دائرة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية 40 وات

تناقش المقالة التالية إنشاء دائرة إضاءة شارع LED أوتوماتيكية بقدرة 40 وات ، والتي سيتم تشغيلها تلقائيًا في الليل ، وتنطفئ أثناء النهار (من تصميمي). خلال النهار ، يتم شحن البطارية المدمجة من خلال لوحة شمسية ، وبمجرد شحنها يتم استخدام نفس البطارية لتشغيل مصباح LED ليلاً لإضاءة الشوارع.

اليوم ، أصبحت الألواح الشمسية والخلايا الكهروضوئية شائعة جدًا وفي المستقبل القريب قد نرى كل شخص منا يستخدمها بطريقة أو بأخرى في حياتنا. أحد الاستخدامات المهمة لهذه الأجهزة كان في مجال إنارة الشوارع.

الدائرة التي تمت مناقشتها هنا تحتوي على معظم المواصفات القياسية المرفقة بها ، والبيانات التالية توضحها بشكل أكثر تفصيلاً:

مواصفات مصباح LED

• الجهد: 12 فولت (بطارية 12 فولت / 26 أمبير)
• الاستهلاك الحالي: 3.2 أمبير @ 12 فولت ،
• استهلاك الطاقة: 39 وات بواسطة 39nos من 1 وات LEDs
• كثافة الضوء: حوالي 2000 لومن (لومن)

مواصفات الشاحن / وحدة التحكم

• الدخل: 32 فولت من لوحة شمسية محددة بجهد دائرة مفتوحة يبلغ حوالي 32 فولت ، وتيار دائرة قصيرة من 5 إلى 7 أمبير.
• الإخراج: ماكس. 14.3 فولت ، التيار يقتصر على 4.4 أمبير
• البطارية ممتلئة - مقطوعة عند 14.3 فولت (ضبط بواسطة P2).
• بطارية منخفضة - قطع عند 11.04 فولت (ضبط بواسطة P1).
• البطارية مشحونة بمعدل C / 5 مع جهد عائم مقيد بـ 13.4 فولت بعد 'إيقاف تشغيل البطارية بالكامل'.
• التبديل التلقائي ليلا ونهارا مع مستشعر LDR (يتم ضبطه عن طريق تحديد R10 بشكل مناسب).

في هذا الجزء الأول من المقال ، سوف ندرس مرحلة الشاحن الشمسي / وحدة التحكم ودائرة القطع ذات الجهد الزائد / المنخفض المقابلة ، وكذلك قسم القطع التلقائي ليلا ونهارا.

يمكن تبسيط التصميم أعلاه كثيرًا من خلال التخلص من مرحلة IC 555 وعن طريق توصيل ترانزستور قطع التتابع النهاري مباشرة مع اللوحة الشمسية الموجبة ، كما هو موضح أدناه:

قائمة الاجزاء

• R1، R3، R4، R12 = 10 كيلو
• R5 = 240 أوم
• P1 ، P2 = 10 كيلوبايت مضبوطة مسبقًا
• P3 = 10 كيلو وعاء أو محدد مسبقًا
• R10 = 470 ك ،
• R9= 2M2
• R11 = 100 ألف
• R8 = 10 أوم 2 وات
• T1 ---- T4 = BC547
• A1 / A2 = 1/2 IC324
• جميع ديودات زينر = 4.7 فولت ، 1/2 واط
• D1---D3,D6 = 1N4007
• D4 ، D5 = أقراص ثنائية 6 أمبير
• IC2 = IC555
• IC1 = LM338
• المرحلات = 12 فولت ، 400 أوم ، SPDT
• البطارية = 12 فولت ، 26 أمبير
• لوحة الطاقة الشمسية = 21V فتح الدائرة ، 7AMPSORT CIRCUIT.

شاحن / وحدة تحكم للطاقة الشمسية ، قطع بطارية عالية / منخفضة ومراحل دائرة كاشف الضوء المحيط:

الحذر : يعد جهاز التحكم في الشحن أمرًا ضروريًا لأي نظام إضاءة شارع. قد تجد تصميمات أخرى على الإنترنت بدون هذه الميزة ، ببساطة تجاهلها. هذه يمكن أن تكون خطرة على البطارية!

بالإشارة إلى مخطط دائرة إنارة الشارع 40 واط أعلاه ، يتم تنظيم جهد اللوحة وتثبيته إلى 14.4 فولت المطلوبة بواسطة IC LM 338.

يستخدم P3 لضبط جهد الخرج على 14.3 فولت بالضبط أو في مكان ما بالقرب منه.

تشكل R6 و R7 المكونات الحالية المحددة ويجب حسابها بشكل مناسب كما تمت مناقشته في هذه الدائرة منظم الجهد لوحة للطاقة الشمسية .

يتم تطبيق الجهد المستقر بعد ذلك على التحكم في الجهد / الشحن والمراحل المرتبطة به.

يتم توصيل جهازي opamps A1 و A2 بتكوينات عكسية ، مما يعني أن خرج A1 يصبح مرتفعًا عند اكتشاف قيمة الجهد الزائدة المحددة مسبقًا ، بينما يرتفع خرج A2 عند اكتشاف عتبة الجهد المنخفض المحددة مسبقًا.

يتم تعيين عتبات الجهد العالي والمنخفض أعلاه بشكل مناسب بواسطة P2 و P1 المعينين مسبقًا على التوالي.

يستجيب الترانزستورات T1 و T2 وفقًا للمخرجات المذكورة أعلاه من opamps وينشط المرحل المعني للتحكم في مستويات شحن البطارية المتصلة فيما يتعلق بالمعلمات المحددة.

يتحكم المرحل المتصل بـ T1 على وجه التحديد في حد الشحن الزائد للبطارية.

المرحل المتصل بـ T3 مسؤول عن تثبيت الجهد في مرحلة مصباح LED. طالما أن جهد البطارية أعلى من عتبة الجهد المنخفض وطالما أنه لا يوجد ضوء محيط حول النظام ، فإن هذا التتابع يحافظ على تشغيل المصباح ، ويتم إيقاف تشغيل وحدة LED على الفور في حالة عدم استيفاء الشروط المنصوص عليها.

تشغيل الدائرة

تشكل IC1 جنبًا إلى جنب مع الأجزاء المرتبطة دائرة كاشف الضوء ، ويزداد إنتاجها في وجود الضوء المحيط والعكس صحيح.

افترض أنه وقت النهار وأن بطارية مفرغة جزئيًا عند 11.8 فولت متصلة بالنقاط ذات الصلة ، وافترض أيضًا أن قطع الجهد العالي سيتم ضبطه عند 14.4 فولت. عند تشغيل مفتاح الطاقة (إما من اللوحة الشمسية أو مصدر تيار مباشر خارجي) ، تبدأ البطارية في الشحن عبر جهات اتصال N / C الخاصة بالمرحل.

منذ ذلك الحين ، يكون خرج IC1 مرتفعًا ، والذي يقوم بتبديل ON T3. يحتفظ المرحل المتصل بـ T3 بجهد البطارية ويمنعه من الوصول إلى وحدة LED ويظل المصباح مغلقًا.

بمجرد شحن البطارية بالكامل ، ينتقل خرج A1 إلى مستوى عالٍ من التبديل ON T1 والمرحل المرتبط به.

هذا يفصل البطارية عن جهد الشحن.

يتم تثبيت الوضع أعلاه بمساعدة جهد التغذية المرتدة من جهات اتصال N / O الخاصة بالمرحل أعلاه إلى قاعدة T1.

يستمر المزلاج حتى الوصول إلى حالة الجهد المنخفض ، عندما يتم تشغيل T2 ، يؤرض انحياز قاعدة T1 ويعيد المرحل العلوي إلى وضع الشحن.

هذا يختتم جهاز التحكم بالبطارية العالية / المنخفضة ومراحل مستشعر الضوء لدائرة نظام إضاءة الشارع الشمسية الأوتوماتيكية المقترحة 40 وات.

توضح المناقشة التالية إجراء صنع دائرة وحدة LED التي يتم التحكم فيها بواسطة PWM.

تمثل الدائرة الموضحة أدناه وحدة مصباح LED المكونة من 39 وحدة. 1 وات / 350 مللي أمبير مصابيح LED عالية السطوع. تتكون المجموعة بأكملها من خلال توصيل 13 عددًا من توصيلات السلسلة على التوازي ، وتتكون من 3 مصابيح LED في كل سلسلة.

كيف تعمل

يعد الترتيب أعلاه لمصابيح LED قياسيًا جدًا في تكوينه ولا يركز على أهمية كبيرة.

الجزء الأساسي الفعلي من هذه الدائرة هو قسم IC 555 ، والذي تم تكوينه في وضع الهزاز المتعدد المستقر النموذجي.

في هذا الوضع ، يقوم طرف الإخراج رقم 3 الخاص بـ IC بإنشاء أشكال موجية محددة من PWM والتي يمكن تعديلها عن طريق ضبط دورة عمل IC بشكل مناسب.

يتم ضبط دورة العمل لهذا التكوين عن طريق ضبط P1 حسب تفضيل الشخص.

نظرًا لأن إعداد P1 يقرر أيضًا مستوى إضاءة مصابيح LED ، يجب أن يتم ذلك بعناية لإنتاج أفضل النتائج من مصابيح LED. يصبح P1 أيضًا عنصر التحكم في تعتيم وحدة LED.

يلعب تضمين تصميم PWM هنا الدور الرئيسي لأنه يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة لمصابيح LED المتصلة.

إذا كانت وحدة LED متصلة مباشرة بالبطارية بدون مرحلة IC 555 ، فستستهلك مصابيح LED المقدار الكامل المحدد 36 واط.

مع تشغيل برنامج تشغيل PWM ، تستهلك وحدة LED الآن حوالي 1/3 من الطاقة فقط ، أي حوالي 12 واط ، ولكنها تستخرج الحد الأقصى من الإضاءة المحددة من مصابيح LED.

يحدث هذا لأنه نظرًا لتغذية نبضات PWM ، يظل الترانزستور T1 قيد التشغيل فقط لمدة 1/3 من الفترة الزمنية العادية ، مع تبديل مصابيح LED لنفس المدة الزمنية الأقصر ، ولكن نظرًا لاستمرار الرؤية ، نجد أن مصابيح LED تكون كذلك في كل وقت.

يجعل التردد العالي للثبات الإضاءة مستقرة جدًا ولا يمكن اكتشاف أي اهتزاز حتى أثناء حركة رؤيتنا.

تم دمج هذه الوحدة مع لوحة التحكم بالطاقة الشمسية التي تمت مناقشتها مسبقًا.

يجب أن يتم توصيل الموجب والسالب للدائرة المعروضة ببساطة بالنقاط ذات الصلة على لوحة التحكم الشمسية.

هذا يختتم التفسير الكامل لمشروع دائرة مصباح الشارع LED الأوتوماتيكي للطاقة الشمسية 40 وات.

إذا كان لديك أي أسئلة ، يمكنك التعبير عنها من خلال تعليقاتك.

تحديث: النظرية المذكورة أعلاه لرؤية إضاءة عالية مع استهلاك أقل بسبب استمرار الرؤية غير صحيحة. للأسف ، تعمل وحدة التحكم PWM هذه فقط كوحدة تحكم في السطوع ولا شيء أكثر من ذلك!

مخطط الدائرة لوحدة التحكم PWM LED لإنارة الشوارع

قائمة الاجزاء

• R1 = 100 ألف
• P1 = وعاء سعة 100 ألف
• C1 = 680pF
• C2 = 0.01uF
• R2 = 4K7
• T1 = TIP122
• R3 ---- R14 = 10 أوم ، 2 واط
• المصابيح = 1 وات 350 مللي أمبير أبيض بارد
• IC1 = IC555

في النموذج الأولي النهائي ، تم تركيب مصابيح LED على نوع خاص مبدد حراري من الألومنيوم من نوع ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، يوصى بشدة ، وبدونه ستتدهور حياة LED.

صور النموذج

نموذج أولي لضوء الشارع من ابتكارات Swagatam

أبسط دائرة ضوء الشارع

إذا كنت وافدًا جديدًا وتبحث عن نظام إضاءة شارع أوتوماتيكي بسيط ، فربما يلبي التصميم التالي احتياجاتك.

يمكن تجميع أبسط دائرة إنارة الشوارع الأوتوماتيكية بسرعة بواسطة مبتدئ وتثبيتها لتحقيق النتائج المرجوة.

بنيت حول مفهوم تنشيط الضوء ، يمكن استخدام الدائرة للتبديل التلقائي وإيقاف تشغيل مصباح الطريق أو مجموعة من المصابيح استجابة لمستويات الإضاءة المحيطة المتغيرة.

ال وحدة كهربائية بمجرد بنائه ، يمكن استخدامه لإيقاف تشغيل المصباح عند الفجر وتشغيله عند الغسق.

كيف تعمل

يمكن استخدام الدائرة كآلية تعمل ضوء النهار والليل نظام تحكم أو مفتاح تنشيط خفيف بسيط. دعونا نحاول فهم طريقة عمل هذه الدائرة المفيدة وكيف أنها سهلة الإنشاء:

بالإشارة إلى الرسم التخطيطي للدائرة ، يمكننا أن نرى تكوينًا بسيطًا للغاية يتكون من زوج من الترانزستورات ومرحل ، والذي يشكل جزء التحكم الأساسي في الدائرة.

بالطبع لا يمكننا أن ننسى LDR وهو مكون الاستشعار الرئيسي للدائرة. يتم ترتيب الترانزستورات بشكل أساسي بحيث يكمل كل منهما الآخر بشكل معاكس ، وهذا يعني أنه عندما يتم إجراء ترانزستور الجانب الأيسر ، يتم إيقاف تشغيل الترانزستور الأيمن والعكس صحيح.

تم تجهيز الترانزستور T1 على الجانب الأيسر باعتباره a مقارنة الجهد باستخدام شبكة مقاومة. المقاوم الموجود في أعلى الذراع هو LDR ومقاوم الذراع السفلي هو الإعداد المسبق الذي يستخدم لتعيين قيم أو مستويات العتبة. يتم ترتيب T2 كعاكس ، ويعكس الاستجابة المستلمة من T1.

كيف يعمل LDR

في البداية ، بافتراض أن مستوى الضوء أقل ، فإن يحافظ LDR على مقاومة عالية المستوى عبره ، والذي لا يسمح للتيار الكافي بالوصول إلى قاعدة الترانزستور T1.

يسمح هذا للمستوى المحتمل عند المجمع بتشبع T2 وبالتالي يظل التتابع نشطًا في هذه الحالة.

عندما يزداد مستوى الضوء ويصبح كبيرًا بدرجة كافية على LDR ، ينخفض ​​مستوى مقاومته ، وهذا يسمح بمرور تيار أكبر من خلاله والذي يصل في النهاية إلى قاعدة T1.

كيف يستجيب الترانزستور لـ LDR

يعمل الترانزستور T1 ، ويسحب إمكاناته المجمعة إلى الأرض. هذا يمنع توصيل الترانزستور T2 ، وإيقاف تشغيل مرحل حمل المجمع والمصباح المتصل.

تفاصيل مصدر الطاقة

مصدر الطاقة هو المعيار محول جسر مكثف الشبكة التي تزود أ نظيف DC إلى الدائرة لتنفيذ الإجراءات المقترحة.

يمكن بناء الدائرة بأكملها على قطعة صغيرة من لوحة فيرو ويمكن وضع المجموعة بأكملها جنبًا إلى جنب مع مصدر الطاقة داخل صندوق بلاستيكي صغير قوي.

كيف يتم وضع LDR

يجب وضع LDR خارج الصندوق ، مما يعني أن سطح الاستشعار الخاص به يجب أن يتعرض نحو المنطقة المحيطة من حيث يلزم استشعار مستوى الضوء.

يجب الحرص على أن الضوء من المصابيح لا يصل بأي شكل من الأشكال إلى LDR ، مما قد يؤدي إلى تبديل وتذبذبات زائفة.

قائمة الاجزاء

• R1 ، R2 ، R3 = 2K2 ،
• VR1 = 10K ضبط مسبق ،
• C1 = 100 فائق التوهج / 25 فولت ،
• C2 = 10 فائق التوهج / 25 فولت ،
• D1 ---- D6 = 1N4007
• T1, T2 = BC547,
• التقوية = 12 فولت ، 400 أوم ، SPDT ،
• LDR = أي نوع بمقاومة 10K إلى 47K في الإضاءة المحيطة.
• محول = 0-12 فولت ، 200 مللي أمبير

تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور

باستخدام opamp IC 741

يمكن أيضًا إجراء دارة مصباح الشارع الموضح أعلاه التي يتم تنشيطها تلقائيًا في الظلام باستخدام مكبر العمليات ، كما هو مبين أدناه:

وصف العمل

هنا تم تصميم IC 741 كمقارن ، حيث يتم توصيل دبوسه غير المقلوب رقم 3 بإعداد مسبق 10 كيلو أو وعاء لإنشاء مرجع تشغيل في هذا pinout.

يتم تكوين الدبوس رقم 2 وهو المدخلات العكسية للدائرة المتكاملة بشبكة مقسم محتملة مصنوعة من المقاوم المعتمد على الضوء أو LDR ومقاوم 100K.

يتم ضبط الإعداد المسبق 10K مبدئيًا بحيث عندما يصل الضوء المحيط على LDR إلى عتبة الظلام المطلوبة ، يرتفع الدبوس رقم 6. يتم ذلك ببعض المهارة والصبر عن طريق تحريك الإعداد المسبق ببطء حتى يرتفع الدبوس رقم 6 ، والذي يتم تحديده من خلال التبديل في وضع التشغيل للترحيل المتصل وإضاءة مؤشر LED الأحمر.

يجب أن يتم ذلك عن طريق إنشاء مستوى ضوء عتبة التعتيم الاصطناعي على LDR داخل غرفة مغلقة وباستخدام ضوء خافت لهذا الغرض.

بمجرد ضبط الإعداد المسبق ، قد يتم غلقه ببعض غراء الايبوكسي بحيث يظل الضبط ثابتًا وبدون تغيير.

بعد ذلك ، قد يتم وضع الدائرة داخل صندوق مناسب بمحول 12 فولت لتزويد الدائرة بالطاقة ، وملامسات التتابع السلكية بمصباح الطريق المطلوب.

يجب توخي الحذر للتأكد من أن إضاءة المصباح لا تصل أبدًا إلى LDR ، وإلا فقد تؤدي إلى اهتزازات مستمرة أو وميض للمصباح بمجرد تشغيله عند الشفق.