Приветствую тебя читатель. В обзоре пойдёт речь про эпизод «жёсткого диайваинга», тут всё как мы любим куча веселья, потраченного времени и средств. Результат может быть не сильно впечатляющий, но главное тут это участие т.к. вписываясь в подобные авантюры главная награда это полученный опыт. Милости прошу в обзор.
Прежде чем мне напомнят что «на дворе как бы лето уже» скажу что начинал я всё происходящее в обзоре сильно раньше сегодняшнего дня. Меня посетила одна интересная идея и я решил неспешно её реализовать, хотелось построить часы про которые можно забыть (в смысле совсем не требующие какого-либо обслуживания).
Первым делом ищем донора, т.к. делать всё с нуля как-то не хотелось (спойлер всё-таки пришлось), мне приглянулись дешёвые настенные часики.
Ок начало положено. Задача «самодостаточных часов» состоит из 2х частей: точность хода и автономность работы. Могу показаться капитаном очевидностью но часы которые вечно неправильно показывают время либо вообще остановились (села батарейка) нафиг никому не нужны.
Автономность работы можно решить двумя путями: это либо большой запас энергии (настолько большой что можно его считать неиссякаемым), либо система должна «добывать» энергию сама. Учитывая что «большие запасы энергии» это обычно химический источник (батарейка), а у них к сожалению есть срок годности, то будем использовать концепцию восполняемой энергии. Ставка была сделана на энергию солнечного (и не только) света.
Было решено сделать весь циферблат одной большой солнечной панелью. Для этого был заказан набор для сборки.
В наборе флюс-маркер, шины для соединения и 50 шт. панелей 52мм*52мм.
Панели явно обрезки от больших полноразмерных, ну да ладно для моих нужд подойдёт.
Казалось что может быть проще, возьми да спаяй конструкцию есть все детали, но ячейки сделаны из очень тонких пластинок кремния и несмотря на металлический звон при лёгких ударах, это очень хрупкий материал способный раскалываться просто от того что очень сильно смотришь на него.
С горем пополам я собрал маленькую и корявинькую панельку и поместил её в поднос, далее я вырезал несколько кусков стеклоткани из автомагазина и пропитал это всё прозрачной эпоксидной смолой. (естественно я позаботился о выводных клеммах и декоративных ячейках которые не будут вырабатывать электричество)
После застывания я нанёс линию реза и уже морально готовил себя к тому что придётся пользоваться дремелем и алмазными кругами (а это кремневая пыль в лёгких и коже, шум и прочие радости).
Однако получившийся композит сжалился надомной и вёл себя как очень плотный картон, что позволило порезать его ножницами, обрезки вообще позволяли гнуть себя.
Для создания ровной красивой поверхности я взял скотч и сделал бортики проклеив их силиконом с обратной стороны.
Не всё было гладко (о косяках расскажу чуть ниже), однако я получил круглую солнечную панель. Теперь мне нужны цифры, мне очень понравились циферки у донора но сидеть и вырезать толстый пластик было не охота.
Поэтому я создал силиконовую форму циферблата донора и отлил из подкрашенной эпоксидной смолы цифры и секундные метки + форма будет шаблоном для размещения этого всего на циферблате.
Уже что-то похожее на часы. Ну ок, панелька выдаёт достаточно тока для работы часов, но что делать ночью? Очевидно необходимо запасать энергию. Излишки будем отдавать на хранение в ионисторы, однако необходимо выяснить необходимую ёмкость т.к. ионисторы имеют ток саморазряда, чем выше емкость тем выше этот ток. Это значит что если использовать слишком малую ёмкость часы не смогут проработать ночь или протянуть пасмурную неделю когда поступающей энергии будет мало. Если взять слишком большую ёмкость, то даже в самый яркий день ток утечки будет больше чем сможет дать моя панель. Нужны натурные испытания для получения данных и поиска оптимального значения.
Нам необходим часовой механизм к которому будем подбирать емкость ионистора. Теперь поговорим немного о точности хода. Есть два пути: Это либо очень точный ход (который не существует и рано или поздно накопленная ошибка даст о себе знать), либо это работа с синхронизацией. Благо в моём регионе добивает DCF77 (https://ru.wikipedia.org/wiki/DCF77) и периодической синхронизации вполне будет достаточно. Поэтому следующая покупка это механизм с DCF77 и ионисторы разного номинала.
Про механизм, достаточно развитая штука, Есть обратная связь по стрелкам (т.е. он чучтвует когда секундная на 12 и когда минутная и часовая вместе на 12), плавный ход, отключение секундной стрелки ночью и синхронизация несколько раз в сутки (+ автоперевод на зимнее и летнее время что сделает мою поделку бессмысленной, но об этом я конечно же узнал чуть позже)
Подбор емкости и создание системы питания
Установив механизм в донора я начал смотреть сколько часы проработают просто от конденсатора, да можно было бы выяснить потребление часов и пересчитать время работы из ёмкости ионисторов, но есть нюанс при низком напряжении часы могут работать а вот светодиод в обратной связи нет и они начинают просто круги наворачивать. Поэтому только серии экспериментов дадут корректные данные.
.Иногда часы начинали неправильно показывать время, но вскоре причина была выяснена. Ещё было выяснено что от двух конденсаторов на 100F часы работают месяц.
Используя дендрофикальную технологию я собрал прототип и следил за напряжением на ионисторе. Т.к. дело было зимой то это были самые жёсткие условия для системы. Часы находились не под прямым светом, но в комнате с окнами выходящими на южную сторону. Результаты следующие 2-3 солнечных дня могут обеспечить работу на целый месяц. Освещение от искусственного света либо пасмурный день дают работать в 0.
Моя панель собрана последовательно для достижения высокого напряжения даже при низком освещении, но ионисторы рассчитаны на 2,7В поэтому необходимы дополнительные детальки т.к. Солнечная панель в яркий день выдаёт 15В, да и часы не обрадуются напряжению полностью заряженных ионисторов. Я использовал два регулятора напряжения:
3,3В XC6206P332MR+диод для ионистора.
1,5В XC6206P152MR для часов.
Т.к. мы имеем дело с низкими токами то более эффективные DC/DC тут не катят т.к. у них хоть и большой КПД относительно линейных но и собственное потребление значительно выше, что говорить если даже AMS1117 оказывался слишком прожорливым и не давал нормально заряжать ионисторы.
Отработав всю зиму система показала свою жизнеспособность поэтому я создал плату и «докинул» её к одному из проектов.
За это с меня немного взяли денег, но да ладно в итог получился аккуратный модуль хранения энергии.
Собираем, покрываем лаком и крепим на заднюю часть подсоединяя провода.
Готово
Награда за проделанную работу (опыт) он же перечень моих косяков
1) Наверное неплохо было бы покрасить шины на панелях для того чтобы они не кидались в глаза
2) «Опалубку» для заливки необходимо было делать из алюминиевого скотча, т.к. скотч с армированием давал стечь смоле и моя конструкция плакала.
3) заливать надо было в несколько подходов, тогда после бы первой заливки проблема №2 исчезла бы и итоговый слой был бы ровный как зеркало, у меня получился рельеф (из-за потри материала).
4)Если бы применялась многослойная заливка то символы идеально бы разместились в финишном тонком слое+ надо было поставить метки для более ровного совпадения осей циферблата и цифр.
5)Гадкий силикон потом не отодрать надо было придумывать что то другое.
6)Механизм сам переводит на летнее и зимнее время это вообще эпик фэйл, впрочем вроде Европа хочет у себя отменить летнее время и тогда часики будут работать в моём регионе нормально.
Всем спасибо за просмотр.
Но тут главное, чтобы в регионе было правильное природное время. И не лезли (местные депутаты) своими шаловливыми ручками, куда не надо. У нас они хотели быть ближе к Москве и придумали, с потолка, что надо сделать +3 часа к Москве (вместо +4 часа).
Так это было ещё хуже, чем перевод часов (года два так было, потом опять сделали +4 часа). То есть, уже рано ночью начинало светать. И возникал резонный вопрос — кому это надо, чтобы ночью уже было светло?
пс иногда если бы не «самопереводящийся» телефон так и не знал бы… кому и куда они его переводят?
Конструктив проще некуда: под ободок впаяны светодиоды smd3014, от каждого эмальпроводом сделаны отводы и соединение кольцом параллельно. На тыльной части часов 3 отсека под АА батарейки и примитивная платка-макетка, где низковольтный полевик управляется связкой резистор-фоторезистор-стабилитрон (чтобы с просадкой батареи не менялась освещенность срабатывания). В данном экземпляре при новых батарейках днем (подсветка выкл) ток порядка 60uA, ночью (подсветка вкл) около 1,5mA. При разряде батарей ток через светодиоды снижается. В эти часы (на фото) пачка батареек (4шт, удобно) была заряжена в сентябре 2020, яркость подсветки еще более, чем достаточна, чтобы хорошо видеть время в темноте даже полусонным взглядом. В тех экземплярах, которые уже очень давно переделывал, в среднем меняю пачку батареек раз в год.
Выглядит это так:
День:
Ночь:
Конструкция:
Чтобы стрелки было лучше видно, можно:
1) взять часы с матово-черным циферблатом и белыми стрелками, тогда нет ярких областей под светодиодами (отражают только светлые цифры, их площадь мала), и освещенность белых стрелок, хоть и намного ниже, чем у цифер, все равно оказывается достаточно велика для хорошего контраста. (делал такие, но не себе, поэтому показать нет возможности).
2) заменить smd3014 на 3мм направленные обычные светодиоды и направить их параллельно циферблату в центр. Получается отлично, но годится только для часов, у которых ободок сильно заходит на циферблат (не меньше 5 мм), чтобы спрятать под собой светодиод боком, иначе сами светодиоды будет видно и они будут слепить (картинка из интернета):
На картинке снято, скорее всего, с HDR, потому что вживую слепят сильнее, пробовал.
3) если позволяет длина втулки механизма (расстояние от циферблата до первой стрелки), то можно кольцо с smd3014 наружу закрепить вокруг втулки, прикрыв его небольшим непрозрачным диском. Как-то вот так:
4) ну и самый сложный вариант — взять за образец (можно и за донора) автомобильные приборы с циферблатами. Только надо механизм подобрать в корпусе из прозрачного оргстекла, у которого втулка и оси стрелок зачастую тоже прозрачные и сделать к нему из того же оргстекла стрелки-световоды. Далее подсвечивать надо будет уже сам механизм, при этом светодиоды находятся внутри корпуса часов и в выборе их полный простор.
P.S. идея предыдущего комментатора с ультрафиолетом и люминофором тоже интересная, только надо проверить, не окажется ли КПД этой системы слишком низким.
На фотке тех часов сзади на проводах влево свисает фоторезистор. Он был вынесен, чтобы можно было играть его направлением на источник света после установки часов в желаемой точке, так можно подстроить уровень освещенности срабатывания. Дополнительно на сам фоторезистор можно клеить капотоновый скотч, он как раз удобными шагами снижает чувствительность.
Или для Вас «Извращение» сама идея?
Вися на стене под потолком часы существуют в режиме низкой интенсивности низкие напряжения и низкие токи отдаваемые панелью.
Поэтому все ячейки соединены последовательно что-бы получить хоть что-то пригодное для заряда. Только линейные регуляторы с низким потреблением и низким падением напряжения.
Т.е. Заряженный на половину ионистор через 1.5 недели набрал максимальное напряжение 2,7В и был всегда заряженный если положительный баланс есть зимой (худший сценарий) то в другие поры года тоже всё должно быть хорошо.
надоело, купил мизинчик энилоп. и достал из старого советского калькулятора солнечную батарейку.
несколько лет ходят уже. правда без синхронизации
Имхо вышло оч прикольно, хоть и странно. Но возни с этими панельками у вас получилось прям слишком много. Может было проще взять уже залитые лаком и сделать прямоугольные часы?
У меня есть такой же почти механизм с DCF (у нас хорошо добивает, попадаем в район 500-километровой зоны уверенного приёма), так он уже второй год нормально работает от копеечной амазоновской батарейки АА.
В чем подвох и зачем нужна большая автономность?
В конце концов можно купить литиевую батарейку АА, и тогда часы точно переживут период, за который они успеют надоесть.
Если честно как-то скучно было, решил себя интересной какой ерундой занять.
У меня сейчас в планах поставить на крыше солнечных батарей киловатт на 5-6, водогрейки на горячую воду и отопление, и пару powerwall или чего-то аналогичной ёмкости.
Скорее всего после нового года или следующим летом. Отпишусь о результатах наверное.
— Вот от птичек осадок, так осадок… :)
Непонятно как это работает в жилом помещении, обычно температура там достаточно стабильная, если их только не ставить под прямые солнечные лучи.
Вода нагревалась не в бочке, а в трубе в виде катушки, две разных бочки это обычный конденсатор для настройки контура на частоту передатчика (ёмкость меняется вдвиганием одной бочки в другую), заземление и антенна не проблема в частном доме (естественно в квартире эти не нужно, там горячая вода обычно бывает), мощность можно собрать очень большую (в зависимости от добротности контура). Например мой курсач за 3-й курс — это передатчик на 300кВт (и это далеко не самый мощный на то время). Даже если отобрать 1% энергии (а я думаю уменьшение зоны покрытия на 1% вряд ли заметили), то это будет 3кВт — вполне достаточно для домашнего нагревателя, учитывая что до этого воду грели в чайнике или кастрюльке (и не удивлюсь, если на керосинке). А для питания вечных часиков должно хватить простого детекторного приёмника, только диодик найти германевый на частоты современные нужно.
Закон обратных квадратов «значение некоторой физической величины в данной точке пространства обратно пропорционально квадрату расстояния от источника»
Это значит что если в 1 метре от антенны мы имеем 300кВт, то в 100 метрах мы получим в 10000 раз меньше (всего 30 Вт)
Я уверен что если речь идёт о «очередной сверхмощной радиостанции» то будет большая антенна и забор по периметру и 100м это ещё хороший случай. потому что до ближайшего подворья может быть и 500м и 1000м.
А теперь берём наши 30Вт и 10л воды для примера, 30Вт за час работы дадут нам 10800Дж что нагреет 10литров воды всего на ~2,5С.
Именно поэтому такой нагреватель как нагреватель так себе, но очень хорошо подходит для баек. (И это мы ещё не смотрели во втором приближении не учитывали то что мощность передатчика скорее всего не была направлена в одну сторону, КПД на различных этапах, теплопотери при нагреве и прочее)
Мир интернет вещей прямо ждёт Вас с нетерпением, им по зарез нужен POE работающий через WIFI сможете при помощи «простого детекторного приёмника» запитать малопотребляющее устройство реально озолотитесь.
P.S. У вайфая слишком мала выходная мощность, а вот сотовую базовую станцию, которая «светит» вам в окошко вполне можно попробовать использовать в качестве источника дармовой энергии, ну, не помыться конечно, так хотя бы для часов.
radiostorage.net/3736-detektornye-priemniki-dlya-ukv-fm-diapazona.html
a.aliexpress.com/_ANLRlF
Способ спиливания корпусов известен но это больше фотодатчик чем источник питания.
Вопрос только в цене. Десять батареек АА, на которых обычно работают такие часы, стоят дешевле одной большой на 3.6 вольта, которая проработает примерно столько же времени
Пару лет назад смотрел у нас в продаже, такие были в местном магазине примерно за 15-20 долларов штука.
Почему интересуюсь — есть у меня проект автоподнятия/опускания рулонной шторы с питанием от пары ионисторов на 60 Фарад, в свою очередь заряжающихся от солнечной панели. Но всё руки никак не дойдут начать тестирование.
Уже при 2В стабилитрон на 2.4В потребляет ~1мА
На этом фоне регулятор с потреблением 5мкА смотрится гораздо лучше.
У меня потребление 5мкA только тогда когда панели выдают ток. (т.е. потребление поступающей энергии)
Если правильно подсчитал, то:
через 24 часа на них было 2,340 В и 2,349 В (за первые сутки саморазряд в среднем 267 мкА/ч и 260 мкА/ч)
через 48 часов на них было 2,278 В 2,289 В (за вторые сутки саморазряд в среднем 43,5 мкА/ч и 42,2 мкА/ч)
через 120 часов на них было 2,175 В и 2,190 В (за след. трое суток саморазряд в среднем 24,3 мкА/ч и 23,4 мкА/ч)
через 168 часов на них было 2,137 В и 2,151 В (за след. двое суток саморазряд в среднем 13,3 мкА/ч и 13,7 мкА/ч)
Я вчера вечером (солнце градусов на 30 к земле было и собиралось скрыться за крышей дома напротив) измерял возможности солнечной панели на 1 китайский Ватт. Нагрузил её резистором на 33 Ом. Максимальное напряжение мультиметр показал в 0,8 В. По закону Ома — панель выдавала ток в 25 мА.
Потом я её нагрузил двумя такими же резисторами (последовательно). Вопреки своим ожиданиям, увидел на вольтметре почти 1,7 В, т.е. те же 25 мА.
Очевидно, что во втором случае снимаемая мощность была в два раза выше.
Можно ли солнечную панель считать источником тока? В этом случае идеальной нагрузкой будет ионистор, с которого периодически можно снимать заряд повышайкой (скажем, включение по 2,4 В, отключение по 1,5 В).
В 23 часа на сборке было 3.6 В, в 7 утра было 2,5 В. Когда поднял штору, на сборке напряжение начало расти. Сейчас (11 часов) пасмурно, да и солнце светит в окна только после обеда. На сборке 2,8 В, через светодиод протекает ток 2,7 мА (на резисторе падает 59 мВ).
Для моих целей даже такой вариант подходит:
за 10 часов светодиод «насветит» на (2,7 мА х 2,8 В х 10 ч) 75 мВт-ч
двигатель рулонной шторы же за 10 секунд съет (700 мА х 12 В х (10 с / 3600 с/ч)) 23 мВт-ч
Даже если запитать двигатель от 5 В (с увеличением работы до 25 секунд), то 30 Фарадная сборка за это время разрядится до 4,2 В при потребляемом токе 1 А
Есть такая замечательная микросхема MAX1724, я тестировал на версии с выходным напряжением 3,3 В. У неё минимальное входное напряжение для запуска — 0,91 В.