GARA NAZIONALE DI ELETTRONICA E

Istituto Tecnico Industriale Statale “FRANCESCO SEVERI”
indirizzi: elettronica e telecomunicazioni – informatica – liceo scientifico tecnologico
Via L. Pettinati, 46 - 35129 PADOVA
GARA NAZIONALE DI ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI
PROVA SCRITTA del 4 DICEMBRE 2009
Progetto di un circuito elettronico per il controllo di un lampione fotovoltaico
Il lampione fotovoltaico è un sistema costituito da un pannello fotovoltaico che converte la radiazione luminosa
diurna in energia elettrica, la quale viene accumulata durante il giorno in una batteria e restituita di notte per
alimentare una lampada.
Progettare e disegnare il circuito elettrico completo per gestire l’accensione della lampada e la carica
della batteria secondo le seguenti specifiche:
a. Il pannello fotovoltaico ha una potenza di picco di 60 W e la tensione nominale della batteria è di 12 V
b. La lampada si deve accendere automaticamente dopo il tramonto quando la tensione fornita dal
pannello fotovoltaico diventa inferiore a una soglia di 1,2 V circa.
c. La lampada deve rimanere accesa per 4 ore
d. L’accensione della lampada deve essere inibita se la tensione della batteria diventa inferiore a 11 V
e. La carica della batteria deve essere interrotta se la tensione della batteria supera i 14 V e deve
riprendere quando la stessa tensione diventa inferiore a 12,5 V
f. Il circuito deve prevedere:
 Un LED verde che deve essere acceso se la tensione della batteria è superiore a 11 V
 Un LED rosso che deve essere acceso se la batteria è in carica cioè se la tensione del pannello è
superiore a quella della batteria e la tensione della batteria è inferiore a 14V
g. Il collegamento fra il pannello fotovoltaico e la batteria deve essere realizzato tramite la serie di un
diodo ed un relè. Anche la lampada deve essere comandata tramite un relè.
Facoltativo: per evitare accensioni inutili dovute a nuvole o ad oscuramenti temporanei, sostituire la specifica
b. del punto 1 con la seguente: “la lampada si deve accendere automaticamente dopo il tramonto, 15 minuti
dopo che la tensione fornita dal pannello fotovoltaico diventa inferiore a una soglia di 1,2 V circa”.
Motivare sinteticamente le scelte progettuali e le eventuali specifiche aggiuntive.
Note:
 Per la generazione delle temporizzazioni si deve utilizzare il circuito integrato CD4060 che contiene al
suo interno uno stadio oscillatore ed un divisore di frequenza a 14 stadi che consente quindi di ottenere
segnali ad onda quadra con periodo lungo.
 Supporre che i componenti abbiano il valore reale uguale a quello nominale per poter trascurare gli effetti
della tolleranza dei componenti stessi.
I componenti che possono essere usati per il progetto sono riportati nella lista seguente.
Resistori con tolleranza 5% , valori della serie E12
Condensatori con tolleranza 10% , valori della serie E12
Circuiti integrati C-MOS: CD4060, CD4001, CD4011, CD4017
Amplificatori operazionali LM324, LM358
Regolatore di tensione LM317, 78L05
Diodi: 1N4148, 1N4001, BYW29
Transistor BC337
Entrambi i relè hanno tensione nominale 12 V e corrente nominale 60 mA.. Corrente commutabile 10 A.
Diodi LED
Istituto Tecnico Industriale Statale “FRANCESCO SEVERI”
indirizzi: elettronica e telecomunicazioni – informatica – liceo scientifico tecnologico
Via L. Pettinati, 46 - 35129 PADOVA
GARA NAZIONALE DI ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI
PROVA PRATICA del 5 DICEMBRE 2009
Realizzazione del circuito elettronico per il controllo di un lampione fotovoltaico
Il circuito elettronico per la gestione dell’accensione della lampada e della carica della batteria deve essere
realizzato modificando alcune caratteristiche rispetto alle specifiche del progetto per agevolarne il collaudo:
 La frequenza dell’oscillatore del CD4060 deve essere aumentata per ridurre il tempo di accensione della
lampada da 4 ore a 1 minuto ed il ritardo di accensione della lampada (15 minuti), se previsto dal
progetto, deve essere ridotto a pochi secondi.
 Il pannello fotovoltaico deve essere sostituito con un alimentatore variabile
 La batteria deve essere sostituita con un altro alimentatore variabile
 I due relè (collegamento fra pannello e batteria e accensione della lampada) non vanno utilizzati. Per
simularne il funzionamento sarà collegato un LED con una resistenza in serie al posto della bobina.
 I diodi LED devono essere collocati sulla bread-board come illustrato in figura
LED1 rosso che deve
essere acceso se la
batteria è in carica cioè
se la tensione del
pannello è superiore a
quella della batteria e la
tensione della batteria è
inferiore a 14V
LED2 verde che
deve essere
acceso se la
tensione della
batteria è
superiore a 11 V
LED3 giallo che
simula lo stato del
relè che collega il
pannello alla
batteria: acceso
se il pannello è
collegato alla
batteria
LED4 giallo che
simula
l’accensione
della lampada
TABELLA DI COLLAUDO
Giorno
Batteria in carica
11V<Vbatt<14V
(Vbatt=12V)
Batteria carica
Vbatt>14V
Vf>1,2V
Vf>Vbatt
Vf<Vbatt
Vf=15V
Vf=10V
LED1
LED2
LED3
ON
ON
ON
OFF
ON
ON
OFF
ON
OFF
LED4
OFF
OFF
OFF
Notte
Accensione Lampada
Da quando Vf scende sotto 1,2V
(Vbatt=15V – Vf=5/10/16V)
Vbatt>11V
(Vbatt=12V)
OFF
ON
ON
ON (ritardato )
OFF dopo 1 min.
Vbatt<11V
(Vbatt=10V)
OFF
OFF
ON
OFF
Studente: __________________________________
Modulo per la richiesta dei materiali
q.tà
q.tà
q.tà
q.tà
Resistori
Condensatori
Circuiti integrati C-MOS:
Amplificatori operazionali
Regolatore di tensione
Diodi:
Transistor
Diodi LED
CD4060
LM324
LM317
1N4148
BC337
Rosso
CD4001
LM358
78L05
1N4001
CD4011
Verde
Giallo
pag. 2 / 2
BYW29
CD4017