如何製作自動太陽能路燈

2023/01/13

DIY 太陽能燈項目提供了一種經濟高效的方式來利用太陽能為家庭供電。因此，組裝一個路燈系統是有意義的，該系統在白天利用太陽能為電池充電，然後使用該電池在晚上照亮街道。你可以自己做！

電子電路將控制該系統，在夜間自動打開 LED 燈泡，在白天自動關閉。我們還將加入電池保護電路，以防止電池過度放電。

期待什麼

該系統需要 5 個主要單元：

太陽能電池板：用於在白天為電池充電並作為光傳感器。
電池：用於存儲電流和為電路和燈泡供電。
LED DC 燈泡：用於在黑暗中照明
電線：按照原理圖進行互連。
電子電路：自動控制/切換LED燈泡和電池放電保護。

使用太陽能為電池充電

為了給電池充電，我們使用了一個 10W 的小太陽能電池板（您可以根據您的功率預算/要求選擇一個更大的）太陽能電池板。它可以為12V電池充電，並可以在峰值光度下提供0.62A的短路電流。它的物理尺寸約為 12″ x 9″。

我們使用了電流容量為 4Ah 的 12VDC 電池。白天，太陽能電池板產生用於為電池充電的電流。電池在充滿電時的最大開路電壓為 13.7V，當電池電壓降至 11VDC 時應重新充電。

為了給電池充電，太陽能電池板的紅線（正極）通過齊納二極管連接到電池的正極端子，齊納二極管焊接在電子電路也放置的 Veroboard 上。

齊納二極管的放置使得陰極（+端子）連接到太陽能電池板，陽極（-端子）通過電線連接到電池的正極端子。齊納二極管在太陽能電池板和電池之間提供隔離，這在黑暗中特別有用，因為電路需要太陽能電池板電壓來“打開”燈。黑線（負極性）直接連接到電池的負極端子。

當太陽能電池板暴露在陽光下時，它會提供電流為電池充電，充電量取決於陽光的強度。LED 燈泡從電池中獲取電流。電子電路使用傳感器數據（太陽能電池板電壓）控制燈泡。將 LED 燈泡的正極端子或陰極連接到電池的正極端子，同時將 LED 的陽極連接到C點，如原理圖所示。

構建電子電路

電子電路由兩部分組成。一個用於控制 LED 燈泡，而另一個用於控制和避免電池耗盡。

全自動太陽能路燈示意圖

下圖顯示了將這個系統連接在一起的整個示意圖。在 Veroboard 上製作自動切換和電池漏電保護的電子電路。

你需要什麼

電子電路需要以下工具和組件。您可以從Digikey、Mouser或Ali Express等在線商店購買它們。

1 x ULN2003 達林頓對晶體管 IC
1 x LM7809 9 VDC 穩壓器 IC
2 x LM393 電壓比較器 IC
1 x Veroboard（用於通過焊接連接電路元件）
電阻器（以歐姆為單位）1K、10K、36K、53K、100K、280K（或這些值的等效並聯/串聯組合）
電線
烙鐵和焊錫絲
數字萬用表（用於電壓和電流測量）
螺絲端子塊連接器（用於將電線連接到太陽能電池板、電池和 LED 燈泡）
齊納二極管（在太陽能電池板的紅線和電池+端子之間）

控制 LED 燈泡

要在黑暗中打開 LED 並在白天關閉它，請使用太陽能電池板電壓作為傳感器來引導電路。太陽能電池板和電池使用齊納二極管隔離。齊納二極管在日光下正向偏置，因為太陽能電壓將高於用於充電的電池電壓，而當沒有陽光可照亮太陽能電池板時，齊納二極管在黑暗中反向偏置，以提供顯著的輸出電壓。

在該電路中，使用比較器將太陽能電池板電壓與電池電壓進行比較。當它更大時（白天），它會發出關燈的信號。當它較小時，它會發出打開燈的信號。LED 燈泡使用此邏輯並藉助 ULN2003 達林頓對晶體管進行控制。ULN2003 從比較器輸出獲得輸入。如果它在 ULN2003 的輸入引腳 (1-7)（即來自比較器輸出引腳 1）處獲得“開”信號，它允許集電極電流通過 C（引腳 10-16）以打開燈。

要製作此電路，請通過焊接將 Veroboard 上的所有電路元件連接起來。施密特觸發器（比較器的正反饋）在 LM393 比較器上實現以避免毛刺。

防止過放電

如果天氣多雲或有霧，可能白天電池無法充電，導致電池連續多個晚上過度放電。這可能會導致電池放電到電池化學平衡受到干擾的程度，使其無法進一步使用。

為了防止電池過放電，原理圖中顯示了另一個使用 LM393 IC 的比較器電路，它將電池電壓與穩定的參考電壓進行比較。對於參考電壓，使用 LM7809 電壓調節器，它將電池電壓（即 11 至 14 VDC）作為輸入並輸出恆定的 9V。

為確保電池不會超過深度放電水平，即 ~11V，請將比較器用作施密特觸發器。當電池電壓降至 11 伏以下時，施密特觸發器將輸出邏輯低電平，從而禁用開關電路。要再次啟用開關電路，需要將電池完全充電至 13.2V。

您可以通過選擇適當的電阻器組合來計算出您自己的電壓選擇（而不是 11 V 用於低電池電量和 13.2V 用於充電電池電量）（儘管這比我們現在要深入研究的更深入). 對於電池保護電路，通過焊接連接Vero板上的電路元件。

在Veroboard上製作好自動開關和電池漏電保護電路後，最後按照原理圖將這些電路、太陽能電池板、燈泡和電池連接起來。

測試您的太陽能路燈系統

為了測試該系統的性能，請將太陽能電池板置於陽光下。當太陽能電池板暴露在陽光下時，您會看到 LED 燈泡“關閉”。使用數字萬用表測量太陽能電池板輸出和電池端子處的電壓。您會發現太陽能電池板電壓高於電池電壓。現在要檢查電池是否在陽光下充電，請使用數字萬用表測量流入電池的電流。

在下一步中，用厚材料覆蓋太陽能電池板以阻擋陽光，您將看到 LED 燈泡亮起。測量太陽能電池板上的電壓；您會注意到太陽能電池板提供的電壓非常低，不足以為電池充電。然後，測量從電池到 LED 燈泡的電流；你會發現燈泡從電池中獲取電流來發光。

這是此測試的簡短視頻演示：

用太陽能燈點亮夜晚

這個 DIY 項目為您提供了構建微型電子組件的概念，用於使用自然和可再生太陽能設計自動太陽能路燈。最大限度地利用資源；為太陽能電池板、電池和燈泡選擇正確的規格，以確保太陽能電池板為電池充電足以讓燈泡整夜保持亮著。