Come Costruire una Lampada da Giardino ad Energia Solare

Costruire una Lampada ad Energia Solare

Ben trovato in questa guida MPPTSOLAR.

In questa guida ti insegneremo come costruire una semplice ed economica lampada a led crepuscolare alimentata ad energia solare. La lampada si accenderà automaticamente al tramonto e si spegnerà automaticamente all'alba. In questo modo di giorno, il pannellino solare fotovoltaico ricaricherà la pila, mentre di notte, la pila alimenterà l'illuminazione a led.

Moltissime lampade ad energia solare sono realizzate attraverso diversi componenti elettronici come diodi, transistor, condensatori, resistenze, due o tre pile ricaricabili e una fotoresistenza.

La lampada che noi andremo a costruire invece avrà bisogno solamente di pochissimi componenti elettronici e sarà capace di alimentare uno o più led di potenza da una sola pila ricaricabile da 1,2V. La funzione di gestione della carica, della rilevazione luminosa esterna, dell'isteresi e del pilotaggio dei led sarà svolta da un piccolo integrato prodotto dalla Prema Semiconductor, il PR4403.

Schema elettrico

Vediamo subito lo schema elettrico della lampada ad energia solare che andremo a costruire. Il pannellino fotovoltaico è usato sia per produrre energia fotovoltaica, sia per rilevare la quantità di luce nell'ambiente (non serve quindi neanche la fotoresistenza).

Una tensione d'alimentazione compresa tra 0,9V e 1,9V è sufficiente all'integrato per pilotare il LED di potenza, con una corrente stabile che può arrivare fino a 40mA, indipendentemente dalla tensione d'ingresso. Il valore dell'induttanza esterna L1 stabilisce la corrente che andrà al LED.

Nel circuito non è presente la fotoresistenza perchè useremo direttamente il pannellino fotovoltaico come sensore di luce e tramite la resistenza RLS potremo modificare la soglia di luce sotto la quale vogliamo l'accensione del led. L'integrato PR4403 presenta al suo interno un convertitore switching step-up che permette di ottenere in uscita una tensione maggiore rispetto alla tensione d'ingresso proveniente dalla pila ricaricabile. La protezione dalla autoscarica della pila è garantita dall'integrato PR4403. Infatti nel momento che la pila presenta una tensione inferiore a 850mV, l'integrato stacca la pila.

Quale pila, pannellino e diodo scegliere?

Dato che la tensione d'alimentazione Vcc accettata dall'integrato è compresa tra 0,9V e 1,9V, è consigliabile la scelta di una pila ricaricabile da 1,2V, come queste. La capacità della pila ricaricabile è bene che sia pari o superiore a 2000 mAh in modo da assicurare una maggiore quantità di energia accumulabile e una maggiore durata dell'illuminazione notturna. La tensione del pannellino solare fotovoltaico deve essere di 2,4V e la corrente prodotta non deve essere superiore a 200mA. Il diodo che andrà collegato in serie al pannellino è bene che abbia una tensione di soglia molto bassa, in modo da ridurre al minimo le perdite d'energia. Per questo consigliamo il diodo Schottky siglato 1N5819.

Come calcolare la resistenza RLS?

La resistenza variabile RLS, che stabilisce il livello di luce esterno che desideriamo per l'accensione automatica del led, ha normalmente un valore intorno a 1,2MΩ. Per calcolare esattamente il valore della resistenza RLS in funzione del valore di soglia Von che vogliamo, possiamo affidarci alla seguente formula, presa dal datasheet dell'integrato:

RLS= ((Von * R2) / Vref) − (R1 + R2)

R1, R2 e Vref sono già noti e sono rispettivamente R1= 30kΩ, R2= 400kΩ e Vref = 200mV

Come scegliere l'induttanza L1?

L'induttanza deve essere scelta in base alla corrente che desideriamo fornire al LED della lampada. Nella figura sotto, sono riportati i valori dell'induttanza in funzione della corrente che vogliamo in uscita. Usare induttanze di valore più basso di quello corretto può causare un comportamento difettoso del circuito. Le induttanze usate negli alimentatori switching sono altamente raccomandate. Trova l'induttanza più adatta!

Come scegliere il LED di potenza?

La durata di vita di un LED può essere ridotta se il LED viene sottoposto a condizioni di funzionamento che non rientrano in quelle specificate del produttore. È quindi importante controllare sempre la scheda tecnica del LED che vogliamo usare per la nostra lampada ad energia solare e controllare soprattutto la massima corrente a cui può essere sottoposto. Se vogliamo avere maggiore luminosità ed il LED da solo non è in grado di sopportare una certa corrente, è possibile collegare in parallelo due o più LED. In questo modo la corrente viene divisa su più LED. Trova il diodo LED più adatto!

La pila ricaricabile

La tensione d'ingresso può essere al massimo di 1,9V. È raccomandato l'uso di pile ricaricabili Ni-Mh (tipo AA o AAA). Le batterie al litio non sono consigliate a causa della loro maggiore tensione. La pila è bene che sia collegata all'integrato PR4403 con collegamenti più corti possibili in modo da ottenere basse cadute di tensione lungo la linea. La caduta di tensione tra pila e integrato incide sulla corrente del LED e quindi sul funzionamento e sull'efficienza della nostra lampada solare da giardino. Nei casi in cui il collegamento corto non sia possibile, è bene inserire un condensatore tra l'alimentazione Vcc e la massa Gnd. Normalmente un valore di 100nF è sufficiente.

L'integrato PR4403 puoi acquistarlo online su Amazon.it (in italiano) oppure sul sito Ak-modul-bus.de (in tedesco). Su questo principio di funzionamento sono costruite molte luci a LED sul mercato, come ad esempio le classiche luci per albero di Natale da esterno ad energia solare.