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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 안뜰 조명. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
이름(농장조명, 가로등)에 관계없이 옥외조명은 어느 가정에서나 매우 매력적으로 보입니다. 가로등은 미적 기능 외에도 안전을 보장하는 역할도 합니다. 조명 없는 길이 얼마나 위험한지 모두가 알고 있습니다. 울타리가 없는 수영장은 어떻습니까? 길가나 수영장 주변에 위치한 작은 조명은 보행 중 사고를 예방할 수 있습니다. 이 장에서는 태양 에너지를 사용하는 실외 조명 설치에 대한 권장 사항을 제공합니다.
особенности системы 작동 원리에 따르면 외부 조명은 기본적으로 이전 장에서 설명한 비상 조명과 유사합니다. 광전지는 또한 램프에 전원을 공급하는 납산 배터리를 충전하는 데 사용됩니다. 그러나 중요한 차이점도 있습니다. 비상 조명 시스템은 가끔씩만 켜집니다. 실제로 네트워크에 전기 공급이 중단되는 경우에만 필요합니다. 나머지 시간은 시스템이 유휴 상태입니다. 반대로 실외 조명은 연중 매일 밤에 사용해야 합니다. 이 경우 XNUMX년 XNUMX일, 어떤 기상 조건에서도 시스템 전체가 제 기능을 할 수 있도록 충분한 배터리 용량과 태양광 컨버터 전력을 갖춘 시스템 개발이 필요하다. 이러한 요구 사항은 비상 조명을 개발할 때 고려되지 않았습니다. 시스템 디자인 디자인은 설비 자체에서 시작됩니다. 저전압용으로 설계되었기 때문에 태양 에너지 변환기를 사용하는 전원 공급 시스템에 매우 적합합니다. 이러한 램프에는 다양한 모델이 있음에도 불구하고 모두 12V의 전압에서 작동합니다. 램프 세트에 포함된 램프는 일반적으로 12W의 동일한 전력으로 설계되었으므로 소비합니다. 각 1A. 먼저 시스템에 필요한 조명기 수를 결정해야 합니다. 이 숫자는 각 특정 사례에 따라 다릅니다. 이 양이 앞 잔디밭과 산책로를 밝히기에 충분했기 때문에 5개를 선택했습니다. 따라서 내 전원은 6A를 소비하는 시스템에 공급해야 합니다. XNUMX개의 램프를 선택하면 XNUMXA가 필요합니다. 5 암페어의 전류는 과도하지 않으며 여러 상용 납산 배터리에서 쉽게 얻을 수 있습니다. 유일한 질문은 필요한 배터리 크기입니다. 개발의 이 부분은 다소 복잡합니다. 제기된 질문에 올바르게 답하려면 몇 가지 계산을 수행하고 몇 가지 가정을 해야 합니다. 먼저 배터리의 특징이 무엇인지 고려하십시오. 모든 배터리(납축 배터리 및 기타 배터리)는 암페어 시간(Ah라고도 함)으로 평가됩니다. 1Ah는 배터리가 1A를 1시간 동안 공급할 수 있음을 의미합니다. 5A의 전류에서 1시간 동안 동일한 용량이 달성되며, 전압에 관계없이 배터리 용량은 전류 강도와 총 흐름 시간의 곱에 의해 수치적으로 결정됩니다. 따라서 시스템은 5A의 전류를 소비하는 것으로 나타났습니다. 그러나 유능한 배터리 선택을 위해서는 외부 조명 시스템의 하루 작동 시간을 알아야 합니다. 매일 저녁 이 기간을 4시간으로 설정합니다. 이제 램프가 소비하는 전류 값에 하루 작동 시간을 곱하면 필요한 암페어 시간을 얻습니다. 이 경우 5A x 4h = 20Ah입니다. 이것은 일일 에너지 소비량입니다. 저녁 조명에는 20Ah 용량의 배터리로 충분합니다. 그러나 배터리는 아침에 완전히 방전되며 다시 사용하려면 다시 충전해야 합니다. 다음날 내내 비가 온다고 가정해 봅시다. 광전지 변환기는 배터리를 어떻게 충전합니까? 그들은 햇빛 없이는 작동하지 않습니다. 이 사실을 감안할 때 배터리 용량을 늘릴 필요가 있음이 즉시 분명해집니다. 40Ah 배터리는 2일 동안 조명 시스템에 전원을 공급하고 60Ah 배터리는 3일 동안 전원을 공급합니다. 이제 한 가지 조건을 더 정의해야 합니다. 충전 주기 사이의 평균 시간을 선택하고 재충전 없이 배터리가 지속되는 시간을 결정합니다. 이 매개 변수는 개인 플롯을 비추는 경우에는 그다지 중요하지 않습니다. 3일 동안 배터리의 에너지 비축량이 충분하다고 가정해 봅시다. 따라서 60Ah 배터리가 필요합니다. 위의 내용을 요약하면 태양광 및 축전지에 필요한 매개변수를 간단하게 계산하는 순서를 공식화할 수 있습니다.
이제 모든 것이 괜찮습니다. 램프의 수를 선택하고 낮 동안의 작동 시간을 설정하며 이 작동을 보장하는 데 필요한 배터리 용량을 계산합니다. 이제는 배터리를 충전하는 특정 방법에 대해서만 남아 있습니다. 태양광 변환기에 대한 요구 사항 태양 전지에 대한 요구 사항은 조명 시스템의 작동 조건에 따라 결정됩니다. 약간 추측할 수 있습니다. 시간이 많이 걸리지 않습니다. 조명 시스템을 작동하는 데 하루에 20Ah가 필요한 것으로 가정했습니다. 배터리가 에너지를 제공하는 것으로도 알려져 있으므로 저녁에 소비된 에너지는 비유적으로 말하면 다음날 반환되어야 합니다. 불행히도 완벽한 배터리는 없습니다. 일반적으로 납산 배터리를 충전하려면 방출된 것보다 20% 더 많은 에너지를 공급해야 합니다. 따라서 배터리에서 받은 20Ah마다 24Ah를 반환해야 합니다. 다음 단계는 하루에 24Ah를 생성하는 태양광 어레이의 개발입니다. 이를 달성하려면 사용 가능한 일사량을 알아야 합니다. 이 값은 유용한 햇빛 시간, 즉 태양이 우리에게 필요한 작업을 수행한다고 가정할 수 있는 하루 시간(시간)에 의해 결정됩니다. 모든 위치에서 유용한 일조 시간을 결정하는 방법에는 두 가지가 있습니다. 첫째, 3장에서 설명한 일사량 측정기를 직접 사용합니다. XNUMX. 또는 같은 장에서 주어진 지도를 기반으로 보다 일반적인 의미를 사용할 수 있습니다. 지도는 계절 변화와 날씨의 일반적인 특성을 고려하여 작성되었습니다. 기술된 조명 시스템의 경우, 하루 평균 4,5시간의 유용한 일조 시간에 해당하는 유용한 조명의 지속 시간이 계산을 위해 선택되었습니다. 지도에서 볼 수 있듯이 이 수치는 미국 대륙의 대부분 지역에서 동일합니다. 이제 배터리를 재충전하는 데 필요한 암페어 시간(24Ah)을 평균 유효 일조 시간(4,5시간)으로 나누면 태양 전지가 생성해야 하는 전류의 양인 5,3A를 얻을 수 있습니다. 이론적으로 이 요구 사항은 5,3V 전압에서 12A의 전류를 생성하는 배터리로 충족됩니다. 그러나 아직 고려하지 않은 다른 요소가 있습니다. 여기에는 연결 도체의 손실, 조정기의 에너지 소비 등이 포함됩니다. 따라서 신뢰성을 보장하기 위해 특정 전력 마진을 만드는 것은 나쁜 생각이 아닙니다. 예를 들어 10%의 마진은 괜찮습니다. 따라서 태양 전지가 생성하는 최소 전류는 약 6A여야 합니다. 역 계산, 즉 6A에 4,5시간을 곱하면 태양 전지가 하루 평균 27Ah를 생산한다는 것을 알 수 있습니다. 어떤 날에는 수익이 적을 수도 있고 다른 날에는 더 많을 수도 있습니다. 물론 매일 배터리를 충전하는 데 27Ah가 필요하지 않다는 점을 기억해야 합니다. 어떤 날에는 누락된 태양 에너지가 배터리로 보충됩니다. 그러나 조명 시스템이 정상적으로 작동하려면 평균값이 27Ah여야 합니다. 태양 전지 특정 태양 전지는 다양한 방법으로 만들 수 있습니다. 작은 모듈을 병렬로 연결하고 87W의 필요한 전력을 달성하는 것이 가능하지만 이것은 매우 비쌉니다. 일반적으로 배터리가 조립되는 모듈의 크기가 클수록 태양 전지에서 생성되는 1W의 전기 비용이 저렴합니다. 설명된 시스템의 경우 각각 2A의 전류를 생성하는 10개의 모듈이 사용되었습니다. 모든 모듈은 직경이 XNUMXcm 이상인 비교적 저렴한 원형 태양 전지로 만들어졌습니다. 요소에서 태양 전지를 독립적으로 조립하는 경우 단결정에서 직경 10cm의 원형 요소 또는 다결정 재료에서 10x10cm2의 정사각형 요소를 사용하는 것이 좋습니다. 정사각형 셀은 원형 단결정 셀만큼 효율적이지는 않지만 저렴하지만 더 많이 필요합니다. 조명 시스템의 주기적인 작동(낮에는 꺼지고 저녁에는 켜짐)을 보장하려면 타이머가 필요합니다. 대부분의 조명 시스템은 특정 시간에 조명을 켜고 끄는 기계식 시계 타이머를 사용합니다. 그러나 이것은 에너지 낭비인 것 같습니다. 해가 지기 전에 불을 켜는 이유는? 기존 타이머의 경우 유일한 방법은 꽤 자주 수행되는 태양주기에 맞게 타이머를 수동으로 설정하는 것입니다. 그러나 타이머를 시작하려면 석양을 "강제"하는 것이 가장 좋습니다. 이것은 그림 1에 표시된 전자 회로를 사용하여 수행됩니다. XNUMX. 그녀의 작업을 고려하십시오. 감광성 포토레지스터 소자로는 직사광선을 받는 PC1 포토셀이 사용된다. 광전지에 떨어지는 빛의 강도가 변하면 그에 비례하여 저항도 변합니다. 낮에는 저항이 매우 작습니다(약 100옴). 그러나 어둠이 시작되면 100배 이상 증가하여 500kOhm 이상의 값에 도달합니다.
저항 VR1은 포토 레지스터와 직렬로 연결되어 분배기를 형성하며 출력 전압은 포토 레지스터 PC1의 저항 값에 따라 달라집니다. 빛이 많을수록 출력 전압이 낮아지고 그 반대도 마찬가지입니다. 전압 값은 두 개의 비교기에 의해 제어됩니다. 아래쪽은 포함의 비 반전 버전에 사용되고 위쪽은 반전 버전에 사용됩니다. 즉, 입력 전압이 XNUMX일 때 하위 비교기는 낮은 수준의 전압을 출력하고 상위 비교기는 높은 수준의 전압을 출력합니다. 비교기는 아래쪽 비교기가 위쪽 비교기보다 낮은 입력 전압에서 스위칭하는 방식으로 연결됩니다. PC 1의 전압이 증가하자마자(해가 질 때) 첫 번째 비교기가 전환되고 출력이 고전압 레벨로 설정됩니다. 이제 두 비교기의 출력이 높은 수준의 전압으로 설정됩니다. 이 경우 두 개의 논리 소자 AND-NOT(7C2) 체인이 /C11 칩의 핀 3에 높은 수준의 전압을 출력합니다. /C3 칩은 프로그래밍 가능한 타이머입니다. 최대 하루의 시간 간격을 측정할 수 있습니다. 이 칩 내부에는 출력을 사용하여 시간을 설정할 수 있는 캐리스루 바이너리 카운터가 있습니다. 이를 전환하면 응답 시간을 2~4배 쉽게 늘릴 수 있습니다. 타이머의 공칭 응답 시간은 저항 R8과 커패시턴스 C1에 의해 결정됩니다. 다이어그램에 표시된 값으로 R8 및 C1, 핀 8의 전압은 4시간 후에 증가합니다.카운터의 하위 자리에 연결된 핀 7에서 전압은 2시간 후에 핀 6에서 1시간 후에 나타납니다.높은 시간이 지나면 타이머가 시작됩니다. 전위는 핀 11에 적용됩니다. 타이머 작동 시간은 스위치 51 "시간"으로 선택합니다. 작업 주기 시작 시 모든 출력은 저전위입니다. 릴레이 접점 RL1은 트랜지스터 Q1 및 /C2 칩으로 인해 이러한 조건에서 닫힙니다. 외부 조명에 전기가 공급되고 조명이 켜집니다. 밤이 되면 PC 1의 전압이 계속 증가합니다. 곧 상위 비교기가 트리거되고 출력에 낮은 전압이 설정됩니다. 이는 IC2의 입력 상태를 변경하고 IC3의 입력에 낮은 수준의 전압이 적용됩니다. 그러나 이 변경은 타이머 작동에 영향을 미치지 않습니다. 지정된 간격이 끝나면 IC3가 자동으로 재설정됩니다. 리셋은 마이크로 회로의 출력에서 나오는 피드백 펄스에 의해 수행됩니다. 핀 11은 이제 낮은 전위이므로 칩이 다시 시작되지 않습니다. 또한 결과적으로 릴레이가 꺼지고 조명이 꺼집니다. 다음날 아침 해가 뜨면 PC 1의 저항이 점차 감소하여 비교기의 입력 전압이 감소합니다. 이로 인해 상위 비교기가 하위 비교기보다 먼저 실행되어 타이머의 입력에 높은 전위를 적용하고 타이머를 다시 시작할 수 있습니다. 일출 시 타이머가 작동하는 것을 방지하기 위해 저항 R5를 통해 상위 비교기에 작은 포지티브 피드백이 도입됩니다. 이로 인해 하단 비교기가 전환될 때까지 응답을 지연시키는 히스테리시스가 발생합니다. 두 출력에 동시에 높은 전위를 적용할 수 없으며 타이머가 시작되지 않습니다. 그럼에도 불구하고 저녁이 되면 주기가 반복되기 시작하고 비교기는 "야간" 상태로 돌아갑니다. 비교기의 작동 수준은 가변 저항 VR1 "감도"에 의해 정확하게 설정됩니다. 실외 조명이 황혼 직후에 켜지도록 저항 값을 조정할 필요가 있습니다. 디자인 타이머의 디자인은 인쇄 배선을 사용합니다. PCB 구성은 그림에 나와 있습니다. 2. 릴레이는 보드에 직접 납땜하거나 소켓에 배치하여 조명을 연결할 수 있습니다.
조립된 타이머는 불투명한 상자에 넣어야 하고 포토레지스터 PC1은 햇빛에 노출되도록 뚜껑 위에 올려 놓아야 한다. 타이머에는 공통 접지, 배터리에서 +12V 전원을 연결하기 위한 와이어 및 조명 시스템에 연결된 위상 와이어의 세 가지 출력만 있습니다. 습기 침투를 방지하기 위해 하우징에 만들어진 모든 구멍이 제대로 밀봉되고 방수되는지 확인하십시오.
구조 단위의 최종 연결 이제 하나를 제외하고 조명 시스템을 만드는 데 필요한 모든 요소를 알고 있습니다. 또한 시스템에는 전하 조절기가 장착되어 있어야 합니다. 충전 조절기가 없으면 배터리가 과충전되어 수명이 단축될 가능성을 배제할 수 없습니다. 이 확률은 낮이 길고 밤이 짧은 여름에 특히 높습니다. 이러한 조건에서는 배터리 셀에 점차적으로 전하가 축적되어 쉽게 과충전될 수 있습니다.
사이트에 조명을 배치하여 시스템 조립을 시작할 수 있습니다. 여기에는 제한이 없으며 더 유용한 곳에 조명을 설치할 수 있습니다. 램프는 두꺼운 전선으로 병렬로 연결됩니다. 적절한 와이어 키트를 사용하는 경우 필요한 와이어가 반드시 구성에 포함됩니다. 그렇지 않은 경우 18번 평면 조명 케이블을 권장합니다. 조명으로 이어지는 전선은 타이머 회로에 연결됩니다. 타이머는 지나가는 자동차의 헤드라이트나 기타 외부 소스가 아닌 태양 광선에 노출될 수 있도록 배치해야 합니다. 타이머는 12V 배터리에 연결되며 배터리 수명은 사용하는 배터리 유형에 따라 다릅니다. 원하는 경우 자동차 배터리를 사용할 수 있지만 주기적 작업의 가혹한 조건에서는 오래 가지 않습니다. 보트 배터리를 사용하는 것이 좋습니다. 이러한 배터리는 반복되는 심방전 주기 조건에서 작동하도록 설계되었습니다. 비용은 조금 더 들지만 일반 자동차 배터리보다 훨씬 오래갑니다. 충전 조절기는 태양 전지와 축전지 사이에 연결됩니다. 충전 조절기에 좋습니다. 이 레귤레이터. 극성을 관찰하면서 레귤레이터의 출력을 배터리에 연결하고 입력을 태양 전지에 연결하기 만하면됩니다. 솔라 어레이의 전면 패널은 남쪽 방향에 위치합니다. 타이머는 일몰 후 조명이 필요한 시간으로 설정됩니다. 날씨에 더 잘 맞도록 계절이 바뀌면 타이머를 조정해야 할 수도 있습니다. 이제 해가 진 후에도 집 근처의 길에 조명이 켜집니다. 저자: 바이어스 T.
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