ईस्टर सौर इंजन: 7 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:24

सोलर इंजन एक ऐसा सर्किट है जो सौर कोशिकाओं से विद्युत ऊर्जा लेता है और संग्रहीत करता है, और जब एक पूर्व निर्धारित राशि जमा हो जाती है, तो यह मोटर या अन्य एक्ट्यूएटर को चलाने के लिए चालू हो जाती है। एक सौर इंजन वास्तव में अपने आप में एक 'इंजन' नहीं है, लेकिन स्थापित उपयोग से इसका नाम है। यह प्रेरक शक्ति प्रदान करता है, और एक दोहराव चक्र में काम करता है, इसलिए नाम पूर्ण मिथ्या नाम नहीं है। इसका गुण यह है कि यह प्रयोग करने योग्य यांत्रिक ऊर्जा प्रदान करता है जब सूर्य के प्रकाश के केवल अल्प या कमजोर स्तर, या कृत्रिम कमरे की रोशनी मौजूद होती है। जब तक मोटर के लिए ऊर्जा देने वाले भोजन के लिए पर्याप्त न हो, तब तक यह निम्न श्रेणी की ऊर्जा के गुच्छों को काटता या इकट्ठा करता है। और जब मोटर ने ऊर्जा की सेवा में खर्च किया है, तो सौर इंजन सर्किट वापस अपने एकत्रित मोड में चला जाता है। यह बहुत कम रोशनी के स्तर पर मॉडल, खिलौनों या अन्य छोटे गैजेट्स को रुक-रुक कर बिजली देने का एक आदर्श तरीका है। यह एक महान विचार है जिसे सबसे पहले लॉस एलामोस नेशनल लेबोरेटरी के एक वैज्ञानिक मार्क टिल्डेन द्वारा सोचा गया था और अभ्यास में लाया गया था। वह एक सरल दो-ट्रांजिस्टर सौर इंजन सर्किट के साथ आया जिसने छोटे सौर ऊर्जा संचालित रोबोटों को संभव बनाया। तब से, कई उत्साही लोगों ने विभिन्न विशेषताओं और सुधारों के साथ सौर इंजन सर्किट के बारे में सोचा है। यहां वर्णित एक ने खुद को बहुत बहुमुखी और मजबूत साबित किया है। इसका नाम उस दिन के नाम पर रखा गया है जिस दिन इसके सर्किट आरेख को अंतिम रूप दिया गया था और लेखक की कार्यशाला नोटबुक, ईस्टर रविवार, 2001 में दर्ज किया गया था। वर्षों से, लेखक ने विभिन्न अनुप्रयोगों और सेटिंग्स में कई दर्जन बनाए और परीक्षण किए हैं। यह बड़े स्टोरेज कैपेसिटर या छोटे के साथ कम रोशनी या उच्च में अच्छी तरह से काम करता है। और सर्किट केवल सामान्य असतत इलेक्ट्रॉनिक घटकों का उपयोग करता है: डायोड, ट्रांजिस्टर, प्रतिरोधक और एक संधारित्र। यह निर्देश मूल ईस्टर इंजन सर्किट का वर्णन करता है कि यह कैसे काम करता है, निर्माण सुझाव देता है, और कुछ अनुप्रयोगों को दिखाता है। इलेक्ट्रॉनिक्स और सोल्डरिंग सर्किट के साथ एक बुनियादी परिचित माना जाता है। यदि आपने ऐसा कुछ नहीं किया है, लेकिन आगे बढ़ने के लिए उत्सुक हैं, तो पहले कुछ आसान करना अच्छा होगा। आप "जंकबॉट्स, बगबॉट्स, एंड बॉट्स ऑन व्हील्स" पुस्तक में वर्णित इंस्ट्रक्शंस में FLED सोलर इंजन या "सोलर पावर्ड सिमेट" की कोशिश कर सकते हैं, जो इस तरह की परियोजनाओं को बनाने के लिए एक उत्कृष्ट परिचय है।

चरण 1: ईस्टर इंजन सर्किट

यह ईस्टर इंजन के लिए योजनाबद्ध आरेख है जिसमें इलेक्ट्रॉनिक घटकों की एक सूची है जो इसे बनाते हैं। सर्किट का डिजाइन केन हंटिंगटन द्वारा "माइक्रोपावर सोलर इंजन" और स्टीफन बोल्ट द्वारा "सुनीटर I" से प्रेरित था। उनके साथ आम तौर पर, ईस्टर इंजन में दो-ट्रांजिस्टर ट्रिगर-एंड-लच अनुभाग होता है, लेकिन थोड़ा अलग प्रतिरोधी नेटवर्क उन्हें आपस में जोड़ता है। सक्रिय होने पर यह खंड अपने आप में बहुत कम बिजली की खपत करता है, लेकिन एक एकल ट्रांजिस्टर को चलाने के लिए पर्याप्त धारा को बाहर निकालने की अनुमति देता है जो एक विशिष्ट मोटर लोड पर स्विच करता है। यहां बताया गया है कि ईस्टर इंजन कैसे काम करता है। सोलर सेल SC धीरे-धीरे स्टोरेज कैपेसिटर C1 को चार्ज करता है। ट्रांजिस्टर Q1 और Q2 एक लैचिंग ट्रिगर बनाते हैं। Q1 तब चालू होता है जब C1 का वोल्टेज डायोड स्ट्रिंग D1-D3 के माध्यम से प्रवाहकत्त्व के स्तर तक पहुँच जाता है। दो डायोड और एक एलईडी के साथ जैसा कि आरेख में दिखाया गया है, ट्रिगर वोल्टेज लगभग 2.3V है, लेकिन यदि वांछित हो तो इस स्तर को बढ़ाने के लिए अधिक डायोड डाले जा सकते हैं। जब Q1 चालू होता है, Q2 के आधार को भी चालू करने के लिए R4 के माध्यम से ऊपर खींचा जाता है। एक बार जब यह चालू हो जाता है, तो इसे चालू रखने के लिए R1 से Q1 के माध्यम से बेस करंट बनाए रखता है। इस प्रकार दो ट्रांजिस्टर तब तक चालू रहते हैं जब तक कि C1 से आपूर्ति वोल्टेज लगभग 1.3 या 1.4V तक गिर न जाए। जब Q1 और Q2 दोनों को लैच किया जाता है, तो "पावर" ट्रांजिस्टर QP का आधार R3 के माध्यम से नीचे खींचा जाता है, इसे मोटर M, या अन्य लोड डिवाइस को चलाने के लिए चालू किया जाता है। रेसिस्टर R3 QP के बावजूद बेस करंट को भी सीमित करता है, लेकिन दिखाया गया मान अधिकांश उद्देश्यों के लिए लोड को पर्याप्त रूप से चालू करने के लिए पर्याप्त है। यदि लोड के लिए 200mA से अधिक का करंट वांछित है, तो R3 को कम किया जा सकता है और QP के लिए एक भारी शुल्क ट्रांजिस्टर का उपयोग किया जा सकता है, जैसे कि 2N2907। सर्किट में अन्य प्रतिरोधों के मूल्यों को कुंडी द्वारा उपयोग किए जाने वाले वर्तमान को निम्न स्तर तक सीमित करने के लिए चुना (और परीक्षण) किया गया था।

चरण 2: स्ट्रिपबोर्ड लेआउट

ईस्टर इंजन का एक बहुत ही कॉम्पैक्ट अवतार साधारण स्ट्रिपबोर्ड पर बनाया जा सकता है जैसा कि इस उदाहरण में दिखाया गया है। यह नीचे ग्रे रंग में दिखाए गए कॉपर स्ट्रिप ट्रैक के साथ घटक पक्ष से एक दृश्य है। बोर्ड केवल 0.8 "x 1.0" है, और केवल चार पटरियों को काटा जाना चाहिए जैसा कि पटरियों में सफेद हलकों द्वारा दिखाया गया है। यहां दर्शाए गए सर्किट में लगभग 2.5V के टर्न-ऑन वोल्टेज के लिए ट्रिगर स्ट्रिंग में एक हरे रंग की LED D1 और दो डायोड D2 और D3 हैं। डायोड को कैथोड सिरे से ऊपर की ओर सीधा रखा जाता है, जो कि बोर्ड के दाहिने किनारे पर नकारात्मक बस पट्टी की ओर उन्मुख होता है। टर्न-ऑन पॉइंट को ऊपर उठाने के लिए D1 से D2 तक दिखाए गए जम्पर के स्थान पर एक अतिरिक्त डायोड आसानी से स्थापित किया जा सकता है। अगले चरण में बताए अनुसार टर्न-ऑफ वोल्टेज को भी बढ़ाया जा सकता है। बेशक, अन्य बोर्ड प्रारूपों का उपयोग किया जा सकता है। नीचे दी गई चौथी तस्वीर एक छोटे से सामान्य प्रयोजन के प्रोटोटाइप बोर्ड पर बने ईस्टर इंजन को दिखाती है। यह स्ट्रिपबोर्ड लेआउट के रूप में कॉम्पैक्ट और व्यवस्थित नहीं है, लेकिन दूसरी तरफ यह काम करने के लिए बहुत जगह छोड़ देता है, और डायोड या एकाधिक स्टोरेज कैपेसिटर जोड़ने के लिए जगह छोड़ देता है। कोई भी केवल सादे छिद्रित फेनोलिक बोर्ड का उपयोग कर सकता है जिसमें आवश्यक कनेक्शन वायर्ड और नीचे सोल्डर किए गए हों।

चरण 3: ट्रिगर वोल्टेज

यह तालिका डायोड और एल ई डी के विभिन्न संयोजनों के लिए अनुमानित टर्न-ऑन वोल्टेज दिखाती है जिन्हें विभिन्न ईस्टर इंजनों के ट्रिगर स्ट्रिंग में आजमाया गया है। इन सभी ट्रिगर संयोजनों को पिछले चरण के स्ट्रिपबोर्ड लेआउट पर फिट किया जा सकता है, लेकिन 4-डायोड और 1 एलईडी संयोजन में बोर्ड के ऊपर एक डायोड-टू-डायोड संयुक्त टांका लगाना होगा। टेबल के मापन में प्रयुक्त एल ई डी पुराने कम तीव्रता वाले लाल थे। अधिकांश अन्य नए लाल एल ई डी जिन्हें उसी के बारे में काम करने की कोशिश की गई है, शायद उनके ट्रिगर स्तर में केवल प्लस या माइनस 0.1V की भिन्नता है। रंग का प्रभाव होता है: एक हरे रंग की एलईडी ने तुलनीय लाल की तुलना में लगभग 0.2V का ट्रिगर स्तर दिया। श्रृंखला में बिना डायोड वाली एक सफेद एलईडी ने 2.8V का टर्न-ऑन पॉइंट दिया। इस इंजन सर्किट के लिए चमकती एलईडी उपयुक्त नहीं हैं। ईस्टर इंजन की एक उपयोगी विशेषता यह है कि Q2 के आधार के साथ श्रृंखला में एक या अधिक डायोड सम्मिलित करके टर्निंग-ऑफ वोल्टेज को टर्निंग-ऑन स्तर को प्रभावित किए बिना उठाया जा सकता है। R4 और R5 के जंक्शन से Q2 के आधार से जुड़े एकल 1N914 डायोड के साथ, जब वोल्टेज लगभग 1.9 या 2.0V तक गिर जाता है, तो सर्किट बंद हो जाता है। दो डायोड के साथ, टर्न-ऑफ वोल्टेज लगभग 2.5V मापा जाता है; तीन डायोड के साथ, यह लगभग 3.1V पर बंद हो गया। स्ट्रिपबोर्ड लेआउट पर, डायोड या डायोड स्ट्रिंग को रोकनेवाला R5 के ऊपर दिखाए गए जम्पर के स्थान पर स्थित किया जा सकता है; नीचे दिया गया दूसरा उदाहरण एक डायोड D0 को इस प्रकार स्थापित दिखाता है। ध्यान दें कि कैथोड सिरे को Q2 के आधार पर जाना चाहिए। इस प्रकार ईस्टर इंजन का उन मोटर्स के साथ प्रभावी ढंग से उपयोग करना संभव है जो लगभग 1.3 या 1.4V के मूल टर्न-ऑफ के पास अच्छी तरह से नहीं चलते हैं। तस्वीरों में खिलौना एसयूवी में सौर इंजन को 3.2V पर चालू करने और 2.0V पर बंद करने के लिए बनाया गया था क्योंकि उस वोल्टेज रेंज में मोटर में अच्छी शक्ति होती है।

चरण 4: कैपेसिटर, मोटर्स और सोलर सेल

टॉय SUV में इस्तेमाल किया गया कैपेसिटर नीचे दिए गए उदाहरण में बाईं ओर दिखाए गए कैपेसिटर जैसा है। यह एक पूर्ण 1 फैराड है जिसे 5V तक उपयोग के लिए रेट किया गया है। लाइटर ड्यूटी अनुप्रयोगों या छोटे मोटर रन के लिए, छोटे कैपेसिटर छोटे चक्र समय देते हैं और निश्चित रूप से, छोटे रन। संधारित्र पर सूचीबद्ध वोल्टेज अधिकतम वोल्टेज है जिससे इसे चार्ज किया जाना चाहिए; उस रेटिंग को पार करने से संधारित्र का जीवन छोटा हो जाता है। विशेष रूप से मेमोरी बैकअप के लिए डिज़ाइन किए गए कई सुपर कैपेसिटर में उच्च आंतरिक प्रतिरोध होता है और इसलिए मोटर चलाने के लिए अपनी ऊर्जा को तेजी से जारी नहीं करते हैं। ईस्टर इंजन जैसा सौर इंजन उन मोटरों को चलाने के लिए ठीक है जिनका आंतरिक स्थिर प्रतिरोध लगभग 10 ओम या उससे अधिक है। टॉय मोटर्स की सबसे आम किस्म में बहुत कम आंतरिक प्रतिरोध होता है (2 ओम विशिष्ट होता है) और इससे मोटर के वास्तव में चलने से पहले स्टोरेज कैपेसिटर से सारी ऊर्जा निकल जाएगी। नीचे दूसरी तस्वीर में दिखाई गई मोटरें ठीक काम करती हैं। उन्हें अक्सर इलेक्ट्रॉनिक आपूर्तिकर्ताओं से अधिशेष या नए के रूप में पाया जा सकता है। उपयुक्त मोटरों को रद्दी टेप रिकार्डर या वीसीआर में भी पाया जा सकता है। उन्हें आमतौर पर इसकी लंबाई से बड़ा व्यास होने के रूप में एकल किया जा सकता है। एक सौर सेल या सेल चुनें जो आपके इंजन के टर्न-ऑन पॉइंट से कुछ अधिक वोल्टेज प्रदान करेगा, जो आपके एप्लिकेशन द्वारा देखे जाने वाले प्रकाश स्तरों के तहत होगा। सौर इंजन की असली सुंदरता यह है कि यह कम ग्रेड जाहिरा तौर पर बेकार ऊर्जा एकत्र कर सकता है और फिर इसे उपयोगी खुराक में छोड़ सकता है। वे सबसे प्रभावशाली तब होते हैं, जब वे सिर्फ डेस्क या कॉफी टेबल पर या फर्श पर बैठने से लेकर अचानक जीवन में आ जाते हैं। यदि आप चाहते हैं कि आपका इंजन घर के अंदर, या बादल के दिनों में, या छाया में और साथ ही खुले में काम करे, तो इनडोर उपयोग के लिए डिज़ाइन किए गए सेल का उपयोग करें। ये कोशिकाएँ आमतौर पर कांच की किस्म पर अनाकार पतली फिल्म की होती हैं। वे कम रोशनी में एक स्वस्थ वोल्टेज देते हैं, और करंट रोशनी के स्तर और उनके आकार से मेल खाता है। सौर कैलकुलेटर इस तरह के सेल का उपयोग करते हैं, और आप उन्हें पुराने (या नए!) कैलकुलेटर से ले सकते हैं, लेकिन वे इन दिनों काफी छोटे हैं और इसलिए उनका वर्तमान आउटपुट कम है। कैलकुलेटर सेल का वोल्टेज कम रोशनी में 1.5 से 2.5 वोल्ट तक और धूप में लगभग आधा वोल्ट अधिक होता है। आप उनमें से कई को श्रृंखला-समानांतर में जोड़ना चाहेंगे। वायर ग्लू इन काँच की कोशिकाओं में महीन तार जोड़ने के लिए उत्कृष्ट है। कुछ सौर रिचार्जेबल किचेन फ्लैशलाइट में एक बड़ा सेल होता है जो सौर इंजन के साथ घर के अंदर अच्छी तरह से काम करता है। वर्तमान समय में, इमेजेज एसआई इंक. एक एकल सेल से सीधे सौर इंजन चलाने के लिए उपयुक्त आकार की नई इनडोर कोशिकाओं को वहन करता है। उसी प्रकार का उनका "आउटडोर" सोलर सेल घर के अंदर भी काफी अच्छा काम करता है। कई स्रोतों से अधिक सामान्यतः उपलब्ध सौर सेल का क्रिस्टलीय या पॉलीक्रिस्टलाइन प्रकार है। ये प्रकार धूप में बहुत अधिक करंट डालते हैं, लेकिन विशेष रूप से धूप में जीवन के लिए अभिप्रेत हैं। कुछ कम रोशनी में मामूली रूप से अच्छा करते हैं, लेकिन अधिकांश फ्लोरेसेंट द्वारा जलाए गए कमरे में बहुत निराशाजनक हैं।

चरण 5: बाहरी कनेक्शन

सर्किट बोर्ड से सोलर सेल और मोटर से कनेक्शन बनाने के लिए इनलाइन स्ट्रिप्स से लिए गए पिन टेल सॉकेट बहुत सुविधाजनक होते हैं। पिन सॉकेट को प्लास्टिक सेटिंग से आसानी से मुक्त किया जा सकता है जिसमें वे निप्पर्स के सावधानीपूर्वक उपयोग से आते हैं। बोर्ड में पिनों को टांका लगाने के बाद पूंछ को काट दिया जा सकता है। सॉलिड 24 गेज वायर सॉकेट्स में अच्छे और सुरक्षित प्लग होते हैं, लेकिन आमतौर पर एक्सटर्नल लचीले फंसे हुए हुकअप वायर के माध्यम से जुड़े होते हैं। एक ही सॉकेट को इन तारों के सिरों पर मिलाया जा सकता है ताकि छोटे "प्लग" के रूप में काम किया जा सके जो बोर्ड पर सॉकेट्स में खूबसूरती से फिट होते हैं। बोर्ड सॉकेट भी दिए जा सकते हैं जिसमें स्टोरेज कैपेसिटर को प्लग किया जा सकता है। यह सीधे सॉकेट में माउंट हो सकता है, या दूर से स्थित हो सकता है और तार के माध्यम से जुड़ा हो सकता है जो बोर्ड से जुड़ा होता है। इससे विभिन्न कैपेसिटर को आसानी से बदलना और कोशिश करना संभव हो जाता है जब तक कि एप्लिकेशन और इसकी औसत प्रकाश व्यवस्था की स्थिति के लिए सबसे अच्छा नहीं मिल जाता है। C1 का सर्वोत्तम मूल्य मिलने के बाद, इसे अभी भी स्थायी रूप से मिलाप किया जा सकता है, लेकिन शायद ही कभी यह आवश्यक पाया गया हो यदि अच्छी गुणवत्ता वाले सॉकेट का उपयोग किया जाता है।

चरण 6: अनुप्रयोग

शायद ईस्टर इंजन का हमारा पसंदीदा अनुप्रयोग चरण 3 में सचित्र जीपस्टर एसयूवी खिलौना में है। शरीर को फिट करने के लिए एक पतली प्लाईवुड के नीचे काटा गया था, और इसे "मॉन्स्टर व्हील" रूप देने के लिए बड़े फोम व्हील बनाए गए थे, लेकिन ऑपरेशन में यह काफी विनम्र है। नीचे की तस्वीर में नीचे दिखाया गया है। कार को एक तंग घेरे में चलाने के लिए धुरों को सेट किया गया है (क्योंकि हमारे पास एक छोटा रहने का कमरा है) और फ्रंट व्हील ड्राइव सेटअप इसे इच्छित गोलाकार पथ से चिपके रहने में बहुत मदद करता है। गियर ट्रेन को अगली तस्वीर में दिखाई गई एक व्यावसायिक हॉबी मोटर इकाई से लिया गया था, लेकिन इसे 13 ओम मोटर के साथ फिट किया गया था। एक 1 फैराड सुपर कैपेसिटर कार को प्रत्येक चक्र में लगभग 10 सेकंड का रन टाइम देता है, जो इसे लगभग पूरी तरह से 3 फुट व्यास के घेरे में ले जाता है। बादल वाले दिनों में या जब कार किसी अंधेरी जगह पर रुकती है तो चार्ज होने में कुछ समय लगता है। हमारे लिविंग रूम में दिन के दौरान 5 से 15 मिनट तक कहीं भी सामान्य है। अगर यह एक खिड़की में सीधी धूप आती है, तो यह लगभग दो मिनट में रिचार्ज हो जाती है। यह कमरे के एक कोने में घूमता है और 2004 में निर्मित होने के बाद से कई क्रांतियों को दर्ज किया है। ईस्टर इंजन का एक और मनोरंजक अनुप्रयोग "वाकर" है, जो एक रोबोट जैसा प्राणी है जो दो भुजाओं, या बल्कि, पैरों के माध्यम से घूमता है।. वह जीपस्टर के समान 76:1 अनुपात के साथ उसी मोटर और गियर ट्रेन सेटअप का उपयोग करता है। उसका एक पैर जानबूझकर दूसरे से छोटा है ताकि वह एक घेरे में चल सके। वॉकर में एक चमकती एलईडी भी होती है ताकि हम जान सकें कि अंधेरा होने के बाद वह फर्श पर कहां है। एक सौर इंजन के लिए एक साधारण उपयोग फ्लैग वेवर या स्पिनर के रूप में होता है। नीचे दी गई ५वीं तस्वीर में दिखाया गया एक डेस्क या शेल्फ पर बैठ सकता है और कभी-कभी यह अचानक, और बेतहाशा, एक छोटी सी गेंद को एक स्ट्रिंग पर चारों ओर घुमाएगा जिससे खुद पर ध्यान आकर्षित होगा। इन साधारण स्पिनरों के कुछ अवतारों में स्ट्रिंग पर एक जिंगल बेल थी। दूसरों के पास एक स्थिर घंटी लगी हुई थी ताकि वह बहती हुई गेंद से टकरा जाए - लेकिन यह कुछ धूप के दिनों के बाद कष्टप्रद हो जाता है!

चरण 7: एनपीएन ईस्टर इंजन

ईस्टर इंजन को दो एनपीएन ट्रांजिस्टर और एक पीएनपी के साथ पूरक या 'दोहरी' संस्करण में भी बनाया जा सकता है। पूरा योजनाबद्ध यहाँ पहले दृष्टांत में दिखाया गया है। स्ट्रिपबोर्ड लेआउट में एक ही घटक स्थान हो सकते हैं और पहले या 'पीएनपी' संस्करण के समान ट्रैक कट हो सकते हैं, आवश्यक परिवर्तन ट्रांजिस्टर प्रकार और सौर सेल, स्टोरेज कैपेसिटर, डायोड और एल ई डी की उलट ध्रुवीयता बदल रहे हैं। एनपीएन स्ट्रिपबोर्ड लेआउट दूसरे चित्रण में दिखाया गया है और उच्च टर्न-ऑन वोल्टेज के लिए एक अतिरिक्त डायोड डी 4 और ट्रांजिस्टर क्यू 2 के आधार से डायोड डी 0 को उच्च टर्न-ऑफ वोल्टेज के लिए प्रतिरोधों आर 4 और आर 5 के जंक्शन तक शामिल किया गया है। कुंआ।