Como construir uma luz de jardim automática simples movida a energia solar

Para quem tem grande interesse em jardinagem, uma luz de jardim seria uma opção para admirar a beleza de suas plantas mesmo durante a noite. Essas luzes normalmente serão colocadas dentro do jardim, longe das tomadas elétricas, porque não é uma boa ideia passar fios pelo solo do jardim, que ficará úmido e trabalhado na maior parte do tempo. É aqui que as luzes de jardim movidas a energia solar entram em cena. Essas luzes terão uma bateria que será carregada através de um painel solar durante o dia e durante a noite a energia da bateria será utilizada para alimentar as luzes e o ciclo se repete. Em alguns de nossos artigos anteriores, criamos alguns projetos relacionados à energia solar, como carregador de celular movido a energia solar e circuito inversor solar.

Neste projeto, vamos construir uma luz solar DIY simples e barata para jardim. O painel solar carregará uma bateria de lítio durante o dia e quando chegar a noite, a bateria acenderá as luzes até o dia novamente. Ao contrário de outros circuitos, não usaremos microcontrolador ou sensor, pois a ideia do projeto é reduzir a contagem de componentes para diminuir o preço e a complexidade do circuito. Dito isso, vamos começar a construir nossa luz solar caseira !!

Projeto de luz solar para jardim

Antes de escolher o valor dos componentes e entrar no diagrama do circuito, é essencial escolher a carga para o nosso projeto. Por carga, nos referimos ao tipo de luz de jardim que usaremos em nosso projeto. Porque a tensão e a corrente da luz decidem como o circuito pode ser projetado.

Os LEDs que estamos usando neste projeto são LEDs chineses normais com uma tensão operacional de 3,2 V com no máximo 4,5 V de tensão direta. Portanto, se dois LEDs forem conectados em série, a tensão direta será de 6,4V. Os LEDs usados ​​em nosso projeto são mostrados abaixo.

Portanto, uma bateria de lítio de 7,4 V será capaz de fornecer um mínimo de 6,4 V (totalmente descarregada) até o máximo de 8,4 V (totalmente carregada). Portanto, uma bateria de lítio de 7,4 V é usada como fonte de alimentação neste projeto, o mesmo é mostrado abaixo. Se você não conhece baterias de lítio, consulte este artigo Noções básicas sobre baterias de íon-lítio para entender melhor sobre baterias.

A bateria que é selecionada para esta aplicação terá um circuito de proteção embutido que protegerá a bateria de sobrecarga, descarga profunda e condições relacionadas a curto-circuito. Se sua bateria não fornecer esses recursos, certifique-se de usar um módulo de proteção externo, porque as baterias de lítio podem ficar altamente instáveis ​​e podem até explodir se não forem manuseadas de maneira adequada.

Diagrama de circuito de luz solar de jardim

O circuito de luz solar do jardim será composto por duas partes. Um está carregando e o outro é para controlar os LEDs. O diagrama de circuito completo é explicado em duas partes, a primeira parte é fornecida abaixo

O MOSFET Q2 do Canal N, IRF540N é usado para operação de controle de carga. O potenciômetro R1 é usado para definir o nível de tensão da bateria controlando a tensão da porta no Canal N MOSFET Q2. O diodo retificador Schottky D1 é SR160, um diodo Schottky 1A 60V que é usado para proteger a bateria da polaridade reversa, bem como para bloquear o fluxo reverso durante as condições de descarga. O diodo Schottky de saída D2 é usado para isolar a tensão do carregador com a tensão da bateria.

A outra parte do circuito é usada para ligar o LED durante o escuro. Isso é feito pelo outro MOSFET Q1 do canal P, que é o IRF9540. O portão MOSFET é controlado pela tensão solar. Assim, sempre que as células solares produzem voltagem, o MOSFET permanece desligado, mas no escuro ou à noite, as células não produzem voltagem e o MOSFET é ligado. Ao usar o canal P MOSFET, LDR adicional e circuito comparador são completamente eliminados.

Agora, para a segunda parte do circuito, os LEDs são conectados em uma condição série-paralela. Dois LEDs em série aumentam a tensão direta para o dobro do que um único LED, mas a corrente que flui pelos LEDs é dividida. 4 conexões paralelas são feitas com dois LEDs em série. Mais LEDs em paralelo aumentam a corrente e afetam o backup da bateria.

Estima-se que o fluxo de corrente em cada série seja de quase 40mA. Portanto, 4 strings paralelas consomem 160mA de corrente. A bateria selecionada para este projeto acenderá efetivamente os LEDs por quase 5-6 horas em uma condição de carga nominal. Pode-se aumentar as cadeias de LED de acordo com as necessidades.

Construção de luz solar de jardim

Para construir o circuito são necessários os seguintes componentes -

1. Bateria de lítio 7,4 V (mAH depende do tempo de backup) com um circuito de proteção embutido.
2. LEDs com voltagem direta de 3,5 V (outra voltagem também é aplicável, mas a construção da faixa de LED será diferente)
3. IRF9540N - Mosfet do canal P
4. IRF540N - N Channel Mosfet
5. SR160 Schottky diodo 2 pcs
6. Resistor 680R
7. Potenciômetro 50k
8. Resistor de 4,7k
9. Painel solar 15 - 18 V com classificação de corrente superior a 300 mA se uma bateria de 3600 mAH for selecionada.
10. Fios para conectar painel solar e LEDs
11. Fios de conexão

A imagem abaixo mostra a pinagem do canal N IRF540N e Mosfet do canal P IRF9540, que usaremos no projeto.

Depois que o circuito de luz solar do jardim é construído em uma placa de ensaio, meu arranjo fica assim abaixo

Usamos o painel solar com as especificações abaixo.

É um painel solar de 10W com saída de 18V. O painel solar é colocado sob luz solar intensa em condições solares de pico. O potenciômetro é controlado para ter 8,5 V no D2. Isso se deve à tensão de carga, já que a tensão da bateria de lítio será de 8,4 V quando estiver totalmente carregada. Quando a bateria começa a carregar, um amperímetro é conectado em série com a bateria para verificar a corrente de carga. Você também pode improvisar o projeto usando um rastreador solar para carregar a bateria ao máximo, mas isso é algo fora do escopo deste projeto.

Como você pode verificar na leitura do multímetro abaixo, a corrente de carga é de quase 300mA. Essa mudança dependerá da condição solar, aumentará em dias ensolarados e diminuirá em dias nublados.

Durante a noite, quando o painel solar não recebe radiação, não haverá saída de corrente do painel e, portanto, a bateria irá parar de carregar e as luzes LED acenderão. O funcionamento completo do projeto também pode ser encontrado no vídeo no link abaixo, onde demonstramos como a luz acende automaticamente caso o painel não receba radiação.

Melhorias adicionais

O circuito é um circuito carregador de bateria de lítio básico para um projeto simples relacionado à luz de jardim. Portanto, ele não emprega quaisquer questões de segurança. Para carregamento adequado e empregando método de carregamento solar adequado usando MPPT (Maximum Power Point Tracker), ICs de driver dedicado podem ser usados.

Como este é um projeto de operação ao ar livre, deve-se usar uma PCB adequada junto com uma caixa fechada. A caixa deve ser feita de forma que o circuito permaneça à prova d'água na chuva. Para modificar este circuito ou para discutir outros aspectos deste projeto, use o fórum ativo do resumo do circuito.