1. المحول الشمسي
هو عبارة عن دارة كهربائية تقوم بتخزين الطاقة الشمسية وعند بلوغ ذروة محددة من التخزين تحول هذه الطاقة لتحريك محرك كهربائي أو أي جهاز آخر يحتاج للطاقة الكهربائية.
2. كيف سنستغل هذه الطاقة الشمسية هنا؟
سنعمل على استغلال مخزون الطاقة الشمسية لتحريك محرك كهربائي واستغلاله في بناء روبوت بسيط عبارة عن عربة رباعية الدفع.
ترجع فكرة إنشاء هذا المحول للعالم مارك تيلدن Mark Tilden من المختبر الوطني لوس ألاموس (Los Alamos National Laboratory) سنة 2001. تم استعمال هذا المحول منذ ذلك الوقت في مجالات متعددة سواء أكانت تحتاج لطاقة عالية أو منخفضة. المحول الشمسي بسيط في تركيبه حيث يستعمل فقط مركبات اليكترونية عادية ومعروفة : صمامات ثنائية، مقاومات، ترونزيستورات ومكثف.
سنقوم بشرح مفصل لكيفية انشاء هذا المحول. لا يتطلب انشاءه معرفة دقيقة لا بعالم الاليكترونيك ولا الروبوتيك، بل ببساطته يمكن لتلاميذ المسوى الاعدادي أو الثانوي أن ينجزوه خيرا من طلبة الجامعات.
3. تصميم دارة المحول PNP
 |
الخطاطة المبينة أعلاه هي الخطاطة العامة للمحول الشمسي.
تقوم لوحة الخلايا الشمسية SC بشحن بطيء للمكثفC1. عندما يصل المكثف C1 ذروته القصوى يتم تفعيل الترنزستور Q1 من خلال سلسلة الصمامات الثنائية D1-D3. عندما يصل جهد التيار الكهربائي 2.3 فولط (العتبة) يتم تفعيل الدارة، لكن بالامكان إضافة صمامات ثنائية أخرى لهذه السلسلة في حالة ما إذا أردت أن تزيد من العتبة.
عندما يشتغل الترنزستور Q1 يتم تنشيط قاعدة الترنزستور Q2 من خلال المقاومة R4 وبها يتم تفعيل Q2 أيضا. حينها، يقوم هذا اﻷخير بانتاج تيار كهربائي مار بالمقاومة R1 ليصل الى Q1 حتى يبقى هذا اﻷخير نشطاً. ومنه تبقى المقاومتين في حالة نشطة أيضا حتى يهبط الجهد الكهربائي الى 1.3 أو 1.4 فولط تقريبا.
عندما يكون كلا الترنزستورين Q1 و Q2 في حالة نشطة تنخفظ قاعدة الترنزستور QP من خلال المقاومة R3، وبها يتم تفعيل المحرك الكهربائي M أو أي جهاز آخر.
تقوم المقاومة R3 بالحد من شدة التيار الكهربائي من خلال QP، لكن ماذا لو كنت تحتاج إلى شدة تيار أخرى (مثلا 200 ميلي أومبير) لتشغل به جهازا ما. في هذه الحالة، يمكن تخفيض قيمة المقاومة R3 وتعديل ترنزستور QP مناسب لتحمل عبء إضافي للتيار الكهربائي. أما بالنسبة لقيمالمقاوامات اﻷخرى فتم اختيارهم عن طريق التجريب فقط حتى تم الحصول على مستوى تسار كهربائي منخفظ.
4. تركيب الدارة عمليا
يمكن تركيب جميع العناصر الاليكترونية في بطاقة بسيطة قد تصنع من الخشب أو البلاسيك في حالة عدم ايجاده في المحلات التجارية. يمكنك أن ترى صغر هذه البطاقة التي هي في حجم راحة اليد.
لون الصمام الثنائي الضوئي الذي تم اختياره هنا هو اﻷخضر لكن لا يهم ان فضلت لونا آخر. على أي، يمكنك أن تتبع طريقة تركيبنا أو قم بتركيبها كما يحلو لك.
البطاقة المستعملة هنا ليست بأفضل مثال، لكن تركنا بعض الفراغات فيها من أجل امكانية اضافة صمامات ثنائية أخرى أو عدة مكثفات لشحن أكبر.
|
عدد الصمامات |
عدد صمامات LED |
عتبة الجهد |
|
0 |
1 |
1.8V |
|
1 |
1 |
2.0V |
|
2 |
1 |
2.3V |
|
3 |
1 |
2.6V |
|
4 |
1 |
2.9V |
|
0 |
2 |
3.2V |
|
1 |
2 |
3.4V |
يظهر هذا الجدول التجارب التي تم انجازها باستعمال عدد من الصمامات الثنائية وصمامات LED ونتيجة عتبة الجهد الكهربائي التي تم الحصول عليها.
بالنسبة للروبوت التي تم اختياره هنا فهو عبارة عن سيارة أطفال رباعية الدفع تحتاج لمحرك كهربائي يعمل على 3.2 فولط ليشتغل. يزودنا المحول الشمسي الذي تم انجازه بعتبة قصوى 3.2 فولط وعتبة دنوية 2.0 فولط. عندما يصل الجهد الكهربائي إلى العتبة الدنوية يتوقف المحرك عن التشغيل.
5. المكثفات والمحركات والخلايا الشمسية
المكثف الذي تم استعماله هو شبيه بالذي يظهر في يسار الصورة أعلاه. (الفرق فقط في اللون)
سعته تساوي 1 فراد (Farad) ويمكن أن يستعمل ليتحمل 5 فولط كجهد أقصى.
استعمال مكثف ذو سعة عالية أو منخفظة ترتبط بطبيعة التطبيق الذي تريد انجازه.
فمثلا، من أجل تشغيل محركات صغيرة ستحتاج الى استخدام مكثف ذو سعة صغيرة والعكس بالعكس.
لا جرم أنك يمكنك الحصول على محرك كهربائي بكل سهولة. فلا داعي للتفصيل هنا.
إن لم تستطع ايجاد لوحة الطاقة الشمسية فيمكنك استغلال تلك التي تجدها في بعض لعب اﻷطفال أو اﻵلة الحاسبة أو ما شابه.
6. تطبيقات عملية
سيارة
ربما يكون أفضل تطبيق لمثال يومنا هذا هو استغلال المحرك في تحريك سيارة أطفال كالتي تظهر في الصورة أعلاه. المواد المستعملة هنا بكل بساطة عبارة عن اسفنجات تمثل عجلات السيارة ولوحة خشبية تمثل الهيكل اﻷساسي للسيارة مع بعض اﻷعواد وقطع حديدية بسيطة لحمل العجلات.
ربما الذي يبدو صعب الايجاد هو تلك الدوائر المسننة! يمكنك الحصول عليها من بعض لعب اﻷطفال أو تشتريها مباشرة من المحلات الاليكترونية. على أي، أترك لك حرية التصرف في هذا، تصرف أنت.
المكثف الذي تم استعماله هنا يحتاج لحوالي دقيقتين ليتم شحنه إذا تم وضعه مباشرة تحت الشمس أما إذا كان في غرفة منعزلة أو ما شابه فقد يحتاج من 5 إلى 15 دقيقة ليُشحن.
الماشيبوت "الروبوت الماشي”
تطبيق بسيط لكنه مدهش. يمكن الاستعانة برِجلين إحداهما أطول من اﻷخرى واستعمال نفس المحرك وبعض الدوائر المسننة.
ملوح علم
نثبت علم أو أي اشارة نريدها على رأس المحرك.
7. محول شمسي NPN
انشأنا في البداية محول شمسي PNP (يحتوي على ترنزستورين PNP وترنزستور واحد NPN).
يمكنك أن تنشأ محول شمسي NPN (يحتوي على ترنزستورين NPN وترنزستور واحد PNP).
تصميم هذا النوع مبين في الصورة أعلاه.
أهم ما تم تغيره هو موضع الترنزستورات وقلب قطبية لوحة الخلايا الشمسية والكثف والصمامات الثنائية والصمام LED.
8. نفس المبدأ لكن!
لو أريتك مثل هذه في البداية لربما ضعفت همتك! هل تعلم أن كل التصاميم لها نفس المبدأ، لكن الذي يعطيك انبهارا عن ما تم التوصل إليه ليس هو التكنلوجيا بل التصميم، نعم التصميم.
ربما لا تهتم بصناعة السيارات، لا عليك، ماذا عن الطائرات مثلا:
آه، ستقول أن الطائرات أصعب، على أي، ماذا عن هذه الاختراعات البسيطة؟
أدرجت هذه التصاميم هنا حتى أنه عندما تنجز شيئا لابد وأن تقضي وقتا مع التصميم أيضا، لأنه سيظهر ثمرة نجاحك بطريقة فنية ومقبولة لدى الناس.
نماذج أخرى مشابهة
نفس المبدأ تجده مطبقا في الإنجازات التالية، فماذ عنك أنت، ماذا تنتظر؟
نماذج بسيطة:
.نعم، هذه ستأخد عقلك، لكن ما هو السر؟ ليست التكنولوجيا لكنه التصميم في حد ذاته، هو الذي يسحر عينيك.
من هنا قد تفهم لماذا قال الله عن نفسه سبحانه على أنه أتقن كل شيء خلقه.
الإتقان يلزم أمرين اثنين في رأيي: التقنية + التصميم.
سمعت عن سيارات الطاقة الشمسية أليس كذلك؟ أبشر، فليست صعبة بعدما تعلمت بعضا من أساسيات الطاقة الشمسية هذا اليوم!!!
إذا كنت تستطيع أن تنجزها فابدأ، وبعدها ابحث عن من هو جيد في التصميم حتى يخرج لك تصميا أروع من هذه:
قيل أنها ستجوب العالم دون قطرة بنزين واحدة! عبارة عن ماذا؟ إنها طائرة معظمها عبارة عن عدة لوحات شمسية ومحركات، بسيطة أليس كذلك؟
مثال لطائرة أخرى:
التأليف
المؤلف : Tinker Jim
ترجمة وتحرير : محمد السهلي
{jumi [*3]}
المراجع
http://www.instructables.com/id/The-Easter-Solar-Engine/?ALLSTEPS