Como criar uma luz de rua automática movida a energia solar

Os projetos DIY de luz solar oferecem uma maneira econômica e eficiente de alimentar residências usando a energia do sol. Portanto, faz sentido montar um sistema de iluminação pública que use energia solar para carregar uma bateria durante o dia e depois use essa bateria para iluminar a rua à noite. E você pode fazer o seu!

Um circuito eletrônico controlará esse sistema, ligando automaticamente a lâmpada de LED durante a noite e desligando durante o dia. Também vamos incorporar um circuito de proteção de bateria para proteger a bateria de descarga excessiva.

O que esperar

Este sistema requer 5 unidades principais:

1. Painel solar: Para carregar a bateria durante o dia e como sensor de luz.
2. Bateria: Para armazenar corrente e circuito de alimentação e lâmpada.
3. Lâmpada LED DC: Para iluminação no escuro
4. Fios: Para interligação conforme diagrama esquemático.
5. Circuito eletrônico: Para controlar/trocar automaticamente a lâmpada LED e para proteção contra descarga da bateria.

Usando energia solar para carregar uma bateria

Para carregar a bateria, usamos um pequeno painel solar de 10 W (você pode escolher um maior conforme seu orçamento/requisitos de energia). Ele pode carregar uma bateria de 12V e pode fornecer corrente de curto-circuito de 0,62A no pico de luminosidade. Seu tamanho físico é de cerca de 12″ x 9″.

Utilizamos uma bateria de 12VDC com capacidade de corrente de 4Ah. Durante o dia, os painéis solares geram corrente que é usada para carregar a bateria. A bateria pode ter uma tensão máxima de circuito aberto de 13,7 V com carga total e deve ser recarregada quando a tensão da bateria cair para 11 VCC.

Para carregar a bateria, o fio vermelho do painel solar (polaridade positiva) é conectado ao terminal positivo da bateria através de um diodo Zener, que é soldado no Veroboard onde também está colocado o circuito eletrônico.

O diodo Zener é colocado de forma que o cátodo (terminal +) seja conectado ao painel solar e o ânodo (terminal -) seja conectado ao terminal positivo da bateria por meio de fios. O diodo Zener fornece isolamento entre o painel solar e a bateria, o que é especialmente útil no escuro quando o circuito recebe a tensão do painel solar para ligar a luz. O fio preto (polaridade negativa) é conectado diretamente ao terminal negativo da bateria.

Quando o painel solar é exposto à luz solar, ele fornece corrente para carregar a bateria, cuja quantidade depende da intensidade da luz solar. Uma lâmpada LED leva corrente da bateria. Um circuito eletrônico controla a lâmpada usando dados do sensor (tensão do painel solar). Conecte o terminal positivo ou cátodo da lâmpada LED ao terminal positivo da bateria, enquanto conecta o ânodo do LED com o ponto C conforme mostrado nos esquemas.

Construindo o Circuito Eletrônico

O circuito eletrônico consiste em duas partes. Um destina-se a controlar a lâmpada LED, enquanto o outro destina-se a controlar e evitar o esgotamento da bateria.

Esquemas da luz solar automática da rua

A figura abaixo mostra todo o esquema para conectar este sistema. Faça o circuito eletrônico para comutação automática e proteção contra dreno de bateria no Veroboard.

O que você precisará

As seguintes ferramentas e componentes serão necessários para o circuito eletrônico. Você pode obtê-los em lojas online como Digikey , Mouser ou Ali Express .

• 1 x transistores de par Darlington ULN2003 IC
• 1 x LM7809 9 VDC regulador de tensão IC
• 2 x IC comparador de tensão LM393
• 1 x Veroboard (para conectar elementos do circuito por meio de solda)
• Resistores (em Ohms) 1K, 10K, 36K, 53K, 100K, 280K (Ou combinação paralelo/série equivalente desses valores)
• fios
• Ferro de solda e fio de solda
• Multímetro digital (para medição de tensão e corrente)
• Conectores de bloco terminal de parafuso (para conectar fios ao painel solar, bateria e lâmpada LED)
• Diodo Zener (entre o fio vermelho do painel solar e bateria + terminal)

Controlando a Lâmpada LED

Para acender o LED no escuro e apagá-lo à luz do dia, use a tensão do painel solar como sensor para guiar o circuito. Painel solar e bateria são isolados usando um diodo Zener. O diodo Zener é polarizado diretamente à luz do dia, pois a tensão solar será maior do que a tensão da bateria para carregar, enquanto fica polarizado inversamente no escuro, quando não há luz solar disponível para iluminar o painel solar, para fornecer uma tensão de saída significativa.

Neste circuito, a tensão do painel solar é comparada com a tensão da bateria usando um comparador. Quando é maior (durante a luz do dia), dá o sinal para desligar a luz. Quando é menor, sinaliza para acender a luz. A lâmpada LED é controlada usando esta lógica e com a ajuda de transistores de par ULN2003 Darlington. ULN2003 obtém entrada da saída do comparador. Se receber o sinal para “On” nos pinos de entrada (1-7) do ULN2003 (ou seja, do pino 1 de saída do comparador), permite que a corrente do coletor passe por C (Pinos 10-16) para acender a luz.

Para fazer este circuito, junte todos os elementos do circuito no Veroboard por meio de solda. O gatilho Schmitt (feedback positivo no comparador) é implementado no comparador LM393 para evitar falhas.

Evitando descarga excessiva

Se o tempo estiver nublado ou com neblina, é possível que a bateria não carregue durante o dia, levando à descarga excessiva da bateria por várias noites consecutivas. Isso pode causar a descarga da bateria a um ponto em que o equilíbrio químico da bateria é perturbado, tornando-a inútil para uso posterior.

Para proteger a bateria de descarga excessiva, outro circuito comparador usando LM393 IC é mostrado em esquemas, que compara a tensão da bateria com uma referência estável. Para a tensão de referência, é usado o regulador de tensão LM7809, que usa a tensão da bateria (ou seja, 11 a 14 VCC) como entrada e saída constante de 9V.

Para garantir que a bateria não ultrapasse o nível de descarga profunda, ou seja, ~11V, use o comparador como um gatilho Schmitt. Quando a tensão da bateria cair abaixo de 11 volts, o gatilho Schmitt emitirá lógica baixa que, por sua vez, desativará o circuito de comutação. Para habilitar o circuito de comutação novamente, é necessária a recarga completa da bateria para 13,2V.

Você pode calcular sua própria escolha de tensões (em vez de 11 V para baixo nível de bateria e 13,2 V para nível de bateria carregada) escolhendo a combinação apropriada de resistores (embora isso seja mais aprofundado do que vamos nos aprofundar por agora ). Para o circuito de proteção da bateria, conecte os elementos do circuito na placa Vero por meio de solda.

Depois de fazer a comutação automática e os circuitos de proteção contra drenagem da bateria no Veroboard, finalmente conecte esses circuitos, painel solar, lâmpada e bateria de acordo com o diagrama esquemático.

Testando seu sistema de iluminação pública solar

Para testar o desempenho deste sistema, coloque o painel solar sob a luz solar. Você verá que a lâmpada LED está “desligada” na exposição do painel solar à luz solar. Meça a tensão usando um multímetro digital na saída do painel solar e nos terminais da bateria. Você descobrirá que a tensão do painel solar é maior que a tensão da bateria. Agora, para verificar se a bateria está carregando sob a luz do sol, use o multímetro digital para medir a corrente que flui para a bateria.

Na próxima etapa, cubra o painel solar com um material grosso para bloquear a luz do sol e você verá que a lâmpada LED acende. Meça a tensão no painel solar; você notará que o painel solar está fornecendo uma tensão muito baixa, insuficiente para carregar a bateria. Em seguida, meça a corrente da bateria para a lâmpada LED; você descobrirá que a lâmpada está recebendo corrente da bateria para produzir luz.

Aqui está um pequeno vídeo de demonstração deste teste:

Ilumine a noite com luz solar

Este projeto faça você mesmo oferece um conceito para construir um mini conjunto eletrônico para projetar uma luz de rua automatizada movida a energia solar usando energia solar natural e renovável. Para utilização máxima dos recursos; escolha as especificações corretas para painel solar, bateria e lâmpada para garantir que o painel solar carregue a bateria o suficiente para manter a lâmpada acesa durante a noite.