Energia solare , Lampada a Led e Presa Usb di alimentazione

dicembre
24

In questo articolo spiegherò come sono riuscito a ottenere una buona illuminazione notturna con 42led bianchi da 17K mcd e un’alimentazione usb da 5v 0.5A tutto tramite l’ausilio di un pannello solare. Premetto che questo articolo descrive cosa io sono riuscito a fare grazie all’aiuto dei miei vecchi ricordi di elettronica.

Bene, visto la quantità di punti che dovrò spiegare è bene suddividerli in una scaletta in modo che chi vuole può saltare direttamente all’argomento che meglio gli interessa.

SCALETTA:

  1. Cosa dobbiamo sviluppare
  2. Componentistica con utili link per gli acquisti (quelli da me utlizzati)
  3. Cablaggio Pannello
  4. Costruiamo la Lampada
  5. Limitatori di tensione

1. COSA DOBBIAMO SVILUPPARE

Quello che mi sono prefissato di fare è stato quello di poter utilizzare dei led bianchi in modo da rendere possibile in una piccola area un’illuminazione equivalente a una lampadina di bassa potenza. Per questo esperimento ho utilizzato 42 led bianchi con una luminosità di 17000mcd. Questi led sono definiti ad alta luminosità, ma attenzione perchè non è oro tutto ciò che luccica, infatti per avere questa luminosità hanno ridotto il raggio di illuminazione dei led a 25°.

Led angolazione raggio luminoso

Il tutto deve essere alimentato non dalla propria alimentazione casalinga, ma deve essere ecologico e quindi in grado di sfruttare l’energia del sole. Quando eseguiremo dei calcoli sui consumi potremo vedere che la batteria che si andrà a utilizzare sarà ben superiore al necessario, pertanto l’esperimento prevede anche la possibilità di utilizzare una presa usb per ricaricare in casa i propri cellulari con il disavanzo di energia.

Il tutto deve poter lavorare nelle ore notturne (la lampada) tramite un timer digitale a  12v. la usb invece deve essere disponibile sempre.

2. COMPONENTISTICA

Elenco dei componenti necessari:

1 Pannello solare da 10w (o maggiore) monocristallino (se possibile)

1 batteria 12v 7Ah (al piombo se possibile perchè patiscono meno le scariche e se possibile + grande di potenza)

Filo elettrico a 6 cavi (potete utilizzare quelli da citofono), la lunghezza dipende dalle vostre necessità

1 Timer digitale

1 Controller di carica (permettrà una protezione della batteria e la farà durare più tempo)

42 Led bianchi da 17000 mcd

14 Resistenze da 50 ohm 1/4 w

1 Faretto da 150w

1 Presa femmina usb doppia (potete recuperarla da un vecchio hub usb 1.1 dimenticato nel cassetto)

1 Saldatore da stagno

Stagno

1 Basetta mille fori (se non si vuole fare la basetta ramata x il circuito)

5 Condensatori elettrolitici da 10 uF 50v

4 Condensatori non polarizzati da 0,1 uF

3 Diodi 1N4002

1 Trimmer da 5K ohm

1 Resistenza da 120 ohm

1 Integrato LM7805 in TO220

1 Integrato LM338 in TO3*

4 Morsetti con viti da 2 ingressi

Materiale Aggiuntivo

1 Breadboard per eseguire i test del circuito

* Io ho utilizzato un TO3 nel mio esperimento, perchè avevo la necessità di poter usare 1 A in uscita.

Qui alcuni link dove ho effettuato i vari acquisti (una ricerca su google è sempre la miglior cosa 😉 )

Pannello Solare,batteria e controller:

www.energiasolare100.it

www.nautimarketshop.com

www.fp-tech.it

www.ipersolar.it

Timer Digitale a 12v

www.elettronicanobile.biz (Una nota verso questo e-commerce che ha dimostrato una enorme onestà)

Per i componenti elettronici ho fatto uso di un negozio a portato di mano nella mia città…il costo per i componenti è basso ad esclusione dell’integrato LM338 che costa tra gli 8 e 12 euro, ma se usate un LM7812 (max 1A di lavoro) il costo è decisamente più basso.

CABLAGGIO PANNELLO SOLARE

Bene iniziamo con il nostro lavoro. Come prima cosa è necessario eseguire il cablaggio dei fili, per fare questo useremo il pannello,il controller e la batteria. Il pannello solare ha nel suo retro (solitamente) 2 morsetti, essi sono rispettivamente il positivo e il negativo della nostra pila solare (immaginatelo così). Durante il giorno se fà sole arriva a fornire anche 17v e per una legge elettronica se noi connettiamo 2 batterie in parallelo, quella con voltaggio superiore darà energia a quella con voltaggio inferiore. Quando è notte però avviene l’inverso perchè la batteria (se carica) offre una tensione tra gli 11.5v e  i 13v e il pannello sarà sui 5/7v. Quindi per evitare questo lavoro inverso, evitare che la batteria venga rifornita di corrente anche quando è già satura e evitare che la batteria vada in sottocarica faremo uso di un controller (io ho usato un Solum Steca 6.6F).

Stecasolsum 6.6F

Il cablaggio del controller è semplice, questo oggetto ha 6 fori, nei primi 2 vanno inseriti quelli del pannello (rispettate sempre le polarità!!), nella seconda coppia ci si deve collegare la batteria e negli ultimi 2 fori avremo la nostra uscita controllata a cui poi collegheremo la nostra lampada.

Schema Cablaggio

NB: Fate attenzione, un controller di carica non è un limitatore di tensione, pertanto non vi attende in uscita dal controller 12v stabilizzati, ma solamente la tensione offerta dalla vostra batteria.

COSTRUIAMO LA LAMPADA

Bene, prendete il faretto da 150 w e svuotatelo del suo interno, dovrete eliminare anche i fili (se lo desiderate) in quanto poi useremo altri fili di colori diversi (solitamente sono monocolore perchè usano la tensione alternata e non continua).

faretto150w

Figura 1 - Faretto alogeno generico

Bene, prelevate dal suo interno la lamiera argenta. Per riuscire a mettere i nostri led ho creato 3 mini-basette separate

BASETTE CON LED

Bene, ora passiamo alla costruzione delle basette che avranno in se i led. Dall’estrazione della lamiera presente nel faretto ho disegnato gli spazi su dove andrò ad alloggiare i miei led. Per ogni alloggiamento ho creato un mini foglio che ho poi incollato con del nastro adesivo sulla lamiera  (saranno rimosse al termine delle operazioni di foraggio con il trapano)

Nella figura qui sotto mostro un esempio di come si può creare questo foglio, naturalmente non tutti i faretti sono identici e dovrete quindi adattare questo esempio al vostro faretto (tenete conto che l’immagine non è in scala, ma ricordate che i fori al centro dei singoli quadrati sono i led e quelli utilizzati da me sono da 5mm):

Esempio di foglio x fori su lamiera (non in scala)

Figura 2 - Esempio di foglio x fori su lamiera (non in scala)

Ed ecco la foto di come appare la mia lamiera (Figura 3 – con fogli ancora incollati) dopo aver fatto i fori con una punta da 5mm. In rosso ho evidenziato dove ho forato per inserire una vite, quest’ultima ci sarà utile per evitare che le saldature dei led vadano a contatto con l’involucro interno del faretto (Figura 4).

www.fp-tech.it

Lamiera Forata

Figura 3 - Lamiera Forata

Figura 2 - Sezione Faretto diviso a metà

Figura 4 - Sezione Faretto diviso a metà

Come avrete notato i led nella Fig.2 e 4 i led sono incolonnati a 3, ogni colonna contiene 3 led in serie con una resistenza. Vediamo di seguito il motivo.

Quando acquistate i led vengono fornite anche le loro specifiche, quello che noi interessa sono la tensione (tensione diretta) che assorbono e la corrente Max che può ricevere. I dati forniti con i miei led sono:

Diamentro: 5mm
Tensione diretta(indiretta): 3/3.2 volt
Angolazione: 25°
Corrente Max: 20mA
Corrente di Picco: 50mA

Nei miei calcoli ho immaginato di utilizzare una testione di 10v per ogni ramo di 3 led + resistenza, pertanto per la legge di ohm bisogna calcolare quale resistenza serve per dare ai led la giusta corrente.

I=V/R quindi R=V/I

Ora, prendiamo come riferimento la Fig.5

ramoledFig.5

Vi = 10v (sarà limitata dal nostro circuito che vedremo più avanti)
Vac=Vi=10v
Vbc=La somma della tensione assorbita da ogni led (3v nel nostro caso)=9v
Vab=Vi-Vbc=1v
I=Vab/R
R=Vab/I=1/0.02=50 ohm

No importa quanti rami costruirete, essi assorbono una data corrente e la somma di tutti i rami vi indica la quantità totale di corrente assorbita dal vostro faretto. Nel mio caso ho 16 rami x 20 mA = 0.32Ah. Se ad esempio decido di lasciare acceso il faretto dalle 23 alle 5 avrò quindi un consumo pari a 1.92A

A questo punto non vi resta che un bel lavoro certosino, piegate le stanghette dei led e unitele in modo da formare la connessione descritta nella figura 5 e poi saldate. I Punti A e C della figura 5 sono quelli che contengono i rami di 3 led con resistenza, dovete ripete l’operazione per tutti i 16 rami del nostro esperimento facendo in modo che A e C di tutti i rami siano connessi tra loro (parallelo).

6. LIMITATORE DI TENSIONE

Per il limitatore vi rimando al mio articolo dedicato all’argomento (Articolo limitatore di tensione).

A questo punto assembliamo tutti i pezzi in un’unico schema.

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