Come costruire una semplice luce da giardino automatica a energia solare

Per coloro che hanno un vivo interesse per il giardinaggio, una luce da giardino fornirebbe un'opzione per ammirare la bellezza delle loro piante anche durante la notte. Queste luci saranno normalmente collocate all'interno del giardino, lontano dalle prese elettriche perché non è una buona idea far passare i cavi attraverso il terreno del giardino che sarà bagnato e faticato la maggior parte del tempo. È qui che entrano in scena le luci da giardino ad energia solare. Queste luci avranno una batteria che verrà caricata tramite un pannello solare durante il giorno e durante la notte l'energia della batteria verrà utilizzata per alimentare le luci e il ciclo si ripete. In alcuni dei nostri articoli precedenti abbiamo realizzato alcuni progetti relativi all'energia solare come caricabatterie per telefoni cellulari alimentati a energia solare e circuiti con inverter solari.

In questo progetto, costruiremo una luce solare da giardino fai-da-te semplice ed economica. Il pannello solare caricherà una batteria al litio durante il giorno e quando diventerà notte, la batteria accenderà le luci fino a quando non sarà di nuovo giorno. A differenza di altri circuiti, non utilizzeremo un microcontrollore o un sensore, perché l'idea del progetto è di ridurre il numero di componenti per ridurre il prezzo e la complessità del circuito. Detto questo, iniziamo a costruire la nostra luce solare fatta in casa !!

Design luminoso da giardino solare

Prima di scegliere il valore dei componenti ed entrare nello schema elettrico, è fondamentale scegliere il carico per il nostro progetto. Per carico, ci riferiamo al tipo di luce da giardino che utilizzeremo nel nostro progetto. Perché la tensione e la corrente nominale della luce decidono come può essere progettato il circuito.

I LED stiamo usando in questo progetto sono i LED cinesi normali con una tensione di funzionamento di 3.2V con un massimo di 4,5 V tensione diretta. Pertanto, se due LED sono collegati in serie, la tensione diretta sarà di 6,4 V. Di seguito sono riportati i LED utilizzati nel nostro progetto.

Quindi una batteria al litio da 7,4 V sarà in grado di fornire un minimo di 6,4 V (completamente scarica) al massimo di 8,4 V (completamente carica). Pertanto, una batteria al litio da 7,4 V viene utilizzata per una fonte di alimentazione in questo progetto, lo stesso è mostrato di seguito. Se sei completamente nuovo alle batterie al litio, puoi consultare questo articolo Nozioni di base sulle batterie agli ioni di litio per capire meglio le batterie.

La batteria selezionata per questa applicazione avrà un circuito di protezione integrato che proteggerà la batteria da sovraccarico, scarica profonda e condizioni di cortocircuito. Se la tua batteria non fornisce queste caratteristiche, assicurati di utilizzare un modulo di protezione esterno, perché le batterie al litio possono diventare altamente instabili e potrebbero persino esplodere se non maneggiate correttamente.

Schema del circuito della luce solare del giardino

Il circuito di illuminazione solare del giardino sarà composto da due parti. Uno è in carica e l'altro serve per controllare i LED. Lo schema elettrico completo è spiegato in due parti, la prima parte è fornita di seguito

Il MOSFET a canale N Q2, IRF540N viene utilizzato per il controllo della carica. Il potenziometro R1 viene utilizzato per impostare il livello di tensione della batteria controllando la tensione di gate attraverso il MOSFET a canale N Q2. Il diodo raddrizzatore Schottky D1 è SR160, un diodo Schottky da 1A 60V che viene utilizzato per proteggere la batteria dall'inversione di polarità e per bloccare il flusso inverso durante le condizioni di scarica. Il diodo Schottky di uscita D2 viene utilizzato per isolare la tensione del caricabatterie con la tensione della batteria.

L'altra parte del circuito viene utilizzata per accendere il LED in condizioni di oscurità. Questo viene fatto dall'altro MOSFET a canale P Q1 che è IRF9540. Il gate MOSFET è controllato dalla tensione solare. Pertanto, ogni volta che le celle solari producono tensione, il MOSFET rimane spento ma al buio o di notte, le celle non producono tensione e il MOSFET si accende. Utilizzando MOSFET a canale P, l' LDR aggiuntivo e il circuito comparatore vengono completamente eliminati.

Ora, per la seconda parte del circuito, i LED sono collegati in una condizione serie-parallelo. Due LED in serie aumentano la tensione diretta al doppio di un singolo LED, ma la corrente che scorre attraverso i LED viene divisa. Vengono realizzati 4 collegamenti in parallelo con due LED in serie. Più LED in parallelo aumentano la corrente e influiscono sul backup della batteria.

Si stima che il flusso di corrente attraverso ciascuna serie sia di quasi 40 mA. Pertanto, 4 stringhe parallele consumano 160 mA di corrente. La batteria selezionata per questo progetto illuminerà efficacemente i LED per quasi 5-6 ore a una condizione di carica nominale. Si possono aumentare le stringhe LED secondo le esigenze.

Costruzione leggera da giardino solare

Per costruire il circuito sono necessari i seguenti componenti:

1. Batteria al litio da 7,4 V (mAH dipende dal tempo di backup) con un circuito di protezione integrato.
2. LED con tensione diretta di 3,5 V (è applicabile anche un'altra tensione, ma la struttura della striscia LED sarà diversa)
3. IRF9540N - Mosfet canale P.
4. IRF540N - Mosfet canale N.
5. Diodo Schottky SR160 2 pz
6. Resistenza 680R
7. Potenziometro 50k
8. Resistenza da 4.7k
9. Pannello solare 15-18 V con una corrente nominale superiore a 300 mA se viene selezionata una batteria da 3600 mAH.
10. Cavi per il collegamento di pannelli solari e LED
11. Fili di collegamento

L'immagine sotto mostra il pinout di IRF540N N-channel e IRF9540 P-Channel Mosfet, che useremo nel progetto.

Una volta che il circuito della luce solare del giardino è costruito su una breadboard, la mia disposizione appare come questa qui sotto

Abbiamo utilizzato il pannello solare con le specifiche seguenti.

È un pannello solare da 10 W con uscita 18 V. Il pannello solare è esposto alla luce solare intensa nelle condizioni solari di picco. Il potenziometro è controllato per avere 8,5 V attraverso il D2. Ciò è dovuto alla tensione di carica poiché la tensione della batteria al litio sarà di 8,4 V quando è completamente carica. Quando la batteria inizia a caricarsi, un amperometro è collegato in serie con la batteria per controllare la corrente di carica. Puoi anche improvvisare il progetto utilizzando un localizzatore solare per caricare al massimo la batteria, ma questo è qualcosa che esula dallo scopo di questo progetto.

Come puoi verificare dalla lettura del multimetro sottostante, la corrente di carica è quasi 300mA. Questo cambiamento dipenderà dalla condizione solare, aumenterà in una giornata di sole e diminuirà nelle giornate nuvolose.

Durante la notte, quando il pannello solare non riceve radiazioni, non ci sarà corrente in uscita dal pannello e quindi la batteria smetterà di caricarsi e le luci LED si accenderanno. Il funzionamento completo del progetto si può anche trovare nel video linkato sotto, dove si dimostra che la luce si accende automaticamente se il pannello non riceve radiazioni.

Ulteriori miglioramenti

Il circuito è un circuito di carica della batteria al litio di base per un semplice progetto relativo alla luce da giardino. Quindi non impiega problemi di sicurezza. Per una corretta ricarica e l'utilizzo di un metodo di carica solare appropriato utilizzando MPPT (Maximum Power Point Tracker) è possibile utilizzare driver IC dedicati.

Poiché si tratta di un progetto operativo all'aperto, è necessario utilizzare un PCB appropriato insieme a una scatola chiusa. La custodia deve essere realizzata in modo tale che il circuito rimanga impermeabile in caso di pioggia. Per modificare questo circuito o per discutere ulteriori aspetti di questo progetto, utilizzate gentilmente il forum attivo del digest del circuito.