Ηλιακός λαμπτήρας χαμηλής τεχνολογίας με επαναχρησιμοποιημένες μπαταρίες: 9 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Αυτό το σεμινάριο σάς επιτρέπει να φτιάξετε μια ηλιακή λάμπα εξοπλισμένη με φορτιστή USB. Χρησιμοποιεί κελιά λιθίου που επαναχρησιμοποιούνται από έναν παλιό ή κατεστραμμένο φορητό υπολογιστή. Αυτό το σύστημα, με μια ημέρα ηλιακού φωτός, μπορεί να φορτίσει πλήρως ένα smartphone και να έχει 4 ώρες φως. Αυτή η τεχνολογία έχει τεκμηριωθεί κατά τη διάρκεια μιας στάσης της αποστολής "Nomade des Mers" στο νησί Luzong στο βόρειο τμήμα των Φιλιππίνων. Η ένωση λίτρο φωτός έχει ήδη εγκαταστήσει αυτό το σύστημα εδώ και 6 χρόνια σε απομακρυσμένα χωριά που δεν έχουν πρόσβαση σε ηλεκτρική ενέργεια. Διοργανώνουν επίσης εκπαίδευση για τους χωρικούς προκειμένου να τους μάθουν πώς να φτιάχνουν τον ηλιακό λαμπτήρα (έχουν ήδη εγκατασταθεί 500.000 λαμπτήρες).

Το αρχικό σεμινάριο, και πολλά άλλα για τη δημιουργία χαμηλών τεχνολογιών, είναι διαθέσιμα στον ιστότοπο του εργαστηρίου χαμηλής τεχνολογίας.

Το λίθιο είναι ένας φυσικός πόρος των οποίων τα αποθέματα χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο για ηλεκτρικά αυτοκίνητα, τηλέφωνα και υπολογιστές. Αυτός ο πόρος εξαντλείται σταδιακά με την πάροδο του χρόνου. Η αυξημένη χρήση του στην κατασκευή μπαταριών οφείλεται κυρίως στην ικανότητά του να αποθηκεύει περισσότερη ενέργεια από το νικέλιο και το κάδμιο. Η αντικατάσταση του ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού επιταχύνεται και γίνεται όλο και πιο σημαντική πηγή αποβλήτων (DEEE: Απόβλητα ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού). Η Γαλλία παράγει σήμερα 14 έως 24 κιλά ηλεκτρονικών αποβλήτων ανά κάτοικο ετησίως. Το ποσοστό αυτό αυξάνεται περίπου 4% ετησίως. Το 2009, μόνο το 32% των νέων Γάλλων ηλικίας μεταξύ 18 και 34 ετών, έχουν ανακυκλώσει κάποτε τα ηλεκτρονικά τους απόβλητα. Το ίδιο έτος 2009, σύμφωνα με την Eco-systèmes, από τον Ιανουάριο έως τον Σεπτέμβριο του 2009, αποφεύχθηκαν 113.000 τόνοι CO2 μέσω της ανακύκλωσης 193.000 τόνων DEEE, ενός από τους τέσσερις οικολογικούς οργανισμούς στον τομέα της DEEE.

Ωστόσο, αυτά τα απόβλητα έχουν υψηλές δυνατότητες ανακύκλωσης. Συγκεκριμένα, το λίθιο υπάρχει στις κυψέλες των μπαταριών του υπολογιστή. Όταν αποτυγχάνει μια μπαταρία υπολογιστή, ένα ή περισσότερα κελιά είναι ελαττωματικά, αλλά μερικά παραμένουν σε καλή κατάσταση και μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν. Από αυτές τις κυψέλες είναι δυνατή η δημιουργία μιας ξεχωριστής μπαταρίας, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία ενός ηλεκτρικού τρυπανιού, για την επαναφόρτιση του τηλεφώνου σας ή για σύνδεση με έναν ηλιακό πίνακα για τη λειτουργία ενός λαμπτήρα. Συνδυάζοντας πολλές κυψέλες είναι επίσης δυνατό να σχηματιστούν μεγαλύτερες μπαταρίες αποθήκευσης συσκευών.

Βήμα 1: Εργαλεία και αναλώσιμα

Προμήθειες

• Μεταχειρισμένη μπαταρία φορητού υπολογιστή
• Ηλιακός πίνακας 5V-6V / 1-3W Ρυθμιστής φόρτισης και εκφόρτισης (π.χ.: 4-8V 1A Mini Li-ion USB Arduino Battery Charger TP4056)
• Μετατροπέας τάσης DC/DC DC/DC ενισχυτής MT3608 (ηλεκτρικό εξάρτημα που μετατρέπει τα 3,7 V των μπαταριών σε 5 V)
• Λάμπα LED υψηλής ισχύος (π.χ.: μπουτονιές LED 3W)
• Διακόπτης (για να ανοίξετε το κύκλωμα και να κόψετε το φως)
• Ηλεκτρική ταινία
• Κουτί

Εργαλεία

Για την εξαγωγή κυττάρων:

• Γάντια (για αποφυγή κοπής με το πλαστικό της μπαταρίας του υπολογιστή ή με τις κορδέλες νικελίου που συνδέουν τα κελιά)
• Σφυρί
• Σμίλη
• Κοπή πένσας

Για να φτιάξετε τον ίδιο τον λαμπτήρα:

• Πυροβόλο κόλλας (και ραβδιά κόλλας)
• Όπλο θέρμανσης ή μικρός πυρσός
• Πριόνι ξύλου
• Κατσαβίδι

Βήμα 2: Πώς λειτουργεί;

Αυτό το σεμινάριο δείχνει πώς να ανακτήσετε τα κύτταρα του υπολογιστή για να δημιουργήσετε μια νέα μπαταρία. Τροφοδοτείται από ηλιακό πάνελ ή θύρα USB, θα σας επιτρέψει να ανάψετε μια λάμπα LED.

Το σύστημα λειτουργεί γύρω από τρεις ενότητες:

• η μονάδα λήψης ενέργειας: ο ηλιακός πίνακας και ο ελεγκτής φόρτισης
• η μονάδα αποθήκευσης ενέργειας: η μπαταρία
• η μονάδα που επιστρέφει την ενέργεια: η λυχνία LED και ο ρυθμιστής τάσης της

Ενότητα λήψης ενέργειας: Φωτοβολταϊκός πίνακας & ελεγκτής φόρτισης

Το φωτοβολταϊκό πάνελ συγκεντρώνει την ενέργεια του ήλιου. Επιτρέπει την ανάκτηση της ενέργειας για να την αποθηκεύσετε στην μπαταρία. Προσοχή όμως, η ποσότητα ενέργειας που λαμβάνει ο πίνακας είναι ακανόνιστη ανάλογα με την ώρα της ημέρας, τον καιρό… είναι σημαντικό να εγκαταστήσετε έναν ρυθμιστή φόρτισης/εκφόρτισης μεταξύ του πίνακα και της μπαταρίας. Αυτό θα προστατεύεται από υπερφόρτωση, μεταξύ άλλων.

Μονάδα αποθήκευσης ενέργειας: η μπαταρία

Αποτελείται από δύο κύτταρα λιθίου που ανακτήθηκαν από έναν υπολογιστή. Για να το πω με λίγα λόγια, μια μπαταρία μοιάζει λίγο με ένα κουτί που περιέχει αρκετές μπαταρίες: καθένα από αυτά είναι ένα κελί, μια μονάδα που τροφοδοτεί τη συσκευή με ηλεκτροχημική αντίδραση.

Τα κύτταρα που βρίσκονται στους υπολογιστές είναι κελιά λιθίου. Έχουν όλοι την ίδια ικανότητα αποθήκευσης ενέργειας, αλλά η ικανότητά τους να την παράγουν είναι διαφορετική για τον καθένα. Για να σχηματίσετε μια μπαταρία από τα κύτταρα είναι σημαντικό να έχουν όλα την ίδια ικανότητα να παρέχουν ενέργεια. Είναι επομένως απαραίτητο να μετρηθεί η ικανότητα κάθε κυψέλης να συνθέτει ομοιογενείς μπαταρίες.

Μονάδα που αποδίδει την ενέργεια: η λυχνία LED, η θύρα USB 5V και ο μετατροπέας τάσης της

Η μπαταρία μας παρέχει ισχύ 3,7V και οι λάμπες LED που χρησιμοποιήσαμε λειτουργούν στην ίδια τάση. Επιπλέον, οι θύρες USB παρέχουν τάση 5V. Συνεπώς, πρέπει να μετατρέψουμε την ενέργεια της κυψέλης από 3,7V σε 5V: χρησιμοποιώντας έναν μετατροπέα τάσης που ονομάζεται ενισχυτής DC/DC

Βήμα 3: Στάδια κατασκευής

Ακολουθούν διάφορα βήματα που είναι απαραίτητα για την κατασκευή του λαμπτήρα:

1. Αφαίρεση των κυψελών από την μπαταρία του υπολογιστή
2. Μετρήστε την τάση των κυψελών
3. Πραγματοποίηση των 3 μονάδων (ηλιακός πίνακας + ρυθμιστής φόρτισης μπαταρία LED φως + ρυθμιστής φόρτισης)
4. Σύνδεση των 3 ενοτήτων
5. Χτίζοντας ένα κουτί
6. Ενσωμάτωση ενοτήτων στο κουτί

Βήμα 4: Αφαίρεση των κελιών από τη μπαταρία του υπολογιστή

Για αυτό το μέρος σας προτείνουμε να δείτε το ακόλουθο σεμινάριο: Ανακύκλωση μπαταριών.

1. Φορέστε γάντια για να προστατέψετε τα χέρια σας
2. Τοποθετήστε τη μπαταρία και ανοίξτε την με ένα σφυρί και μια σμίλη
3. Απομονώστε κάθε κελί αφαιρώντας όλα τα άλλα μέρη (όπως φαίνεται στη φωτογραφία).

Βήμα 5: Μετρήστε την τάση των κυψελών και τη χωρητικότητά τους

Μέτρηση τάσης:

Ξεκινάμε μετρώντας την τάση κάθε κυψέλης για να ελέγξουμε αν λειτουργούν σωστά. Κάθε κυψέλη που έχει τάση μικρότερη από 3V δεν θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε αυτό το έργο και θα πρέπει να ανακυκλωθεί.

Χρησιμοποιώντας ένα πολύμετρο, σε λειτουργία DC, μετρήστε κάθε κελί και ελέγξτε αυτό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί από το έργο.

Να είστε προσεκτικοί: Εάν η μπαταρία του υπολογιστή φαίνεται να έχει υγρό εξωτερικά, μην ανοίγετε το κουτί, το λίθιο είναι επιβλαβές σε υψηλή δόση.

Μέτρηση χωρητικότητας:

Για να μετρήσουμε την χωρητικότητα ενός κελιού, πρέπει να το φορτίσουμε στο μέγιστο και στη συνέχεια να το αποφορτίσουμε. Αυτά τα κύτταρα έχουν βάση λιθίου και χρειάζονται ένα συγκεκριμένο σύστημα φόρτισης και εκφόρτισης, συνήθως το μέγιστο φορτίο είναι 4, 2 V και το ελάχιστο 3V. Η υπέρβαση αυτών των ορίων θα βλάψει το κύτταρο.

1. Χρησιμοποιήστε ένα PowerBank: θα σας επιτρέψει να φορτίσετε πολλά κελιά ταυτόχρονα με μια θύρα USB.
2. Φορτίστε τα κελιά και περιμένετε έως ότου ολοκληρωθεί η φόρτιση (όλο το φως πρέπει να είναι αναμμένο), θα γίνει σε περίπου 24 ώρες. (εικόνα)

3. Τα κύτταρα θα φορτιστούν στο μέγιστο (4, 2V), τώρα πρέπει να τα αποφορτίσουμε. Θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε ένα Imax B6: ένα εργαλείο που επιτρέπει την αποφόρτιση των κυττάρων και τον έλεγχο της χωρητικότητάς τους. Πώς να χρησιμοποιήσετε το εργαλείο:

   1. η τάση: θα σας ρωτήσει ποιο τύπο κυψελών θα θέλατε να ελέγξετε, θα πρέπει να επιλέξετε το λιθίου. Θα ρυθμίσει αυτόματα την εκφόρτιση στο ελάχιστο 3V.
   2. η ένταση: ορίστε στο 1Α για να έχετε μια γρήγορη και ασφαλή εκκένωση. Σε αυτή την κατάσταση, η απόρριψη πρέπει να διαρκέσει από 1 ώρα έως 1 ώρα και μισή.
   3. Συνδέστε το μαγνήτη με τα κλιπ κροκοδείλων, στη συνέχεια συνδεθείτε με το κελί, ο μαγνήτης βοηθά να αφήσει το ρεύμα να περάσει μέσω του Imax B6 στα κύτταρα. (εικόνα)
   4. Αποφορτίστε τα κελιά μέχρι να είναι εντελώς άδεια.
   5. Σημειώστε τη χωρητικότητα στο κελί. Όσο πιο ψηλά τόσο το καλύτερο.
   6. Ταξινόμηση των κελιών σας κατά χωρητικότητα: 1800 mA.

Παρατήρηση: Είναι σημαντικό να κάνετε ομοιογενείς μπαταρίες, με κυψέλες που έχουν παρόμοια χωρητικότητα

Βήμα 6: Πραγματοποίηση των 3 διαφορετικών ενοτήτων

Ενότητα 1: Ηλιακός πίνακας και ρυθμιστής φόρτισης

• Χρησιμοποιήστε ένα μαύρο και ένα κόκκινο σύρμα, χρησιμοποιήστε μια πένσα για να ρίξετε τα καλώδια.
• Συγκολλήστε το κόκκινο σύρμα στη θετική πλευρά του πίνακα και το μαύρο στην αρνητική πλευρά.
• Ο ρυθμιστής φόρτισης έχει 2 εισόδους: IN- και IN+ (που αναγράφονται στο εξάρτημα): Συγκολλήστε το κόκκινο σύρμα (θετικό) με την είσοδο IN+ του ρυθμιστή φόρτισης και το μαύρο σύρμα (αρνητικό) με την είσοδο IN (εικόνα 5).

Ενότητα 2: Μπαταρία

Τοποθετήστε το κελί λιθίου στη θήκη της μπαταρίας

Ενότητα 3: Μετατροπέας LED / USB

Ο μετατροπέας τάσης DC / DC έχει δύο εισόδους και δύο εξόδους: Είσοδοι: VIN + και VIN - / Έξοδοι: OUT + και OUT -. Το LED έχει δύο καλώδια εισόδου: ένα θετικό και ένα αρνητικό.

• Πάρτε δύο καλώδια (κόκκινο και μαύρο).
• Συγκολλήστε το κόκκινο σύρμα με την είσοδο VIN+ του μετατροπέα τάσης και το μαύρο καλώδιο με την είσοδο VIN.
• Προσοχή: Η πολικότητα του καλωδίου δεν υποδεικνύεται στη λυχνία LED. Για να το προσδιορίσετε, χρησιμοποιήστε ένα ωμόμετρο. Το σύρμα είναι θετικό όταν εμφανίζει μηδενική τιμή. Όταν εμφανίζει υψηλότερη τιμή, το σύρμα είναι αρνητικό.
• Συγκολλήστε το θετικό καλώδιο LED στην έξοδο OUT+ του μετατροπέα τάσης και το αρνητικό καλώδιο LED στην έξοδο OUT. (εικόνα)

Βήμα 7: Σύνδεση των 3 ενοτήτων

Ο ρυθμιστής φόρτισης έχει 2 εισόδους: IN- και IN+ (οι οποίες υποδεικνύονται στο εξάρτημα).

1. Συγκολλήστε το κόκκινο σύρμα του ηλιακού πλαισίου (θετικό) στην είσοδο IN+ του ρυθμιστή φόρτισης και το μαύρο σύρμα (αρνητικό) στην είσοδο IN.
2. Ο ρυθμιστής φόρτισης έχει 2 εισόδους: B- και B+ (οι οποίες υποδεικνύονται στο εξάρτημα). Συγκολλήστε το κόκκινο καλώδιο της θήκης της μπαταρίας (θετικό) στην είσοδο B+ του ρυθμιστή φόρτισης και το μαύρο καλώδιο (αρνητικό) στην είσοδο Β.
3. Συγκολλήστε το κόκκινο σύρμα (θετικό) της μονάδας μετατροπέα USB/LED στην έξοδο OUT+ του ρυθμιστή φόρτισης. Συγκολλήστε το μαύρο καλώδιο (αρνητικό) στην έξοδο OUT. Παρατήρηση: Το ηλεκτρικό κύκλωμα είναι πλέον κλειστό και το φως ανάβει.
4. Κόψτε το θετικό καλώδιο που συνδέει τον ρυθμιστή με τον μετατροπέα για να ανοίξετε το κύκλωμα και να συγκολλήσετε τον διακόπτη σε σειρά. Θα χρησιμοποιηθεί για το άνοιγμα και το κλείσιμο του κυκλώματος.

Βήμα 8: Δημιουργία θήκης - Έκδοση 1

Έκδοση 1: Tupperware

Αυτός ο σχεδιασμός προέρχεται από το Open Green Energy, μη διστάσετε να συμβουλευτείτε το αρχικό σεμινάριο. Το μοιραζόμαστε γιατί φαίνεται πραγματικά ενδιαφέρον. Ωστόσο, η θήκη πρέπει να προσαρμοστεί στο κύκλωμά μας, ιδίως για την έξοδο USB. Σύντομα θα προτείνουμε το δικό μας μοντέλο εμπνευσμένο από αυτό το σχέδιο.

Βήμα 9: Δημιουργία θήκης - Έκδοση 2

Έκδοση 2: Θερμοδιαμορφωμένο μπουκάλι μεγάλου μεγέθους

Αυτό το μοντέλο επιτρέπει στα κυκλώματα να είναι εντελώς αδιάβροχα, αλλά απαιτεί συγκεκριμένο υλικό:

• Ένα δοχείο νερού 5L
• Πλάκες από κόντρα πλακέ (ή ακατέργαστο ξύλο) πάχους 1 έως 2 εκατοστών
• Σέλα, ελάχιστο μήκος 80cm, πλάτος μεταξύ 3 και 5 cm

Χτίζοντας τις δύο βάσεις: Αυτά είναι τα δύο άκρα της λάμπας, το επάνω μέρος φιλοξενεί το ηλιακό πάνελ από τη μία πλευρά και το ηλεκτρικό κύκλωμα από την άλλη. Το κάτω άκρο χρησιμοποιείται για να κλείσει τη λάμπα και να τη σφραγίσει αδιαπέραστα.

1. Κόψτε 2 σανίδες 15/13cm και 2 σανίδες 11/13cm.
2. Επικαλύψτε κάθε μικρό πίνακα σε μεγαλύτερο, προσέχοντας να το τοποθετήσετε στο κέντρο ακριβώς του μεγάλου πίνακα. Κάθε ζεύγος σανίδων θα βιδωθεί αργότερα.

Παρατήρηση: Για στεγανότητα, είναι καλύτερο να βερνικώσετε τις σανίδες εκ των προτέρων.

Χτίζοντας το καλούπι:

1. Στο κέλυφος, κόψτε 4 μερίδες περίπου 20εκ.
2. Τοποθετήστε τα σε κάθε γωνία μιας από τις ήδη κομμένες μικρές σανίδες (11/13εκ.) Και βιδώστε κάθε τμήμα με σφήνα με την σανίδα.
3. Τοποθετήστε την άλλη μικρή σανίδα στο άλλο άκρο των τεσσάρων μερίδων και βιδώστε τα με τον ίδιο τρόπο. Το αποτέλεσμα είναι ένα κυβοειδές διαστάσεων 13/11/20, το οποίο θα χρησιμοποιηθεί για τη θερμοδιαμόρφωση του πλαστικού μπουκαλιού.

Θερμοδιαμόρφωση του φακέλου της λάμπας:

1. Κόψτε το κάτω μέρος της φιάλης των 5L και τοποθετήστε το κάθετα μέσα στο καλούπι (η πλευρά των 20 εκατοστών του καλουπιού πρέπει να είναι παράλληλη με την πλευρά της φιάλης).
2. Θερμάνετε αργά με ένα θερμικό απογυμνωτή κάθε πλευρά του κυβοειδούς. Ο απογυμνωτής πρέπει να απέχει περίπου 10 cm από τη φιάλη. Εάν δεν έχετε θερμικό απογυμνωτή, είναι δυνατό να χρησιμοποιήσετε οποιοδήποτε άλλο είδος πηγής φλόγας (όπως θερμαντήρα γκαζ για παράδειγμα).
3. Μόλις το μπουκάλι πάρει το ίδιο σχήμα με το καλούπι, συνεχίστε να θερμαίνετε για να σβήσετε τα σχέδια της φιάλης και να τεντώσετε σωστά το πλαστικό. Προσέξτε να μην ζεσταθεί πολύ κοντά στο πλαστικό ή πολύ καιρό στο ίδιο μέρος, διαφορετικά θα δημιουργηθούν φυσαλίδες στην πλαστική επιφάνεια.
4. Αφήνοντας τη σχηματισμένη φιάλη στο καλούπι, κόψτε καθαρά το επίπεδο με το καλούπι το πάνω μέρος της φιάλης και κόψτε ξανά τη φιάλη περίπου 17 εκατοστά παρακάτω.
5. Μόλις τελειώσει η κοπή, ξεβιδώστε τις σχισμές σε κάθε πλευρά του καλουπιού για να διαχωρίσετε το καλούπι από το πλαστικό.
6. Σε κάθε άκρο της σχηματισμένης φιάλης, διπλώστε γλωττίδες πλάτους 1cm σε 90 ° προς το εσωτερικό. Κάθε καρτέλα πρέπει να είναι λοξότμητη και στις δύο πλευρές (όπως φαίνεται στη φωτογραφία). Οι γλωττίδες θα γλιστρήσουν μεταξύ των δύο σανίδων (της μεγάλης και της μικρής) σε κάθε πλευρά της φιάλης, για να βελτιωθεί η στεγανοποίηση του λαμπτήρα. Για να διπλώσετε εύκολα τις γλωττίδες, εντοπίστε μια λεπτή γραμμή με τον κόφτη στο εσωτερικό της φιάλης και διπλώστε την με το χέρι.

Διορθώνοντας το ηλιακό πάνελ:

1. Τοποθετήστε τον πίνακα στον μεγαλύτερο πίνακα, σημειώστε τη θέση των εξόδων + και - του πάνελ και ανοίξτε μια τρύπα 5 mm και στις δύο σανίδες. (Εάν κάποιο εξάρτημα βρίσκεται ήδη σε αυτό το μέρος, η τρύπα πρέπει να μετακινηθεί).
2. Βάλτε τα καλώδια από τον ελεγκτή φόρτισης σε αυτές τις οπές και συγκολλήστε τα στις αντίστοιχες εξόδους στον ηλιακό πίνακα.
3. Για να στερεώσετε το πάνελ, το ιδανικό είναι να χρησιμοποιήσετε ένα λεπτό στρώμα υφάσματος κολλημένο στον πίνακα και να κολλήσετε το πάνελ στο ύφασμα (χρησιμοποιώντας ισχυρή κόλλα για παράδειγμα).
4. Για τη βάση του λαμπτήρα, επαναλάβετε την ίδια λειτουργία στο άλλο άκρο του πλαστικού.
5. Τοποθετήστε τη μικρή σανίδα στο εσωτερικό του φακέλου και βιδώστε τη στη μεγαλύτερη σανίδα, με τις 4 πλαστικές γλωττίδες ανάμεσα στις δύο σανίδες.
6. Για να διασφαλίσετε τη στεγανοποίηση του βύσματος USB, μπορείτε να συρράψετε ένα μικρό κομμάτι innnertube ποδηλάτων.

Μη διστάσετε να δημοσιεύσετε τυχόν ερωτήσεις ή βελτιώσεις που μπορεί να σκεφτείτε. Και μην ξεχάσετε να μοιραστείτε τη λάμπα σας μόλις το κάνετε, με #solarlamp #lowtechlab!