الشكل 1 المكونات المطلوبة للتجربة

المكونات المطلوبة لهذه التجربة موضحة في الشكل 1 وهي ما يلي :

• لوحة نحاسية مثقبة (Copper Stripboard):تحتوي هذه اللوحة على ثقوب ومسارات نحاسية، كل مسار منفصل بشكل كهربائي عن جاره، والثقوب ستستعملها لتثبيت المكونات كالمقاومة والصمام والصمام الثنائي وقطبي البطارية، واللوحة التي استعملتها أكبر من المطلوب وهذا سيسمح لك بتوسيع النظام فيما إذا فكرت بإضافة أو تطوير النظام.

• حامل بطارية (Battery Holder): يقوم بحمل البطارية التي ستقوم بشحنهايخرج منه سلكين أحدهما سالب والآخر موجب، حيث يوصلان مع اللوحة الإلكترونية عن طريق اللحام بالقصدير.

• مقاومة 100 أوم: المقاومة ضرورية أحياناً لأن بعض الصمامات الضوئية غير قادرة على تحمل توترات معينة.

• صمام ضوئي LED: الصمام الذي استعملته ذو كثافة ضوئية عالية، ويجب أن يوضع ضمن الدارة بالإتجاه الصحيح، حيث يكون لك ليد ضوئي رجلان أحدهما قصير وهو السالب والآخر طويل وهو الموجب حيث يوصل مع القطب الموجب للدارة.

• صمام ثنائي (Diode) نوع 1N5817 : هذا الصمام الثنائي يسمح بمرور التيار باتجاه واحد فقط، وهذا يمنع البطارية من تفريغ طاقتها باللوحة الشمسية في الليل، وهبوط التوتر في طرفيها حوالي 0.2 فولط. ويجب أن تركب في الدارة بالاتجاه الصحيح، والصمام الثنائي لديه حلقة دائرية على الطرف السالب.

• أسلاك (Wires): لقد استعملت أربعة اسلاك، سلكان أحمر وأسود للوحة الشمسية وسلك بني قصير للتوصيل، وسلك آخر لعمل الاختبار.

• لوحة شمسية (Solar Panel): يظهر الشكل 1 الجهة الخلفية للوحة الشمسية. في لوحتك الشمسية سترى لوحة صغيرة من معدن ناعم في مركز الجانب اليساري والجانب اليميني هما القطب الموجب والسالب للوحة. ولقد قمت بوضع نقاط سوداء على القطب الموجب للوحة كما في الشكل 1. هذه اللوحة الشمسية تعطي فرق كمون قصوي 3 فولط وتيار 150 ميلي أمبير.

أفضل أن يكون لديك جهاز آفومتر (بشرط معرفة استعماله) كي تكون قادراً على قياس التوترات والتيارات الناتجة في جميع الحالات وبمختلف حالات الطقس.

ومن الأفضل أن تكون لديك آلة لحام (كاوية) وقصدير، فقد تحتاج إلى عملية اللحام في تثبيت الأسلاك والقطع الإلكترونية في أماكنها على اللوحة الإلكترونية. مع أنني سأشرح الطريقتين سواء أكان التثبيت باللحام أم لا.

الموقع الموجود على الرابط التالي يشرح لك عملية اللحام:

http://www.kpsec.freeuk.com/solder.htm

الشكل 2 توصيل الأسلاك مع اللوحة الشمسية

توصيل السلكين الأحمر والأسود إلى اللوحة الشمسية:

لربط الأسلاك مع اللوحة الشمسية تستطيع أن تستخدم اللحام بالقصدير أو شريط لاصق. استخدم اللحام بالقصدير حينما تريد تطوير اللوحة فيما بعد (عند ازدياد تعقيد الدارة الإلكترونية)، أو أن تستعمل الشريط اللاصق كما هو موضح في الشكل 2 حيث ستقوم بتعرية نهايات الأسلاك ثم تقوم بتسطيحها على طرفي اللوحة الشمسية السالب والموجب، وتضع الشريط اللاصق. تأكد أن يكون مكان اتصال الأسلاك مع اللوحة الشمسية نظيف من أي سوائل أو دهون.

الشكل 3 تجربة مبدئية

قم بوضع البطارية من نوع NiMH (أي Nickel Metal Hydride) ذات التوتر 1.2 فولط (مشحونة بشكل كامل) وقابلة لإعادة الشحن في حامل البطارية، طبعاً يجب أن تضعها في الحامل بشكل صحيح.

بالحالة العادية 1.2 فولط لن يكون كاف لتشغيل الصمام الضوئي. كما أن اللوحة الشمسية والتي تعطي من 2 إلى 3 فولط أيضاً سيكون لديها مشاكل في تشغيل الصمام الضوئي، لذا سنحاول تشغيل الصمام الضوئي باستعمال التوتر الناتج عن البطارية واللوحة الشمسية معاً (طبعاً في حالة عدم استخدام اللحام أي يكفي توصيل الأسلاك كما في الشكل 3).

قم بتوصيل الطرف الموجب للوحة الشمسية (السلك الأحمر) إلى الطرف السالب لحامل البطارية. استعمل السلك الإضافي لتوصيل الطرف الموجب لحامل البطارية إلى الرجل الطويل لليد الضوئي (كما ذكرت الرجل الطويل هو الطرف الموجب لليد الضوئي ويوصل دائماً مع الطرف الموجب للدارة). ثم قم بتوصيل الطرف السالب للوحة الشمسية (السلك الأسود) مع الرجل القصير (الطرف السالب) لليد الضوئي. كما هو موضح في الشكل 3.

إذا كانت البطارية مشحونة بشكل كامل، وأنت تعمل في يوم مشرق (تستطيع أن تشغل اللوحة الشمسية حتى عن طريق مصباح قوي)، فإن الصمام الضوئي يجب أن يضيء.

أعد التجربة باستخدام البطارية فقط أحياناً وباستعمال اللوحة الشمسية فقط.

البطارية NiMH (أيNickel Metal Hydride)

هي بطارية هيدريد نيكلِ المعدنيِ، القابلة للشحن، تتميز بإمكانية شحنها في أي مستوى ولا تتطلب عملية شحنها الانتظار حتى نفاذها من الشحنة، وتستعمل عند استعمال الأجهزة قليلة الصرف للطاقة أي أجهزة لا تحتاج لأمبير عالي، مثل الهواتف والحاسبات والكاميرات الرقمية الخفيفة وما شابهها، أما الأجهزة الكثيرة الحركة والاهتزاز والتي تحتاج لأمبير عالي لا ينفع معها هذا النوع.

هذه البطاريات تقاس سعتها التخزينية بالمللي أمبير في الساعة Milli-Ampere per Hour واختصارها mAh.

كل ما كانت سعتها التخزينية أكبر كـ1500 أو 2000mah كل ما كان وقت التشغيل أطول.

إذا كان لديك شاحن لهذه البطارية واذا كانت هذه البطارية بحجم 2000mAh تعني 2Ah أي أمبيرين في الساعة) والشاحن بقوة 1 أمبير هذا يعني أن شحنها يحتاج لساعتين (2000 / 1000 / 1 = 2 ساعة)، واذا كان الشاحن بقوة 2 أمبير فهذا يعني أنها ستشحن خلال ساعة واحدة.

الشكل 4 الدارة الإلكترونية لشحن البطارية

والآن سنأتي إلى طريقة الشحن للبطارية. الشكل 4.

القطب الموجب لخلايا اللوحة الشمسية موصولة مع القطب الموجب للبطارية بعد مروره بالصمام الثنائي.

إذا كان ضياع التوتر على طرفي اللوحة الشمسية مساو لـ 1.4 فولط والصمام الثنائي 0.2 فولط، فمع ذلك ستكون اللوحة الشمسية قادرة على شحن البطارية ذات 1.2 فولط.

والهدف من الصمام الثنائي كما قلنا عدم تفريغ شحنة البطارية في اللوحة الشمسية عندما يكون التوتر منخفضاً على طرفي اللوحة الشمسية.

الشكل 5 الدارة مركبة وملحومة على اللوحة الإلكترونية

يظهر الشكل 5 الدارة مركبة وملحومة على اللوحة الإلكترونية، حيث الخطين الأحمرين في أسفل اللوحة الإلكترونية توضح لك المسارات النحاسية للوحة الإلكترونية (وتقع خلف اللوحة)، كما أن الخطوط الزرقاء توضح طريقة التوصيل بين مكونات الدارة.

لاحظ من الشكل 5 أن الحلقة الفضية الموجودة على الصمام الثنائي تقع على الطرف السالب والذي يوصل مع الطرف الموجب للبطارية، حيث يسمح بمرور التيار إلى البطارية وليس بالعكس.

وكما هو موضح في الشكل نستطيع أن نزيل السلك البني من الدارة ثم نوصل السلك الأسود مباشرة مع النهاية السالبة للبطارية، لكنني قمت بكل هذه العملية للتوضيح فقط.

الشكل 6 اللوحة الإلكترونية من الأسفل

يظهر الشكل 6 اللوحة الإلكترونية من الأسفل، حيث تبدو واضحة المسارات النحاسية، بالإضافة إلى طريقة توصيل مكونات الدارة، حيث أشرتُ إلى السلك البني بخط بني، كما أشرتُ إلى الصمام الثنائي بخط أزرق، كما وضعتُ إشارتي سالب وموجب للدلالة على طرفي البطارية.

إن الحد الأقصى من التيار الذي تنتجه الخلية الشمسية هي 150 ميلي أمبير، وهذا في أفضل الحالات.

فإذا كانت البطارية Nimh تحتاج إلى 2000 ميلي أمبير في الساعة لكي تكون كاملة الشحن. فأن البطارية بحاجة إلى 2000 ÷ 150 = 13 ساعة كي تشحن بشكل كامل.

عند اختيار الخلية الشمسية يجب أن تضع بالاعتبار ما يلي :

• كم عدد البطاريات التي ستقوم بشحنها معاً.

• ما هي المدة التي تريد بها أن يتم شحن البطاريات.

بإضافة الواح شمسية إضافية تستطيع أن تشحن المزيد من البطاريات، أو شحن البطاريات بشكل أسرع، أو كلاها بنفس الوقت. لكن كيف يتم ذلك ؟

الشكل 7 الخلايا الشمسية موصولة على التوالي (التسلسل)

كما هو معروف من قانون التوصيل على التوالي والتوازي، فإنه لكي تضاعف التوتر فيجب أن توصل لوحين شمسيين على التسلسل. بمعنى آخر أن توصل قطب سالب من لوحة شمسية إلى طرف موجب من لوحة شمسية أخرى كما هو موضح في الشكل 7، وبذلك يبقى لديك طرفين حرّين سالب وموجب تستطيع أن توصلهما مع البطارية.

وفي هذه الحالة سيكون لديك لوحة شمسية بتوتر قدره 6 فولط (كل لوحة 3 فولط) وتيار مقداره 150 ميلي أمبير.

والتوتر الأعلى في هذه الحالة ستسمح لك بشحن بطاريات أكثر، ويجب أن تنتبه أن حالة الطقس لديك يؤثر على التوتر الناتج، كما أنه يجب توصيل البطاريات على التوالي أيضاً.

الشكل 8 الخلايا الشمسية موصولة على التوازي

التيار الأكبر يسمح لك بشحن البطاريات بشكل أسرع، ولمضاعفة التيار يجب أن يتم توصيل الألواح الشمسية على التوازي.

قم بتوصيل الطرف الموجب للوحة الشمسية الأولى مع الطرف الموجب للوحة الأخرى، أيضاً قم بتوصيل الطرف السالب لإحداهما مع الطرف السالب للأخرى. هذا سيعطيك توتر مقداره 3 فولط مع تيار قصوي مقداره 300 ميلي أمبير (نتيجة جمع تياري اللوحين الشمسيين).

الشكل 8 يوضح لك طريقة التوصيل على التوازي حيث تحصل على توتر ثابت وتيار مضاعف.

سأسرد لك بعض الملاحظات كي تتفادى أية أخطاء:

• الأفضل أن يكون لديك جهاز آفومتر، كي تقوم بقياس التوترات والتيارات في جميع الحالات، خاصة أنك تستعمل لوحة شمسية، واللوحة الشمسية تابعة في إنتاجها للطاقة لحالة الشمس والطقس لديك.

• كن حذراً حول كمية التيار المار في بطاريتك، فأكثر البطاريات الحديثة يمكن أن تشحن عند تيارات عالية، فعلى سبيل المثال تستطيع أن تشحن بطارية ذات الـ 2000 ميلي أمبير في الساعة بتيار مقداره 600 ميلي آمبير لأربع ساعات فقط وتصبح مشحونة بالكامل، لكن إن بقيت في الشحن لفترة أكثر من ذلك فقد تسبب ضرراً للبطارية (أو حتى انفجارها)، إن البطاريات من نوع NiMH لها آلية وقائية حيث تقوم بتشتيت التيار الزائد على شكل حرارة. وعلى كل حال فهذه البطاريات تستطيع أن تشتت عُشر التيار الكلي على شكل حرارة، والذي يعني بأنك إذا قمت بشحن بطارية ذات 2000 ميلي آمبير في الساعة بتيار 200 ميلي أمبير، فلن تحدث مشاكل إذا بقيت أكثر من الوقت اللازم، لكن إذا تم شحنها بتيار مقداره 500 ميلي أمبير وبقيت أكثر من الوقت اللازم، وقتها ستظهر مشاكل جدية.

على كل حال هذه الفكرة قابلة للتطوير، وهي بسيطة كما رأيتم، حيث يمكن لأي شخص أن يقوم بذلك. وأتمنى لكم التوفيق في تجربتكم.

العربية

الإنجليزية

الفرنسية

لوحة إلكترونية

Strip board

Veroboard

بطارية

Battery

Batterie

حامل بطارية

BatteryHolder

Support de batterie

مقاومة

Resistor

Resistance

صمام ضوئي

LED

LED

صمام ثنائي

Diode

Diode

لوحة شمسية

Solar Panel

Paneau solaire

سلك

wire

Cable

شحن

Charging

Chargement

توازي (تفرع)

Parallel

Parallele

توالي (تسلسل)

Series

Series