一定の 9 V を出力する LM7809 電圧レギュレータが使用されます。

バッテリーが深放電レベル (約 11V) を超えないようにするには、コンパレータをシュミット トリガーとして使用します。 バッテリ電圧が 11 ボルトを下回ると、シュミット トリガは論理 Low を出力し、スイッチング回路が無効になります。 スイッチング回路を再び有効にするには、バッテリーを 13.2V までフル充電する必要があります。

適切な抵抗の組み合わせを選択することで、独自の電圧を選択できます (バッテリ レベルが低い場合は 11 V、バッテリ レベルが充電された場合は 13.2 V ではなく) (ただし、これについては、ここで説明するよりもさらに詳しくなります) ）。 バッテリー保護回路は、Vero 基板上の回路要素をはんだ付けで接続します。

Veroboard 上で自動スイッチングとバッテリー上がり保護回路の両方を作成したら、最終的にこれらの回路とソーラーパネル、電球、バッテリーを回路図に従って接続します。

このシステムのパフォーマンスをテストするには、ソーラー パネルを太陽光の下に置きます。 ソーラーパネルを太陽光に当てると、LED 電球が「オフ」になっていることがわかります。 デジタル マルチメーターを使用して、ソーラー パネルの出力端子とバッテリー端子の電圧を測定します。 ソーラーパネルの電圧がバッテリーの電圧よりも高いことがわかります。 ここで、バッテリーが太陽光の下で充電されているかどうかを確認するには、デジタル マルチメーターを使用してバッテリーに流れる電流を測定します。

次のステップでは、太陽光を遮断するためにソーラー パネルを厚い材料で覆って、LED 電球が点灯するのを確認します。 ソーラーパネルの電圧を測定します。 ソーラーパネルが提供している電圧が非常に低く、バッテリーを充電するには不十分であることがわかります。 次に、バッテリーから LED 電球への電流を測定します。 電球がバッテリーから電流を取り出して光を生成していることがわかります。

このテストの短いビデオデモは次のとおりです。

この DIY プロジェクトでは、自然および再生可能な太陽エネルギーを使用して自動化された太陽光発電街路灯を設計するためのミニ電子アセンブリを構築するコンセプトを提供します。 リソースを最大限に活用するため。 ソーラー パネル、バッテリー、電球の適切な仕様を選択して、ソーラー パネルが一晩中電球を点灯し続けるのに十分な量のバッテリーを充電できるようにします。

Ummara は MUO のスタッフ ライターであり、主に Linux に焦点を当てて仕事をしています。 彼女は電気通信工学の学位を取得しており、約 3 年間 Linux について執筆しています。