Insegna luminosa ad energia solare: realizzazione
Circuito per lo spegnimento automatico con batteria scarica
Nel caso il sole mancasse per un tempo eccessivo o il pannello solare subisse dei danni per evitare di scaricare troppo la batteria, cosa che la renderebbe inutilizzabile, abbiamo realizzato una variante del circuito che spegne tutto (o quasi) fino a che la tensione della batteria non ritorna a valori accettabili. In pratica si tratta di un rilevatore di soglia che funziona nel seguente modo: condizioni normali (batteria carica) il partitore resistivo composto da R12-R16 polarizza la base di T2 ad una tensione di 0,6V (tensione di soglia diretta della giunzione Base-Emettitore di T2) che va in conduzione e cortocircuita la base e l'emettitore di T3 che quindi non conduce. In questo caso non succede nulla. Se invece la batteria è scarica il partitore resistivo composto da R12-R16 non fornisce una tensione sufficiente per vincere la soglia di polarizzazione diretta BE di T2, T2 non conduce, la base di T3 risulta polarizzata quindi T3 conduce e polarizza l'ingresso delle porte logiche 40106-5 e 6 ad un potenziale positivo fisso. Essendo una porta NOT alla sua uscita avremo un potenziale prossimo alla tensione di massa, quindi T1 non condurrà mai e i LED saranno disalimentati, quindi il circuito assorbirà solo pochi mA per alimentare l'integrato e il rilevatore di soglia, in attesa che la batteria venga ricaricata. Il rilevatore di soglia verrà tarato per intervenire ad una ben precisa tensione tramite il trimmer R12. Quando la tensione di batteria è esattamente uguale a quella di intervento del rilevatore di soglia si potranno notare dei comportamenti intermedi fra la disattivazione del circuito e il normale funzionamento che potrebbero portare ad un funzionamento intermittente dell'insegna, dovuto al fatto che la tensione sotto carico scende, ma appena il rilevatore di soglia interviene e stacca il carico la tensione risale. Abbiamo scelto per T2 e T3 dei transistor BC557B che sono PNP per uso generico in funzione del loro alto valore di hfe, quindi la loro alta amplificazione che fa si che il rilevatore di soglia intervenga con una certa precisione anche facendo passare una corrente esigua nel ramo R12-R16 ed R13-R14-R15 riducendo i consumi. Il circuito appena montato ha funzionato dimostrandosi molto stabile. Unica modifica che migliorerebbe ulteriormente la precisione del circuito sarebbe sostituire la resistenza R16 con un diodo zener di tensione adeguata, per i nostri scopi andrebbe bene uno zener da 10Volt. Si potrebbe in questo modo ridurre il valore del trimmer R12 e aumentare l'incremento di corrente risultante da un aumento di tensione ottenendo una curva più ripida.
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Circuito per lo spegnimento automatico con batteria scarica: Foto del circuito
Questo circuito rispetto a quello nello schema sopra presenta ancora delle differenze, il condensatore C1 è ancora di 68nF invece che 33nF e la resietenza R16 è costituita da una serie di più resistenze. Ma in definitiva il funzionamento è lo stesso.
Circuito per lo spegnimento automatico con batteria scarica: Misure eseguite sul circuito
A questo punto cercheremo di rilevare la tensione di soglia di spegnimento e la differenza fra questa e la minima tensione di accensione. Ovviamente questo per la taratura che abbiamo adottato noi. Per spostare la tensione di soglia basta agire sull'apposito trimmer.
Misura della tensione di disattivazione del circuito con relativa corrente assorbita. Siamo circa su 10-12mA di assorbimento dovuto principalmente al circuito oscillatore e al comparatore di soglia che rimangono accesi. La potenza assorbita in questo caso è di 0,126 Watt.
Tensione di attivazione del circuito. E' di circa 100mV superiore alla tensione di spegnimento. L'assorbimento a questa tensione si aggira sui 90mA. I led sono accesi alla minima potenza. Quindi la potenza assorbita dalla batteria è di 12,7x0,09=1,143 Watt.
Tensione di esercizio del circuito. A questa tensione il circuito rende al meglio, l'assorbimento è di circa 110mA. Il circuito lavora altrettanto bene fino a tensioni di 15-16Volt. In questo caso il transistor di potenza diventa leggermente tiepido, quindi in ogni caso non necessita di aletta di raffreddamento. La frequenza del convertirore boost varia ovviamente intervenendo sul trimmer R2 variando il tempo di spegnimento del transistor T1. Varia da un minimo di 100 KHz ad un massimo di 140 KHz, frequenza giustificata dalla bassa induttanza della bobina di carico.
Il circuito sopra differisce dal precedente per la presenza della fotoresistenza FRZ che ha la funzione di spegnere il circuito il presenza di luce piena per minimizzare i consumi. In più vi è il diodo zener Dz1 che serve per rendere più precisa la taratura della tensione minima di lavoro del circuito, la tensione di spegnimento in caso di batteria scarica. Abbiamo anche modificato la resistenza R16 abbassandola a 10K.
Costruzione dell'insegna led vera e propria
Realizzeremo l'insegna in legno massello più compensato, il tutto trattato con una vernice adatta per esterni al fine di resistere alle intemperie e al freddo. La scelta del legno è dovuta al fatto che abbiamo tutti gli attrezzi per lavorarlo anche se probabilmente non è il materiale più adatto per resistere un decennio in esterno sottoposto ad acqua, sole, gelo e neve!! La parte trasparente dell'insegna verrà realizzata con una lastra di policarbonato. La batteria e il circuito di alimentazione verranno posti in una scatola separata in plastica e metallo completamente stagna. Il pannello solare verrà posto alla sommità del tutto direzionato nel miglior modo possibile verso il sole.
In fase di completamento
