Cómo construir una luz de jardín automática con energía solar simple

Para aquellos que tienen un gran interés en la jardinería, una luz de jardín proporcionaría una opción para admirar la belleza de sus plantas incluso durante la noche. Estas luces normalmente se colocarán dentro del jardín, lejos de los enchufes eléctricos porque no es una buena idea pasar cables a través de la tierra de su jardín, que estará mojada y trabajada la mayor parte del tiempo. Aquí es donde entran en escena las luces de jardín que funcionan con energía solar. Estas luces tendrán una batería que se cargará a través de un panel solar durante el día y durante la noche la energía de la batería se utilizará para alimentar las luces y el ciclo se repite. En algunos de nuestros artículos anteriores, hemos construido algunos proyectos relacionados con la energía solar, como el cargador de teléfono celular con energía solar y el circuito inversor solar.

En este proyecto, vamos a construir una luz solar de jardín de bricolaje simple y barata. El panel solar cargará una batería de litio durante el día y cuando llegue la noche, la batería encenderá las luces hasta que vuelva a ser de día. A diferencia de otros circuitos, no usaremos un microcontrolador o sensor, porque la idea del proyecto es reducir la cantidad de componentes para reducir el precio y la complejidad del circuito. Dicho esto, ¡comencemos a construir nuestra luz solar casera !

Diseño de luz solar para jardín

Antes de elegir el valor de los componentes y entrar en el esquema del circuito, es fundamental elegir la carga para nuestro proyecto. Por carga, nos referimos al tipo de Luz de jardín que usaremos en nuestro proyecto. Porque el voltaje y la corriente nominal de la luz decide cómo se puede diseñar el circuito.

Los LEDs que estamos utilizando en este proyecto son del tipo LED chinos normales con una tensión de funcionamiento de 3,2 V, con un máximo de 4,5 V de tensión directa. Por lo tanto, si dos LED están conectados en serie, el voltaje directo será de 6.4V. Los LED utilizados en nuestro proyecto se muestran a continuación.

Por lo tanto, una batería de litio de 7,4 V podrá proporcionar un mínimo de 6,4 V (completamente descargada) al máximo de 8,4 V (completamente cargada). Por lo tanto, se utiliza una batería de litio de 7.4V como fuente de energía en este proyecto, lo mismo se muestra a continuación. Si es completamente nuevo en las baterías de litio, puede consultar este artículo Conceptos básicos de las baterías de iones de litio para comprender mejor las baterías.

La batería seleccionada para esta aplicación tendrá un circuito de protección incorporado que protegerá la batería de sobrecargas, descargas profundas y condiciones relacionadas con cortocircuitos. Si su batería no ofrece estas funciones, asegúrese de utilizar un módulo de protección externo, ya que las baterías de litio pueden volverse muy inestables e incluso explotar si no se manipulan correctamente.

Diagrama del circuito de luz solar del jardín

El circuito de iluminación solar del jardín constará de dos partes. Uno se está cargando y el otro es para controlar los LED. El diagrama de circuito completo se explica en dos partes, la primera parte se da a continuación

El MOSFET Q2 de canal N, IRF540N se utiliza para la operación de control de carga. El potenciómetro R1 se utiliza para establecer el nivel de voltaje de la batería controlando el voltaje de la puerta a través del MOSFET Q2 del canal N El diodo rectificador Schottky D1 es SR160, un diodo Schottky de 1A 60V que se utiliza para proteger la batería de la polaridad inversa, así como para bloquear el flujo inverso durante las condiciones de descarga. El diodo Schottky de salida D2 se utiliza para aislar el voltaje del cargador con el voltaje de la batería.

La otra parte del circuito se utiliza para encender el LED durante condiciones de oscuridad. Esto lo hace el otro MOSFET Q1 de canal P que es IRF9540. La puerta MOSFET está controlada por el voltaje solar. Por lo tanto, siempre que las células solares producen voltaje, el MOSFET permanece apagado pero en la oscuridad o de noche, las células no producen voltaje y el MOSFET se enciende. Al usar el MOSFET de canal P, se elimina por completo el circuito comparador y LDR adicional.

Ahora, para la segunda parte del circuito, los LED están conectados en una condición serie-paralelo. Dos LED en serie aumentan el voltaje directo al doble que un solo LED, pero la corriente que fluye a través de los LED se divide. Se realizan 4 conexiones en paralelo con dos LED en serie. Más LED en paralelo aumentan la corriente y afectan la batería de respaldo.

Se estima que el flujo de corriente a través de cada serie es de casi 40 mA. Por lo tanto, 4 cadenas en paralelo consumen 160 mA de corriente. La batería seleccionada para este proyecto iluminará efectivamente los LED durante casi 5-6 horas con una condición de carga nominal. Se pueden aumentar las cadenas de LED según las necesidades.

Construcción de luz solar para jardín

Para construir el circuito se requieren los siguientes componentes:

1. Batería de litio de 7,4 V (mAH depende del tiempo de respaldo) con circuito de protección incorporado.
2. LED con voltaje directo de 3,5 V (también se aplica otro voltaje, pero la construcción de la tira de LED será diferente)
3. IRF9540N - Mosfet de canal P
4. IRF540N - Mosfet de canal N
5. SR160 diodo Schottky 2 piezas
6. Resistencia 680R
7. Potenciómetro 50k
8. Resistencia de 4.7k
9. Panel solar 15 - 18V con más de 300mA de corriente nominal si se selecciona una batería de 3600mAH.
10. Cables para conectar paneles solares y LED
11. Cables de conexión

La siguiente imagen muestra el pinout del canal N del IRF540N y el Mosfet del canal P del IRF9540, que usaremos en el proyecto.

Una vez que el circuito de luz solar del jardín se construye en una placa de pruebas, mi disposición se ve así a continuación

Hemos utilizado el panel solar con la siguiente especificación.

Es un panel solar de 10W con salida de 18V. El panel solar se coloca a la luz del sol brillante en condiciones solares pico. El potenciómetro está controlado para tener 8.5V a través del D2. Esto se debe al voltaje de carga, ya que el voltaje de una batería de litio será de 8,4 V cuando esté completamente cargada. Cuando la batería comienza a cargarse, se conecta un amperímetro en serie con la batería para verificar la corriente de carga. También puede improvisar el proyecto utilizando un seguidor solar para cargar la batería al máximo, pero eso está fuera del alcance de este proyecto.

Como puede comprobar en la lectura del multímetro a continuación, la corriente de carga es de casi 300 mA. Este cambio dependerá de la condición solar, aumentará en un día soleado y disminuirá en los días nublados.

Durante la noche, cuando el panel solar no recibe radiación, no habrá corriente de salida del panel y, por lo tanto, la batería dejará de cargarse y las luces LED se encenderán. El funcionamiento completo del proyecto también se puede encontrar en el video vinculado a continuación, donde demostramos que la luz se enciende automáticamente si el panel no recibe radiación.

Futuras mejoras

El circuito es un circuito cargador de batería de litio básico para un proyecto simple relacionado con la luz del jardín. Por lo tanto, no emplea ningún problema de seguridad. Para una carga adecuada y empleando el método de carga solar adecuado, se pueden utilizar circuitos integrados de controlador dedicados MPPT (Rastreador del punto de máxima potencia).

Como se trata de un proyecto de operación al aire libre, es necesario utilizar una placa de circuito impreso adecuada junto con una caja cerrada. El recinto debe fabricarse de tal manera que el circuito permanezca impermeable bajo la lluvia. Para modificar este circuito o discutir más aspectos de este proyecto, por favor use el foro activo del resumen del circuito.