วิธีเรียกใช้นาฬิกาแบตเตอรี่ด้วยพลังงานแสงอาทิตย์: 15 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

การสนับสนุนนี้สืบเนื่องมาจากครั้งก่อนในปี 2016 (ดูที่นี่) แต่ในช่วงที่มีการแทรกแซง มีการพัฒนาส่วนประกอบต่างๆ ที่ทำให้งานง่ายขึ้นมากและประสิทธิภาพการทำงานดีขึ้น เทคนิคที่แสดงไว้นี้จะช่วยให้นาฬิกาพลังงานแสงอาทิตย์สามารถติดตั้งได้ง่ายในสถานที่ต่างๆ เช่น เรือนกระจกหรือเฉลียงที่มีหลังคา และอาจเป็นไปได้ในบ้านที่มีแสงสว่างเพียงพอในบางครั้งระหว่างวัน เช่น ริมหน้าต่างหรือประตูกระจกภายนอก จะได้รับการทดลอง การใช้นาฬิกาควบคุมด้วยวิทยุเปิดโอกาสให้มีนาฬิกาที่สามารถปล่อยทิ้งไว้โดยไม่มีใครดูแลได้นานหลายปี

ความปลอดภัย โปรดทราบว่าซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ขนาดใหญ่สามารถเก็บพลังงานได้มาก และหากลัดวงจรสามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้เพียงพอเพื่อทำให้สายไฟร้อนเป็นสีแดงในช่วงเวลาสั้นๆ

ฉันจะเพิ่มว่านาฬิกาที่แสดงในคำสั่งแรกยังคงทำงานอย่างมีความสุข

ขั้นตอนที่ 1: Super Capacitors ใหม่

ภาพประกอบด้านบนแสดง supercapacitor ที่มีความจุ 500 Farads ขณะนี้มีราคาถูกบน eBay และใช้ในการปฏิบัติงานด้านวิศวกรรมยานยนต์ พวกเขามีขนาดใหญ่กว่าหน่วย Farad 20 หรือ 50 หน่วยที่มีอยู่เป็นประจำในขณะที่บทความแรกของฉัน ในภาพจะเห็นได้ว่ามีขนาดค่อนข้างใหญ่และไม่สามารถใส่ไว้หลังนาฬิกาส่วนใหญ่ได้และต้องแยกเก็บ

สิ่งที่สำคัญมากสำหรับจุดประสงค์ของเราคือ เมื่อชาร์จสูงถึง 1.5 โวลต์ จะมีพลังงานที่เก็บไว้เพียงพอในตัวเก็บประจุ 500 Farad เพื่อเรียกใช้นาฬิกาแบตเตอรี่ทั่วไปเป็นเวลาสามสัปดาห์ก่อนที่แรงดันไฟฟ้าจะลดลงเหลือเพียงโวลต์และนาฬิกาจะหยุดลง ซึ่งหมายความว่าตัวเก็บประจุสามารถรักษานาฬิกาให้วิ่งผ่านช่วงเวลาที่น่าเบื่อในฤดูหนาวเมื่อพลังงานแสงอาทิตย์ขาดตลาดและจากนั้นให้ทันในวันที่สดใส

นอกจากนี้ยังสามารถกล่าวได้ในที่นี้ว่านาฬิกากลางแจ้งขนาดใหญ่ได้กลายเป็นแฟชั่นในช่วงไม่กี่ครั้ง และสิ่งเหล่านี้จะคล้อยตามเทคนิคที่แสดงในบทความ (ไม่ว่านาฬิกากลางแจ้งเหล่านี้จะแข็งแกร่งพอที่จะอยู่กลางแจ้งในระยะยาวหรือไม่ก็ตาม)

ขั้นตอนที่ 2: ส่วนประกอบที่จำเป็น

คุณจะต้องมีนาฬิกาแบตเตอรี่ อันที่แสดงในบทความนี้มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 12 นิ้วและควบคุมด้วยวิทยุจาก Anthorn ในสหราชอาณาจักรซึ่งส่งสัญญาณที่ 60 kHz มันถูกซื้อในร้านค้าในพื้นที่

ส่วนประกอบอื่นๆ แสดงในภาพด้านบน

ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ 500 Farad จำนวน 1 ตัว (อีเบย์.)

แผงโซลาร์เซลล์ขนาด 6 โวลต์ 100mA จำนวน 1 ชุด อันที่แสดงไว้นี้คือ 11 ซม. x 6 ซม. และได้มาจาก Messrs CPS Solar:

www.cpssolar.co.uk

แต่หาได้ทั่วไปบนอินเทอร์เน็ต

ส่วนประกอบที่เหลือหาได้จากซัพพลายเออร์ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์อย่างกว้างขวาง ฉันใช้ Messrs Bitsbox:

www.bitsbox.co.uk/

1 2N3904 ทรานซิสเตอร์ซิลิคอน NPN งานที่ดี แต่ซิลิคอน NPN ใด ๆ จะใช้งานได้

4 1N4148 ซิลิคอนไดโอด ไม่สำคัญแต่จำนวนที่ต้องการอาจแตกต่างกัน โปรดดูข้อความในภายหลัง

1 ตู้ ABS 100 x 75 x 40 มม. ฉันใช้สีดำเนื่องจากเซลล์แสงอาทิตย์เป็นสีดำ ในกรณีของฉัน ตัวเก็บประจุแบบซุปเปอร์เพิ่งพอดีกับระยะที่เผื่อไว้ คุณอาจต้องเพิ่มขนาดกล่องต่อไป!

ชิ้นส่วนของสตริปบอร์ด ของฉันถูกตัดออกจากชิ้นส่วนขนาด 127x95 มม. และให้ความกว้างที่เหมาะสมกับช่องในกล่อง ABS

คุณจะต้องใช้ลวดเกลียวสีแดงและสีดำ และสำหรับการประกอบขั้นสุดท้าย ฉันใช้แผงวงจรพิมพ์เปล่าและกาวซิลิโคนที่มีความยืดหยุ่น

คุณจะต้องใช้เครื่องมือที่พอประมาณสำหรับการก่อสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์รวมถึงหัวแร้ง

ขั้นตอนที่ 3: วงจร

ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์มีระดับแรงดันไฟฟ้าสูงสุด 2.7 โวลต์ ในการรันนาฬิกาของเรา เราต้องการระหว่าง 1.1 ถึง 1.5 โวลต์ การเคลื่อนไหวของนาฬิกาไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ทั่วไปอาจทนต่อแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่านี้ แต่นาฬิกาวิทยุมีวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่อาจผิดปกติหากแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายสูงเกินไป

วงจรด้านบนแสดงโซลูชันเดียว วงจรนี้เป็นผู้ติดตามอีซีแอลโดยพื้นฐานแล้ว เอาต์พุตเซลล์แสงอาทิตย์ถูกนำไปใช้กับตัวสะสมของทรานซิสเตอร์ 2N3904 และกับฐานผ่านตัวต้านทาน 22k Ohm จากฐานถึงกราวด์ เรามีไดโอดสัญญาณซิลิกอน 1N4148 สี่ชุด ซึ่งป้อนโดยตัวต้านทาน 22k Ohm ส่งผลให้มีแรงดันไฟบนฐานทรานซิสเตอร์ประมาณ 2.1 โวลต์ เนื่องจากไดโอดแต่ละตัวมีแรงดันตกไปข้างหน้าประมาณครึ่งโวลต์ภายใต้สิ่งเหล่านี้ เงื่อนไข. แรงดันไฟที่เกิดขึ้นบนอีซีแอลทรานซิสเตอร์ที่ป้อนซุปเปอร์คาปาซิเตอร์นั้นอยู่ที่ประมาณ 1.5 โวลต์ที่ต้องการ เนื่องจากมีแรงดันไฟตก 0.6 โวลต์ในทรานซิสเตอร์ ไม่จำเป็นต้องใช้ไดโอดบล็อกปกติเพื่อป้องกันกระแสรั่วไหลกลับผ่านเซลล์แสงอาทิตย์เนื่องจากจุดต่ออีซีแอลฐานของทรานซิสเตอร์ทำหน้าที่นี้

นี่เป็นเรื่องคร่าวๆ แต่มีประสิทธิภาพและราคาถูกมาก ไดโอดซีเนอร์ตัวเดียวสามารถแทนที่สายโซ่ของไดโอดได้ แต่ซีเนอร์แรงดันต่ำนั้นไม่สามารถใช้ได้อย่างกว้างขวางเท่าของที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่า สามารถรับแรงดันไฟฟ้าสูงหรือต่ำได้โดยใช้ไดโอดมากหรือน้อยในสายโซ่ หรือโดยการใช้ไดโอดที่แตกต่างกันซึ่งมีลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้ าที่ต่างกัน

ขั้นตอนที่ 4: ทดสอบวงจรของเรา 1

ก่อนที่จะสร้างเวอร์ชัน 'ฮาร์ด' สุดท้าย เราต้องทดสอบวงจรของเราเพื่อตรวจสอบว่าทุกอย่างเรียบร้อยดี และเรากำลังสร้างแรงดันไฟฟ้าที่ถูกต้องสำหรับตัวเก็บประจุแบบซุปเปอร์ และที่สำคัญที่สุดคือแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นต้องไม่เกินพิกัด 2.7 โวลต์

ในภาพด้านบน คุณจะเห็นวงจรทดสอบซึ่งคล้ายกับแผนผังที่แสดงในขั้นตอนก่อนหน้านี้มาก แต่ในที่นี้ ตัวเก็บประจุแบบซุปเปอร์ถูกแทนที่ด้วยตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรไลต์ขนาด 1000 microFarad ซึ่งมีตัวต้านทาน 47 kOhm แบบขนาน ตัวต้านทานช่วยให้แรงดันไฟรั่วไหลเพื่อให้อ่านข้อมูลล่าสุดได้เนื่องจากอินพุตแสงแตกต่างกันไป

ขั้นตอนที่ 5: ทดสอบวงจรของเรา 2

ในภาพด้านบน คุณจะเห็นว่าวงจรถูกต่อสายในรูปแบบชั่วคราวบนเขียงหั่นขนมแบบไม่มีบัดกรีโดยวัดเอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าบนมัลติมิเตอร์ได้อย่างไร วงจรถูกจัดวางใกล้หน้าต่างโดยมีมู่ลี่เพื่อปรับแสงที่ไปถึงตาแมว

มัลติมิเตอร์แสดงค่าความพอใจ 1.48 โวลต์ ซึ่งแปรผันบวกหรือลบ 0.05 โวลต์เมื่ออินพุตแสงแตกต่างกัน นี่คือสิ่งที่จำเป็นและสามารถใช้คอลเลกชันของส่วนประกอบนี้ได้

หากผลลัพธ์ไม่ถูกต้อง ในขั้นตอนนี้คุณสามารถเพิ่มหรือเอาไดโอดออกจากสายโซ่เพื่อเพิ่มหรือลดแรงดันเอาต์พุต หรือทดลองกับไดโอดที่แตกต่างกันซึ่งมีลักษณะการส่งต่อที่แตกต่างกัน

ขั้นตอนที่ 6: ตัด Stripboard

ในกรณีของฉัน วิธีนี้ทำได้ง่ายมาก เนื่องจากแผ่นกระดานมีความกว้าง 127 มม. และเลื่อยชิ้นหนึ่งเพื่อเสียบเข้ากับแม่พิมพ์ของกล่อง ABS

ขั้นตอนที่ 7: เตรียมเซลล์แสงอาทิตย์ของคุณ

สำหรับแผงโซลาร์เซลล์บางชุด คุณอาจพบว่าลวดสีแดงและสีดำถูกบัดกรีที่หน้าสัมผัสบนโซลาร์เซลล์แล้ว มิฉะนั้น ให้บัดกรีความยาวของลวดเกลียวสีดำเข้ากับจุดเชื่อมต่อเชิงลบของเซลล์แสงอาทิตย์ และความยาวที่คล้ายกันของลวดเกลียวสีแดงเป็นขั้วบวก การเชื่อมต่อ. เพื่อป้องกันไม่ให้การเชื่อมต่อถูกดึงออกจากแผงโซลาร์เซลล์ระหว่างการก่อสร้าง ฉันยึดลวดเข้ากับตัวโซลาร์เซลล์โดยใช้กาวซิลิโคนที่ยืดหยุ่นได้และปล่อยทิ้งไว้ให้ตั้งค่า

ขั้นตอนที่ 8: ใช้โซลาร์เซลล์กับ ABS Box

เจาะรูเล็กๆ ที่ด้านล่างของกล่อง ABS สำหรับสายเชื่อมต่อ ใช้กาวซิลิโคนขนาดใหญ่สี่ก้อนตามภาพ สอดสายเชื่อมต่อผ่านรูและค่อยๆ ติดแผงโซลาร์เซลล์ โซลาร์เซลล์จะภูมิใจในกล่อง ABS เพื่อให้สายเชื่อมต่อผ่านเข้าไปได้ ดังนั้นกาวก้อนใหญ่จึงจำเป็นต้องมีขนาดใหญ่ ซึ่งเปลี่ยนความคิดของคุณในขั้นตอนนี้ จะยุ่งเหยิงมาก! ปล่อยให้ตั้งค่า

ขั้นตอนที่ 9: ตรวจสอบงานของคุณ

ตอนนี้คุณควรมีบางอย่างเช่นผลลัพธ์ในภาพด้านบน

ขั้นตอนที่ 10: เจาะรูเพื่อจ่ายไฟเพื่อออกจากโมดูลพลังงานแสงอาทิตย์

ในขั้นตอนนี้ เราต้องคิดล่วงหน้าและพิจารณาว่ากำลังออกจากหน่วยพลังงานและป้อนเข้ากับนาฬิกาอย่างไร และเราต้องเจาะรูในกล่อง ABS เพื่อให้เกิดสิ่งนี้ ภาพด้านบนแสดงให้เห็นว่าฉันทำได้อย่างไร แต่ฉันทำได้ดีกว่าโดยไปที่ตรงกลางมากขึ้น ดังนั้นจึงทำให้สายไฟอยู่ในตำแหน่งที่มองเห็นได้น้อยลง นาฬิกาของคุณน่าจะแตกต่างออกไป ดังนั้นให้เสนอหน่วยกำลังและหาตำแหน่งที่ดีที่สุดสำหรับรูของคุณ ซึ่งควรจะเจาะตอนนี้ก่อนที่กล่องจะประกอบเข้ากับส่วนประกอบต่างๆ

ขั้นตอนที่ 11: ประสานส่วนประกอบเข้ากับ Stripboard

ประสานส่วนประกอบเข้ากับแผ่นกระดานตามภาพด้านบน วงจรนี้เรียบง่ายและมีพื้นที่เหลือเฟือสำหรับกระจายส่วนประกอบ รู้สึกอิสระที่จะให้ตัวประสานเชื่อมทองแดงสองแถวสำหรับการเชื่อมต่อกับกราวด์ โพซิทีฟ และเอาต์พุต แผ่นกระดานแบบสมัยใหม่นั้นค่อนข้างบอบบาง และหากคุณใช้เวลาในการบัดกรีและถอดบัดกรีนานเกินไป รางรถไฟอาจยกขึ้นได้

ขั้นตอนที่ 12: ประกอบหน่วยพลังงานแสงอาทิตย์

ใช้ลวดเกลียวสีดำและสีแดงและสังเกตขั้วอย่างเคร่งครัดเพื่อเชื่อมต่อแผงโซลาร์เซลล์กับสตริปบอร์ดและกำลังขับไปยังซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ จากนั้นจึงต่อเป็นตัวนำขนาด 18 นิ้วที่จะเชื่อมต่อกับนาฬิกาในที่สุด ใช้ลวดให้เพียงพอสำหรับการประกอบภายนอกกล่อง ตอนนี้เสียบชุดสตริปบอร์ดลงในช่องบนกล่อง ABS แล้วตามด้วยตัวเก็บประจุแบบพิเศษโดยใช้แผ่น Blu-Tack เพื่อยึดตัวเครื่องให้เข้าที่ เพื่อความปลอดภัย ให้ใช้เทปปิดบังเพื่อแยกปลายเปลือยของสายนำขาออกออกจากกัน เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการลัดวงจร ค่อยๆ คลายลวดส่วนเกินลงในช่องว่างที่เหลืออยู่ในกล่อง แล้วขันฝาให้แน่น

ขั้นตอนที่ 13: เชื่อมต่อหน่วยกับนาฬิกา

ทุกนาฬิกาจะแตกต่างกัน ในกรณีของฉันการแต่งงานกับนาฬิกากับหน่วยพลังงานแสงอาทิตย์เป็นเพียงคำถามเกี่ยวกับการใช้แผ่นวงจรพิมพ์ด้านเดียวธรรมดาประมาณสี่และครึ่งคูณสองนิ้วติดกับนาฬิกาและหน่วยพลังงานแสงอาทิตย์ด้วยกาวซิลิโคนและอนุญาตให้ตั้งค่า พื้นไม้ลามิเนตอาจเพียงพอ อย่าเพิ่งเชื่อมต่อเครื่องด้วยระบบไฟฟ้า แต่ให้วางนาฬิกาและแผงโซลาร์เซลล์ในแสงแดดหรือในที่สว่าง และปล่อยให้ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์สามารถชาร์จได้ถึง 1.4 โวลต์

เมื่อประจุตัวเก็บประจุถูกชาร์จแล้ว ให้ต่อสายนำไปยังนาฬิกาโดยใช้เดือยไม้ยาวเพื่อยึดจุดต่อไว้ ตอนนี้นาฬิกาควรทำงาน

ในภาพประกอบประกอบว่าสายไฟหลวมได้รับการจัดระเบียบด้วย Blu-Tack blobs สองสามอัน

ขั้นตอนที่ 14: เสร็จแล้ว

ภาพด้านบนแสดงนาฬิกาของฉันที่วิ่งอย่างมีความสุขในเรือนกระจก ซึ่งมันควรจะวิ่งต่อไปและรับมือกับวันฤดูหนาวแปดชั่วโมงและ 'สปริงไปข้างหน้าถอยกลับ' แรงดันไฟฟ้าวัดได้ 1.48 โวลต์ทั้งๆ ที่เราผ่านช่วงกลางวันของฤดูใบไม้ร่วงด้วยวันที่สั้นลง

การตั้งค่านี้อาจนำไปใช้ในบ้านได้ แต่นั่นจะต้องเป็นเรื่องของการทดลอง มีแนวโน้มว่าบ้านเรือนในสหราชอาณาจักรจะมีหน้าต่างที่เล็กกว่าในปัจจุบัน และแสงโดยรอบอาจสลัวเล็กน้อย แต่แสงประดิษฐ์อาจแก้ไขได้ สมดุล.

ขั้นตอนที่ 15: ความคิดสุดท้ายบางอย่าง

บางคนอาจชี้ให้เห็นว่าแบตเตอรี่มีราคาถูกมาก จะกังวลไปทำไม? ไม่ใช่คำถามง่าย ๆ ที่จะตอบ แต่สำหรับฉันมันเป็นความพึงพอใจในการเริ่มต้นบางสิ่งบางอย่างที่สามารถทำงานโดยไม่มีใครดูแลเป็นเวลาหลายปีและหลายปีในที่ห่างไกลและไม่สามารถเข้าถึงได้

คำถามที่ถูกต้องอีกข้อหนึ่งคือ "ทำไมไม่ใช้เซลล์แบบชาร์จได้ Ni/Mh แทนซูเปอร์คาปาซิเตอร์" สิ่งนี้จะได้ผล อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อาจง่ายกว่ามาก และแรงดันไฟฟ้า 1.2 โวลต์ของเซลล์ดังกล่าวจะให้บริการตามข้อกำหนดแรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำของนาฬิกาแบตเตอรี่ อย่างไรก็ตาม เซลล์แบบชาร์จไฟได้จะมีอายุการใช้งานที่จำกัด ในขณะที่เราหวังว่าตัวเก็บประจุแบบซุปเปอร์จะมีชีวิตตามที่เราคาดหวังจากส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ แม้ว่าจะยังเห็นอยู่ก็ตาม

โปรเจ็กต์นี้แสดงให้เห็นว่าซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ที่มีมูลค่าสูงในปัจจุบันที่ใช้ในงานวิศวกรรมยานยนต์สามารถชาร์จได้อย่างง่ายดายโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์ สิ่งนี้สามารถเปิดโอกาสหลายประการ:

การใช้งานระยะไกล เช่น วิทยุบีคอน ซึ่งทุกอย่างรวมถึงโซลาร์เซลล์สามารถจัดเก็บได้อย่างปลอดภัยในตัวเรือนแก้วที่ทนทาน เช่น โถหวาน

เหมาะสำหรับวงจรประเภท Joule Thief ที่มีตัวเก็บประจุแบบซุปเปอร์ตัวเดียวที่สามารถจ่ายวงจรได้หลายแบบพร้อมกัน

ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์สามารถต่อสายแบบขนานได้อย่างง่ายดายเช่นเดียวกับตัวเก็บประจุทั้งหมด นอกจากนี้ยังสามารถวางสองในซีรีส์โดยไม่เกิดความซับซ้อนของตัวต้านทานสมดุล ฉันสามารถเห็นความเป็นไปได้ที่จะมีหน่วยหลังเหล่านี้เพียงพอในการชาร์จโทรศัพท์มือถืออย่างรวดเร็วผ่านตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าแบบสเต็ปอัพที่เป็นกรรมสิทธิ์