如何制作太阳能时钟

第1步：新的超级电容器

上图显示了一个容量超大的超级电容器500法拉。这些现在可以在eBay上廉价获得，并用于汽车工程实践。它们比我第一篇文章时常规提供的20或50法拉单位大得多。您可以在图片中看到它们在物理上相当大，并且不适合大多数时钟，并且必须单独安装。

对于我们的目的非常重要的是，当充电至1.5伏时，存储的足够500法拉电容器中的能量运行一个典型的电池时钟大约三周，然后电压下降到刚刚超过伏特并且时钟停止。这意味着电容器可以在冬天太阳能短缺的情况下使时钟保持平稳，然后在明亮的一天赶上。

这里也可以提到大型户外时钟有最近成为时尚，这些将非常适合文章中所示的技术。 （这些室外时钟是否足够强大，可以在长时间内持续到外面是一个有争议的问题。）

步骤2：所需组件

您需要一个电池时钟。本文所示的直径为12英寸，由英国Anthorn的无线电控制，以60 kHz的频率传输。它是在当地商店购买的。

其他组件如上图所示。

一个500法拉的超级电容器。

一个6伏100mA太阳能电池阵列。

其余组件可从电子元件供应商处广泛获得

1 2N3904硅NPN晶体管。一个好的主力，但任何硅NPN都可以工作。

4 1N4148硅二极管。并不重要，但所需数量可能会有所不同，请参阅后面的文字。

1 100 x 75 x 40mm ABS外壳。我使用黑色，因为太阳能电池是黑色的。在我的情况下，超级电容器只有很小的余地 - 你可能需要选择下一个盒子尺寸！

一块条形板。我从一块127x95mm切割出来，并将正确的宽度插入ABS盒中。

你将需要红色和黑色绞线，为了最后的组装，我使用了一块空白的印刷电路板和柔性硅胶

你需要适当的电子结构工具，包括烙铁。

第3步：电路

超级电容器的最大额定电压为2.7伏。为了运行我们的时钟，我们需要1.1到1.5伏特。普通电池电子时钟的移动可能会承受高于此电压，但无线电时钟的电子电路可能会因电源电压过高而变得不稳定。

上面的电路显示了一个解决方案。该电路基本上是射极跟随器。太阳能电池输出通过22k欧姆电阻器施加到2N3904晶体管的集电极和基极。从基极到地面，我们有一系列4个1N4148硅信号二极管，由22k欧姆电阻供电，在晶体管基极上产生约2.1伏的电压，因为每个二极管的正向压降约为半伏。条件。由于晶体管中存在0.6伏的电压降，因此馈送超级电容器的晶体管发射极上产生的电压约为所需的1.5伏。不需要用于防止电流通过太阳能电池泄漏所需的正常阻塞二极管，因为晶体管的基极发射极结可以完成这项工作。

这是原油但非常有效且便宜。单个齐纳二极管可以取代二极管链，但低压齐纳二极管并不像高压二极管那么广泛。通过在链中使用更多或更少的二极管或使用具有不同正向电压特性的不同二极管，可以获得更高或更低的电压。

步骤4：测试我们的电路1

在制作最终的“硬”版本之前，我们需要测试我们的电路以检查一切是否良好以及我们是否为超级电容产生正确的电压，最重要的是，产生的电压不能超过2.7伏额定值。

在上图中，您将看到测试电路与上一步骤中显示的原理图非常相似，但这里的超级电容已被1000 microFarad电解电容替代，该电容并联一个47 kOhm的电阻。当光输入变化时，电阻允许电压泄漏以提供最新读数。

步骤5：测试我们的电路2

在上图中，您可以看到电路如何在无焊面包板上以临时形式连接，并在万用表上测量电压输出。电路布置在靠近窗户的位置，窗户可以通过百叶窗改变光线到达光电管。

万用表显示一个令人满意的1.48伏特，当光输入变化时，它的正负0.05伏特变化。这正是所需要的，可以使用这个组件集合。

如果结果不正确，可以在此阶段添加或删除链中的二极管以增加或减少输出电压或试验具有不同前向特性的不同二极管。

步骤6：切割条板

在我的情况下，这很容易条形板的宽度为127毫米，锯成一块，插入ABS盒的模制件中。

步骤7：准备太阳能电池。

对于某些太阳能电池阵列，您可能会发现红色和黑色电线已焊接到太阳能电池上的触点，否则将一段黑色绞合线焊接到太阳能电池的负极连接和类似物红色绞合线的长度为正极连接。为了防止连接在施工期间被拉离太阳能电池板，我使用柔性硅胶将电线固定在太阳能电池体上并将其固定下来。

步骤8：应用太阳能电池到ABS盒

在ABS盒底部钻一个小孔，用于连接导线。如图所示，涂上四块大的硅胶，将连接导线穿过孔，轻轻涂抹太阳能电池。太阳能电池将以ABS盒为荣，让连接导线从下面通过，因此大量的胶水确实需要很大 - 在这个阶段改变你的想法会非常混乱！离开去设定。

第9步：检查你的工作

你现在应该有类似上图中的结果。

步骤10：为电源钻孔以退出太阳能电源模块

在这个阶段我们需要提前思考并考虑如何电源离开电源并供给时钟，我们需要在ABS盒中钻一个孔来实现这一点。上面的图片显示了我是如何做到这一点的，但是我可以通过向中间走更远而做得更好，从而将电线置于不太明显的位置。你的时钟很可能是不同的，所以提供功率单元，并确定你的孔的最佳位置，现在应该在盒子装配各种组件之前钻孔。

步骤11：将元件焊接到剥离板

将元件焊接到剥线板，如上图所示。电路很简单，有足够的空间来扩展组件。随意让焊料桥接两排铜线，以便连接到地，正极和输出。现代条形板相当精致，如果你花费太长时间焊接和拆焊，轨道可能会升起。

步骤12：组装太阳能发电机组

使用黑色和红色绞合线并且 严格遵守极性 将太阳能电池板引线连接至条形板，并将输出电源连接至超级电容器，然后再将其连接至一对18英寸的引线最终将连接到时钟。使用足够的电线，以便在盒子外部进行组装。现在将条形板组件插入ABS盒上的槽中，然后使用Blu-Tack垫将超级电容器固定到位。为了安全起见，使用遮蔽胶带将输出引线的裸露端部分开以防止它们短路。轻轻地将多余的电线放入盒子的剩余空间，然后拧上盖子。

步骤13：将单元连接到时钟

每个时钟都会有所不同。在我的情况下，将时钟与太阳能发电装置结合只是一个问题，就是使用一块普通的单面印刷电路板，大约四点半，两英寸粘在时钟上，而太阳能装置用硅胶粘合并允许固定。地板层压板可能就足够了。不要将设备电气连接，而是将时钟和太阳能电池板放在阳光下或明亮的地方，并让超级电容器充电至1.4V。

一旦电容器充电，使用一段木制销钉将引线连接到时钟以保持连接。现在应该运行时钟。

在附图中注意到松散的电线有已经整理了几个Blu-Tack blob。

第14步：完成了！

上面的图片显示了我的时钟在我们的音乐学院快乐地跑步，在那里应该跑步，并应对八小时的冬季和“春季前进后退”。尽管我们已经超过秋分并且缩短了天数，但供电电压仍为1.48伏。

这种设置可能会在房屋内部署，但这需要成为实验的主题。有一个这些天英国的房屋倾向于有较小的窗户，环境光可能有点昏暗，但人造光可能会纠正平衡。

第15步：最后的想法

有些人可能会指出电池很便宜，为什么还要费心呢？这不是一个容易回答的问题，但对我来说，开始一些可能在无人看管的情况下可能会在一个偏远且无法进入的地方长时间无人看管。

另一个有效的问题是“为什么不使用Ni/Mh可充电电池而不是超级电容？“这样可以工作，电子设备可以更加简单，并且这种电池的1.2伏运行电压几乎可以满足电池时钟的最低电压要求。然而，可充电电池确实具有有限的寿命，而我们希望超级电容器具有我们期望的任何其他电子元件的寿命，尽管还有待观察。

该项目已经证明了高值超级电容器现在用于汽车工程可以很容易地使用太阳能充电。这可能会带来许多可能性：

远程应用，例如无线电信标，其中包括太阳能电池在内的所有东西都可以安全地放置在坚固的玻璃外壳中，例如甜罐。

适用于Joule Thief型电路，带有一个超级电容器，可同时为多个电路供电。

超级电容器可以像所有电容器一样轻松并联，也可以串联两个电容器而不会产生平衡复杂性电阻器。我可以看到有足够的后面这些单元并行为移动电话充电的可能性，例如，通过专有的升压转换器非常快。