ガーデニングに強い関心を持っている人にとって、ガーデンライトは夜間でも植物の美しさを賞賛するオプションを提供します。これらのライトは通常、コンセントから遠く離れた庭の中に配置されます。これは、ほとんどの場合濡れて苦労する庭の土壌に配線を通すのは得策ではないためです。ここで、太陽光発電のガーデンライトが登場します。これらのライトには、昼間はソーラーパネルを介して充電されるバッテリーがあり、夜間はバッテリーからのエネルギーがライトに電力を供給するために使用され、サイクルが繰り返されます。以前の記事のいくつかでは、太陽電池式携帯電話充電器や太陽電池インバーター回路など、太陽エネルギー関連のプロジェクトをいくつか構築しました。
このプロジェクトでは、シンプルで安価なDIYソーラーガーデンライトを構築します。ソーラーパネルは日中はリチウム電池を充電し、夜間になると電池は再び昼間まで点灯します。他の回路とは異なり、マイクロコントローラーやセンサーは使用しません。プロジェクトのアイデアは、コンポーネントの数を減らして回路の価格と複雑さを減らすことだからです。そうは言っても、自家製のソーラーライトを作り始めましょう！
ソーラーガーデンライトデザイン
コンポーネントの値を選択して回路図に入る前に、プロジェクトの負荷を選択することが不可欠です。負荷によって、プロジェクトで使用するガーデンライトのタイプを参照します。なぜなら、ライトの電圧と電流の定格によって、回路の設計方法が決まるからです。
このプロジェクトで使用しているLEDは、動作電圧が3.2V、順方向電圧が最大4.5Vの通常の中国製LEDです。したがって、2つのLEDを直列に接続すると、順方向電圧は6.4Vになります。プロジェクトで使用したLEDを以下に示します。
したがって、7.4Vリチウム電池は、最小6.4V（完全に放電）から最大8.4V（完全に充電）を供給することができます。そのため、本事業では電源に7.4Vのリチウム電池を使用しており、以下にその様子を示します。リチウム電池を初めて使用する場合は、このリチウムイオン電池の基本に関する記事を確認して、電池についての理解を深めることができます。
このアプリケーション用に選択されたバッテリーには、過充電、深放電、および短絡関連の状態からバッテリーを保護する保護回路が組み込まれています。バッテリーがこれらの機能を備えていない場合は、必ず外部保護モジュールを使用してください。リチウムバッテリーは非常に不安定になり、適切に取り扱わないと爆発する可能性があります。
ソーラーガーデンライト回路図
ソーラーガーデンライト回路は、二つの部分からなります。1つは充電で、もう1つはLEDを制御するためのものです。完全な回路図は2つの部分として説明され、最初の部分は以下に示されています。
NチャネルMOSFETQ2、IRF540Nは電荷制御動作に使用されます。ポテンショメータR1は、NチャネルMOSFETQ2の両端のゲート電圧を制御することによってバッテリ電圧レベルを設定するために使用されます。ショットキー整流ダイオードD1はSR160で、1A 60Vショットキーダイオードで、バッテリーを逆極性から保護し、放電状態での逆流をブロックするために使用されます。出力ショットキーダイオードD2は、充電器電圧をバッテリ電圧と分離するために使用されます。
回路の他の部分は、暗い状態でLEDをオンにするために使用されます。これは、他で行われているPチャネルMOSFETであるQ1 IRF9540。 MOSFETゲートは太陽電圧によって制御されます。したがって、太陽電池が電圧を生成するときはいつでも、MOSFETはオフのままですが、暗闇または夜間では、セルは電圧を生成せず、MOSFETがオンになります。 PチャネルMOSFETを使用することにより、追加のLDRとコンパレータ回路が完全に排除されます。
ここで、回路の2番目の部分では、LEDが直並列状態で接続されています。直列の2つのLEDは、順方向電圧を1つのLEDの2倍に増加させますが、LEDを流れる電流は分割されます。2つのLEDを直列に接続して4つの並列接続を行います。並列のLEDが増えると、電流が増加し、バッテリーのバックアップに影響します。
各シリーズに流れる電流は約40mAと推定されています。したがって、4本の並列ストリングは160mAの電流を消費します。このプロジェクト用に選択されたバッテリーは、公称充電状態でほぼ5〜6時間LEDを効果的に点灯します。必要に応じてLEDストリングを増やすことができます。
ソーラーガーデンライト建設
回路を構築するには、次のコンポーネントが必要です-
- 保護回路を内蔵したリチウム電池7.4V（mAHはバックアップ時間に依存）。
- 3.5V順方向電圧のLED（別の電圧も適用できますが、LEDストリップの構造は異なります）
- IRF9540N –PチャネルMOSFET
- IRF540N –NチャネルMOSFET
- SR160ショットキーダイオード2個
- 680R抵抗
- 50kポテンショメータ
- 4.7k抵抗
- ソーラーパネル15– 3600mAHバッテリーが選択されている場合、定格電流300mAを超える18V。
- ソーラーパネルとLEDを接続するためのワイヤー
- フックアップワイヤー
以下の画像は、プロジェクトを使用するIRF540NNチャネルとIRF9540PチャネルMOSFETのピン配置を示しています。
いったん太陽庭ライト回路はブレッドボード上に構築され、私の配置は以下のようになります
以下の仕様のソーラーパネルを使用しました。
18V出力の10Wソーラーパネルです。ソーラーパネルは、太陽のピーク状態で明るい日光の下に置かれます。ポテンショメータは、D2の両端が8.5Vになるように制御されています。これは、リチウム電池が完全に充電されると8.4Vになるため、充電電圧によるものです。バッテリーが充電を開始すると、アンペアメーターがバッテリーと直列に接続され、充電電流をチェックします。ソーラートラッカーを使用してプロジェクトを即興でバッテリーを最大限に充電することもできますが、それはこのプロジェクトの範囲外です。
以下のマルチメータの読みからわかるように、充電電流はほぼ300mAです。この変化は太陽の状態に依存し、晴れた日には増加し、曇りの日には減少します。
夜間、ソーラーパネルに放射線が当たらない場合、パネルからの出力電流がなくなるため、バッテリーの充電が停止し、LEDライトが点灯します。プロジェクトの完全な作業は、以下にリンクされているビデオでも見ることができます。ここでは、パネルが放射線を受けない場合にライトが自動的にオンになることを示しています。
さらなる改善
この回路は、簡単なガーデンライト関連プロジェクト用の基本的なリチウム電池充電回路です。したがって、安全性の問題はありません。適切な充電とMPPT（Maximum Power Point Tracker）を使用した適切なソーラー充電方法の採用には、専用のドライバーICを使用できます。
これは屋外作業プロジェクトであるため、適切なPCBと同封のボックスを使用する必要があります。エンクロージャーは、回路が雨の中でも防水性を維持するように作成する必要があります。この回路を変更したり、このプロジェクトのさらなる側面について話し合ったりするには、回路ダイジェストのアクティブなフォーラムをご利用ください。