Sinalizador com energia solar (ART902)

Como manter em funcionamento, de modo automático e ininterrupto, um sistema de sinalização luminosa num local que não seja servido pela rede de energia elétrica? A solução está no uso da energia solar. Convertendo energia solar em eletricidade podemos carregar uma bateria e alimentar um sistema sinalizador de acionamento automático. O projeto deste sistema é justamente o assunto deste artigo.

Nas condições em que precisamos de uma potência elétrica não muito elevada e em que não podemos contar com energia elétrica da rede local, o uso de um painel solar pode ser interessante. Se bem que o custo destes painéis seja algo alto, dependendo da aplicação, ele pode ser muito menor do que o gasto com a expansão da rede de energia elétrica até o local.

Desta forma, no alto de morros, em locais em que não haja energia elétrica disponível, ilhas, bóias de sinalização, o uso da energia solar pode ser a melhor solução.

Neste artigo descrevemos um sistema simples baseado num painel da Siemens de custo acessível e que é usado para carregar uma bateria de carro ou moto.

Durante o dia a energia gerada pelo painel carrega a bateria e durante à noite o sistema é ativado, alimentando o sistema sinalizador.

O sistema prevê o uso de lâmpadas de 12 V x 1A, mas podem ser feitas alterações no sentido de modificar estas características como, por exemplo, o uso de um painel maior para carregar uma bateria de maior capacidade.

Como funciona

O painel soldar usado é o M65 da Siemens que gera 12 V sob corrente de aproximadamente 3A na condição de máxima iluminação.

Posicionado da forma indicada na figura 1, ele pode gerar energia suficiente para manter a carga de uma bateria de automóvel que, posteriormente pode fornecer esta energia para o sistema eletrônico de sinalização.

Posicionamento do painel solar para maior rendimento.

No nosso circuito o sistema de acionamento noturno automático e produção dos pulsos de controle que fazem a lâmpada piscar é alimentado com uma tensão de 8 volts que vem de um redutor com o circuito integrado 7808.

Temos então um circuito integrado 4093B que possui quatro portas NAND disparadoras de funcionamento independente.

A primeira delas tem o sensor ligado na sua entrada, funcionando como um inversor. Quando o sensor se encontra iluminado (durante o dia), a entrada do inversor se mantém no nível alto e consequentemente a saída no nível baixo.

O resultado disso é que a segunda porta disparadora, ligada como oscilador se mantém desabilitada.

Nestas condições a saída do oscilador se fixa no nível alto e consequentemente as entradas das duas portas restantes, que também estão ligadas como inversores, são levadas a este nível lógico.

Temos então na saída das duas portas finais o nível baixo que mantém o transistor de potência no corte.

Quando o LDR deixa de ser iluminado, o nível de entrada da primeira porta que funciona como inversor passa a ser baixo, o que resulta numa saída no nível alto. O oscilador com a segunda porta é habilitado entrando em funcionamento.

Este oscilador não tem um ciclo ativo de 50%. Para maior economia da bateria é interessante que a lâmpada sinalizadora produza pulsos de curta duração.

No nosso circuito a duração do pulso é dada pelo resistor R1 que corresponde à descarga de C1 enquanto que o intervalo entre os pulsos é dado por R2.

A frequência final é determinada basicamente pelo capacitor C2. Veja que todos estes componentes podem ser alterados à vontade pelo montador.

Na figura 2 temos a forma de onda do sinal na saída do oscilador, na saída do inversor final em função dos componentes usados.

Formas de onda no circuito.

Uma possibilidade interessante para se obter um ajuste do funcionamento consiste em se alterar R1 para 1 k Ω e ligar em série um trimpot de 100k Ω e da mesma forma alterar R2 para 1 k Ω e ligar em série um trimpot de 1 M Ω.

Os pulsos produzidos pelo oscilador são invertidos e servem para saturar o transistor de efeito de campo que então alimenta a lâmpada ou conjunto de lâmpadas usadas como carga.

Com os componentes usados e uma lâmpada de 12 V com 2 A de corrente, a energia que carrega a bateria durante o dia é suficiente para alimentar o circuito durante à noite.

Montagem

Na figura 3 temos o diagrama completo do sinalizador, usando um painel solar da Siemens.

Diagrama completo do sinalizador.

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 4.

Sugestão de placa de circuito impressor.

O painel solar indicado é o Siemens M66 mas equivalentes de 12V com pelo menos 2 ampères de corrente podem ser usados.

A bateria é de carro ou moto de 12 V com pelo menos 12 Ah para uma lâmpada de 12 V x 2 A. Veja que, como o ciclo ativo da lâmpada não é 50% seu consumo é menor do que o correspondente à energia armazenada na bateria.

O transistor de efeito de campo de potência admite equivalente. Este componente deve ser dotado de um radiador de calor apropriado.

Na falta do transistor de efeito de campo de potência pode ser usado em seu lugar um Darlington comum de potência, ligado conforme mostra a figura 5.

Usando um Darlington de potência na saída.

Se bem que a resistência entre o coletor e o emissor deste transistor seja maior do que a resistência dreno-fonte do FET de potência, o que implica num rendimento menor no circuito, nas aplicações práticas esta diferença é quase que imperceptível.

O circuito integrado pode ser montado num soquete DIP de 14 pinos para maior segurança e o circuito integrado regulador de tensão não necessita de radiador de calor.

Na verdade, este circuito pode ser de 9 Volts também, já que a tensão de alimentação do CI pode ficar entre 3 e 15 Volts sem problemas. Evidentemente, devemos lembrar que a tensão de entrada do CI deve ser pelo menos 2 V maior do que a tensão de saída para que ele funcione corretamente.

Os diodos são de uso geral e a lâmpada é do tipo usado em automóvel com montagem de acordo com o tipo de sinalização desejada.

Na figura 6 mostramos uma sugestão para um sistema de sinalização comum.

Sugestão de montagem.

Lembre-se que se a bateria não for do tipo selado não será conveniente mantê-la na mesma caixa que os demais elementos do circuito. Os vapores ácidos emanados podem corroer em pouco tempo os componentes do circuito afetando seu funcionamento.

A única manutenção exigida é para o caso de baterias não seladas que devem ter o nível de eletrólito verificado periodicamente. Complete apenas com água destilada.

O Sensor é um LDR redondo comum de qualquer tipo e deve ser posicionado para receber apenas a luz ambiente. Se a luz de sinalização incidir no sensor pode haver a realimentação do circuito com sua instabilização.

Prova e uso

Para provar o circuito podemos usar uma fonte de alimentação comum de 12 V e corrente de acordo com a lâmpada utilizada na sinalização.

Tampando o LDR e ajustando o trimpot P1 devemos ter o acionamento do circuito com a lâmpada piscando em intervalos regulares. O capacitor C2 e os resistores R1 e R2 podem ser alterados para se modificar o intervalo e duração das piscadas. Destampando-se o LDR a luz de parar de piscar.

Comprovado o funcionamento deste setor, com um multímetro, verifique se o painel está gerando a energia desejada ao ser iluminado. A tensão em aberto deve ser bem maior que os 12 Volts especificados.

Se, instalado o sinalizador, ele responder a transientes de luz como relâmpagos, podemos dotá-lo de certa inércia ligando em paralelo com P1 um capacitor de 1 µF à 47 µF.