Паяем простенькую схему и компонуем детали
Для сборки такой схемы не обязательно иметь текстолитовую основу и вытравливать дорожки. Катоды (короткая ножка) всех светодиодов собираются в один узел, к анодам (длинная ножка) припаиваются резисторы на 33 Ом. Хвосты резисторов также спаиваются вместе и припаиваются к коллектору транзистора. С базой транзистора соединен резистор на 3,6 кОм, а с эмиттером — катод выпрямительного диода. Анод диода соединен с резистором базы, на этот же узел подается положительный полюс солнечных модулей. Минус от модулей и аккумулятора соединен проводами с объединенными катодами светодиодов. Положительный полюс аккумулятора подключается к эмиттеру транзистора.
Электрическая схема светильника
Отдельные солнечные модули имеют напряжение 0,5 В, а для зарядки аккумуляторов нужно 4,5–5 В. Поэтому отдельные модули нужно объединять в цепочки. Для начала припаяйте к модулям проводники, если их нет. Для этого нарежьте плоский проводник на полоски, длиною чуть больше, чем ширина модуля. Если модуль 19 мм, режьте по 25 мм.
Положительный контакт модуля расположен на тыльной стороне, а отрицательный — эта та самая центральная полоска на лицевой части. По этой полоске нужно провести флюсом — это такой бесцветный маркер из комплекта. Затем поверх контакта укладывается отрезок проводника. Остается только медленно провести сверху паяльником: тонкий слой олова уже есть на проводнике. Оставшийся хвост припаивается к контакту на тыльной стороне следующего модуля и так по цепочке, пока не соберется 10 модулей в два ряда.
Между рядами нужно сделать перемычку из плоского проводника, а к оставшимся двум концам припаять тонкие медные проводки. Будьте осторожны при работе с модулями, они очень хрупкие. Их также не желательно перегревать, поэтому не держите паяльник на одном месте слишком долго.
Основные характеристики
Качество подобного устройства определяется применяемым кремнием. В недорогих светильниках используют его поликристаллическую или аморфную разновидности. Монокристаллический кремний может работать в любой сезон, он стоек к агрессивному воздействию. Если нет возможности приобрести монокристаллический элемент, лучше использовать мультикристаллические солнечные батареи.
Для придания долговечности изделиям их покрывают специальной пленкой.
Производители стали изобретать маркетинговые ходы для скрытия некоторых изъянов своей продукции. В частности, поликристаллические устройства стали называть уличными светодиодными фонарями, но срок их нормальной службы составит только один сезон.
Длительным сроком эксплуатации могут похвастаться брендированные устройства. Здесь достаточно мощный фотоэлемент, солнечный свет в него попадает в глубокие слои, что обеспечивает стабильную работу светильников в течение продолжительного времени. У китайских светильников толщина фотоэлемента сравнима с фольгой, поэтому срок службы его гораздо меньше.
На освещение оказывает влияние и структура стекла. При преобладании дней с пасмурной погодой лучше использовать текстурированное стекло, поскольку оно накапливает излучение, в то время как гладкая поверхность способствует его частичному отражению. Наиболее дорогое и долговечное покрытие — закаленное стекло.
Принципиальная схема простого для повторения светильника
Приведенная ниже принципиальная схема светильника, работающего от энергии солнечного света весьма проста, и многократно опробована многочисленными любителями, специализирующихся на изготовлении полезных устройств своими руками.
Принципиальная схема
Как она работает:
- В дневное время солнечная панель (S) преобразует энергию световых лучей в электрическую.
- Вырабатываемый ею ток через диод D1 заряжает аккумуляторную батарею (А).
- Положительный потенциал, приложенный к базе через резистор R1, «удерживает» транзистор Т1 в закрытом состоянии и светодиод D2 не горит.
- При значительном снижении освещенности солнечной панели транзистор открывается (из-за уменьшения положительного потенциала, приложенного к базе) и подключает светодиод D2 к аккумуляторной батарее. Светодиод начинает гореть.
- Диод D1 препятствует разряду аккумулятора через солнечную панель.
- С наступлением рассвета положительное напряжение, поступающее с «+» вывода солнечной панели на базу «закрывает» транзистор Т1 и светодиод D2 перестает гореть, а аккумуляторная батарея снова начинает заряжаться.
Устройство светильника на солнечных батареях
Конструктивно приборы уличного освещения состоят из таких элементов:
- Корпус – может иметь различную форму, размеры и способ установки, оснащается кронштейном для подвешивания или опорной конструкцией для установки в грунт;
- Источник освещения – за счет малого расхода и неприхотливости в работе чаще всего устанавливаются светодиодные лампы;
- Плафон – включает в себя рассеиватель для направления светового потока и внешнюю крышку для предотвращения воздействия атмосферных факторов на сам светодиодный светильник;
- Аккумуляторная батарея – предназначена для накопления электрической энергии от солнечных лучей для последующего расхода на освещение в темное время суток;
- Солнечный модуль – используется для преобразования солнечной энергии в электрическую с целью ее дальнейшей передачи к потребителю;
- Датчик освещенности – реагирует на смену времени суток и включает или отключает питание светодиодных фонарей.
Если вам не нужна постоянная подсветка участка, существуют приборы на солнечных батареях со встроенным или работающие в комплексе с датчиком движения. Такие модели будут включать фонари только при возникновении движения в определенной зоне, а после выдержки установленного времени отключат свет.
Рис. 1: светильник с датчиком движения
Принцип действия
Любое устройство уличного освещения работает по такому принципу: Солнечные лучи, попадая на фотоэлементы генерируют выработку электрической энергии, которая через диод VD поступает на клемму аккумуляторной батареи и эмиттер транзистора, как показано на рисунке ниже.
Рис. 2: принципиальная схема уличного освещения на солнечных батареях
В светлое время суток датчик освещенности под воздействием естественного освещения выступает в роли токоограничивающего резистора, запирающего цепь питания светодиодной панели. С наступлением темноты фотоэлемент перестает генерировать электроэнергию, но за счет диода VD накопленная в емкости аккумулятора электроэнергия не растрачивается на обратный разряд.
Датчик освещенности перестает запирать цепь питания светодиодов, открывается транзистор и ток протекает по цепи аккумулятор – эмиттер и коллектор транзистора – светодиодная панель. С наступлением рассвета отключение цепи питания и включение цепи подзаряда происходить в обратной последовательности.
Это простейшая схема работы, на практике существуют приборы уличного освещения с более сложной автоматикой и логикой работы, а также устройства с инвертором для преобразования постоянного напряжения в переменное.
Покупаем светильник на солнечных батареях
На современном рынке выбор светильников для работы на придомовой территории довольно велик. Не трудно и растеряться от такого разнообразия.
Мы подскажем, на что следует обратить внимание в первую очередь
Мощность
От того насколько мощным будет источник света зависит и площадь освещаемого пространства. Современные реалии таковы, что покупатель уже знает преимущества светодиодных ламп. Для моделей, которые будут использоваться для подсветки дорог или художественного оформления сада мощные модели не нужны.
Для того чтобы лучше ориентироваться людям на машинах на территории загородных участков есть более мощные модели.
Чтобы облегчить ориентирование среди всего многообразия лампочек мы собрали в одну таблицу все лампочки:
- светодиодные;
- люминесцентные;
- лампы накаливания.
И сгруппировали их по мощности:
Класс защиты
Так как предполагается, что наши светильники будут использоваться на улице, то параметр “Класс защиты” показывает насколько наш светильник защищён от воздействий внешней среды.
Нам важна характеристика прибора по классу IP.
Из таблицы хорошо видно, что для уличных светильников оптимальным будет класс защиты IP44, но можно и выше, а стоить будет дороже.
Но таблица только помогает подобрать нужный прибор с нужным классом защиты. А, вообще говоря, нужно сначала ориентироваться на климатические особенности местности, где этот фонарь будет установлен.
Материал корпуса
Вот тут трудно давать советы. Нет, конечно, чтобы наружное освещение больших территорий служило долго, нужнее прочные и долговечные материалы.
А если это декоративные светильники, то их корпус может быть изготовлен из чего угодно — металл, пластик, стекло да даже дерево. Тут важнее сами солнечные батареи. Они должны быть качественными.
Виды светильников и способы установки
Как уже говорилось, разнообразие светильником большое.
По виду и способу монтажа они разделяются на:
- Грунтовые — в основном используются для оформления садовых тропинок, подсветки, как элемент декорации или ориентир. Длину и высоту ножек можно подобрать по своему вкусу.
- Настенные — очень выгодно выделяют участок стены. Может применяться и как элемент подсветки придомовой зоны.
- Подвесные — можно подвесить в любом месте придомовой территории. Монтировать либо на цепях, или на тросе и тому подобное.
- Встраиваемые — углубляются в элемент конструкции. Служат как подсветка садовых дорожек или мест парковки.
Схема электронного блока управления фонаря на солнечных батареях
Принцип действия электронного блока предельно прост. Схема работает следующим образом. Пока солнечная батарея освещается солнцем, она вырабатывает ток, который через диод Шоттки осуществляет зарядку аккумулятора. Одновременно ток поступает на базу транзистора Т1 и открывает его.
Так как транзистор Т1 открыт, то на базе транзистора Т2 держится нулевой потенциал, и этот транзистор закрыт. Когда наступает темнота, солнечная батарея прекращает вырабатывать электричество, транзистор Т1 закрывается, на базу транзистора Т2 через резистор R2 поступает ток, открывающий его. Тем самым создается цепь питания светодиода. При этом диод Шоттки предотвращает разряд аккумулятора на солнечную батарею.
Принципиальная схема блока управления фонаря на солнечных батареях
Емкости и заряда аккумулятора достаточно для питания нескольких таких светодиодов, которые будут создавать нужный световой поток. Данная схема позволяет включить параллельно до трех-четырех светодиодов.
Что касается внешнего вида фонаря, то здесь все зависит от фантазии мастера и его вкуса. Форму можно придать любую, которая будет более всего гармонировать с окружающей средой. Это могут быть и просто фонарики для освещения дорожек, это могут быть гирлянды для деревьев, кустов, это могут быть декоративные светильники для беседок, для освещения фонтанов. Но все они будут служить долго и верно. Потому что сделаны они были своими руками.
Описание и работа схемы
По даташиту модуль контроллера заряда держит до 6,8 Вольт напряжение по входу – сгореть не должен. Если аккумулятор новый, можно купить под него кейс-панельку. Это позволит быстро заменять аккумуляторы или извлекать их на зиму.
Итак, солнечная панель выдаёт в пике примерно 320 мА в час. С потерями на зарядном модуле пусть будет 250 мА приходящих на аккумулятор. За летний день, в идеале, возможно запасти более 2000мАч на аккумуляторе, если, конечно, у него достаточная ёмкость. Не все дни солнечные, поэтому, пусть будет 1000мАч. Исходя из этой цифры соберём светильник. Он должен работать от 4 Вольт и потреблять не больше 300 мА. Соответственно нужны светодиоды с малым напряжением (2 Вольта). Можно и на 3 Вольта, но тогда гореть будут не во всю мощь.
Подобные светодиоды на 2 Вольта нашлись в одной из перегоревших светодиодных ламп. Там были SMD светодиоды, напряжением 2,2 Вольта и током потребления примерно 30мА.
В сборе все это выглядит примерно вот так:
вольтметр и выключатель
Солнечная панель была прикреплена с внутренней стороны окна маленьким уголком и герметиком. Конечно, угол наклона и ориентация панели по солнцу не идеальные, но свои 5 вольт и минимум 100-150 мА она выдает с лихвой.
В качестве корпуса для светодиодной сборки был выбран неисправный кухонный электролюминесцентный светильник. Все лишние внутренности были выброшены. Получилось вполне цивилизованно.
При подаче напряжения 4 вольта с аккумулятора, светильник потребляет меньше 160мА. Это означает, что у собранной нами системы положительный электрический баланс – энергии вырабатывается больше чем тратится. Следовательно, в перспективе можно добавить светодиодов на светильник, либо какие-нибудь ещё потребители электроэнергии. По себестоимости подобный светильник выходит немного дешевле китайской аналогичной конструкции, однако по характеристикам будет его превосходить.
Есть у нас на сайте прикольный калькулятор резисторов. Попробуйте как он работает.
Конструкция солнечного светильника
Все солнечные светильники малого и среднего ценового диапазона в настоящее время оборудованы практически одинаковыми солнечными батареями площадью не больше 9 квадратных сантиметров. Солнечная батарея заряжает аккумулятор. Размер и емкость аккумулятора зависит от габаритов светильника и честности производителя. Как правило применяются стандартные аккумуляторы небольшой или средней емкости. Иногда, проявив смекалку, можно купить светильник за 45 рублей и стать обладателем нового аккумулятора формата АА емкостью 1 А/ч. Большинство светильников оборудуются выключателями. С помощью выключателя можно отключить аккумулятор от схемы питания. Пользоваться выключателем очень удобно при хранении светильников в зимнее время.
Площади солнечных батарей равны
Внутренняя начинка светильников
Тыльная сторона
Доработки и поделки с садовыми светильниками
Доступность садовых светильников позволяет удовлетворить желания поработать своими руками и пофантазировать над нестандартным применением фонарей. На сайте Секрет Мастера представлено несколько вариантов доработки садовых светильников.
1. Комнатный ночник из солнечного фонаря.
2. Современное освещение дачного туалета.
3. Цветные садовые фонари.
4. Электронный сверчок.
5. Сверкающий садовый светильник, очень красивая вещь при изготовлении нескольких штук. Самые дешевые светильники прекрасно работают до утра даже осенью.
6. Моргающий садовый светильник.
7. Светильник хамелеон
8. Фонарик светодиодный с питанием от одной батареи
9. Солнечный флюгер
10. Звуковой маяк
<index>
Многие, наверное, задумывались о том, как осветить придомовую территорию так, чтобы было и уютно, и эстетично. Но ведь это дополнительные затраты на электроэнергию. Да и к тому же, чтобы подвести напряжение к каждому из уличных светильников, придется испортить ландшафт, прокопать канавы, в которые будет уложен кабель. Ну а висящие по воздуху провода от одного садового светильника к другому – это совсем некрасиво.
И вот тут возникает мысль: «А ведь можно установить фонарь на солнечной батарее, и тогда электрическая энергия будет производиться таким бесплатным генератором, как солнце!». Естественно, человек идет в магазин за подобными приборами и, глядя на цены этих световых приборов, забывает о своем желании, потому как их стоимость очень высока.
Но ведь есть же руки и голова, и этот прибор создали такие же люди, а значит, вполне по силам собрать садовый фонарь на солнечных батареях своими руками.
Садовые фонарики на солнечных батареях
Попробуем разобраться, возможно ли это, и насколько сложна эта работа.
Конечно, идеальным будет вариант, если имеется неисправный прибор – помимо того, что станет понятным его устройство, можно заодно понять, как своими руками отремонтировать солнечный фонарь, но и в реализации этой идеи есть недостаток. Естественно, можно взять несколько дешевых садовых фонариков, требующих ремонта, и заменить их солнечные батареи, но модернизация их китайской начинке все равно будет необходима. А потому их база нужна лишь для обучения, т. к. отремонтированный фонарик не прослужит дольше сделанного с нуля.
Прежде чем приступить к созданию светильника на солнечных батареях, необходимо разобраться в конструкции подобных устройств.
Хотя все фонари с виду разные, схема их работы очень проста. Состоит она из солнечной батареи (панели), аккумулятора, преобразователя напряжения и светодиода или модуля.
Схема подобного светильника будет понятна любому начинающему радиолюбителю и выглядит она следующим образом:
Схема светильника на солнечных батареях
И вот уже разобравшись со схемой и поняв принцип работы фонаря, работающего на энергии, которую вырабатывают солнечные элементы, можно определиться с тем, какая яркость требуется, какие выбрать световые элементы, и в соответствии с этим выбирать аккумулятор и солнечную панель.
Для освещения дачного участка вполне подойдут ультраяркие светодиоды Cree, по 1–1.5 вольт в количестве 3 или 4 штук на один светильник. При таких элементах достаточно будет батареи с емкостью 3 000 мА·ч и выходным напряжением в 3.6 вольт. На подобный элемент питания будет подаваться зарядка от солнечной панели в течение 8–10 часов, чего вполне достаточно для работы выбранных светодиодов до 12 часов.
Ну и, естественно, сама солнечная панель. Дело в том, что солнечная батарея из садовых светильников, выпускающихся в наше время, очень мала. Подходящей станет батарея, размер которой 65 х 65 х 3 мм, с выходным напряжением в 4.4 В, 90 мА. Она вполне может обеспечить необходимое питание.
Электронный блок управления. Теперь необходимо собрать «голову» светильника, а именно сам блок управления. Для этого понадобится:
- четыре резистора МЛТ 22 кОм;
- два транзистора КТ503;
- один диод (оптимальным будет Шоттки 11DQ04).
Т. к. все это разместится на одной плате, то конечно лучше ее вытравить самому. Но есть вариант и аккуратнее, и менее трудозатратный. Сейчас в магазинах можно приобрести универсальные макетные платы. В дополнение под рукой при работе должен быть и многожильный медный провод для создания дорожек.
Итак, когда все элементы будущего электронного блока управления в сборе, можно приступить к пайке. Необходимо собрать следующую схему.
Схема электронного блока управления светильника на солнечной батарее
В подобную схему свободно включаются 4 светодиода. И если качество сборки на высоком уровне, то прослужит такой блок управления многие годы.
На что обратить внимание при выборе
Мощность, количество светодиодов
Очень важный параметр. От него зависит уровень освещенности, яркости светильников, их количество, расстояние между ними. Мощность обычно указывается в Ваттах. Как правило, покупатели лучше всего представляют себе мощность более привычных ламп накаливания. Поэтому существуют таблицы с аналогами мощностей светодиодных ламп и ламп накаливания.
Исходя из такой таблицы, не трудно прикинуть, какой мощности необходимы led-лампы для создания подсветки или полноценного освещения.
Степень защиты IP
Указывается на всех электрических приборах. Первая цифра показывает, насколько светильник защищен от проникновения пыли, твердых частиц. Вторая отмечает уровень защиты от влаги, брызг, струй воды.
Для безопасной работы корпус и батареи должны быть защищены от попадания пыли, влаги. Для уличной установки рекомендуется класс защиты не менее IP44. Чем выше, тем безопасней. Для фонтанных фонарей IP составляет не менее 67.
Тип стекла
Зависит от климата, количества солнечных лучей. Для южных регионов, где солнце – частый гость на небе, можно выбрать панели с гладким стеклом.
Если погода преобладает облачная, то стоит выбрать рефлекторное стекло. Оно позволит максимально использовать рассеянные солнечные лучи для зарядки аккумуляторов.
Закаленное стекло рекомендуется для общественных пространств, чтобы защитить панели от повреждений.
Вид кремния в светильниках
Зависит от эксплуатации. Более дорогие мульти-, монокристиллы подходят для круглогодичного использования. Для дачного летнего использования достаточно поликристаллов.
Если есть возможность установки больших по площади солнечных батарей, то можно пользоваться тонкопленочными. Они недороги, вырабатывают довольно дешевую энергию.
Специалисты сходятся во мнении, что свойства солнечных панелей гораздо сильнее зависят от качества изготовления, чем от типа
Лучше обращать внимание на репутацию производителя для выбора надежного изделия. Хорошо зарекомендовали себя венгерская фирма Novotech, австрийская Globo Lighting и др
Тип и емкость аккумулятора
Стандартного заряженного аккумулятора емкостью 600-700 мА/час хватит на 8-10 часов работы ночью. Исходя из конкретных потребностей в освещении, можно выбрать как менее емкие батареи, так и более емкие
Для этого обращайте внимание на время работы ламп при полном заряде аккумулятора. Для освещения в течение всей ночи лучше выбирать аккумуляторы с напряжением не менее 3 В
Тип аккумулятора не играет роли для характеристик светильников: оба вида отличаются стабильной работой при температурах от -50⁰С до +50⁰С. Никель-металлогидридные стоят дороже, но служат несколько дольше. В состав никель-кадмиевого аккумулятора входит экологически ядовитый кадмий, поэтому могут возникнуть трудности с его утилизацией.
Качество контроллеров и дополнительные опции
От контроллеров зависит срок службы светильников, автономность, другие характеристики. Дополнительные устройства, типа датчика движения, фотореле, позволяют не задумываться о включении и выключении фонарей.
Внешний вид, способ установки
Дизайн важен для декорирования местности.
Способ установки выбирается в зависимости от назначения. Для садовых светильников достаточно ножки, втыкаемой в землю. Более «серьезные» осветительные приборы требуют подвесного монтажа или высокой опоры.
Во сколько обойдутся детали
В дешевых китайских светильниках стоимостью около 500 руб. используется всего один светодиод, чего явно недостаточно. Более того, напряжение аккумулятора составляет 1,5 В, именно поэтому свет очень тусклый.
Чтобы не тратить время зря, рекомендуется собирать светильники с оптимальной конфигурацией, в которую входят:
| Элементы | Цена | Кол-во | Общая стоимость |
| Солнечные модули Eco-Source 52х19 мм | 675 руб. за 40 шт. (на 4 светильника) | 1 компл. | 675,00 руб. |
| Аккумулятор SONY HR03 (1,2 В 4300 мАч) | 885 руб. за 12 шт. (на 4 светильника) | 1 компл. | 885,00 руб. |
| Светодиоды BL-L513UWC | 10 руб./шт. | 12 шт. | 120,00 руб. |
| Резистор СF-100 (1 Вт 33 Ом) | 1,8 руб./шт. | 12 шт. | 21,60 руб. |
| Транзистор 2N4403 | 6 руб./шт. | 4 шт. | 24,00 руб. |
| Диод 1N5391 | 2,5 руб./шт. | 4 шт. | 10,00 руб. |
| Резистор CF-100 (1 Вт 3,6 кОм) | 1,9 руб./шт. | 4 шт. | 7,60 руб. |
| Итого: | 1743,20 руб. |
Выходит, что для сборки одного качественного светильника нужно комплектующих примерно на 435 руб. Но из этих же деталей, докупив последние 3 позиции, можно сделать 12 аналогов дешевых китайских светильников.
