كشاف صغير يعمل بالطاقة الشمسية

كشاف صغير يعمل بالطاقة الشمسية

مقدمة

هو عبارة عن كشاف صغير للطوارئ يعمل بالطاقة الشمسية على شكل مكعب صغير مع خرج 3 واط فقط، الكشاف مزود بلوحة شمسية صغيرة عالية الكفاءة وخرجها 5V 80mA، موضوعة على الوجه الخلفي للمكعب بطريقة مناسبة، ولسهولة تركيب الخلية مع المكعب تم وضع عدد 4 مغناطيس وهذا يسمح بفصل وتركيب الخلية الشمسية مع بقية المكعب.

هذه الميزة لتركيب المغناطيس تضمن التركيب والإتصال الجيد للخلية الشمسية كما أنها تسمح بتغيير وضعية الخلية لزيادة التعرض لأشعة الشمس والحصول على أكبر قدر من الطاقة، وبشكل عام تصميم الكشاف على شكل مكعب لا يميزه الشكل الأنيق وحسب بل يعطى سهولة الإستخدام أيضا فى حالات الطوارىء لصغر حجمه وسهولة حمله.

كان الهدف الأساسي لتطوير وتصميم هذا الكشاف هو إيجاد مصدر للإضاءة ويمكنه حل مشاكل الإضاءة فى مواقف مختلفة سواء كان في حالة انقطاع التيار الكهربائى أو فى حالة التخييم، ونظرا لحجمه الصغير ووزنه الخفيف فإنه يتميز بإمكانية نقل استثنائية مما يسمح بسهولة حمله أو نقله واستخدامه فى مواقف مختلفة أثناء انقطاع التيار الكهربائى أو عندما لا يتوفر مصادر إضاءة تقليدية، يعمل هذا الكشاف كبديل للإضاءة التقليدية يمكن الإعتماد عليه مما يضمن الإضاءة المستمرة للتنقل فى الأماكن المظلمة ويعطيك الإحساس بالأمان.

وعلاوة على ذلك فإن الأشخاص الذين يحبون الهواء الطلق والخروجات فإن هذا الكشاف يعتبر الرفيق المناسب لهم فى التخييم او المعسكرات، حيث أنه يوفر مصدر للإضاءة باستخدام الطاقة الشمسية.

يدور هذا المشروع حول كيفية بناء وعمل هذا الكشاف، إذن دعونا نبدأ عمله.

لوازم

هذه هى الأجزاء المستخدمة فى صناعة الكشاف:

  • خلية شمسية 5.5V 80 mA.
  • IP5306 Power Module.
  • بطارية 3.7V, 1200mAh.
  • أجزاء مجهزة على طابعة ثلاثية الأبعاد.
  • عدد من المغناطيس.
  • شريط لاصق مزدوج.
  • JST Wire harness لتنظيم وترتيب الأسلاك.

خطوة 1 : تصميم ثلاثي الأبعاد

في بداية هذه التصميم نبدأ اولا بتجهز الأجزاء ثلاثية الأبعاد على شكل مكعب.

وفي داخل هذا التصميم سنضع بطارية ليثيوم 18650، والتي ستكون متصلة بكشاف ليد موضوع على الجانب الأمامي وأيضا متصلة مع الخلية الشمسية الموجودة على الوجه الخلفي.

ومن أحد الجوانب والمميزات الرئيسية لهذا المشروع هو وحدة الخلية الشمسية القابلة للفصل والتي يمكن استبدالها بوحدة طاقة أعلى بكثير بسبب ميزتها القابلة للفصل.

والجدير بالذكر أنه قد تم إجراء هذا التصميم بالكامل على برنامج fusion360 وإليك طريقة صنع هذا التصميم:

باستخدام برنامج fusion360 قمنا في البداية بإنشاء تصاميم LED PCB والبطارية واللوحة الشمسية، فعندما يتم تصميم الأجزاء أولا كلا على حدة سيصبح التنسيب والتصميم أبسط وأكثر وضوحا لأننا فقط سنحتاج لإنشاء الغلاف الخارجى للأجزاء المصممة بالفعل.

بعد تصميم الأجزاء سنقوم بتصميم الجسم من الداخل والذي يحتوي على البطارية والمكونات الأخرى وحامل لمبات LED، حيث أن حامل لمبات LED سيتم وضعه داخل الجسم ويستخدم لحمل وحفظ لمبات LED PCB وأيضا كغطاء إغلاق للاحتفاظ بالبطارية الليثيوم في موضعها.

ثم بعد ذلك قمنا بتصميم حامل اللوحة الشمسية بأربعة مغناطيسات تقع بالقرب من كل حافة.

تثبيت الخلية الشمسية باستخدام شريط لاصق على الوجهين.

بعد الإنتهاء من التصميم نقوم بإدخال جميع الملفات الى برنامج CURA لتقسيم جميع الملفات ثم طباعتها على طابعة ENDER 3 القديمة.

استخدمت فى الطباعة مادة PLA ذات اللون الأصفر من فوهة قطرها 0.4 مم وارتفاع 0.2 مم.

ولتحميل الأجزاء التي تم تصميمها بصيغة stl

  • لتحميل ملف حامل لمبات LED من هنــا.
  • ولتحميل الجسم الداخلى من هنــا.
  • ولتحميل إطار الخلية الشمسية من هنــا.

خطوة 2 : الحصول على الخلايا الشمسية من موقع PCBWAY Giftshop

وبالنسبة لمصادر الأجزاء المستخدمة فإننى حصلت على الخلية الشمسية من موقع PCBWAY's GIFTSHOP، وللذهاب للرابط الخاص ببيع هذه الخلية يمكنك الضغط هنـــا.

الجدير بالذكر أن موقع PCBWAY Giftshop هو متجر إلكتروني يمكنك من خلاله الحصول على مجموعة متنوعة من الوحدات واللوحات الإلكترونية بسعرها الأصلى أو يمكنك استخدام عملة الموقع والتي تسمى beans.

يمكنك الحصول على هذه النقاط نتيجة لشرائك بعض الأشياء والمكونات من الموقع فأنت تحصل على هذه النقاط كمكافأة أو يمكنك الحصول عليها عندما تشارك بعض الأشياء على الموقع.

خطوة 3 : إضافة قطع المغناطيس لوصل قطعة حامل الخلية الشمسية مع الجسم الداخلي

فى هذا التصميم نستخدم مغناطيس Shiny round ferrite magnets والذى يسمى أيضا باسم ceramic magnets وهو نوع من المغناطيس الدائم مصنوع من مركب من أكسيد الحديد والباريوم أو كربونات السترونتيوم، وهي معروفة بتكلفتها المنخفضة نسبيًا ومقاومتها لإزالة المغناطيسية.

  • نرتبهم معا أولا لبدء تجميع المغناطيس، سنحتاج إلى زوجين من المغناطيس فى كل جانب.
  • نضع على كل حافة من الجسم الداخلى قطعة مغناطيس لذلك فإننا نحتاج إلى أربعة قطع، ثم نضع أربعة قطع أخرى على حامل الخلية الشمسية.

خطوة 4 : تجميع حامل الخلية الشمسية

  • نقوم بوضع اللوحة الشمسية على الحامل باستخدام شريط لاصق ذو الوجهين.
  • بعد ذلك نقوم بتوصيل أطراف الأسلاك الموجبة والسالبة مع الألواح الشمسية PV + و PV- باستخدام مكواة لحام عادية.

خطوة 5 : الإختبار

بعد لحام أطراف الأسلاك الموجبة والسالبة فى اللوحة، نقوم بقياس جهد اللوحة، وهو 4.0 فولت تحت الضوء، وعندما تتعرض هذه اللوحة لأشعة الشمس نتلقى 5.5 فولت كحد أقصى.

خطوة 6 : تجميع حامل لمبات LED

  • فى هذا المشروع نستخدم مصابيح LED من مشروع قديم، ثم نضع معجون اللحام فى المكان المخصص لمصابيح LED، ثم نقوم بوضع المصابيح.
  • فى هذه الخطوة نستخدم ثلاثة مصابيح LED من النوع Cree 3V/1W، ويتم توصيلها على التوازي.
  • ثم يتم وضع لوحة PCB على لوح تسخين مصغر والذى يقوم بتسخينه من الأسفل حتى يذوب اللحام، وبمجرد أن يصل PCB إلى درجة الحرارة هذه يذوب اللحام ويتم لحام جميع الأجزاء فى المكان المخصص لها.

خطوة 7 : إضافة زر تحكم فى الجسم الداخلى

نقوم بوضع زر التحكم ويسمى (rocker switch (SPST في الجسم الداخلى والذي يحتوي على فتحة مقاس 19 × 13 مم مصممة خصيصًا لذلك حيث بها قطعتين يمسكان المفتاح من الداخل وتستخدم لتثبيت المفتاح فى مكانه.

خطوة 8 : الدائرة الرئيسية

استخدمت وحدة شحن من النوع IP5306 والتى لها خرج 5 فولت وفتحة لتوصيل مصابيح LED والعديد من المميزات الهامة الأخرى كتنظيم شحن وتفريغ بطارية Li-ion.

IP5306 عبارة عن وحدة طاقة IC شاملة توفر إمكانية إدارة التحكم فى الأجهزة المتصلة بها وتستخدم بشكل شائع فى تطبيقات مختلفة مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية ومشغلات الوسائط الأخرى وأى أجهزة تعمل بالبطارية.

يدمج IP5306 وظائف متعددة في شريحة واحدة، مما يجعله حلاً مدمجًا وفعالًا لإدارة الطاقة، وتتضمن بعض ميزاته الرئيسية ما يلي:

  • شحن البطارية: يدعم IP5306 أوضاع شحن متنوعة، فمنها شحن التيار المستمر والجهد الثابت، مما يضمن الشحن الفعال والآمن لبطارية الجهاز، يتضمن أيضًا ميزات مثل الحماية من الجهد الزائد وحماية التيار الزائد لحماية البطارية أثناء الشحن.
  • إدارة مسار الطاقة: تسمح ميزة إدارة مسار الطاقة للجهاز بالعمل حتى عندما تكون البطارية منخفضة أو غير موجودة، يمكنه إعطاء الأولوية لتوصيل الطاقة من البطارية أو مصدر طاقة خارجي، مما يضمن التشغيل المتواصل والإستخدام الأمثل للبطارية.
  • منظم الطاقة: ينظم IP5306 مستويات الجهد لمختلف مصادر الطاقة داخل الجهاز، مثل مصدر الطاقة الرئيسي ومصادر الطاقة المساعدة، ويساعد ذلك في الحفاظ على مستويات جهد ثابتة للمكونات المختلفة ويمنع التلف الناتج عن تقلبات الجهد.
  • مراقبة النظام: يشتمل IC على دائرة مراقبة تتعقب باستمرار المعلمات مثل جهد البطارية والتيار ودرجة الحرارة، يمكن استخدام هذه المعلومات لمعرفة سعة البطارية، والإدارة الحرارية، وتحسين أداء النظام.
  • تحسين الكفاءة: تم تصميم IP5306 لزيادة كفاءة تحويل الطاقة إلى الحد الأقصى، وتقليل إهدار الطاقة وإطالة عمر البطارية، فهي تستخدم تقنيات متقدمة مثل pulse-width modulation PWM للتحكم في توصيل الطاقة وتقليل تبديد الطاقة.

بشكل عام توفر وحدة الطاقة IP5306 IC حلاً موثوقًا ومتكاملًا لإدارة الطاقة في الأجهزة الإلكترونية المحمولة.

خطوة 9 : الأسلاك

الأسلاك فى هذا التصميم سهلة للغاية، فكل ماعليك هو توصيل الأسلاك الموجبة والسالبة فى البطارية مع الجزء المخصص لها فى وحدة التحكم IP5306 Module، ثم نقوم بتوصيل JST المضاف فى وحدة IP5306 إلى الوحدة الشمسية، ثم نقوم بتوصيل مصابيح LED مباشرة بالبطارية عن طريق مقاومة متغيرة للتحكم فى كمية التيار المتدفق إلى مصابيح LED.

يتم وضع زر التحكم بين الطرف الموجب للبطارية والطرف الموجب لمصباح LED.

تحتوي البطارية بالفعل على وحدة PCM متصلة بها والتي ستقطع جهد خرج البطارية بمجرد أن يصل جهد البطارية إلى 2.8 فولت، لذلك ليست هناك حاجة لتوصيل مصباح LED مباشرة بالبطارية.

خطوة 10 : تركيب مصباح LED على الجسم الداخلى

  • بعد مرحلة الأسلاك، نقوم بتثبيت حامل مصباح LED باستخدام أربعة مسامير M2.
  • وباستخدام نفس المسامير M2 نقوم بتثبيت LED PCB على حامل مصابيح LED ثم توصيل الطرف الموجب لمفتاح التحكم بالطرف الموجب لمصباح LED وربط المقاومة بـ GND الخاص بمصباح LED وهنا يتم استخدام مقاومة 1.5 أوم ، 2 واط.

خطوة 11 : النتيجة

إليك نتيجة هذا التصميم الصغير: مصباح صغير محمول للطاقة الشمسية يمكن استخدامه أثناء انقطاع التيار الكهربائي أو التخييم أو لمجرد إلقاء الضوء على أي شيء في أي مكان وفي أي وقت.

كانت الميزة الأساسية لهذا التصميم هي إعداد لوحة حاملة للخلية الشمسية القابلة للفصل والتركيب، ويمكننا إنشاء وحدة منفصلة لتناسب لوحة مختلفة وإرفاقها بالتصميم الحالي دون تغيير بنية الجسم. ولاستبدال اللوحة الشمسية الحالية نحتاج فقط إلى إنشاء حامل لوحة شمسية جديد.

خطوة 12 : الخاتمة

هذا المشروع عملي، ولكن هناك الكثير من التغييرات التي يجب إجراؤها مثل LED Diffusion وهو تشتيت الضوء، وحامل مناسب للكشاف، وحتى برنامج برمجة لتشغيل LED.

سيتم تصحيح هذه التغييرات في الإصدار 2 من هذا المشروع ، لذا ترقبوا ذلك.

اترك تعليقًا إذا كنت بحاجة إلى أي مساعدة بخصوص هذا المشروع.

لا توجد تعليقات حتي الآن.
تسجيل الدخول مطلوب

يجب عليك تسجيل الدخول لإضافة تعليق.

تسجيل الدخول