آموزش مدار لامپ خورشیدی (تغذیه باتری لامپ با نور خورشید)

برای کسانی که علاقه شدیدی به باغبانی دارند، چراغ باغ گزینه ای برای تحسین زیبایی گیاهان خود حتی در طول شب است. این لامپ ها معمولاً در داخل باغ و دور از پریزهای برق قرار می‌گیرند، زیرا این ایده خوبی نیست که سیم‌ها را از خاک باغ خود عبور دهید که بیشتر اوقات خیس و پر زحمت است. اینجاست که چراغ‌ های باغی با انرژی خورشیدی به کار می آیند. این چراغ ها دارای باتری خواهند بود که در طول روز از طریق پنل خورشیدی شارژ می شود و در طول شب انرژی باتری برای تغذیه چراغ ها مصرف می شود و چرخه تکرار می شود.

در این پروژه قصد داریم یک چراغ باغ خورشیدی ساده و ارزان بسازیم. پنل خورشیدی یک باتری لیتیومی را در طول روز شارژ می کند و زمانی که شب شد، باتری چراغ ها را تا زمان روز روشن می کند. برخلاف مدارهای دیگر، ما از میکروکنترلر یا سنسور استفاده نخواهیم کرد، زیرا ایده پروژه کاهش تعداد قطعات برای کاهش قیمت و پیچیدگی مدار است.

طراحی لامپ خورشیدی

قبل از انتخاب مقدار قطعات و ورود به شماتیک مدار، انتخاب مدل لامپ ضروری است زیرا نحوه اجرای مراحل بعدی به نوع لامپ ما بستگی دارد.

ال ای دی هایی که در این پروژه استفاده می کنیم ال ای دی های معمولی چینی با ولتاژ کاری 3.2 ولت با حداکثر ولتاژ فوروارد 4.5 ولت هستند. بنابراین، اگر دو LED به صورت سری به هم متصل شوند، ولتاژ فوروارد 6.4 ولت خواهد بود. LED های مورد استفاده در پروژه ما در زیر نشان داده شده است.

بنابراین یک باتری لیتیومی 7.4 ولتی قادر خواهد بود حداقل 6.4 ولت (کاملاً دشارژ) تا حداکثر 8.4 ولت (کاملا شارژ) را تأمین کند. بنابراین در این پروژه از باتری لیتیومی 7.4 ولتی برای منبع تغذیه استفاده شده است که در زیر نشان داده شده است. اگر با باتری‌های لیتیومی کاملاً تازه کار هستید، می‌توانید این مقاله مبانی باتری‌ های لیتیوم یونی را بررسی کنید تا در مورد باتری‌ها بهتر بدانید.

باتری انتخاب شده برای این برنامه دارای یک مدار محافظ داخلی است که باتری را در برابر شارژ بیش از حد، تخلیه عمیق و شرایط مربوط به اتصال کوتاه محافظت می کند. اگر باتری شما این ویژگی ها را ندارد، مطمئن شوید که از یک ماژول محافظ خارجی استفاده کنید، زیرا باتری های لیتیومی می توانند بسیار ناپایدار شوند و در صورت عدم استفاده صحیح ممکن است منفجر شوند.

آموزش مدار لامپ باغ خورشیدی

مدار لامپ باغ خورشیدی از دو قسمت تشکیل شده است. یکی شارژ و دیگری کنترل ال ای دی ها. نمودار مدار کامل به صورت دو قسمتی توضیح داده شده است که قسمت اول در زیر آورده شده است.

ماسفت N-Channel Q2، IRF540N برای عملیات کنترل شارژ استفاده می شود. پتانسیومتر R1 برای تنظیم سطح ولتاژ باتری با کنترل ولتاژ  در سراسر N Channel MOSFET Q2 استفاده می شود. دیود یکسو کننده شاتکی D1 SR160 است، یک دیود شاتکی 1A 60 ولت که برای محافظت از باتری در برابر قطبیت معکوس و همچنین مسدود کردن جریان معکوس در شرایط دشارژ استفاده می شود. دیود شاتکی خروجی D2 برای جداسازی ولتاژ شارژر با ولتاژ باتری استفاده می شود.

بخش دیگر مدار برای روشن کردن LED در شرایط تاریک استفاده می شود. این کار توسط ماسفت Q1 دیگر P-Channel که IRF9540 است انجام می شود. گیت ماسفت توسط ولتاژ خورشیدی کنترل می شود. بنابراین، هر زمان که سلول های خورشیدی ولتاژ تولید کنند، ماسفت خاموش می ماند اما در تاریکی یا شب، سلول ها ولتاژ تولید نمی کنند و ماسفت روشن می شود.

حالا برای قسمت دوم مدار، ال ای دی ها به صورت سری و موازی وصل می شوند. دو LED به صورت سری، ولتاژ رو به جلو را به دو برابر یک LED افزایش می دهند، اما جریان عبوری از LED ها تقسیم می شود. 4 اتصال موازی با دو LED به صورت سری انجام می شود. تعداد LED های بیشتر به صورت موازی جریان را افزایش می دهند و روی پشتیبان گیری باتری تأثیر می گذارند.

تخمین زده می شود که عبور جریان از طریق هر سری تقریبا 40 میلی آمپر است. بنابراین، 4 رشته موازی 160 میلی آمپر جریان مصرف می کنند. باتری انتخاب شده برای این پروژه به طور موثر LED ها را برای تقریباً 5-6 ساعت در شرایط شارژ اسمی روشن می کند. می توان رشته های LED را بر اساس نیاز افزایش داد.

ساخت چراغ باغ خورشیدی

برای ساخت مدار به اجزای زیر نیاز است:

• باتری لیتیومی 7.4 ولت (mAH بستگی به زمان پشتیبان گیری دارد) با مدار محافظ داخلی.
• LED با ولتاژ فوروارد 3.5 ولت (ولتاژ های دیگر نیز قابل استفاده است اما ساختار نوار LED متفاوت خواهد بود)
• IRF9540N – کانال P Mosfet
• IRF540N – ماسفت کانال N
• دیود شاتکی SR160 دو عدد
• مقاومت 680R
• پتانسیومتر 50 کیلو اهم
• مقاومت 4.7k
• پنل خورشیدی 15 – 18 ولت با جریان بیش از 300 میلی آمپر در صورت انتخاب باتری 3600 میلی آمپری.
• سیم برای اتصال پنل خورشیدی و LED

تصویر زیر توضیحات پین های IRF540N و IRF9540N را نشان میدهد.

مدار چراغ باغ خورشیدی هوشمند روی برد بورد به شکل زیر بنظر میرسد:

ما از پنل خورشیدی با مشخصات زیر استفاده کرده ایم.

این یک پنل خورشیدی 10 واتی با خروجی 18 ولت است. پنل خورشیدی را باید در جایی که بیشترین نور را دریافت میکند قرار بدهید. پتانسیومتر به گونه ای کنترل می شود که 8.5 ولت در سراسر D2 داشته باشد. این به دلیل ولتاژ شارژ است زیرا ولتاژ باتری لیتیومی در هنگام شارژ کامل 8.4 ولت خواهد بود. هنگامی که باتری شروع به شارژ شدن می کند یک آمپر متر به صورت سری به باتری متصل می شود تا جریان شارژ را بررسی کند. شما همچنین می توانید از دنبال کننده خورشید با آردوینو نیز استفاده کنید.

تست عملکرد لامپ خورشیدی

همانطور که می توانید در صفحه مولتی متر زیر ببینید، جریان شارژ تقریباً 300 میلی آمپر است. این تغییر بسته به شرایط خورشیدی خواهد بود، در یک روز آفتابی افزایش می یابد و در روزهای ابری کاهش می یابد.

در طول شب، زمانی که پنل خورشیدی هیچ تابشی دریافت نمی کند، جریان خروجی از پنل وجود نخواهد داشت و در نتیجه شارژ باتری متوقف می شود و چراغ های LED روشن می شوند.