|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Висвітлення присадибної ділянки. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Альтернативні джерела енергії Незалежно від назви (освітлення присадибної ділянки, вуличний світильник) зовнішнє освітлення має дуже привабливий вигляд у кожного будинку. Крім своєї естетичної функції, вуличне освітлення служить і з метою забезпечення безпеки. Кожен знає, як небезпечною може стати неосвітлена доріжка. А не обгороджений басейн? Невеликі світильники, розташовані вздовж доріжки або навколо басейну, можуть запобігти нещасному випадку під час прогулянки. У цьому розділі наводяться рекомендації щодо встановлення зовнішнього освітлення, що використовує сонячну енергію.
особливості системи За принципом дії зовнішнє освітлення в основному подібно до аварійного, розглянутого в попередньому розділі. Фотоелектрика також використовується для заряду свинцево-кислотної батареї, від якої працюють лампи. Однак є й суттєва відмінність. Система аварійного освітлення включається лише зрідка. Фактично вона потрібна лише при перервах у подачі електроенергії в мережі; решта часу система не діє. Зовнішнє освітлення, навпаки, має використовуватися протягом кожної ночі цілий рік. У цьому випадку необхідно розробити систему, що має досить велику ємність батареї та потужність фотоелектричного перетворювача, щоб система в цілому функціонувала у будь-яку пору року та за будь-яких погодних умов. Ці вимоги не враховувалися розробки аварійного висвітлення. Конструювання системи Конструювання починається із самих світильників. Вони розраховані на низьку напругу і завдяки цьому дуже зручні системи електроживлення, в якій використовуються перетворювачі сонячної енергії. Незважаючи на наявність безлічі різних моделей таких світильників, всі вони працюють від напруги 12 В. Лампи, що входять до комплекту світильників, розраховані, як правило, на однакову потужність 12 Вт і, отже, споживають 1 А струм. Спочатку необхідно визначити необхідну кількість світильників у системі. Це залежить від кожного конкретного випадку. Я вибрав п'ять, тому що цієї кількості вистачило для освітлення газону перед будинком і доріжки. Отже, моє джерело енергії має живити систему, що споживає струм 5 А. Якби я вибрав шість ламп, знадобилося б 6 А. Сила струму в 5 А не надмірна, і її легко отримати від декількох свинцево-кислотних батарей, що є у продажу. Питання полягає лише у необхідних розмірах батареї. Ця частина розробки дещо складніша. Щоб правильно відповісти на поставлене питання, необхідно виконати деякі обчислення та зробити кілька припущень. По-перше, розглянемо, якими параметрами характеризується акумулятор. Усі батареї (свинцево-кислотні та інші) характеризуються ємністю в ампер-годинах (часто позначається А-год). 1 А-год означає, що батарея може постачати навантаження струмом 1 А протягом 1 год. Аналогічно якщо батарея може давати струм 5 А протягом 1 год, її ємність становить 5 А-ч. Та ж ємність досягається при струмі 1 А протягом 5 год. Незалежно від величини напруги ємність батареї чисельно визначається добутком сили струму на повний час його протікання. Отже, було встановлено, що система споживатиме струм 5 А. Однак для грамотного вибору батареї необхідно знати тривалість функціонування зовнішнього освітлення за добу. Нехай ця тривалість упродовж кожного вечора становить 4 год. Тепер, помноживши значення струму, споживаного світильниками, на час їхньої роботи за добу, ми отримаємо необхідну кількість ампер-годин. У нашому випадку 5 А х 4 год = 20 А-год. Це – добове споживання енергії. Звідси випливає, що батареї ємністю 20 А-год цілком достатньо для вечірнього освітлення. Однак вранці батарея буде повністю розряджена, і для подальшої роботи її потрібно буде знову зарядити. Припустимо, що весь наступний день буде йти дощ. Як фотоелектричні перетворювачі зарядять батарею? Без сонячного проміння вони не працюють. З урахуванням цього факту відразу стане ясно, що потрібно збільшити ємність батареї. Батарея ємністю 40 А-год живитиме освітлювальну систему протягом 2 днів, а 60 А-год - протягом 3 днів. Тепер необхідно визначити ще одну умову: вибрати середній час між циклами заряду та вирішити, як довго має працювати батарея без підзаряду. Цей параметр не дуже критичний у разі освітлення присадибної ділянки. Припустимо, що запасу енергії в батареї на 3 дні буде цілком достатньо. Отже, необхідна батарея ємністю 60 А-год. Резюмуючи вищезазначене, можна сформулювати послідовність простого розрахунку необхідних параметрів сонячної та акумуляторної батарей:
Тепер все у порядку. Вибрано кількість світильників, встановлено тривалість їх роботи протягом доби та обчислено ємність батареї, необхідної для забезпечення цієї роботи. Залишилося тепер лише зупинитися на певному способі заряду батареї. Вимоги до фотоелектричних перетворювачів Вимоги до сонячної батареї визначаються умовами роботи освітлювальної системи. Можна трохи поміркувати; це не займе багато часу. Було зроблено припущення, що з роботи освітлювальної системи потрібно 20 А-год на добу. Відомо також, що енергію дає акумуляторна батарея, отже, витрачена у вечірній час енергія має бути, висловлюючись фігурально, повернена наступного дня. На жаль, жодна батарея не є ідеальною. Як правило, щоб зарядити свинцево-кислотний акумулятор необхідно підвести на 20% більше енергії, ніж було виділено. Отже, кожні 20 А-год, отримані від акумулятора, необхідно повернути 24 А-ч. Наступний крок - розробка фотоелектричної батареї, що генерує 24 А-год на добу. Щоб досягти цього, необхідно знати наявну в розпорядженні інсоляцію. Ця величина визначається кількістю корисних сонячних годин, іншими словами, проміжком часу (у годинах) за день, протягом якого можна вважати, що сонце робить необхідну нам роботу. Визначити кількість корисних сонячних годинників для будь-якої місцевості можна двома способами. По-перше, безпосередньо використовуючи вимірювач інсоляції, описаний гл. 3. Або можна скористатися більш загальним значенням на підставі карти, наведеної в тому ж розділі. Карта складена з урахуванням сезонних змін та загального характеру погоди. У разі описаної освітлювальної системи для розрахунків була обрана тривалість корисного освітлення, що відповідає в середньому 4,5 корисних сонячних годин за добу. Як очевидно з карти, ця цифра однакова більшість районів континентальної частини США. Тепер, якщо розділити кількість ампер-годин (24 А-год), необхідних для заряджання акумуляторної батареї, на середнє значення корисного сонячного годинника (4,5 год), можна отримати величину струму, яку повинна генерувати сонячна батарея: 5,3 А. Теоретично на цю вимогу задовольняє батарея, що генерує струм 5,3 А при напрузі 12 В. Однак є інші, ще не розглянуті нами фактори. До них відносяться втрати в сполучних провідниках, споживання енергії регулятором і т. д. Отже, для забезпечення надійності непогано створити певний запас потужності; цілком підійде, наприклад, 10-відсотковий запас. Таким чином, мінімальний струм, що виробляється сонячною батареєю, повинен становити близько 6 А. Зробивши зворотний розрахунок, тобто помноживши 6 А на 4,5 год, отримаємо, що сонячна батарея за добу видаватиме в середньому 27 А-год. У деякі дні віддача може бути меншою, в інші – більше. Слід пам'ятати, звичайно, що для щоденного заряджання акумуляторної батареї не потрібно 27 А-год, недостатня кількість сонячної енергії в деякі дні буде заповнена акумуляторною батареєю. Однак для нормального функціонування освітлювальної системи середнє значення має становити 27 А-год. Сонячна батарея Конкретну сонячну батарею можна виготовити безліччю способів. Можна паралельно з'єднати невеликі модулі та досягти необхідної потужності 87 Вт, але це коштуватиме дуже дорого. Як правило, чим більший розмір модулів, з яких збирається батарея, тим дешевше вартість 1 Вт електроенергії, що виробляється сонячною батареєю. Для системи, що описується, були використані три модулі, кожен з яких генерував струм 2 А. Всі модулі були виготовлені з круглих, відносно дешевих сонячних елементів діаметром більше 10 см. Якщо самостійно збирати сонячну батарею з елементів, можна порадити використовувати круглі елементи діаметром 10 см з монокристалу або квадратні елементи 10x10 см2 з полікристалічного матеріалу. Хоча квадратні елементи не настільки ефективні, як круглі монокристалічні, вони дешевші, проте їх потрібно більше. Щоб забезпечити циклічну роботу освітлювальної системи (вимикання у денний час та включення у вечірній час), необхідний таймер. У більшості освітлювальних систем використовуються механічні годинники-таймери, які включають та вимикають світло у певний час; проте здається, що це марна витрата енергії. Навіщо запалювати світло раніше, ніж зайде сонце? Єдиний вихід у разі звичайних таймерів – вручну встановлювати таймер, підлаштовуючись під сонячний цикл, що робиться досить часто. Однак найкраще "змусити" сонце, що заходить, запускати таймер. Це робиться за допомогою електронної схеми, наведеної на рис. 1. Розглянемо її роботу. Як світлочутливий фоторезисторний елемент використовується фотоелемент PC1, що освітлюється прямими сонячними променями. Зі зміною інтенсивності світла, що падає на фотоелемент, пропорційно змінюється його опір. Вдень його опір дуже мало (близько 100 Ом). Однак про настання темряви воно збільшується в 100 і більше разів і досягає величини понад 500 кОм.
Послідовно з фоторезистором включений резистор VR1, утворюючи дільник, вихідна напруга якого залежить від опору фоторезистора PC1. Чим більше світла, тим менша вихідна напруга, і навпаки. Величину напруги контролюють два компаратори. Необхідно відзначити, що нижній використовується в варіанті включення, що не інвертує, а верхній - в інвертуючому. Це означає, що з нульовому вхідному напрузі нижній компаратор видає напруга низького рівня, а верхній - високого. Компаратори включені таким чином, що нижній компаратор перемикається при нижчій вхідній напрузі, ніж верхній. Як тільки напруга на PC 1 збільшується (при заході сонця) перший компаратор перемикається, на його виході встановлюється високий рівень напруги. Тепер на виходах обох компараторів встановлюється напруга найвищого рівня. У цьому випадку ланцюжок із двох логічних елементів І-НЕ (7С2) видає на висновок 11 мікросхеми /C3 напруга високого рівня. Мікросхема /C3 є програмованим таймером. Він може вимірювати інтервали часу тривалістю до доби. Усередині цієї мікросхеми є двійковий лічильник із наскрізним перенесенням, виходи якого можна використовувати для встановлення часу. Перемикаючи їх, легко збільшити час спрацьовування у 2 або 4 рази. Номінальний час спрацьовування таймера визначається опором R8 та ємністю С1. При вказаних на схемі величинах R8 і напруга С1 на виведенні 8 збільшується через 4 ч. На підключеному до молодшого розряду лічильника виведенні 7 напруга з'явиться через 2 год, на висновку 6 - через 1 ч. Робота таймера почнеться при подачі високого потенціалу на висновок 11. Час спрацьовування таймера вибирається перемикачем 51 "Час", На початку циклу роботи на всіх виходах - низький потенціал. Контакти реле RL 1 цих умовах замкнуті завдяки транзистору Q1 і мікросхемі /С2. Електроенергія підводиться до зовнішнього освітлення – і ліхтарі горять. З настанням ночі напруга PC 1 продовжує збільшуватися. Незабаром верхній компаратор спрацьовує і його виході встановлюється напруга низького рівня. При цьому змінюється стан входів IC2 і вхід IC3 надходить напруга низького рівня. Проте жодного впливу на роботу таймера ця зміна не робить. Після закінчення заданого інтервалу мікросхема IC3 автоматично входить у вихідний стан. Скидання здійснюється імпульсом зворотного зв'язку, що надходить з виходу мікросхеми. Оскільки на виведенні 11 низький потенціал, повторного запуску мікросхеми не відбувається. Крім того, в результаті вимикається реле та освітлення гасне. Наступного ранку зі сходом сонця поступово знижується опір PC 1 і, як наслідок, зменшується вхідна напруга компараторів. Це могло б призвести до спрацьовування верхнього компаратора раніше за нижній, до подачі на вхід таймера високого потенціалу і повторного запуску таймера. Щоб уникнути спрацювання таймера при сході сонця у верхній компаратор введено невеликий позитивний зворотний зв'язок через резистор R5. Це призводить до появи гістерези, що затримує спрацьовування, поки не перемкнеться нижній компаратор. Високий потенціал не може бути подано на обидва виходи одночасно, і запуск таймера не відбудеться. Проте надвечір цикл почне повторюватися і компаратори повернуться у свій "нічний" стан. Рівень спрацювання компараторів встановлюється точно змінним резистором VR1 "Чутливість". Необхідно відрегулювати значення опору таким чином, щоб зовнішнє освітлення включалося відразу після настання сутінків. Конструкція У конструкції таймера використовується друкарський монтаж. Конфігурація друкованої плати подано на рис. 2, а розміщення на ній елементів схеми – на рис 3. Реле можна припаяти безпосередньо до плати або розмістити в розетці для підключення освітлення.
Зібраний таймер необхідно помістити в непрозору коробку, а фоторезистор PC1 слід розмістити на кришці так, щоб на нього потрапляли сонячні промені. Таймер має всього три висновки: загальну землю, провід для підключення живлення +12 від акумуляторної батареї і фазовий провід, що підключається до освітлювальної системи. Необхідно переконатися в тому, що всі виконані отвори в корпусі надійно ущільнені та водонепроникні, щоб уникнути проникнення вологи.
Остаточне з'єднання конструктивних вузлів Тепер відомі всі елементи, необхідні створення освітлювальної системи, крім одного. Систему необхідно також забезпечити регулятором заряду. Без регулятора заряду не виключена можливість перезарядження акумуляторної батареї та викликаного цим зниження терміну її служби. Подібна ймовірність особливо велика влітку, коли дні тривалі, а ночі короткі. У умовах спостерігається поступове накопичення заряду в акумуляторних елементах, яке може призвести до перезаряду.
Почати складання системи можна з розміщення ліхтарів на ділянці. Тут немає жодних обмежень, можна встановити ліхтарі там, де від них буде більше користі. Лампи з'єднуються паралельно з допомогою товстих проводів. Якщо використовується відповідний комплект дротів, то необхідний провід обов'язково входить до його складу. Якщо ні, то рекомендується плоский освітлювальний кабель №18. Електричні дроти, що ведуть до ліхтарів, приєднуються до схеми таймера. Таймер необхідно розмістити так, щоб на нього могли падати сонячні промені, а не світло фар автомобілів, що проїжджають, або інших зовнішніх джерел. Таймер підключається до акумуляторної батареї напругою 12 В. Від типу батареї залежить її термін служби. При бажанні можна скористатися автомобільним акумулятором, але він довго не прослужить у важких умовах періодичної роботи. Найкраще використовувати човновий акумулятор. Подібні акумулятори створені для роботи за умов багаторазових циклів глибокого розряду. Хоча вони коштують трохи дорожче, але прослужать набагато довше, ніж звичайний автомобільний акумулятор. Регулятор заряду вмикається між сонячною та акумуляторною батареями. Як регулятор заряду чудово підійде цей регулятор. Необхідно просто підключити вихід регулятора до акумулятора, а вхід до сонячної батареї, дотримуючись полярності. Лицьова панель сонячної батареї розташована у напрямку на південь. Таймер встановлюється на час, протягом якого після заходу сонця потрібне освітлення. Можливо, для більш повної відповідності погодним умовам буде потрібно підлаштування таймера при зміні сезонів. Тепер доріжки біля будинку висвітлюватимуться навіть після заходу сонця. Автор: Байєрс Т.
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Вплив енергозберігаючих ламп на природу ▪ Випарювальні камери в системах охолодження смартфонів ▪ Неандертальці виготовляли клей ▪ Суперконденсатор із цементу та сажі ▪ Мініатюрний ключовий компонент для квантового комп'ютера
▪ розділ сайту Музиканту. Добірка статей ▪ стаття Нісенітниця на олії. Крилатий вислів ▪ стаття Коли вперше почали заморожувати продукти? Детальна відповідь ▪ стаття Робота на вкладочно-швейно-різальних автоматах. Типова інструкція з охорони праці ▪ стаття Шестиелементна рамкова антена. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page