Cómo crear una farola automática con energía solar

Los proyectos de iluminación solar de bricolaje ofrecen una forma económica y eficiente de alimentar los hogares utilizando la energía del sol. Por lo tanto, tiene sentido montar un sistema de alumbrado público que tome la energía solar para cargar una batería durante el día y luego utilice esta batería para iluminar la calle durante la noche. ¡Y puedes hacer el tuyo propio!

Un circuito electrónico controlará este sistema, encendiendo automáticamente la bombilla LED por la noche y apagándola durante el día. También incorporaremos un circuito de protección de la batería para proteger la batería de una descarga excesiva.

Que esperar

Este sistema requiere 5 unidades principales:

1. Panel solar: para cargar la batería durante el día y como sensor de luz.
2. Batería: para almacenar corriente y circuito de alimentación y bombilla.
3. Bombilla LED DC: para iluminación en la oscuridad
4. Cables: Para interconexión según diagrama esquemático.
5. Circuito electrónico: Para controlar/cambiar automáticamente la bombilla LED y para protección contra descarga de batería.

Usar energía solar para cargar una batería

Para cargar la batería, hemos utilizado un pequeño panel solar de 10 W (puede elegir uno más grande según su presupuesto/requisitos de energía). Puede cargar una batería de 12 V y puede proporcionar una corriente de cortocircuito de 0,62 A en la luminosidad máxima. Su tamaño físico es de aproximadamente 12 «x 9».

Hemos utilizado una batería de 12VDC con una capacidad de corriente de 4Ah. Durante el día, los paneles solares generan corriente que se utiliza para cargar la batería. La batería puede tener un voltaje de circuito abierto máximo de 13,7 V con carga completa y debe recargarse cuando el voltaje de la batería cae a 11 VCC.

Para cargar la batería se conecta el cable rojo del panel solar (polaridad positiva) al terminal positivo de la batería a través de un diodo Zener, el cual se suelda en Veroboard donde también se coloca el circuito electrónico.

El diodo Zener se coloca de manera que el cátodo (+ terminal) se conecta al panel solar y el ánodo (terminal -) se conecta al terminal positivo de la batería a través de cables. El diodo Zener proporciona aislamiento entre el panel solar y la batería, lo que es especialmente útil en la oscuridad cuando el circuito toma el voltaje del panel solar para encender la luz. El cable negro (polaridad negativa) está conectado directamente al terminal negativo de la batería.

Cuando el panel solar se expone a la luz solar, proporciona corriente para cargar la batería, cuya cantidad depende de la intensidad de la luz solar. Una bombilla LED toma corriente de la batería. Un circuito electrónico controla la bombilla utilizando los datos del sensor (voltaje del panel solar). Conecte el terminal positivo o cátodo de la bombilla LED al terminal positivo de la batería, mientras conecta el ánodo del LED con el punto C como se muestra en los esquemas.

Construyendo el circuito electrónico

El circuito electrónico consta de dos partes. Uno está destinado a controlar la bombilla LED, mientras que el otro está destinado a controlar y evitar el agotamiento de la batería.

Esquemas de la farola solar automática

La siguiente figura muestra los esquemas completos para conectar este sistema. Realice el circuito electrónico para la conmutación automática y la protección contra el agotamiento de la batería en Veroboard.

Lo que necesitarás

Las siguientes herramientas y componentes serán necesarios para el circuito electrónico. Puede obtenerlos en tiendas en línea como Digikey , Mouser o Ali Express .

• 1 x IC de transistores de par Darlington ULN2003
• 1 regulador de voltaje LM7809 de 9 VCC IC
• 2 x IC comparador de voltaje LM393
• 1 x Veroboard (para conectar elementos de circuito mediante soldadura)
• Resistencias (en ohmios) 1K, 10K, 36K, 53K, 100K, 280K (o una combinación equivalente en paralelo/serie de estos valores)
• alambres
• Soldador y alambre de soldadura
• Multímetro digital (para medida de tensión y corriente)
• Conectores de bloque de terminales de tornillo (para conectar cables al panel solar, la batería y la bombilla LED)
• Diodo Zener (entre el cable rojo del panel solar y la batería + terminal)

Controlar la bombilla LED

Para encender el LED en la oscuridad y apagarlo a la luz del día, utilice el voltaje del panel solar como sensor para guiar el circuito. El panel solar y la batería están aislados mediante un diodo Zener. El diodo Zener tiene polarización directa a la luz del día, ya que el voltaje solar va a ser más alto que el voltaje de la batería para la carga, mientras que se polariza inversamente en la oscuridad cuando no hay luz solar disponible para iluminar el panel solar, para generar un voltaje de salida significativo.

En este circuito, el voltaje del panel solar se compara con el voltaje de la batería usando un comparador. Cuando es mayor (durante el día), da la señal de apagado de la luz. Cuando es menor, indica que se encienda la luz. La bombilla LED se controla utilizando esta lógica y con la ayuda de transistores de par Darlington ULN2003. ULN2003 obtiene la entrada de la salida del comparador. Si recibe la señal de «Encendido» en los pines de entrada (1-7) de ULN2003 (es decir, desde el pin 1 de salida del comparador), permite que la corriente del colector pase a través de C (Pins 10-16) para encender la luz.

Para realizar este circuito, una todos los elementos del circuito en Veroboard mediante soldadura. El disparador Schmitt (retroalimentación positiva en el comparador) se implementa en el comparador LM393 para evitar fallas.

Prevención de la descarga excesiva

Si el tiempo está nublado o con neblina, es posible que la batería no se cargue durante el día, lo que provocaría una descarga excesiva de la batería durante varias noches consecutivas. Esto puede hacer que la batería se descargue hasta el punto en que el equilibrio químico de la batería se altere, haciéndola inútil para un uso posterior.

Para proteger la batería de una descarga excesiva, en los esquemas se muestra otro circuito comparador que utiliza LM393 IC, que compara el voltaje de la batería con una referencia estable. Para el voltaje de referencia, se utiliza el regulador de voltaje LM7809, que toma el voltaje de la batería (es decir, de 11 a 14 V CC) como entrada y emite 9 V constantes.

Para asegurarse de que la batería no supere el nivel de descarga total, es decir, ~11 V, utilice el comparador como disparador Schmitt. Cuando el voltaje de la batería cae por debajo de los 11 voltios, el disparador Schmitt generará una salida lógica baja que, a su vez, desactivará el circuito de conmutación. Para habilitar nuevamente el circuito de conmutación, se requiere una recarga completa de la batería a 13,2 V.

Puede calcular su propia elección de voltajes (en lugar de 11 V para nivel de batería bajo y 13,2 V para nivel de batería cargada) eligiendo la combinación adecuada de resistencias (aunque eso es más profundo de lo que vamos a profundizar por ahora ). Para el circuito de protección de la batería, conecte los elementos del circuito en la placa Vero mediante soldadura.

Después de realizar los circuitos de protección de descarga de batería y conmutación automática en Veroboard, finalmente conecte estos circuitos, el panel solar, la bombilla y la batería según el diagrama esquemático.

Prueba de su sistema de alumbrado público solar

Para probar el rendimiento de este sistema, coloque el panel solar bajo la luz solar. Verá que la bombilla LED está «apagada» al exponer el panel solar a la luz solar. Mida el voltaje con un multímetro digital en la salida del panel solar y en los terminales de la batería. Descubrirá que el voltaje del panel solar es más alto que el voltaje de la batería. Ahora, para verificar si la batería se está cargando bajo la luz del sol, use el multímetro digital para medir la corriente que fluye hacia la batería.

En el siguiente paso, cubre el panel solar con un material grueso para bloquear la luz solar y verás que la bombilla LED se enciende. Mida el voltaje en el panel solar; notará que el panel solar está proporcionando un voltaje muy bajo, insuficiente para cargar la batería. Luego, mida la corriente de la batería a la bombilla LED; encontrará que la bombilla está tomando corriente de la batería para producir luz.

Aquí hay un breve video de demostración de esta prueba:

Ilumina la noche con luz solar

Este proyecto de bricolaje le brinda un concepto para construir un mini ensamblaje electrónico para diseñar un alumbrado público automatizado con energía solar utilizando energía solar natural y renovable. Para la máxima utilización de los recursos; Elija las especificaciones correctas para el panel solar, la batería y la bombilla para garantizar que el panel solar cargue la batería lo suficiente como para mantener la bombilla encendida durante toda la noche.