Comment créer un lampadaire automatique à énergie solaire

Les projets d’éclairage solaire de bricolage offrent un moyen économique et efficace d’alimenter les maisons en utilisant l’énergie du soleil. Il est donc logique d’assembler un système d’éclairage public qui utilise l’énergie solaire pour charger une batterie pendant la journée et utilise ensuite cette batterie pour éclairer la rue la nuit. Et vous pouvez créer le vôtre !

Un circuit électronique contrôlera ce système, allumant automatiquement l’ampoule LED la nuit et s’éteignant pendant la journée. Nous intégrerons également un circuit de protection de la batterie pour protéger la batterie contre les décharges excessives.

À quoi s’attendre

Ce système nécessite 5 unités principales :

1. Panneau solaire : Pour charger la batterie pendant la journée et comme capteur de lumière.
2. Batterie : pour stocker le courant et alimenter le circuit et l’ampoule.
3. Ampoule LED DC : Pour éclairer dans l’obscurité
4. Fils : Pour l’interconnexion selon le schéma de principe.
5. Circuit électronique : Pour contrôler/commuter automatiquement l’ampoule LED et pour la protection contre la décharge de la batterie.

Utiliser l’énergie solaire pour charger une batterie

Pour charger la batterie, nous avons utilisé un petit panneau solaire de 10 W (vous pouvez en choisir un plus grand en fonction de votre budget/exigences énergétiques). Il peut charger une batterie de 12 V et peut fournir un courant de court-circuit de 0,62 A à une luminosité maximale. Sa taille physique est d’environ 12 « x 9 ».

Nous avons utilisé une batterie 12VDC avec une capacité de courant de 4Ah. Pendant la journée, les panneaux solaires génèrent du courant qui sert à charger la batterie. La batterie peut avoir une tension maximale en circuit ouvert de 13,7 V à pleine charge et doit être rechargée lorsque la tension de la batterie chute à 11 V CC.

Pour charger la batterie, le fil rouge du panneau solaire (polarité positive) est relié à la borne positive de la batterie par l’intermédiaire d’une diode Zener, qui est soudée sur Veroboard où est également placé le circuit électronique.

La diode Zener est placée de telle sorte que la cathode (borne +) soit connectée au panneau solaire et l’anode (borne -) soit connectée à la borne positive de la batterie par des fils. La diode Zener fournit une isolation entre le panneau solaire et la batterie, ce qui est particulièrement utile dans l’obscurité lorsque le circuit prend la tension du panneau solaire pour allumer la lumière. Le fil noir (polarité négative) est directement relié à la borne négative de la batterie.

Lorsque le panneau solaire est exposé à la lumière du soleil, il fournit du courant pour charger la batterie, dont la quantité dépend de l’intensité de la lumière du soleil. Une ampoule LED prend le courant de la batterie. Un circuit électronique contrôle l’ampoule à l’aide des données du capteur (tension du panneau solaire). Connectez la borne positive ou la cathode de l’ampoule LED à la borne positive de la batterie, tout en connectant l’anode de la LED au point C comme indiqué sur les schémas.

Construire le circuit électronique

Le circuit électronique est composé de deux parties. L’un est destiné à contrôler l’ampoule LED, tandis que l’autre est destiné à contrôler et à éviter l’épuisement de la batterie.

Schémas du lampadaire solaire automatique

La figure ci-dessous montre l’ensemble des schémas de connexion de ce système. Réalisez le circuit électronique pour la commutation automatique et la protection contre l’épuisement de la batterie sur Veroboard.

Ce dont vous aurez besoin

Les outils et composants suivants seront nécessaires pour le circuit électronique. Vous pouvez les obtenir dans des magasins en ligne comme Digikey , Mouser ou Ali Express .

• 1 circuit intégré de transistors à paire Darlington ULN2003
• 1 x régulateur de tension LM7809 9 VDC IC
• 2 x CI comparateur de tension LM393
• 1 x Veroboard (pour connecter des éléments de circuit par soudure)
• Résistances (en Ohms) 1K, 10K, 36K, 53K, 100K, 280K (ou combinaison parallèle/série équivalente de ces valeurs)
• Fils
• Fer à souder et fil à souder
• Multimètre numérique (pour la mesure de tension et de courant)
• Connecteurs de bornier à vis (pour connecter les fils au panneau solaire, à la batterie et à l’ampoule LED)
• Diode Zener (entre le fil rouge du panneau solaire et la batterie + borne)

Contrôle de l’ampoule LED

Pour allumer la LED dans l’obscurité et l’éteindre à la lumière du jour, utilisez la tension du panneau solaire comme capteur pour guider le circuit. Le panneau solaire et la batterie sont isolés à l’aide d’une diode Zener. La diode Zener est polarisée en direct à la lumière du jour car la tension solaire va être supérieure à la tension de la batterie pour la charge, tandis qu’elle est polarisée en inverse dans l’obscurité lorsqu’aucune lumière solaire n’est disponible pour éclairer le panneau solaire, pour donner une tension de sortie significative.

Dans ce circuit, la tension du panneau solaire est comparée à la tension de la batterie à l’aide d’un comparateur. Lorsqu’il est plus grand (en plein jour), il donne le signal d’extinction de la lumière. Lorsqu’il est moindre, il signale d’allumer la lumière. L’ampoule LED est contrôlée à l’aide de cette logique et à l’aide de transistors à paire Darlington ULN2003. ULN2003 reçoit l’entrée de la sortie du comparateur. S’il reçoit le signal « On » aux broches d’entrée (1-7) de ULN2003 (c’est-à-dire à partir de la broche de sortie du comparateur 1), il permet au courant du collecteur de passer par C (broches 10-16) pour allumer la lumière.

Pour réaliser ce circuit, joignez tous les éléments du circuit sur Veroboard par soudure. Le déclencheur de Schmitt (rétroaction positive au comparateur) est implémenté sur le comparateur LM393 pour éviter les problèmes.

Prévenir la décharge excessive

Si le temps est nuageux ou brumeux, il est possible que la batterie ne se charge pas pendant la journée, entraînant une décharge excessive de la batterie pendant plusieurs nuits consécutives. Cela peut provoquer la décharge de la batterie à un point où l’équilibre chimique de la batterie est perturbé, ce qui la rend inutile pour une utilisation ultérieure.

Pour protéger la batterie contre les décharges excessives, un autre circuit comparateur utilisant le circuit intégré LM393 est illustré dans les schémas, qui compare la tension de la batterie à une référence stable. Pour la tension de référence, le régulateur de tension LM7809 est utilisé, qui prend la tension de la batterie (c’est-à-dire 11 à 14 VDC) en entrée et sort 9V constant.

Pour vous assurer que la batterie ne dépasse pas le niveau de décharge profonde, c’est-à-dire ~ 11 V, utilisez le comparateur comme déclencheur de Schmitt. Lorsque la tension de la batterie tombe en dessous de 11 volts, le déclencheur de Schmitt produira une logique basse qui à son tour désactivera le circuit de commutation. Pour réactiver le circuit de commutation, une recharge complète de la batterie à 13,2 V est nécessaire.

Vous pouvez déterminer votre propre choix de tensions (au lieu de 11 V pour un niveau de batterie faible et de 13,2 V pour un niveau de batterie chargé) en choisissant la combinaison appropriée de résistances (bien que ce soit plus approfondi que ce que nous allons plonger pour l’instant ). Pour le circuit de protection de la batterie, connectez les éléments du circuit sur la carte Vero par soudure.

Après avoir réalisé les circuits de commutation automatique et de protection contre l’épuisement de la batterie sur Veroboard, connectez enfin ces circuits, le panneau solaire, l’ampoule et la batterie conformément au schéma.

Test de votre système d’éclairage public solaire

Pour tester les performances de ce système, placez le panneau solaire sous la lumière du soleil. Vous verrez que l’ampoule LED est « éteinte » lors de l’exposition du panneau solaire à la lumière du soleil. Mesurez la tension à l’aide d’un multimètre numérique à la sortie du panneau solaire et aux bornes de la batterie. Vous découvrirez que la tension du panneau solaire est supérieure à la tension de la batterie. Maintenant, pour vérifier si la batterie se charge sous la lumière du soleil, utilisez le multimètre numérique pour mesurer le courant circulant dans la batterie.

À l’étape suivante, recouvrez le panneau solaire d’un matériau épais pour bloquer la lumière du soleil et vous verrez que l’ampoule LED s’allume. Mesurez la tension au panneau solaire; vous remarquerez que le panneau solaire fournit une très basse tension insuffisante pour charger la batterie. Ensuite, mesurez le courant de la batterie à l’ampoule LED ; vous constaterez que l’ampoule prend le courant de la batterie pour produire de la lumière.

Voici une courte démonstration vidéo de ce test :

Illuminez la nuit avec la lumière solaire

Ce projet de bricolage vous donne un concept pour construire un mini assemblage électronique pour la conception d’un lampadaire solaire automatisé utilisant l’énergie solaire naturelle et renouvelable. Pour une utilisation maximale des ressources ; choisissez les bonnes spécifications pour le panneau solaire, la batterie et l’ampoule afin de vous assurer que le panneau solaire charge suffisamment la batterie pour que l’ampoule reste allumée toute la nuit.