昼間太陽電池で発電して夜1.5ボルト駆動モーターを回すには

質問

外でメダカを飼っているんですが2ボルト500ミリアンペアの太陽電池を３つ並列につないで昼間だけ電池式のエアーポンプで空気を送っています。昼間は水草や藻が酸素を光合成で出すから空気のぶくぶくは必要ないですが、夜は酸欠になるのでなんとしてでも夜にエアーポンプを動かしたいのですがいまいち電子回路の仕組みがよく解りません。

夜になると自動で明かりがつくやつと同じ原理だと思うんですが、どんな部品を使えばよいか解らないです。
できれば使用する部品と組み方を教えてください。
手持ちの部品は2ボルト500ミリアンペアの太陽電池９枚と単三型充電式電池4本と1.5ボルト駆動電池式エアーポンプ１つです。
よろしくお願いします

回答No.4

Oh-Orange

★全部ですか。大変ですね。
＞曇りのときでも六枚並列で繋げば動きます。
　↑
　了解。
＞秋月電子通商に部品はありますかねえ。
　↑
　全部はない。
　特にトランジスタ、IC は別のお店で集める事になりそうです。
　トランジスタ、IC 専門店の『小沢電気商会』が秋葉原にありました。15年以上前はね。
　本屋でトランジスタ技術という雑誌の最後の方に通販で買えるお店が紹介されています。
　ここに『小沢電気商会』が載っていると思いますのでトランジスタ、IC はそちらで注文。
　http://www.hobby-elec.org/map_aki2.htm のページにも紹介あるね。このページを参考に。
＞詳しく部品を並べる順番が知りたいです。
　↑
　並べる順番とは何？
　まさか基板に部品を並べる順ではないでしょうね。
　文章での説明はほぼ無理です。
＞100円ショップにある時計を改造して15分動いて10分休むみたいなタイマーは作れるので
＞夜の間連続して動く必要はないです。
　↑
　これはデジタル式、CR式のどちらのタイマーでしょうか？
　CR式(コンデンサ＋抵抗)だけでは長時間タイマは難しいです。
　精度もイマイチですし。
　私はデジタルICを使ったタイマーをお勧めしちゃいます。
＞できればそのタイマーを利用して昼間でも5分動いて15分休んで休んでる間
＞電池に充電するみたいな感じならなおいいです。
　↑
　私なら可能です。デジタル回路などを設計できますので。
　問題は baru88 さんは回路を設計できる方ですか？
　それとも本に載っている部品を集めて半田付けするだけで精一杯の方ですか？
　これによりアドバイスが大幅に変わります。
　特に(1)～(5)の全てにおいて分からないとなっているため絶望的な気がします。

(1)充電器
・充電回路(アナログ部)はあまり難しくはないです。
　充電の基本は『電源』→『ダイオード』→『抵抗』→『充電池』を直列で繋げるだけで
　簡単に行えますので。問題は電源の電圧と電流が安定していること。流し込む電流を
　一定にしておきタイマー式で切る仕組みをデジタル回路で制御するなどです。
・昔、高校生の時には良く充電器を設計・製作していました。
　昔を思い出してアドバイスします。
　私は２石のトランジスタ(2SC)を使って定電流回路を組みデジタルタイマー(3時間,5時間)で
　自動停止する方法を取りました。使った IC はいろいろで 555 とか、4000B、4500B の
　標準 CMOS-IC から、タイマー専用IC とかです。
　http://www.cypress.ne.jp/f-morita/parts/ic/ne555.html
　http://www.hobby-elec.org/ckt4.htm

(2)光センサー
・光を感知するセンサーとして CdS があります。
　この部品は光が当たると抵抗値が低く、暗くなると抵抗値が高くなったと思います。
　この抵抗値を電圧に変換すればデジタルICとかでも検出できます。
　方法はインバーター回路１個の入力に対して次のようにします。
　(1)＋電源からインバーターの入力部に CdS(光センサー)を繋げる
　(2)－電源からインバーターの入力部に可変抵抗器(10KΩ～100KΩ)を繋げる。
　(3)(2)の可変抵抗で光の強弱(感度)を調節できます。
　(4)上手く調節できれば夜(暗いとき)にインターバーの出力が High レベルになる。
　(5)High レベルになったらトランジスタを使って充電池からモーターに電源を送れるように
　　スイッチを切り替える。
　大まかなアドバイスですが上記のようになります。

(3)昼間、夜間の切り替え
・光センサーとスイッチの切り替えにトランジスタを利用すれば出来ます。
　リレーは電流を使いすぎるため使わない方針でいって下さい。
　大まかには『太陽電池』→『ダイオードと充電池』→『モーター』の順に接続します。
　ダイオードの向きは太陽電池から充電池に流れる向きです。
　このようにすると『夜』充電池からモーターには電力は行かなくなりますがそこで
　トランジスタで出番です。トランジスタのコレクタを充電池、エミッタをモーター側へ
　ダイオードを使って接続します。向きはエミッタからモーターへ流れる方向です。
・トランジスタのベース制御を光センサーで感知したインバーター出力から順に
　『抵抗』→『トランジスタのベース』と繋げる仕組みです。簡単に説明すると。

(4)設計の仕方
・まずはデジタル回路でタイマー部を本を参考に完成させることです。
　次は光センサーとインバーターを使って『明るい』『暗い』を検出する回路を作る。
　その次に充電部のトランジスタの回路を組み込みます。
・オームの法則ですべて計算できますので本を参考に計算して下さい。

(5)部品の択び方
・設計と同時にどの部品を利用するかを決めます。
　既存する抵抗値、トランジスタの増幅率や電力を先にめどを付けてから設計します。
　トランジスタはスイッチング部には 2SC1815 の定番を電力部では 2SB タイプのものを
　択んで下さい。トランジスタの規格書やお店の一覧より探します。
・抵抗は近い値でも利用できるように誤差を設計段階で見つけておきます。
　設計どおりの抵抗が揃っているわけではないので。

最後に:
・全体像として大まかにアドバイスしましたが、全て読んでも理解できないと思います。
　まずは部品の知識とデジタル回路を設計できるようにしないと簡単には作れません。
　電子工作の本にはあまり設計の方法が載っていないため専門の本を数冊用意しないと
　自力では今回の回路は組めないと思います。時間がかかりそう。1年掛ければ出来るが…。
・トランジスタのスイッチング動作だけでも理解して設計できれば完成に近づけられる
　と思っています。本屋に行って『スイッチング動作』の部分だけ読み理解しましょう。
・部分的に質問した方がアドバイスしやすいので順番に分割して下さい。
　(1)～(5)まで分からないようなので(1)の充電部の○○○がとか、△△△がどうだとかね。
・以上。今後の方針をお聞きしたいですね。デジタル回路は組めるとか。いろいろ。

お礼

有り難うございました。勉強します。

回答No.3

Oh-Orange

★えっ 170mA で動く。
＞170ミリアンペアあればモーターは動きます。
　↑
　それなら作れそうだね。良かった。
＞2700ミリアンペアの単三充電池2本並列で1日位動きますよ。
　↑
　充電池を2本並列で24時間ぐらい動くんだ。
　でもダイオードを使って並列にしないとまずいけど知っている？
　モーターが 170mA で充電池の容量が 2700mAh なら計算上では
　2700mAh÷170mA＝15.88h(約16時間)は充電池が持つね。
・充電池の容量が大きいので充電電流も大きくなります。
　冬場を考えると 10時間でフル充電できるように考えます。
　すると (2700mAh×1.5)÷10h=405mA で充電する必要があります。
　太陽電池が出力が1つ 500mA なので天候を考え２つ以上を並列にして
　充電回路に繋げます。
　※曇りの時にどれぐらい電流が平均取れるかを調査すべきですね。

本題:
　質問には
＞電子回路の仕組みがよく解りません。
　↑
　これってどの部分が分からないのですか？
　(1)充電部
　(2)光センサー部
　(3)昼間、夜間の切り替え部
　(4)設計の仕方
　(5)部品の択び方
　(6)その他
　どれですか？番号で補足して欲しいです。
・光センサー部は CMOS のインバータとかを使って簡単に朝・夜を判定できます。
　デジタルIC(4000Bシリーズ)とか使います。もちろんトランジスタでも組めます。
　トランジスタなら１石あれば光センサー部は出来そうです。
　あとは充電部、モーター駆動部をやはりトランジスタで切り替える部分を
　追加すればよいだけです。
・以上。補足要求します。

補足

説明ありがとうございます。

１と２と３と４と５です。恥ずかしながら。
曇りのときでも六枚並列で繋げば動きます。
秋月電子通商に部品はありますかねえ。
詳しく部品を並べる順番が知りたいです。
100円ショップにある時計を改造して15分動いて10分休むみたいなタイマーは作れるので夜の間連続して動く必要はないです。
できればそのタイマーを利用して昼間でも5分動いて15分休んで休んでる間電池に充電するみたいな感じならなおいいです。

回答No.2

maku_x

電子工作シリーズ「ガーデニングとホーム・セキュリティの電子工作入門」作りながら電子回路の働きが学べる、神崎康弘 中尾司 共著、CQ出版株式会社、ISBN4-7898-3728-9
の、P.20 第2章 トマトを育てる からの箇所で、太陽電池で充電、エアーポンプを駆動させる例が記載されていますので、参考になるかも知れません。
※但し充電用のバッテリーは、自動車用の12Vのものを使用しています。
※この本は、地元の図書館に置いてありました。県立図書館レベルの所なら置いてあるかも知れません。

参考URL：

http://mycomputer.cqpub.co.jp/

お礼

回答ありがとうございます。
図書館に行ってみます。

回答No.1

Oh-Orange

★光センサーを使う。
＞夜になると自動で明かりがつくやつと同じ原理だと思うんですが、
＞どんな部品を使えばよいか解らないです。
＞できれば使用する部品と組み方を教えてください。
　↑
　部品としてはフォト・トランジスタ、CdS(硫化カドニウム)の光センサを使って回路を組む。
　組み方は回路図を教えることがここでは出来ないので本、サイトで見つけて下さい。
　そんなに難しくないので。
・それから昼間は充電回路とエアーポンプ駆動の電源を分けます。
　夜は充電池のエネルギーでまかなうような回路にする事になりますが、電池だけでは長持ち
　しません。させるには本数を増やす必要があります。そして当然、充電するときに太陽電池も
　増やす必要があります。正直手持ちの部品だけでは足りない気がします。
＞2ボルト500ミリアンペアの太陽電池を３つ並列につないで昼間だけ電池式…
　↑
　これって2ボルトの電圧で1500ミリアンペアの電流が必要ですよね。
　そうなると冬場を考え最低 15 時間の電池寿命が必要です。
　計算すると 1.5A×15h＝22.5Ah という大容量の充電池が必要になります。
　この容量を満たすには車用の鉛蓄電池やオートバイ用の鉛蓄電池が必要と思います。
　また、大容量の太陽電池を用意して日中だけでフル充電可能にすることになります。
　どうやっても手持ちの部品だけでは不十分のような気がいますね。

実現方法:
・(1)大容量の太陽電池を用意。
　(2)車用の鉛蓄電池も用意。
　(3)車用のシガーライタから鉛蓄電池に充電可能な充電器を用意。
　(4)(1)～(3)で用意した太陽電池、鉛蓄電池、充電器を組み合わせて日中に充電。
　(5)光センサを使ってトランジスタ(2SD)を制御して夜は鉛蓄電池からエアーポンプに
　　電力をまわすように回路を組む。
　(6)朝になり明るくなったら(4)で充電できるように(5)のトランジスタ(2SD)を制御して
　　回路を切るようにする。
・トランジスタは低周波用の大電力を制御できる 2SD タイプです。
　流せる電流は最低でも 3.0A 以上にして下さい。
　また、電力も計算して発熱しないように放熱板も用意すべきかも。

その他:
・一度、電子工作用の解説書を本屋で買った方が良いでしょう。
　部品の知識と電子回路の知識が不足しているように見えます。
　今の知識量では『日中の充電』や『夜間の充電池駆動』は作ることが難しいと思います。
・あと充電池の特性や容量(Ah)も知っておく必要があります。
　エアーポンプが電力をたくさん使うため夜間の電池駆動だけでも大変ですよ。
　試しに車用のバッテリをフル充電してエアーポンプが何時間持つかを計測してみて下さい。
　多分、数時間で電池がなくなると思います。こうなると日中の充電がかなり大変になる。
　それよりは AC アダプターを使って夜だけはコンセントから電力をまかなうようにした方が
　良いかもね。いろいろと検討してみて下さい。
・以上。参考になればと思い書き込み。

お礼

回答ありがとうございました。
一応本は読んだんですが、発光ダイオードの点灯の回路でモーターや豆電球のじゃないので難しいです。170ミリアンペアあればモーターは動きます。

補足

2700ミリアンペアの単三充電池2本並列で1日位動きますよ。