Comment faire fonctionner une horloge à batterie sur l'énergie solaire : 15 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Cette contribution fait suite à une précédente en 2016, (voir ici,) mais dans l'intervalle il y a eu des développements dans les composants qui rendent le travail beaucoup plus facile et les performances améliorées. Les techniques présentées ici permettront à une horloge solaire d'être facilement déployée dans des endroits tels qu'une véranda ou un porche abrité et éventuellement à l'intérieur d'une maison où suffisamment de lumière est disponible à un moment de la journée, comme par une fenêtre ou une porte extérieure vitrée, mais cela serait sujet à expérimentation. L'utilisation d'une horloge radio-pilotée ouvre la possibilité d'avoir une pièce d'horlogerie qui peut être laissée sans surveillance pendant des années.

Sécurité Sachez qu'un grand supercondensateur peut contenir beaucoup d'énergie et, s'il est court-circuité, peut générer suffisamment de courant pour faire rougeoyer les fils pendant une brève période.

J'ajouterais que les horloges montrées dans le premier Instructable fonctionnent toujours avec bonheur.

Étape 1: Nouveaux super condensateurs

L'illustration ci-dessus montre un supercondensateur d'une capacité de 500 Farads. Ceux-ci sont maintenant disponibles à bas prix sur eBay et sont utilisés dans la pratique de l'ingénierie automobile. Ils sont massivement plus gros que les 20 ou 50 unités Farad couramment disponibles au moment de mon premier article. Vous pouvez voir sur la photo qu'ils sont assez grands physiquement et ne rentreront pas derrière la plupart des horloges et doivent être logés séparément.

Il est très important pour notre objectif que, lorsqu'il est chargé jusqu'à 1,5 volts, il y ait suffisamment d'énergie stockée dans un condensateur de 500 Farad pour faire fonctionner une horloge de batterie typique pendant environ trois semaines avant que la tension ne chute à un peu plus d'un volt et que l'horloge s'arrête. Cela signifie que le condensateur peut faire fonctionner l'horloge pendant les périodes creuses de l'hiver lorsque l'énergie solaire est rare, puis rattraper son retard par une journée ensoleillée.

On peut également mentionner ici que les grandes horloges d'extérieur sont devenues à la mode ces derniers temps et qu'elles seraient très adaptées aux techniques présentées dans l'article. (Que ces horloges d'extérieur soient suffisamment robustes pour durer à l'extérieur à long terme est un point discutable.)

Étape 2: Composants requis

Vous aurez besoin d'une horloge à piles. Celui présenté dans cet article mesure 12 pouces de diamètre et est radiocommandé depuis Anthorn au Royaume-Uni qui émet sur 60 kHz. Il a été acheté dans un magasin local.

Les autres composants sont montrés dans l'image ci-dessus.

Un super condensateur de 500 Farad. (eBay.)

Un panneau solaire 6 volts 100 mA. Celui présenté ici mesure 11 cm x 6 cm et a été obtenu auprès de MM. CPS Solar:

www.cpssolar.co.uk

mais largement disponible sur internet.

Les autres composants sont largement disponibles auprès des fournisseurs de composants électroniques. J'utilise MM. Bitsbox:

www.bitsbox.co.uk/

1 transistor NPN au silicium 2N3904. Un bon bourreau de travail, mais n'importe quel NPN en silicium fonctionnera.

4 diodes au silicium 1N4148. Pas critique mais le nombre requis peut varier, voir texte ultérieur.

1 boîtier ABS 100 x 75 x 40 mm. J'ai utilisé du noir car la cellule solaire est noire. Dans mon cas, le super condensateur vient d'être doté de très peu de marge de manœuvre - vous devrez peut-être opter pour la prochaine taille de boîte!

Morceau de stripboard. Le mien a été découpé dans un morceau de 127x95mm et donne la bonne largeur pour s'insérer dans une boîte en ABS.

Vous aurez besoin de fil toronné rouge et noir et pour l'assemblage final, j'ai utilisé un morceau de carte de circuit imprimé vierge et un adhésif en silicone flexible.

Vous aurez besoin d'outils modestes pour la construction électronique, y compris un fer à souder.

Étape 3: Le circuit

Le super condensateur a une tension nominale maximale de 2,7 volts. Pour faire fonctionner notre horloge, nous avons besoin de 1,1 à 1,5 volts. Les mouvements d'horloge électrique à batterie ordinaires peuvent tolérer des tensions supérieures, mais l'horloge radio possède des circuits électroniques qui peuvent devenir erratiques si la tension d'alimentation est trop élevée.

Le circuit ci-dessus montre une solution. Le circuit est essentiellement un émetteur suiveur. La sortie de la cellule solaire est appliquée au collecteur du transistor 2N3904 et à la base via la résistance de 22k Ohm. De la base à la terre, nous avons une chaîne de quatre diodes de signal en silicium 1N4148 qui, alimentées par la résistance de 22k Ohm, donnent une tension d'environ 2,1 volts sur la base du transistor puisque chaque diode a une chute de tension directe d'environ un demi-volt sous ces conditions. La tension résultante sur l'émetteur du transistor alimentant le super condensateur est d'environ 1,5 volt requis car il y a une chute de tension de 0,6 volt dans le transistor. La diode de blocage normale requise pour empêcher le courant de refluer à travers la cellule solaire n'est pas requise car la jonction base-émetteur du transistor fait ce travail.

C'est grossier mais très efficace et bon marché. Une seule diode Zener pourrait remplacer la chaîne de diodes, mais les Zener basse tension ne sont pas aussi largement disponibles que celles à tension plus élevée. Des tensions supérieures ou inférieures peuvent être obtenues en utilisant plus ou moins de diodes dans la chaîne ou en utilisant différentes diodes avec différentes caractéristiques de tension directe.

Étape 4: Testez notre circuit 1

Avant de produire la version finale "dure", nous devons tester notre circuit pour vérifier que tout va bien et que nous générons la tension correcte pour le super condensateur et, surtout, que la tension générée ne peut pas dépasser la valeur nominale de 2,7 volts.

Dans l'image ci-dessus, vous verrez le circuit de test qui est très similaire au schéma montré à l'étape précédente, mais ici le super condensateur a été remplacé par un condensateur électrolytique de 1000 microFarad qui a une résistance de 47 kOhm en parallèle. La résistance permet à la tension de s'échapper pour fournir une lecture à jour lorsque l'entrée de lumière varie.

Étape 5: Testez notre circuit 2

Dans l'image ci-dessus, vous pouvez voir comment le circuit a été câblé sous une forme temporaire sur une planche à pain sans soudure avec la tension de sortie mesurée sur un multimètre. Le circuit était disposé près d'une fenêtre avec des stores disponibles pour faire varier la lumière atteignant la photocellule.

Le multimètre affiche un 1,48 volt satisfaisant qui varie de plus ou moins 0,05 volt selon la variation de l'entrée de lumière. C'est exactement ce qui est requis et cette collection de composants peut être utilisée.

Si le résultat n'est pas correct, c'est à ce stade que vous pouvez ajouter ou supprimer des diodes de la chaîne pour augmenter ou diminuer la tension de sortie ou expérimenter différentes diodes avec des caractéristiques directes différentes.

Étape 6: Coupez le Stripboard

Dans mon cas, cela a été très facile car le stripboard a une largeur de 127 mm et une pièce a été sciée pour s'insérer dans les moulures de la boîte en ABS.

Étape 7: Préparez votre cellule solaire

Avec certains panneaux solaires, vous pouvez constater que les fils rouge et noir ont déjà été soudés aux contacts de la cellule solaire, sinon soudez une longueur de fil toronné noir à la connexion négative de la cellule solaire et une longueur similaire de fil toronné rouge au positif lien. Pour éviter que les connexions ne soient retirées du panneau solaire pendant la construction, j'ai ancré le fil au corps de la cellule solaire à l'aide de colle silicone flexible et l'ai laissé reposer.

Étape 8: appliquez la cellule solaire à la boîte d'ABS

Percez un petit trou au fond du boîtier ABS pour les fils de connexion. Appliquez quatre grandes cuillerées de colle silicone comme indiqué, passez les fils de connexion à travers le trou et appliquez doucement la cellule solaire. La cellule solaire sera fière de la boîte en ABS pour permettre aux fils de connexion de passer en dessous de sorte que les grosses cuillerées de colle doivent être grandes - changer d'avis à ce stade sera très salissant ! Laisser prendre.

Étape 9: inspectez votre travail

Vous devriez maintenant avoir quelque chose comme le résultat dans l'image ci-dessus.

Étape 10: percez un trou pour que l'alimentation sorte du module d'alimentation solaire

À ce stade, nous devons anticiper et considérer comment l'alimentation quitte l'unité d'alimentation et alimente l'horloge et nous devons percer un trou dans le boîtier ABS pour permettre cela. La photo ci-dessus montre comment j'ai fait mais j'aurais pu faire mieux en allant plus vers le milieu plaçant ainsi les fils dans une position moins visible. Votre horloge sera très probablement différente alors proposez le bloc d'alimentation à la hauteur et déterminez la meilleure position pour votre trou qui doit être percé maintenant avant que la boîte ne soit équipée des différents composants.

Étape 11: souder les composants au stripboard

Soudez les composants au stripboard comme dans l'image ci-dessus. Le circuit est simple et il y a beaucoup de place pour répartir les composants. N'hésitez pas à permettre à la soudure de ponter deux rangées de cuivre pour les connexions à la terre, au positif et à la sortie. Le stripboard moderne est plutôt délicat et si vous passez trop de temps à souder et à dessouder, les pistes peuvent se soulever.

Étape 12: Assembler l'unité d'alimentation solaire

En utilisant un fil toronné noir et rouge et en respectant strictement la polarité, connectez les fils du panneau solaire au panneau et la puissance de sortie au super condensateur, puis faites une paire de fils de 18 pouces qui finiront par se connecter à l'horloge. Utilisez suffisamment de fil pour permettre l'assemblage juste à l'extérieur de la boîte. Insérez maintenant l'ensemble de stripboard dans les fentes du boîtier ABS et suivez avec le super condensateur en utilisant des tampons de Blu-Tack pour maintenir l'unité en place. Pour des raisons de sécurité, utilisez du ruban adhésif pour séparer les extrémités dénudées des fils de sortie afin d'éviter qu'ils ne se court-circuitent. Faites glisser doucement l'excès de fil dans l'espace restant dans la boîte, puis vissez le couvercle.

Étape 13: Connecter l'unité à l'horloge

Chaque horloge sera différente. Dans mon cas, marier l'horloge à l'unité d'alimentation solaire consistait simplement à utiliser un morceau de carte de circuit imprimé simple face d'environ quatre pouces et demi sur deux pouces collé à l'horloge et à l'unité solaire avec de la colle silicone et laisser prendre. Un sol stratifié peut suffire. Ne connectez pas encore l'unité électriquement, mais placez l'horloge et le panneau solaire à la lumière du soleil ou dans un endroit lumineux et laissez le super condensateur se charger jusqu'à 1,4 volts.

Une fois le condensateur chargé, connectez les fils à l'horloge en utilisant une longueur de cheville en bois pour maintenir les connexions. L'horloge devrait maintenant fonctionner.

Dans l'image ci-jointe, notez que les fils lâches ont été rangés avec quelques gouttes Blu-Tack.

Étape 14: Terminé

L'image ci-dessus montre mon horloge qui tourne joyeusement dans notre véranda où elle devrait fonctionner encore et encore pour faire face aux journées d'hiver de huit heures et au «printemps en avant de la chute». La tension d'alimentation mesure 1,48 Volts malgré le fait que nous ayons dépassé l'équinoxe d'automne avec des jours raccourcissants.

Cette configuration pourrait éventuellement être déployée à l'intérieur de la maison, mais cela devrait faire l'objet d'une expérimentation. De nos jours, les maisons au Royaume-Uni ont tendance à avoir des fenêtres plus petites et la lumière ambiante peut être un peu faible, mais la lumière artificielle pourrait corriger l'équilibre.

Étape 15: Quelques dernières pensées

Certains peuvent souligner que les batteries sont très bon marché, alors pourquoi s'embêter ? Ce n'est pas une question facile à répondre, mais pour moi, c'est la satisfaction de démarrer quelque chose qui peut fonctionner sans surveillance pendant des années et des années, peut-être dans un endroit éloigné et inaccessible.

Une autre question valable est "Pourquoi ne pas utiliser une pile rechargeable Ni/Mh au lieu du super condensateur ?". Cela fonctionnerait, l'électronique pourrait être beaucoup plus simple et la tension de fonctionnement de 1,2 volt d'une telle cellule suffirait à peu près à la tension minimale requise d'une horloge à batterie. Cependant les piles rechargeables ont une durée de vie limitée alors que nous espérons que les super condensateurs auront la durée de vie que l'on attend de tout autre composant électronique bien que cela reste à voir.

Ce projet a montré que les supercondensateurs de grande valeur actuellement utilisés dans l'ingénierie automobile peuvent facilement être chargés à l'aide de l'énergie solaire. Cela pourrait ouvrir plusieurs possibilités:

Applications distantes telles que les balises radio où tout, y compris la cellule solaire, pourrait être logé en toute sécurité dans un boîtier en verre robuste tel qu'un pot de bonbons.

Parfait pour les circuits de type Joule Thief avec un super condensateur alimentant potentiellement plusieurs circuits simultanément.

Les super condensateurs peuvent facilement être câblés en parallèle comme tous les condensateurs, il est également possible d'en placer deux en série sans la complication d'équilibrer les résistances. Je vois la possibilité d'avoir suffisamment de ces dernières unités en parallèle pour charger un téléphone portable, par exemple, très rapidement via un convertisseur de tension propriétaire.