So betreiben Sie eine Batterieuhr mit Solarenergie - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

Dieser Beitrag knüpft an einen früheren im Jahr 2016 an (siehe hier,), aber in der Zwischenzeit wurden Komponenten entwickelt, die die Arbeit erheblich erleichtern und die Leistung verbessern. Die hier gezeigten Techniken ermöglichen den einfachen Einsatz einer solarbetriebenen Uhr an Orten wie einem Wintergarten oder einer geschützten Veranda und möglicherweise in einem Haus, in dem zu bestimmten Tageszeiten ausreichend Licht vorhanden ist, z. B. durch ein Fenster oder eine verglaste Außentür wäre einem Experiment unterworfen. Die Verwendung einer Funkuhr eröffnet die Möglichkeit, einen Zeitmesser zu haben, der jahrelang unbeaufsichtigt bleiben kann.

Sicherheit Beachten Sie, dass ein großer Superkondensator viel Energie speichern kann und bei einem Kurzschluss genügend Strom erzeugen kann, um Drähte für kurze Zeit rotglühend zu machen.

Ich würde hinzufügen, dass die im ersten Instructable gezeigten Uhren immer noch glücklich laufen.

Schritt 1: Neue Superkondensatoren

Die obige Abbildung zeigt einen Superkondensator mit einer Kapazität von 500 Farad. Diese sind mittlerweile bei eBay günstig erhältlich und werden in der fahrzeugtechnischen Praxis eingesetzt. Sie sind massiv größer als die zum Zeitpunkt meines ersten Artikels routinemäßig erhältlichen 20 oder 50 Farad-Einheiten. Sie können auf dem Bild sehen, dass sie physisch ziemlich groß sind und nicht hinter die meisten Uhren passen und separat untergebracht werden müssen.

Sehr wichtig für unseren Zweck ist, dass bei einer Aufladung mit bis zu 1,5 Volt genügend Energie in einem 500-Farad-Kondensator gespeichert ist, um eine typische Batterieuhr etwa drei Wochen lang laufen zu lassen, bevor die Spannung auf knapp über ein Volt abfällt und die Uhr stoppt. So kann der Kondensator im Winter, wenn die Sonnenenergie knapp wird, die Uhr durch trübe Zeiten laufen lassen und an einem hellen Tag nachholen.

Es kann hier auch erwähnt werden, dass in letzter Zeit große Outdoor-Uhren in Mode gekommen sind und diese für die im Artikel gezeigten Techniken sehr geeignet wären. (Ob diese Outdoor-Uhren robust genug sind, um auf lange Sicht draußen zu bleiben, ist umstritten.)

Schritt 2: Erforderliche Komponenten

Sie benötigen eine Batterieuhr. Der in diesem Artikel gezeigte hat einen Durchmesser von 12 Zoll und wird von Anthorn in Großbritannien aus ferngesteuert, der auf 60 kHz sendet. Es wurde in einem lokalen Geschäft gekauft.

Die anderen Komponenten sind im Bild oben dargestellt.

Ein 500 Farad Superkondensator. (Ebay.)

Eine 6 Volt 100mA Solaranlage. Das hier abgebildete ist 11cm x 6cm groß und wurde von der Firma CPS Solar bezogen:

www.cpssolar.co.uk

aber im Internet weit verbreitet.

Die verbleibenden Komponenten sind weithin von Lieferanten elektronischer Komponenten erhältlich. Ich verwende die Firma Bitsbox:

www.bitsbox.co.uk/

1 2N3904 Silizium-NPN-Transistor. Ein gutes Arbeitspferd, aber jedes Silizium-NPN wird funktionieren.

4 1N4148 Siliziumdiode. Nicht kritisch, aber die erforderliche Anzahl kann variieren, siehe späterer Text.

1 100 x 75 x 40 mm ABS-Gehäuse. Ich habe schwarz verwendet, da die Solarzelle schwarz ist. In meinem Fall passte der Superkondensator nur mit sehr wenig Spielraum - möglicherweise müssen Sie sich für die nächste Boxgröße entscheiden!

Stück Stripboard. Meins wurde aus einem Stück 127x95mm geschnitten und bietet die richtige Breite zum Einstecken in die ABS-Box.

Sie benötigen rote und schwarze Litzen und für die Endmontage habe ich ein Stück leere Leiterplatte und flexiblen Silikonkleber verwendet.

Sie benötigen bescheidene Werkzeuge für den elektronischen Bau einschließlich eines Lötkolbens.

Schritt 3: Die Schaltung

Der Superkondensator hat eine maximale Nennspannung von 2,7 Volt. Zum Betrieb unserer Uhr benötigen wir zwischen 1,1 und 1,5 Volt. Normale batterieelektrische Uhrwerke können höhere Spannungen tolerieren, aber die Funkuhr verfügt über elektronische Schaltungen, die bei zu hoher Versorgungsspannung fehlerhaft werden können.

Die obige Schaltung zeigt eine Lösung. Die Schaltung ist im Wesentlichen ein Emitterfolger. Der Solarzellenausgang wird an den Kollektor des 2N3904 Transistors und an die Basis über den 22k Ohm Widerstand angelegt. Von der Basis bis zur Masse haben wir eine Kette von vier 1N4148 Silizium-Signaldioden, die, gespeist vom 22k Ohm Widerstand, eine Spannung von etwa 2,1 Volt an der Transistorbasis ergibt, da jede Diode einen Durchlassspannungsabfall von etwa einem halben Volt unter diesen hat Bedingungen. Die resultierende Spannung am Emitter des Transistors, der den Superkondensator speist, beträgt ungefähr die erforderlichen 1,5 Volt, da im Transistor ein Spannungsabfall von 0,6 Volt auftritt. Die normale Sperrdiode, die erforderlich ist, um ein Zurückfließen von Strom durch die Solarzelle zu verhindern, ist nicht erforderlich, da der Basis-Emitter-Übergang des Transistors diese Aufgabe übernimmt.

Das ist grob, aber sehr effektiv und billig. Eine einzelne Zener-Diode könnte die Diodenkette ersetzen, aber Niederspannungs-Zener sind nicht so weit verbreitet wie die Hochspannungs-Zener. Höhere oder niedrigere Spannungen können erzielt werden, indem mehr oder weniger Dioden in der Kette verwendet werden oder indem verschiedene Dioden mit unterschiedlichen Durchlassspannungseigenschaften verwendet werden.

Schritt 4: Testen Sie unsere Schaltung 1

Bevor wir die endgültige "harte" Version produzieren, müssen wir unsere Schaltung testen, um zu überprüfen, ob alles in Ordnung ist und dass wir die richtige Spannung für den Superkondensator erzeugen und vor allem, dass die erzeugte Spannung die Nennspannung von 2,7 Volt nicht überschreiten darf.

Im obigen Bild sehen Sie die Testschaltung, die dem im vorherigen Schritt gezeigten Schaltplan sehr ähnlich ist, aber hier wurde der Superkondensator durch einen 1000-MikroFarad-Elektrolytkondensator ersetzt, der einen parallel geschalteten 47-kOhm-Widerstand hat. Der Widerstand lässt die Spannung abfließen, um einen aktuellen Messwert zu liefern, wenn der Lichteingang variiert.

Schritt 5: Testen Sie unsere Schaltung 2

Im Bild oben sehen Sie, wie die Schaltung in temporärer Form auf einem lötfreien Steckbrett verdrahtet wurde, wobei der Spannungsausgang auf einem Multimeter gemessen wurde. Die Schaltung wurde in der Nähe eines Fensters angelegt, wobei Jalousien zur Verfügung stehen, um das Licht zu variieren, das die Fotozelle erreicht.

Das Multimeter zeigt zufriedenstellende 1,48 Volt an, die sich um plus oder minus 0,05 Volt änderten, wenn sich der Lichteingang änderte. Genau dies ist erforderlich und diese Sammlung von Komponenten kann verwendet werden.

Wenn das Ergebnis nicht korrekt ist, können Sie zu diesem Zeitpunkt Dioden hinzufügen oder aus der Kette entfernen, um die Ausgangsspannung zu erhöhen oder zu verringern oder mit verschiedenen Dioden mit unterschiedlichen Durchlasseigenschaften zu experimentieren.

Schritt 6: Stripboard schneiden

In meinem Fall war dies sehr einfach, da das Stripboard eine Breite von 127 mm hat und ein Stück gesägt wurde, um in die Formteile der ABS-Box zu stecken.

Schritt 7: Bereiten Sie Ihre Solarzelle vor

Bei einigen Solaranlagen kann es vorkommen, dass bereits rote und schwarze Drähte an die Kontakte der Solarzelle gelötet sind, ansonsten löten Sie eine Länge schwarzer Litze an den negativen Anschluss der Solarzelle und eine ähnliche Länge rote Litze an den Pluspol an Verbindung. Um zu verhindern, dass die Anschlüsse während des Baus vom Solarpanel abgezogen werden, habe ich den Draht mit flexiblem Silikonkleber am Solarzellenkörper verankert und diesen aushärten lassen.

Schritt 8: Solarzelle auf ABS-Box auftragen

Bohren Sie ein kleines Loch in den Boden der ABS-Box für die Anschlusskabel. Tragen Sie wie abgebildet vier große Kleckse Silikonkleber auf, führen Sie die Anschlusskabel durch das Loch und bringen Sie die Solarzelle vorsichtig an. Die Solarzelle wird stolz auf die ABS-Box sein, damit die Anschlusskabel darunter verlaufen können, sodass die großen Kleckse Klebstoff groß sein müssen - Ihre Meinung zu diesem Zeitpunkt zu ändern wird sehr chaotisch! Setzen lassen.

Schritt 9: Überprüfen Sie Ihre Arbeit

Sie sollten jetzt so etwas wie das Ergebnis im Bild oben haben.

Schritt 10: Bohren Sie ein Loch für den Strom, um das Solarstrommodul zu verlassen

In diesem Stadium müssen wir vorausdenken und überlegen, wie der Strom das Aggregat verlässt und zur Uhr führt, und wir müssen ein Loch in die ABS-Box bohren, um dies zu ermöglichen. Das Bild oben zeigt, wie ich es gemacht habe, aber ich hätte es besser machen können, indem ich mehr in Richtung Mitte gehe und die Drähte so an einer weniger sichtbaren Position platziert habe. Ihre Uhr wird höchstwahrscheinlich anders sein, also bieten Sie ihr das Netzteil an und überlegen Sie sich die beste Position für Ihr Loch, das jetzt gebohrt werden sollte, bevor die Box mit den verschiedenen Komponenten bestückt wird.

Schritt 11: Löten Sie die Komponenten auf das Stripboard

Löten Sie die Komponenten wie im Bild oben auf das Stripboard. Die Schaltung ist einfach und es gibt viel Platz, um die Komponenten zu verteilen. Lassen Sie das Lot zwei Kupferreihen für die Verbindungen zu Masse, Positiv und Ausgang überbrücken. Modernes Stripboard ist ziemlich empfindlich und wenn Sie zu lange mit dem Löten und Entlöten verbringen, können sich die Spuren anheben.

Schritt 12: Montieren Sie die Solarstromeinheit

Mit schwarzem und rotem Litzendraht und unter strikter Beachtung der Polarität verbinden Sie die Solarpanel-Leitungen mit dem Stripboard und die Ausgangsleistung mit dem Superkondensator und machen dann weiter ein Paar 18-Zoll-Leitungen, die schließlich mit der Uhr verbunden werden. Verwenden Sie genügend Draht, um die Montage außerhalb der Box zu ermöglichen. Stecken Sie nun die Stripboard-Baugruppe in die Schlitze der ABS-Box und folgen Sie dem Superkondensator mit Pads von Blu-Tack, um das Gerät an Ort und Stelle zu halten. Verwenden Sie aus Sicherheitsgründen Abdeckband, um die blanken Enden der Ausgangskabel auseinanderzuhalten, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Schieben Sie den überschüssigen Draht vorsichtig in den verbleibenden Platz in der Box und schrauben Sie dann den Deckel auf.

Schritt 13: Verbinden Sie das Gerät mit der Uhr

Jede Uhr wird anders sein. In meinem Fall war die Verheiratung der Uhr mit der Solaranlage einfach eine Frage der Verwendung eines Stücks einer einfachen, einseitigen Leiterplatte, die ungefähr viereinhalb mal zwei Zoll auf die Uhr und die Solareinheit mit Silikonkleber geklebt und festgeklebt wurde. Bodenlaminat könnte ausreichen. Schließen Sie das Gerät noch nicht elektrisch an, sondern stellen Sie die Uhr plus Solarpanel in die Sonne oder an einen hellen Ort und lassen Sie den Superkondensator auf 1,4 Volt aufladen.

Sobald der Kondensator aufgeladen ist, verbinden Sie die Leitungen mit der Uhr mit einem Stück Holzdübel, um die Anschlüsse zu halten. Die Uhr sollte jetzt laufen.

Beachten Sie im nebenstehenden Bild, dass die losen Drähte mit ein paar Blu-Tack-Klecksen aufgeräumt wurden.

Schritt 14: Fertig

Das Bild oben zeigt meine Uhr, die in unserem Wintergarten glücklich läuft, wo sie immer wieder laufen sollte, um 8-Stunden-Wintertage und "Frühling-Vorwärts-Rückfall" zu bewältigen. Die Versorgungsspannung beträgt 1,48 Volt, obwohl wir die Herbst-Tagundnachtgleiche mit kürzer werdenden Tagen hinter uns haben.

Diese Anordnung könnte möglicherweise innerhalb des Hauses eingesetzt werden, aber dies müsste Gegenstand von Experimenten sein. Heutzutage neigen Häuser in Großbritannien dazu, kleinere Fenster zu haben, und das Umgebungslicht kann etwas dunkel sein, aber künstliches Licht könnte Abhilfe schaffen die Balance.

Schritt 15: Einige letzte Gedanken

Einige mögen darauf hinweisen, dass Batterien sehr billig sind, warum also die Mühe machen? Keine leicht zu beantwortende Frage, aber für mich ist es die Befriedigung, etwas zu starten, das jahrelang unbeaufsichtigt möglicherweise an einem abgelegenen und unzugänglichen Ort läuft.

Eine andere berechtigte Frage lautet: "Warum nicht eine wiederaufladbare Ni/Mh-Zelle anstelle des Superkondensators verwenden?". Das würde funktionieren, die Elektronik könnte viel einfacher sein und die 1,2 Volt Betriebsspannung einer solchen Zelle würden gerade noch den Mindestspannungsbedarf einer Batterieuhr decken. Wiederaufladbare Zellen haben jedoch eine begrenzte Lebensdauer, während wir hoffen, dass Superkondensatoren die Lebensdauer haben, die wir von jedem anderen elektronischen Bauteil erwarten, obwohl dies noch abzuwarten bleibt.

Dieses Projekt hat gezeigt, dass die hochwertigen Superkondensatoren, die heute im Automobilbau eingesetzt werden, problemlos mit Solarstrom aufgeladen werden können. Dies könnte eine Reihe von Möglichkeiten eröffnen:

Remote-Anwendungen wie Funkbaken, bei denen alles, einschließlich der Solarzelle, sicher in einem robusten Glasgehäuse wie einem Bonbonglas untergebracht werden könnte.

Perfekt für Schaltungen vom Typ Joule Thief mit einem Superkondensator, der möglicherweise mehrere Schaltungen gleichzeitig versorgt.

Superkondensatoren können wie alle Kondensatoren einfach parallel geschaltet werden, es ist auch möglich, zwei in Reihe zu schalten, ohne dass Ausgleichswiderstände erforderlich sind. Ich sehe die Möglichkeit, genügend von diesen letztgenannten Einheiten parallel zu haben, um beispielsweise ein Mobiltelefon über einen proprietären Spannungswandler sehr schnell aufzuladen.