Светодиодные фонари на солнечных батареях

Устройство

Осветительные приборы в течение светового дня накапливают энергию от солнца, а в ночное время используют её же для освещения территория. Это происходит благодаря следующим элементам:

Солнечной панели, которая является сердцем фонаря: ведь здесь производится преобразование солнечной энергии в электрическую.
Накопительному аккумулятору: собранная во время светового дня энергия расходуется в тёмное время суток.
Светодиодной лампочке – непосредственному источнику света. Она может иметь разные типы свечений: тёплое и холодное. Бывают также элементы с переменным свечением.
Контроллеру для регулирование работы лампа, зарядки аккумулятора. Качественный контроллер даёт гарантию хорошей работы аккумулятора.
Корпусу и элементам крепежа.

Кроме перечисленных элементов светильники могут иметь датчики освещенности, они самостоятельно включают лампы при наступлении сумерек. При отсутствии таких датчиков приборы нужно включать и отключать ручным способом. Для экономии электроэнергии полезно оснащать устройства датчиками движения.

В обычных садовых моделях применяются батареи, имеющие небольшую ёмкость, в этом случае накопленной энергии достаточно для работы в течение 8-10 часов в условиях долгого солнечного дня, например, летом. Осенью ночи гораздо длиннее, поэтому в такой момент помогает датчик движения. Срок службы светодиодных элементов составляет примерно 60 тыс. часов, однако аккумулятор нужно заменять раньше.

Особенности фонарей на солнечной батарее

Светильники на солнечных батареях функционируют за счет накопления энергии солнечного света. Днем они находятся в режиме зарядки аккумулятора, а вечером и ночью, наоборот, отдают свет для освещения уличных, парковых или садовых дорожек. Собираются такие приборы из нескольких элементов.

Корпус и крепление служат опорой и защитой «начинки» фонариков.
Солнечная панель является преобразователем для солнечной энергии в электрическую.
Лампа со светодиодами служит источником света. Причем она может быть предназначена для подачи «холодного» или «теплого» освещения. Встречаются модели с попеременной сменой цвета.
Контролер выполняет надзор за работой осветительного прибора, а также скорость зарядки/разрядки фонаря. Именно от этого элемента зависит, насколько хорошо будет функционировать аккумулятор.

Большинство современных моделей садовых фонариков для дачи оснащаются специальными датчиками. К примеру, при смене светового дня на вечернее время суток, светильник сам включится благодаря встроенному датчику освещенности. А чтобы приборы не тратили зря заряд, в них монтируют датчики движения, благодаря которым фонари включаются при приближении людей и выключаются при их отсутствии.

Накопленной энергии из фонарика может хватить на 8-10 часов освещения. Но это при достаточном количества солнечного света, осенью и зимой цифра значительно ниже. Светодиод способен прослужить до 60 000 часов, правда, аккумулятор может выйти из строя раньше данного срока.

Среди достоинств фонариков на солнечных батарейках стоит отметить следующие:

экономичность, ведь энергию для работы они вырабатывают сами;
простой монтаж;
мобильность, такие фонари достаточно просто переставить или убрать на хранение;
наличие датчиков позволяет приборам самостоятельно включаться и отключаться;
ассортимент диодных фонарей очень большой и предлагает разнообразие форм и размеров;
долгий срок эксплуатации;
безопасность в использовании;
экологичность.

Но садовые осветительные приборы не лишены и недостатков.

Чувствительность. От переохлаждения аккумулятора в зимний период могут происходить сбои в работе.
Большая часть поломок не устраняется.
Их работа (мощность) зависит от погодных условий. Если недостаточно солнечного света, то это напрямую скажется на времени работы фонарика. К тому же, их нельзя устанавливать в тени.
Поскольку владелец тратит всего несколько минут на установку фонарика, то воришке понадобится еще меньше времени, чтобы присвоить прибор себе.
Мощность светильника на солнечной батарейке в разы уступает обычным фонарикам, поэтому и используются они в качестве локальных или декоративных подсветок.

Но даже такие недостатки не отпугивают потенциальных покупателей, и спрос на светодиодные уличные фонари, по статистике, только растет.

ФОНАРЬ С СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕЕЙ

Как извесно, прогресс не стоит на месте. Развитие новых технологий обусловило появление на рынке новых сверхъярких светодиодов, стоимость которых с каждым годом снижается. Появилось и много инновационных изделий на основе этого полупроводникового прибора. Все эти новшества возникают только благодаря одной цели — энергосбережению. Государством, внедряющим повсюду новые »зеленые технологии», является Китай (уже перещеголявший в плане инноваций и схемотехники Японию). Рынок просто заполонили светодиодные (и не только) девайсы из Поднебесной, цена которых довольно демократична, по сравнению с аналогичными изделиями европейских производителей. Одним из новаторских устройств,массово ввозимом в нашу страну, является садовый декоративный светодиодный фонарь с зарядкой на солнечной батарее.

Рассмотрим его подробнее. »Вскрытие» пациента показало вот что. Питается светильник от NI-MH (никель-металлгидридного) аккумулятора емкостью 600мА*ч напряжением 1,2В.

В качестве осветительного элемента применен обычный сверхяркий светодиод белого свечения; в роли зарядного устройства выступает солнечная панелька размером 5 на 5см, выдающая в погожий солнечный день до 2,3В напряжения. Осмотр печатной платы устройства практически ничего не прояснил — кроме токового дросселя и неизвесной микросхемы, с 4 выводами и надписью на корпусе 5252F на плате ничего нет! Поиск по базам даташитов и базам LED преобразователей (драйверов) тоже ничего не дал.

По всей видимости это очередная инновация китайских мастеров (копирование фирменной микросхемы с упрощением внутренней части).

Так как светильник с одним светодиодом светит довольно тускло (оно и понятно, ведь главная цель такого девайса — декоративная функция) была предпринята попытка модернизации. Во первых, колпак светильника из прозрачного пластика недостаточно рассеивает направленный поток света от диода, поэтому для усиления эффекта рассеивания была предпринята попытка оклеить внутреннюю часть крышки плафона фольгой.

Помимо этого можно посоветовать применить вместо одного светодиода три сверхярких, включенных в паралель, хотя это сократит время свечения светильника с 8 часов до 4-6. Можно пойти другим путем — заменить дроссель на более мощный и диод на матрицу из 4 диодов. Эта модернизация также сокращает время свечения прибора в темное время суток. Если же эксперименты привели к поломке электронной части изделия, то ремонт можно произвести только полностью заменив электронную начинку (ведь микросхемы с такой маркировкой не продаются ни в одном из российских радиомагазинов). Можно полностью заменить внутреннюю схему, применив разработку инженеров из Дании и построив транзисторный преобразователь.

Или обратиться еще к одному западному источнику.

Дроссель для этой схемы придется мотать на ферритовом кольце диаметром 10 и толщиной 3мм. Обмотка содержит две секции по 20 витков провода 0,2-0,3мм. Вообще же тема применения преобразователей для сверхъярких светодиодов довольно обширна и интересна с точки зрения экспериментов.

Что же касается нашего светильника, то он практически вечный (если конечно активно не вмешиваться в его работу). Неисправности, которые могут в нем возникнуть, носят специфику всех приборов, работающих на открытом воздухе — окисление контактов в аккумуляторном отсеке, непропай радиоэлементов и окисление дорожек под действием осаждающейся из воздуха влаги (можно покрыть плату дополнительным слоем цапонлака), выход из строя батареи. Батарею можно заменить на аналогичную Ni-Cd (никель-кадмиевую). Для профилактики батареи желательно хотябы раз в месяц заряжать ее от сетевого зарядного устройства, либо поставить переключатель, для отключения питания схемы светодиода, а аккумулятор зарядить полностью в течении 2-х световых дней (все таки у нас не Африка, бывают и пасмурные дни). Данный декоративный светильник исправно проработал в течении 2-х дачных сезонов (без замены батареи), и при всей своей простоте и неприхотливости является изделием, несущим в себе смысл главной в наше время технологической идеи — энергосбережения!

Устройство и принцип работы светильников на солнечных батареях

Основные элементы солнечного светильника

Светильник состоит из следующих конструктивных частей.

Солнечная батарея (или панель). Основной элемент светильника, самый дорогой. Панель состоит из фотогальванических ячеек, в которых энергия солнечных лучей преобразуется в электрический ток за счет фотогальванических реакций. Материал электродов используется разный. Именно от них зависит эффективность батареи.

Аккумулятор. Он накапливает электрический ток, который производит панель. Аккумулятор подсоединяется к батарее при помощи специального диода. Диод проводит электричество только в одну сторону. В темное время суток он становится источником энергии для лампочек, а в светлое – питает контроллер и другую автоматику. Обычно используются никель-металлогидридные или никель-кадмиевые аккумуляторы. Они хорошо справляются с многочисленными циклами заряд-разряд.

Источник света. Чаще всего используются светодиодные лампочки. Они расходуют минимальное количество энергии, выделяют мало тепла, долго служат.

Корпус. Все перечисленные компоненты заключены во внешний корпус. Он должен быть устойчивым к прямым солнечным лучам, осадкам, пыли и грязи. Иногда солнечная батарея размещается отдельно, а сам светильник в другом месте. Часто сверху корпуса размещается плафон, который выполняет защитные функции и рассеивает световой поток в пространстве.

Контроллер (выключатель). Прибор, который управляет процессом заряда/разряда. Иногда контроллер выполняет функцию фотореле — отвечает за автоматическое включение света, когда стемнеет. На некоторых моделях имеется ручной выключатель.

Опора светильника. Корпус размещается на металлической опоре: столбе или иной ножке. В зависимости от назначения опора изготавливается разной высоты.

Принцип действия заключается в следующем: солнечные лучи попадают на фотогальванические элементы и преобразуются в электрический ток. Ток через диод поступает в аккумулятор, который накапливает заряд. Днем, когда светло, фотореле (или ручной выключатель) препятствуют разряду аккумулятора. Но с наступлением темноты аккумулятор начинает работать: накопленная днем электроэнергия начинает поступать на источник света. Светодиоды начинают освещать пространство вокруг себя. На рассвете фотореле снова срабатывает, светильник перестает работать.

Схематичный принцип действия

В солнечный день энергии достаточно для работы светильника в течение 8-10 часов. При заряде в облачный день время работы снижается в несколько раз.

Плюсы и минусы автономных светильников

Кратко выделим основные плюсы и минусы светильников, работающих на солнечных батареях.

Преимущества

Осуществить установку таких фонарей достаточно просто. Для этого не требуется профессиональных знаний электрика, и вам не придется работать с проводкой.
Такие светильники очень экономичны: чтобы осветить дачу достаточно от 3 до 5 ламп, мощность которых начинается от 50 Вт. Несложно подсчитать, какая экономия вас ждет с фонарями на солнечных батареях.
Свет их мягок и не бьет в глаза в процессе приближения.
Система работает на автомате: даже если вас нет на месте, светильники продолжают работу в темное время суток, что вероятно отпугнет возможных злоумышленников.
Такое освещение не только экологически чистое, но и безопасное, ведь оно не требует проведения работ по заземлению.
За светом на батареях легко ухаживать. Достаточно время от времени протирать устройство, снимая пыль и грязь.
Этот тип освещения отличается долговечностью: вам придется менять систему не чаще одного раза в 15 лет.
Степень защиты IP на высоком уровне, что делает светильники неуязвимыми при дожде и в результате других погодных изменений.

Недостатки

Если собираетесь использовать такой тип светильников на даче, их будет недостаточно для полного освещения территории. Они работают не более 8 часов в день и то при условии, что весь день стояла солнечная погода.
Устройства с повышенной мощностью достаточно дорого стоят, поэтому не все могут себе их позволить.
Зарядка идет очень слабо, если стоит «нелетная» погода.
При температуре ниже -20 градусов длительность работы светильников снижается.

Как собрать садовый светильник на солнечных батареях своими руками

Типовая схема таких светильников очень простая, она состоит всего из семи элементов:

резистор 47КОм;
резистор 56Ом;
диод КД243А (либо импортный 1N4001/7/ 1N4148);
транзистор КТ361Г (либо импортный 2N3906);
аккумулятор 3,7В/1500мАч;
солнечная панель 5,5В/2Вт;
светодиоды — один мощностью 3 Вт или несколько по 1-1,5Вт.

Ниже приведена базовая схема светильника на солнечной батарее.

Принцип действия предложенной цепи прост. Когда солнечный свет падает на панель, транзистор закрыт, и энергия накапливается на аккумуляторе. Когда на солнечную панель перестает попадать свет, транзистор открывается, и ток идет на светодиоды. Таким образом, в течение светового дня светильник заряжается, а вечером и ночью он светится. Для заряда хватает восьми часов, а время работы зависит от емкости аккумулятора и силы свечения светодиодов.

Собрать схему способен даже начинающий любитель. Есть несколько вариантов монтажа.

Самостоятельно сделать небольшую плату (2х3см), вытравить на ней дорожки, а затем припаять все элементы схемы.
Собрать схему без платы навесным монтажом. Но тогда позаботьтесь о качественной изоляции для стыков проводков и элементов, чтобы при помещении всех элементов в корпус фонарика не случилось замыкания цепи.

В обоих случаях схема без труда поместится в колпачке от дезодоранта. Там же можно разместить и аккумулятор. А солнечную панель при помощи термоклея можно прикрепить сверху. Для усиления яркости светильника используйте отражатель. Его делают из фольги или старого компакт-диска.

Как устроен типичный светодиодный светильник

Конечно, все они выглядят по-разному.

В коробке находится сам светильник в сборе, отдельно две “ноги” – короткая и длинная. Еще есть пластиковый черный наконечник, который втыкается в землю, и инструкция.

Наличие двух “ножек” очень удобно. Ведь кому-то захочется “посадить” светильник прямо на поверхность почвы. Тогда подойдет короткая трубка. Кому-то захочется приподнять лампу над поверхностью. Тогда используется длинная. Во всяком случае, не придется сразу что-то отпиливать или искать подходящий удлинитель. Такая забота о потребителе всегда приятна.

Сам шар не стеклянный, а пластмассовый. Это облегчает конструкцию и делает ее более безопасной. Правда, стекло в отличие от пластика не царапается, но тогда изделие стоило бы дороже.