Cómo hacer funcionar un reloj de batería con energía solar: 15 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Esta contribución es la continuación de una anterior en 2016, (ver aquí), pero en el período intermedio ha habido desarrollos en componentes que facilitan mucho el trabajo y mejoran el rendimiento. Las técnicas que se muestran aquí permitirán que un reloj de energía solar se despliegue fácilmente en lugares como un invernadero o un porche protegido y posiblemente dentro de una casa donde haya suficiente luz disponible en algún momento durante el día, como una ventana o una puerta exterior acristalada, pero esto estaría sujeto a experimentación. El uso de un reloj radiocontrolado abre la posibilidad de tener un reloj que se puede dejar desatendido durante años.

Seguridad Tenga en cuenta que un supercondensador grande puede contener mucha energía y, en caso de cortocircuito, puede generar suficiente corriente para hacer que los cables brillen al rojo vivo durante un breve período.

Agregaría que los relojes que se muestran en el primer Instructable todavía funcionan felizmente.

Paso 1: Nuevos supercondensadores

La ilustración de arriba muestra un supercondensador con una capacidad de 500 Faradios. Estos ahora están disponibles a bajo precio en eBay y se utilizan en la práctica de la ingeniería automotriz. Son enormemente más grandes que las unidades de 20 o 50 Faradios habitualmente disponibles en el momento de mi primer artículo. Puede ver en la imagen que son bastante grandes físicamente y no caben detrás de la mayoría de los relojes y deben colocarse por separado.

Muy importante para nuestro propósito es que cuando se carga hasta 1,5 voltios hay suficiente energía almacenada en un condensador de 500 Faradios para hacer funcionar un reloj de batería típico durante unas tres semanas antes de que el voltaje caiga a poco más de un voltio y el reloj se detenga. Esto significa que el condensador puede mantener el reloj funcionando durante períodos aburridos en el invierno cuando la energía solar es escasa y luego ponerse al día en un día brillante.

También se puede mencionar aquí que los grandes relojes de exterior se han puesto de moda en los últimos tiempos y estos serían muy susceptibles a las técnicas mostradas en el artículo. (Si estos relojes para exteriores serán lo suficientemente robustos para durar en el exterior a largo plazo es un punto discutible).

Paso 2: componentes necesarios

Necesitará un reloj de batería. El que se muestra en este artículo tiene 12 pulgadas de diámetro y está controlado por radio desde Anthorn en el Reino Unido, que transmite en 60 kHz. Se compró en una tienda local.

Los otros componentes se muestran en la imagen de arriba.

Un supercondensador de 500 Faradios. (eBay.)

Un panel solar de 6 voltios y 100 mA. El que se muestra aquí mide 11 cm x 6 cm y se obtuvo de los Sres. CPS Solar:

www.cpssolar.co.uk

pero ampliamente disponible en Internet.

Los componentes restantes están ampliamente disponibles a través de proveedores de componentes electrónicos. Yo uso los señores Bitsbox:

www.bitsbox.co.uk/

1 transistor NPN de silicio 2N3904. Un buen caballo de batalla, pero cualquier NPN de silicio funcionará.

4 diodo de silicio 1N4148. No es crítico, pero el número requerido puede variar, consulte el texto más adelante.

1 caja de ABS de 100 x 75 x 40 mm. Usé negro ya que la celda solar es negra. En mi caso, el supercondensador se acaba de instalar con muy poco margen de maniobra; ¡es posible que deba optar por el siguiente tamaño de caja!

Pedazo de stripboard. El mío se cortó de una pieza de 127x95 mm y da el ancho correcto para encajar en la caja de ABS.

Necesitará cable trenzado rojo y negro y para el montaje final utilicé un trozo de placa de circuito impreso en blanco y adhesivo de silicona flexible.

Necesitará herramientas modestas para la construcción electrónica, incluido un soldador.

Paso 3: el circuito

El supercondensador tiene una tensión nominal máxima de 2,7 voltios. Para hacer funcionar nuestro reloj, necesitamos entre 1,1 y 1,5 voltios. Los movimientos ordinarios del reloj eléctrico de la batería pueden tolerar voltajes superiores a este, pero el radio reloj tiene circuitos electrónicos que pueden volverse erráticos si el voltaje de suministro es demasiado alto.

El circuito de arriba muestra una solución. El circuito es esencialmente un seguidor de emisor. La salida de la celda solar se aplica al colector del transistor 2N3904 y a la base a través de la resistencia de 22k Ohm. Desde la base hasta la tierra, tenemos una cadena de cuatro diodos de señal de silicio 1N4148 que, alimentados por la resistencia de 22k Ohm, dan como resultado un voltaje de alrededor de 2.1 voltios en la base del transistor, ya que cada diodo tiene una caída de voltaje directo de alrededor de medio voltio por debajo de estos. condiciones. El voltaje resultante en el emisor del transistor que alimenta el supercondensador es de alrededor de los 1,5 voltios requeridos, ya que hay una caída de voltaje de 0,6 voltios en el transistor. No se requiere el diodo de bloqueo normal requerido para evitar que la corriente se escape a través de la celda solar, ya que la unión del emisor base del transistor hace este trabajo.

Esto es tosco pero muy efectivo y barato. Un solo diodo Zener podría reemplazar la cadena de diodos, pero los Zener de bajo voltaje no están tan ampliamente disponibles como los de alto voltaje. Se pueden obtener voltajes más altos o más bajos usando más o menos diodos en la cadena o usando diferentes diodos con diferentes características de voltaje directo.

Paso 4: Pruebe nuestro circuito 1

Antes de producir la versión final 'dura', necesitamos probar nuestro circuito para verificar que todo está bien y que estamos generando el voltaje correcto para el supercondensador y, lo más importante, que el voltaje generado no puede exceder la clasificación de 2.7 voltios.

En la imagen de arriba, verá el circuito de prueba que es muy similar al esquema que se muestra en el paso anterior, pero aquí el supercondensador ha sido reemplazado por un condensador electrolítico de 1000 microFaradios que tiene una resistencia de 47 kOhm en paralelo. La resistencia permite que el voltaje se escape para proporcionar una lectura actualizada a medida que varía la entrada de luz.

Paso 5: Pruebe nuestro circuito 2

En la imagen de arriba puede ver cómo se conectó el circuito de forma temporal en una placa de prueba sin soldadura con la salida de voltaje medida en un multímetro. El circuito se dispuso cerca de una ventana con persianas disponibles para variar la luz que llega a la fotocélula.

El multímetro muestra 1,48 voltios satisfactorios que variaban más o menos 0,05 voltios a medida que variaba la entrada de luz. Esto es exactamente lo que se requiere y esta colección de componentes se puede utilizar.

Si el resultado no es correcto, es en esta etapa que puede agregar o quitar diodos de la cadena para aumentar o disminuir el voltaje de salida o experimentar con diferentes diodos con diferentes características de avance.

Paso 6: corte la tabla de tiras

En mi caso esto fue muy fácil ya que el listón tiene un ancho de 127 mm y se aserró una pieza para encajar en las molduras de la caja de ABS.

Paso 7: Prepare su celda solar

Con algunos paneles solares, puede encontrar que los cables rojo y negro ya se han soldado a los contactos de la celda solar; de lo contrario, suelde un tramo de cable trenzado negro a la conexión negativa de la celda solar y una longitud similar de cable trenzado rojo a positivo. conexión. Para evitar que las conexiones se separen del panel solar durante la construcción, anclé el cable al cuerpo de la celda solar con pegamento de silicona flexible y dejé que se fijara.

Paso 8: aplique la celda solar a la caja de ABS

Taladre un pequeño orificio en la parte inferior de la caja de ABS para los cables de conexión. Aplique cuatro cucharadas grandes de pegamento de silicona como se muestra, pase los cables de conexión a través del orificio y aplique suavemente la celda solar. La celda solar estará orgullosa de la caja de ABS para permitir que los cables de conexión pasen por debajo, por lo que las grandes cantidades de pegamento deben ser grandes; ¡cambiar de opinión en esta etapa será muy complicado! Dejar reposar.

Paso 9: inspeccione su trabajo

Ahora debería tener algo parecido al resultado de la imagen de arriba.

Paso 10: Perfore un agujero para que la energía salga del módulo de energía solar

En esta etapa, debemos pensar en el futuro y considerar cómo la potencia sale de la unidad de potencia y se alimenta al reloj y tenemos que perforar un agujero en la caja del ABS para permitir esto. La imagen de arriba muestra cómo lo hice, pero podría haberlo hecho mejor yendo más hacia el medio, colocando los cables en una posición menos visible. Lo más probable es que su reloj sea diferente, así que ofrezca la unidad de potencia y determine la mejor posición para su agujero, que debe perforarse ahora antes de que la caja esté equipada con los diversos componentes.

Paso 11: Suelde los componentes al tablero de bandas

Suelde los componentes al tablero como se muestra en la imagen de arriba. El circuito es simple y hay mucho espacio para distribuir los componentes. Siéntase libre de permitir que la soldadura puentee dos filas de cobre para las conexiones a tierra, positva y salida. El stripboard moderno es bastante delicado y si pasa demasiado tiempo soldando y desoldando, las pistas pueden levantarse.

Paso 12: ensamble la unidad de energía solar

Usando un cable trenzado negro y rojo y observando estrictamente la polaridad, conecte los cables del panel solar al tablero y la potencia de salida al supercondensador y luego haga un par de cables de 18 pulgadas que eventualmente se conectarán al reloj. Utilice suficiente cable para permitir el montaje solo externo a la caja. Ahora inserte el ensamblaje de la placa en las ranuras de la caja de ABS y siga con el supercondensador usando almohadillas de Blu-Tack para mantener la unidad en su lugar. Por seguridad, utilice cinta adhesiva para mantener separados los extremos desnudos de los cables de salida para evitar que se produzcan cortocircuitos. Coloque suavemente el exceso de alambre en el espacio restante de la caja y luego atornille la tapa.

Paso 13: Conecte la unidad al reloj

Cada reloj será diferente. En mi caso, casar el reloj con la unidad de energía solar fue simplemente una cuestión de usar un trozo de placa de circuito impreso de una sola cara de aproximadamente cuatro pulgadas y media por dos pulgadas pegada al reloj y a la unidad solar con pegamento de silicona y permitiendo que fragüe. El suelo laminado puede ser suficiente. No conecte la unidad eléctricamente todavía, coloque el reloj más el panel solar a la luz del sol o en un lugar brillante y permita que el supercondensador se cargue hasta 1,4 voltios.

Una vez que el condensador esté cargado, conecte los cables al reloj utilizando un trozo de clavija de madera para sujetar las conexiones. El reloj debería funcionar ahora.

En la imagen adjunta, observe que los cables sueltos se han arreglado con un par de manchas Blu-Tack.

Paso 14: ¡Terminado

La imagen de arriba muestra mi reloj funcionando felizmente en nuestro invernadero, donde debería funcionar y hacer frente a los días de invierno de ocho horas y la 'primavera hacia adelante, hacia atrás'. La tensión de alimentación mide 1,48 voltios a pesar de que hemos pasado el equinoccio de otoño con días acortados.

Esta configuración posiblemente podría implementarse dentro de la casa, pero eso tendría que ser objeto de experimentación. Hay una tendencia a que las casas en el Reino Unido tengan ventanas más pequeñas en estos días y la luz ambiental puede ser un poco tenue, pero la luz artificial podría corregirlo. el balance.

Paso 15: Algunos pensamientos finales

Algunos pueden señalar que las baterías son muy baratas, ¿por qué molestarse? No es una pregunta fácil de responder, pero para mí es la satisfacción de poner en marcha algo que puede funcionar sin supervisión durante años y posiblemente en un lugar remoto e inaccesible.

Otra pregunta válida es "¿Por qué no utilizar una celda recargable de Ni / Mh en lugar del supercondensador?". Esto funcionaría, la electrónica podría ser mucho más simple y el voltaje de funcionamiento de 1.2 voltios de una celda de este tipo cubriría el requisito de voltaje mínimo de un reloj de batería. Sin embargo, las células recargables tienen una vida finita, mientras que esperamos que los supercondensadores tengan la vida que esperamos de cualquier otro componente electrónico, aunque eso está por verse.

Este proyecto ha demostrado que los supercondensadores de alto valor que se utilizan ahora en la ingeniería automotriz se pueden cargar fácilmente con energía solar. Esto podría abrir una serie de posibilidades:

Aplicaciones remotas, como balizas de radio, donde todo, incluida la celda solar, podría alojarse de forma segura en una carcasa de vidrio robusta, como un frasco de dulces.

Perfecto para circuitos de tipo Joule Thief con un supercondensador que potencialmente suministra varios circuitos simultáneamente.

Los supercondensadores se pueden conectar fácilmente en paralelo como todos los condensadores y también es posible colocar dos en serie sin la complicación de equilibrar las resistencias. Puedo ver la posibilidad de tener suficientes de estas últimas unidades en paralelo para cargar un teléfono móvil, por ejemplo, muy rápidamente a través de un convertidor elevador de voltaje patentado.