Tuto Alimentation à pile avec des panneaux solaires.

Tuto Alimentation à pile avec des panneaux solaires.

lampe solaire
Un petit montage simple avec des panneaux solaires récupérés dans des lampes de jardin ou bornes extérieures.

Sommaire:

  1. Introduction du montage.
  2. Introduction et base des portes logiques.
  3. Schéma et explication du fonctionnement.
  4. Conseils pour la charge avec les panneaux solaires.
  5. Typon du montage.
  6. Liste des composants.
  7. Fabrication du circuit imprimé.
  8. Implantation et soudure des composants.
  9. Fabrication du support de pile.
  10. Bonus : mise en boîtier Imprimé en 3D.

  1. Introduction du montage

    Les panneaux solaires proviennent de chez G***, vous savez ceux à 0.80cts, en plus de ne pas éclairer grand chose, au bout de 2 ans ils s’avèrent qu’ils prennent l’eau et le petit circuit à l’intérieur fini par être corrodé et ne plus marcher. En bref ce sont surtout les panneaux solaires que vous payez.

    Je vous propose donc un petit montage pour réutiliser ces petits panneaux solaires, vous permettant d’allumer jusqu’à 5 LED durant la nuit et de les éteindre durant la journée tout en rechargeant les piles. Dans cette configuration l’alimentation peut durer 48h sans recharge.

    Ce montage s’avère aussi parfait pour les débutants qui veulent s’initier aux portes logiques en électronique, ainsi qu’aux panneaux solaires.

  2. Introduction et base des portes logiques

    Pour la petite histoire, le montage à été débuté avec des transistors bipolaires mais le montage ne fonctionnait pas correctement.

    En effet lors de la recharge les transistors bipolaires utilisés en tant que porte logique créaient une déviation, et le courant prenait le chemin le plus direct.

    Il ne restait donc qu’une petite tension résiduelle au niveau des piles 500mVolt d’environ sur 6Volt à vide à la sortie des panneaux solaires. Autant dire que charger 3 piles lr3 est impossible.

    Je me suis donc dirigé vers des transistors de type MOSFET. Je n’en ai trouvé aucun avec une tension d’avalanche (tension ou le transistor devient passant) inférieur à 5v. Mon choix s’est donc porté sur le CD4007 qui fonctionne avec 3 petit volts. Il contient 4 transistors MOSFET 2N et 2P permettant de créer un double inverseur. Nous avons seulement besoin d’un simple inverseur, d’où ma recherche sur les transistors MOSFET.

    Si le transistor MOSFET fonctionne sans consommer de courant lorsqu’il n’est pas activé, contrairement à son analogue le transistor bipolaire, c’est qu’aucun courant ne passe tant que la gâchette n’est pas activée ou désactivée en fonction du montage . On peut voir l’ensemble transistor MOSFET P et N comme un unique transistor bipolaire séparé en deux.

    Pour imager:

    Voici le schéma d’une porte logique “NON” (il en existe plein d’autre mais je ferais un post complet sur les transistors plus tard) réalisé avec les différents types de transistors.

    schéma porte logique

    A gauche le schéma d’une porte logique créée avec un transistor bipolaire. Lorsque la gâchette est active le courant circule dans le sens des flèches rouges.
    Lorsque la gâchette est inactive le courant transite par le biais des flèches vertes. Donc dans un cas la sortie est inactive et dans l’autre active.

    A droite le schéma d’une porte logique créer avec deux transistors MOSFET un N et un P.
    Lorsque la gâchette est active le courant circule dans le sens des flèches rouges. Sinon lorsque la gâchette est inactive le courant transite par le biais des flèches vertes donc dans un cas la sortie est reliée au + dans l’autre au -.

  3. Schéma et explication du fonctionnement

    Si je vous est expliqué tout cela, c’est juste que ce sera plus simple pour comprendre le montage basé sur le cd4007. A suivre le schéma du montage:

    schéma panneaux solaires

    Quelques explications en deux temps:

    1. Tout d’abord la charge des piles. Lorsqu’il fait jour, les panneaux solaires génèrent une tension alimentant la gâchette pin 3 de la porte logique inverseuse du 4007. Cela a pour effet de couper l’alimentation de la gâchette du transistor bipolaire BC337 et donc d’éteindre la LED D2. En parallèle les panneaux envoient du courant dans la borne + des piles par le biais de la diode D1 évitant ainsi tout retour de tension dans les panneaux solaires, ce qui leur serait fatal.
    2. Lorsque qu’il fait nuit, les panneaux solaires arrêtent leur production de courant ou du moins elle devient inférieure à 3v, ce qui a pour effet de désactiver le pin 3 du 4007, d’activer la gâchette du transistor bc337 et enfin d’allumer la LED.
  4. Conseil pour la charge

    Il est conseillé d’adapter le nombre de pile en série, au nombre de panneau de 2V en série et d’ajuster l’intensité de recharge, sur la base de la consommation du montage lorsque les LEDs sont activées. Il y a une relation entre le temps de charge et la consommation à garder. Ce montage n’est pas parfait car il n’y a pas de contrôle de charge.

    Dans le cas du montage après test, il consomme environ 30ma/h pendant 6 à 12h en fonction des saisons, donc 180 à 360 ma en une nuit. Les panneaux solaires fournissent environ 20ma, peut être plus en plein soleil aux heures de pointe. Les tests sont moins performants car réalisés à environ 18h au mois d’avril. Donc en partant sur la base 20ma/h pendant 12 à 18 heures de charge on se retrouve avec 240ma à 360ma de charge par jour.

    Donc si vous surdimensionnez trop le nombre de panneau par rapport à la consommation de votre montage, vous allez régulièrement surcharger vos piles et donc entrainer leur mort précoce .

  5. le typon:

    Typon montage

    Je mets à disposition le fichier “PDF” prêt à imprimer les deux typons (face composants + face piste) qui passent d’un coup sur une seule page Téléchargeable ici

    Note: N’essayez pas d’imprimer le typon depuis les images du tuto car vos impressions ne seront pas à l’échelle.

  6. Liste des composants

      • C1 Condensateur 15pf
      • R1 résistance 10ohm 1/4w
      • Q1 transistor BC337
      • CD4007
      • D1 1n5819
      • Solar 1 ( 3 en séries)
      • LED D2 (5 en parallèles)
      • Bat 1 (3* 1.2v LR3 en séries)Vue 3d montage panneaux solaires
  7. Fabrication du circuit imprimé.

    Vous pouvez retrouver toute la procédure de fabrication de circuit imprimé ici sur notre tuto

  8. Implantation des composants.

    Pour simplifier la soudure des composants, il est essentiel de respecter un certain ordre d’implantation. Commençez par les composants les plus petits / fins, et finissez par les plus gros / grands.

    1. Commencez par les straps ( ce sont de simples fils métalliques conducteur. Vous pouvez aussi récupérer un bout de patte de composant). Il n’y en a qu’un sur le montage, il se trouve au niveau du texte Solar 1 entre les pin 1 et 5 du cd4007.
    2. Ensuite la résistance de 10ohm et la diodes 1N5819.
    3. Puis le microcontrôleur cd 4017.
    4. Les transistor Q1 et le condensateur en jaune orangé sur la vue 3d.
    5. Enfin soudez des fils sur les bornes + et – des LEDs en D2 et des panneaux (la led la plus proche du texte Solar 1 représente le panneau solaire). Pour une maintenance plus facile, je conseille de mettre des petits connecteurs style Dupont, un mâle 2pin pour les LEDs et un mâle 2pin pour les panneaux.
  9. Fabrication du support de pile.

    Cette étape est facultative, vous pouvez très bien acheter une petite batterie ni-cd ou ni-mh de 3.7v ou acheter un support de pile tout fait, mais ce n’est pas le but de ce tuto. DIY jusqu’au bout.

    • Première étape:Définir la taille de nos piles.

      Les piles LR3 font environ 44mm de long * 10,5 mm de diamètre.

    • Deuxième étape:Préparation.

      Découpez 2 petits morceaux de PCB vierge de la dimension des 3 piles, l’une à coté de l’autre, soit 31,5 mm plus une petite marge de 2mm, soit 33,5mm pour une hauteur de pile de 10,5 que nous arrondissons à 11mm.

      pcb support de pile

    • Troisième étape: Coupez les pistes.

      Séparez les pistes au deux tiers de ces dernières comme illustré ci-dessus.

    • 4ème étape: Soudez les ressorts .

      Soudez à l’étain les petits ressorts sur les pistes. Leur emplacement est illustré par les points bleu ci-dessus. Vous pouvez prendre un grand ressort et le couper en 3 morceaux de 5mm environ. La borne – et la borne + sont aussi illustrées, elles doivent correspondre à celles de la carte principale.

    • 5ème étape: Installation du support sur le circuit principal.

      Vous aurez besoin de:

      • Petites tiges métalliques de 3mm environ (j’ai récupérer des queues de rivets pop).
      • De colle époxy.
      • Et des deux petits bouts de carte préparé à l’étape précédente.
      • Percez les trous “A, B, C, D” de la carte principale. Insérez les tiges de rivets que vous aurez recoupées à une taille d’environ 14mm de long.

Soudez-les le plus droit possible puis disposez les petits bouts de carte précédemment coupés comme sur la photo. Assemblez les avec de la colle époxy sur la partie arrière des cartes (coté sans cuivre).

Vous pouvez, pour faciliter cette étape, intercaler une pile, pour maintenir les carte en place contre les tiges précédemment installées. Attention au sens!!!!!carte électronique

    • 8ème étape.

      Une fois la colle sèche, soudez 2 petits straps sur les points “A” et “C” au + et – du support de pile.

  1. Fabrication et mise en boitier

Pour cette étape, j’ai développé un petit boitier Imprimé en 3D pour recevoir les panneaux solaires et la petite carte.

Retrouvez les fichiers STLs ici.

  1. Première étape; la préparation du couvercle avec les panneaux solaires. Pour celà assemblez les panneaux solaires à l’aide de colle chaude ou de silicone pour assurer l’étanchéité. couvercle boitier à assemblé
  2. Soudez ou connectez les panneaux solaires en série, avant d’assembler les brides de maintien des panneaux pièces B. Assemblez ensuite les 2 fils(le +et – des panneaux) restant dans un connecteur Dupont femelle de 2pincouvercle boitier assemblé
  3. Vissez la carte sur les 4 plots prévu à cet effet dans le fond de la boite.carte assemblé dans le boitier
  4. Assemblez un connecteur Dupont mâle allant sur les fils des LEDs, puis collez le dans l’encoche prévu à cet effet.connecteur exterieurs
  5. Mettre un dernier connecteur Mâle sur les fils partant de la carte devant se connecter aux panneaux solaires. A cette étape, vous pouvez déjà vérifier que votre montage marche. Pour ce faire, insérez 3 piles dans le support de pile, puis testez la tension aux bornes du connecteur que vous avez précédemment collé. Elle doit être de l’ordre de 3.6V environ.

    Ensuite branchez vos panneaux solaires. S’ils captent de la lumière, il ne devrait plus y avoir de tension sur le connecteur des LEDs et inversement. Si tout est OK, vous pouvez fermer le couvercle à l’aide de 4 vis par le dessous. Votre boitier est prêt à être utilisé.

    boitier solaire FiniRetrouver une vidéo de l’impression d’un logo de comptoir prévu pour aller avec ce montage; c’est par ici

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