Lanternă cu baterii reîncărcate din celulele solare
Nu se știe de ce, dar de fiecare dată când este nevoie să folosiți o lanternă, bateriile din ea se dovedesc a fi podsevshimi. O situație familiară? Aparent, mulți dintre noi folosesc o lanternă atât de rar încât bateriile treptat auto-descărcare de gestiune, și, ca urmare, atunci când acestea devin necesare, se dovedește că au consumat deja energia lor.
În acest caz, bateriile necorespunzătoare de mangan-zinc sunt înlocuite cu celule de nichel-cadmiu. O ieșire ingenioasă, până când aveți nevoie de o lanternă și nu se va arăta că nu există elemente în ea. Este bine dacă au fost conectați la încărcător de la ultima utilizare sau cel puțin dacă le găsesc în întuneric.
Pe scurt, o lanternă este întotdeauna necesară, adică bateriile din ea trebuie să fie încărcate proaspăt. Această cerință este îndeplinită de o lanternă reîncărcată de la soare. Nu este necesar să scoateți bateriile din el, ele sunt întotdeauna în stare încărcată.
Partea inteligentă a dispozitivului este lanterna, care include un suport magnetic care este atras de multe suprafețe metalice. Suportul este format din două tije magnetice presate într-o carcasă din plastic. Un cablu izolat a fost atașat la fiecare magnet și a trecut prin tub către elemente.
O altă parte a designului este un încărcător cu energie solară. Două benzi de oțel sunt fixate pe suprafața încărcătorului, distanța între care corespunde distanței dintre tijele magnetice ale lanternei. Fiecare bandă este conectată la terminalul corespunzător al încărcătorului. Când lanterna nu este folosită, ea este pur și simplu magnetizată la benzile de oțel ale încărcătorului. Acest lucru va asigura un contact electric între încărcător și bateriile cu lanternă, care sunt reîncărcate din celulele solare. Când este necesar să folosiți o lanternă, aceasta, împreună cu bateriile proaspăt încărcate, este "ruptă" din încărcător.
Bateriile cu nichel-cadmiu, denumite în mod obișnuit elemente de nichel-cadmiu, sunt oarecum diferite de cele mai multe celule uscate, cum ar fi bateria mangan-zinc utilizată frecvent în lanterne. Descărcarea bateriei își pierde o parte din tensiune. Acest efect se manifestă prin strălucirea strălucirii becului lanternă. Odată cu descărcarea bateriei, strălucirea devine mai mică până când se oprește deloc.
Dimpotrivă, celulele de nichel-cadmiu mențin o tensiune destul de stabilă în timpul descărcării. Acest lucru se poate observa din luminescența constantă până la încărcarea profundă. După ce celula este descărcată, tensiunea pe ea scade rapid și stralucirea se oprește. În Fig. 1 pentru comparație arată dependența tensiunii de gradul de descărcare a elementelor celor două tipuri menționate.
După cum se poate observa, pentru a determina durata de viață rămasă a elementului mangan-zinc, pur și simplu trebuie să măsurați tensiunea pe el. Pentru un element de nichel-cadmiu, acest lucru nu este atât de ușor de făcut. Un element care este descărcat cu 80% produce aceeași tensiune ca elementul nou încărcat.
Astfel, atunci când se încarcă un element de nichel-cadmiu, apare o anumită complexitate. Până când elementul este complet descărcat, nu putem judeca starea lui. În plus, elementele de nichel-cadmiu sunt foarte sensibile la reîncărcare, ceea ce le poate dezactiva. Astfel, un element parțial evacuat ridică o întrebare cu adevărat dificilă: ce taxă poate să ia?
Încărcarea celulelor nichel-cadmiu
Pentru a înțelege mai bine principiul încărcătorului, este necesar, mai întâi, să vă familiarizați cu activitatea elementului nichel-cadmiu în sine. Puteți începe examenul dintr-un element complet descărcat. Pentru ao încărca, este necesar să treci curent prin ea.
Datorită designului său, elementul nichel-cadmiu are o rezistență internă destul de mare, care este invers proporțională cu cantitatea de încărcare acumulată în celulă: cu cât încărcarea este mai mică, cu atât este mai mare rezistența.
Datorită prezenței rezistenței interne, o parte din energia curentului de încărcare este transformată în căldură. Prin urmare, este necesar să începeți încărcarea de la un curent scăzut, altfel energia disipată pe rezistența internă sub formă de căldură va duce la defectarea celulei.
Pe măsură ce se aplică sarcina, rezistența internă a elementului scade. Cu cât rezistența este mai mică, cu atât mai puțină căldură este disipată și cu atât mai eficientă este încărcarea elementului. În plus, acum poate trece un curent de încărcare mai mare prin celulă, ceea ce va accelera procesul de încărcare. În practică, este posibil să se completeze ciclul de încărcare la un curent mult mai mare decât curentul inițial.
Cu toate acestea, este foarte dificil să se reglementeze și să se mențină un astfel de regim de taxare. Pentru simplitate, producătorii recomandă cel mai înalt nivel de siguranță, indiferent de starea bateriei.
Pentru celule de nichel-cadmiu pe disc, acest curent nu depășește 330 mA. Chiar și o celulă complet descărcată, care are o rezistență internă ridicată, nu poate fi încărcată cu un astfel de curent. Cu toate acestea, răspunsul la întrebare nu a fost încă răspuns: cât de mult taxă nu va dăuna elementului?
Curentul de încărcare menționat mai sus poate fi menținut numai până când acumulatorul este încărcat complet. De obicei, durează 4 ore. Dacă continuați încărcarea, există pericolul reîncărcării bateriei, ceea ce poate duce la scăderea duratei de viață a bateriei sau, mai rău, la distrugerea bateriei. Astfel, dacă bateria este descărcată doar jumătate, ea poate fi reîncărcată cu ușurință fără să știe.
De aceea, producătorul recomandă încărcarea lentă. Pentru un element de disc, curentul de încărcare nu trebuie să depășească 100 mA. Cu o încărcare lentă, puteți, fără teama de supraîncărcare, încărcați bateria pentru cele 14 ore recomandate pentru încărcarea unei celule complet descărcate. De fapt, puteți încărca constant elementul fără frică de distrugerea acestuia: rata de încărcare este suficient de scăzută, iar energia în exces este ușor de disipată de element.
Încărcător de baterii
În acest caz, sa decis să alegeți o rată scăzută de încărcare a bateriei. Diagrama completă a încărcătorului și a lanternei este prezentată în Fig. 2. Pentru a limita curentul de încărcare care curge prin celulele nichel-cadmiu, o lampă cu incandescență a fost inclusă în circuit.
Lămpile cu lămpi cu filament de tungsten au o caracteristică specifică. Firul rece are o rezistență foarte scăzută. În timp ce filamentul se încălzește, rezistența sa crește cu mai mult de 10 ori. Prin încorporarea unei asemenea lămpi în serie cu elementele de nichel-cadmiu, este posibil să se compenseze parțial rezistența internă a bateriei.
Atunci când o baterie complet descărcată este conectată la o baterie solară, procesul de încărcare este după cum urmează. Bateria solară creează în circuit un curent care curge prin elementele de nichel-cadmiu și o lampă cu incandescență. Curentul este limitat de rezistența totală a celulelor bateriei și a filetului lămpii.
În primul rând, cea mai mare parte a energiei este absorbită de baterie datorită rezistenței interne ridicate. Partea mai mică a energiei este eliberată pe lampă, deoarece în acel moment firul său are o rezistență relativ scăzută de ordinul a 7 ohmi.
Indiferent de rezistența internă a bateriilor nichel-cadmiu au o tensiune limită corespunzătoare de 1,5 V per celulă. Cu alte cuvinte, tensiunea totală a bateriei în timpul încărcării în toate condițiile se limitează la aproximativ 3 V. În cazul în care rezistor mici de limitare (rezistența lămpii cu filament 7 ohmi) baterii scad rapid tensiunea de ieșire a bateriei solare până la aproximativ 3 V.
Pe măsură ce bateria se încarcă, rezistența sa internă scade, ceea ce, la rândul său, determină o creștere a curentului care trece prin celulele bateriei și prin lampă, precum și rezistența lămpii. De fapt, lampa compensează pierderea rezistenței acumulatorului, iar curentul de încărcare rămâne mai mult sau mai puțin constant.
Pe măsură ce rezistența lămpii crește, crește tensiunea pe ea. Dar, deoarece tensiunea bateriei este fixă, aceasta duce la o creștere treptată a tensiunii de ieșire a bateriei solare.
Această tendință este menținută până când acumulatorul este încărcat complet. În acest moment, punctul de funcționare al caracteristicii de tensiune curentă a bateriei solare se va schimba astfel încât să se aplice o tensiune de 2 V la lampa de limitare curentă. La această tensiune, rezistența filetului este de 25 ohmi, limitând curentul de încărcare la 80 mA. Nu se va produce nici o creștere suplimentară a curentului sau a tensiunii, deoarece punctul de operare este la îndoirea curbei de curent a convertorului fotoelectric (figura 3). Putem spune mai mult: acest curent este atât de mic încât elementele de nichel-cadmiu pot fi sub sarcină atât cât doriți.
În plus față de limitarea curentului de încărcare, lampa este un indicator al prezenței unui proces de încărcare. O strălucire strălucitoare corespunde unui curent mare care curge prin elemente. O luminiscență slabă sau absența acesteia indică aproape nici un curent de încărcare.
Bateria de 5 volți este perfectă din două motive: o tensiune de 5V este suficientă pentru a încărca celulele nichel-cadmiu și, în plus, există electricitate pentru indicarea luminii.
Cea mai simplă celulă solară, formată din 11 elemente, corespunde mai mult sau mai puțin cerințelor de mai sus. Pentru astfel de dispozitive, puteți utiliza elemente în formă de seceră mici, deoarece acestea sunt foarte ieftine și se dezvoltă suficientă putere. Astfel de elemente generează de obicei un curent de 80-100 mA.
Cerințele pentru o baterie solară sunt destul de moi, cu toate acestea, trebuie să împreună cu lampa de reglementare. Deși bateria solară a permis generarea a 5 V la un curent de 80 mA, alegerea a fost destul de arbitrară.
Dacă există un panou solar care generează 6 V la un curent de 100 mA sau mai mult, acesta va funcționa bine. Tensiunea suplimentară se disipează pe lampă, menținând curentul la nivelul necesar.
Încărcătoare de construcții
Baza încărcătorului este realizată dintr-o bucată de lemn dreptunghiulară de dimensiunea de 5x10 cm2 (orice bară scurtă va face). Dacă preferați tonurile calde, puteți alege o bară de mahon sau utilizați un pictat pin sau molid. În cele din urmă, produsul arată așa cum se arată în Fig. 4.
Pe suprafața frontală a bazei sunt fixate două benzi de oțel. Orice material magnetic, de exemplu o bandă de oțel utilizată pentru tăierea unui container din lemn, este adecvată. Astfel de oțel este subțire, elastic și este un bun conductor de electricitate.
Mai întâi, conductorii trebuie să fie lipiți la partea inferioară a benzilor și apoi să fie găuriți pentru ele în bara. Benziile sunt situate la aceeași distanță cu magneții de pe lanternă și sunt lipite pe bază cu adeziv sau rășină epoxidică.
Unul dintre conductori este conectat la o baterie solară, celălalt este sudat la capacul lămpii. Puterea rămasă a bateriei solare este conectată la partea externă (cu filet) a lămpii indicatoare. În cele din urmă, în partea inferioară a bazei este găurită o gaură cu un diametru de 0,9 cm, o lampă indicator este introdusă în ea și este lipită.
Pentru a verifica dispozitivul, trebuie doar să conectați în scurt timp fâșiile de contact cu un fir și lampa să se aprindă. Dacă convertorul fotoelectric este iluminat de soare, lampa va străluci puternic.
Finalizarea designului lanternei
În cele din urmă, este necesară modificarea designului lanternei. Principiul este clar din Fig. 5. Mai întâi trebuie să vă conectați la fiecare tija magnetică pe un conductor flexibil. Acest lucru se poate face în moduri diferite, în funcție de designul unei lanterne speciale. Puteți să lipiți conductorii, folosind o cantitate suficientă de flux și încercând să nu topiți carcasa din plastic. Puteți găuri găurile în tijele magnetice (dacă, desigur, ele sunt accesibile) și fixați conductorii în ele cu niște știfturi sau nituri mici.
După aceea, este necesară găurirea unei găuri în carcasa lanternei, astfel încât să puteți trage conductorii în interior. Dacă corpul lanternei este metalic, conductorii pentru a preveni abraziunea izolației și scurtcircuitul sunt protejați de un manșon izolator (sau alt element adecvat). Cu o lucrare din plastic, bineînțeles, mai puțin.
Un fir este sudat la terminalul priza centrală lanterna bec, astfel încât fostul de contact fiabilă între borna pozitivă a bateriei și capacul lămpii a fost fixat după reasamblare (conductor este așezat la o distanță de piesele rotative).
Al doilea conductor de la tija magnetică este introdus în baza carcasei lanternei, unde este localizat arcul. Este necesar să o tăiați în lungime și să scoateți arcul. O diodă este conectată la circuit. Conductorul din diodă este sudat conductorului, iar terminalul anodic (fără marcaj) al arcului. Dioda este plasată în apropierea extremității laterale a arcului, astfel încât atunci când este comprimată, ea nu poate deteriora. O bucată de tub flexibil din plastic este pusă pe diodă pentru a evita scurtcircuitarea carcasei lanternei.
Dioda execută două funcții. În primul rând, protejează acumulatorul de descărcarea bateriei solare pe timp de noapte. În al doilea rând, atunci când conectați lanterna la încărcător în polaritate inversă, dioda nu va trece de curent și va proteja bateriile de anti-încărcare.
Acum trebuie să construiți în sfârșit o lanternă, este gata să lucreze. Cel mai bine este să așezați încărcătorul pe perete astfel încât obiectivul lanternei să fie orientat în jos și să nu fie contaminat.
Asigurați-vă că polaritatea este observată la conectarea lanternei la încărcător. La o polaritate va exista o taxă, la cealaltă - să fie absentă din cauza diodei de blocare.
Dacă lanterna nu se încarcă, trebuie să schimbați conductorii provenind de la bateria solare.
Un alt sfat: elementele de nichel-cadmiu, din păcate, au o "memorie", de exemplu, puteți memora ciclul de descărcare. Să presupunem că o lanternă este folosită timp de 15 minute pe zi și apoi reîncărcată. Bateria reîncărcabilă va aminti acest lucru și va fi "leneș".
Se pare că ziua ei de lucru este de 15 minute. Și ce se întâmplă dacă este necesară o lanternă timp de 30 de minute sau mai mult? Se va opri de lucru în 15 minute! Bateriile merită să funcționeze complet timp de 15 minute și refuză să servească mai mult.
Pentru a evita acest lucru, trebuie să activați periodic lanterna și să descărcați complet bateriile și apoi să le reconectați la încărcător. Încărcarea completă a bateriilor ar trebui să dureze 2 ore.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: