Солнечная батарея для светильника

Схема светильника на солнечной батарее

Любое электронное и электротехническое устройство обладает определенными техническими характеристиками, которые зависят от компонентов, из которых они собраны.

В зависимости от используемых электронных частей, которые могут различаться по своим параметрам, при одинаковой электрической схеме устройства, в результате можно получить различные технические характеристики, определяющие возможность его использования.

Схема садового светильника

Конструктивно, садовый светильник, работающий на солнечной батарее, состоит из следующих частей:

  1. Корпус – может быть различной конструкции, в зависимости от способа установки, материала, используемого при изготовлении и его предназначения.
  2. Солнечная батарея – является источником питания электрического аппарата.
  3. Источник света – электрическая лампа, как правило малой мощности (светодиод) и значительным световым потоком.
  4. Устройства автоматики – датчики освещенности и движения, обеспечивают включение в темное время суток и при попадании движущегося объекта в зону охвата датчика, соответственно.
  5. Аккумулятор (АКБ) – является накопителем электрической энергии, обеспечивающей работу источника света.
  6. Электронный блок (контроллер) – отвечает за режим заряда аккумулятора и работу источника света.
  7. Коммутационный аппарат – служит для отключения прибора, когда нет необходимости в его работе.

Схематически, садовый светильник, работающего на солнечной батарее, выглядит следующим образом:

На данном рисунке коммутационные устройства и средства автоматики не указаны. Принцип работы основан на преобразовании солнечной энергии в электрическую, которое происходит внутри фотоэлементов, являющихся основой солнечной батареи.

Все элементы – АКБ, контроллер и источники света, помещаются в общий корпус, солнечная панель может в него встраиваться или быть выносной, в соответствии с конструкцией конкретной модели.

Схема светодиодного светильника

Схема светильника, у которого в качестве источника света, используются светодиоды, аналогична выше приведенной, с той лишь разницей, что при наличии нескольких светодиодов в одном светильнике, появляется возможность создать режим работы устройства, когда в зависимости от заданных параметров, светят лишь часть светодиодов или все их количество.

Простейшая электронная схема подобного устройства, может выглядеть следующим образом:

Работа светодиодов осуществляется от аккумуляторов, которые заряжаются от солнечной батареи. Стабилизаторы, диоды и катушки индуктивности, обеспечивают требуемые параметры напряжения в цепях питания и зарядки. Светодиоды светятся одновременно, при достаточном заряде аккумуляторных батарей.

Схема китайского светильника

Среди товаров, в конструкции которых предусмотрено электроснабжение электрических компонентов от солнечной батареи, большая доля принадлежит продукции китайских производителей, это относятся и к солнечным светильникам.

Схема подобных устройств может быть различна, в зависимости от требований, предъявляемых к конкретной модели. Принципиальная схема и внешний вид одной из моделей таких устройств, а именно – Solar Garden Light, приведены ниже.

В данной схеме предусмотрена установка выключателя, который позволяет выключать источник света в дневное время и включать, по мере необходимости.

Данная модель, изготавливается в виде «светильника на ножке», что позволяет ее устанавливать в любом удобном для эксплуатации месте и переустанавливать, по мере необходимости.

Внешний вид плафона и материал из которого он изготовлен, а также материал «ножки», могут быть различны, что отражается на стоимости, но не на технических характеристиках устройства.

Как сделать солнечный фонарик своими руками (часть 1)


Солнечные фонарики можно смело разделить на несколько групп, это «авторские», сделанные из каких — то достаточно уникальных вещей и остроумные по задумке, мини — прожекторы, предназначенные для освещения по направлению, или подсветки сверху цветочных клумб и рядовые солдаты дачного освещения — классические фонарики на столбике предназначенные для освещения дорожек. Как и из чего их можно сделать я расскажу в данной статье. Также будет рассмотрено несколько вариантов исполнения электроники для тенистых участков сада, где подзарядка фонарика от солнца затруднена и яркостью освещения придётся немного поступиться.
Основой практически любого самодельного фонарика является его плафон из пластика или стекла выполненный из замысловатого флакона, стакана или рюмки, плафона купленного в магазине, или оставшегося от старой люстры, он может быть детской игрушкой, или того что от неё осталось. Кстати, от источника плафона мои фонарики и получают свои имена, например – «Каприз», «Мельница», «Нескафе», «Лукошко», «Граппа» и т.д… Как показала практика, наиболее удачными плафонами для классических фонариков на столбике являются обычные недорогие рюмки. Они легко чистятся, со временем не мутнеют и не становятся хрупкими в отличии от плафонов китайских фонариков. А подобрав качестве плафонов рюмки с красивым рифлением, можно получить оригинальные световые рисунки и неповторимый внешний вид. Например, фонарик сделанный из рюмки «Каприз» имеет световой рисунок с расходящимися лучиками света:

А вот так выглядит фонарик с плафоном из простой прозрачной рюмки:

А вообще включив фантазию, в качестве плафонов можно также применить совершенно неожиданные стеклянные или пластиковые предметы. Это может быть закончившаяся мельница от приправы:

Или маленькая баночка из-под нескафе:

Баночка от детского питания:
Или даже круглая бутылка из-под водки:
А это исторические фотографии одного из самых первых фонариков сделанного из бутылки из-под крымской граппы и уже давно разбившегося:
Для того чтобы показать основные моменты сборки, я изготовил небольшую партию из четырёх фонариков:
В качестве «мальчиков для битья» на фотографии слева фонарик из Глобуса, справа из Леруа.
В качестве плафонов использовались недорогие рифлёные рюмки, купленные в Глобусе:
В донышке рюмки сверлим отверстие диаметром 6 — 8 миллиметров сверлом по керамограниту, например таким:
Удобнее всего сверлить на сверлильном станке, выставив обороты в пределах 800 – 1000 и опустив рюмку в неглубокую ёмкость с водой для лучшего охлаждения. Но на крайний случай сгодится обычный шуруповёрт, собственно им я практически все свои плафоны для фонариков и сверлил. При сверлении обязательно придерживайте стеклянную деталь рукой одетой в матерчатую защитную перчатку, чтобы не порезаться, если от излишнего усилия, или внутреннего напряжения стекло лопнет. Но в тоже время будьте внимательны, чтобы перчатку не намотало на сверло.
Основание для солнечной батареи вырезается из листового ПВХ пластика толщиной 5 – 6 мм при помощи электролобзика, или как в моём случае на ЧПУ:
Этот пластик широко применяется в рекламе и его обрезками можно разжиться в рекламных конторах.
При помощи паяльного фена в центр вплавляется мебельная гайка М4:
К солнечной батарее припаиваются провода. Для того чтобы исключить возможность короткого замыкания солнечной панели мебельной гайкой, дорожки сразу за точками пайки перерезаются:
Солнечные батареи применяются четырёх элементные, с рабочим напряжением 2 вольта. Как показали расчёты, приведённые в статье «Солнечные фонарики – нам надо ярче», лучше применять солнечные батареи размерами 60х65 мм и более, а перед тем как клеить солнечную батарею к основанию её нужно проверить. По моему опыту в партии из десяти солнечных батарей как правило одна попадается в виде «третий сорт не брак», а на заре моих экспериментов с использованием энергии солнца в первом заказе из десяти солнечных панелей, работоспособными приехало только четыре. Положив панели в ряд и по очереди сфотографировав какое напряжение они выдают, я отослал фотографии продавцу и инцидент решился в мою пользу. Вывод – не гоняться за совсем дешевизной и пользоваться магазинами с несколькими годами работы и хорошей репутацией. Для проверки солнечных панелей потребуется светильник с лампой накаливания мощностью 75 ватт и мультиметр. Переключим мультиметр в предел измерений постоянного тока 10 А и подключим к нему солнечную батарею. У исправной батареи на расстоянии 2…50 сантиметров от лампы накаливания ток должен плавно меняться в пределах 0,01….0,4 ампера.

Основание панели и низ солнечной батареи обезжириваем спиртом, или растворителем, при этом не допускаем попадания растворителя на лицевую часть солнечной панели во избежание замутнения, затем клеим солнечную батарею к основанию водостойким клеем, например таким:
Излишки клея выдавленные при соединении солнечной панели и основания убираем при помощи ветоши, отверстия через которые выведены провода герметизируем при помощи того же самого клея, или герметика.
А теперь вкратце про светодиоды, точнее их цветовую температуру. Светодиоды с цветовой температурой около 3000К отличаются тёплым «ламповым» светом и ночью более приятны для глаз, но хуже освещают. Свечение светодиодов с температурой 6000К отдаёт в «синьку», но окружающее пространство они освещают лучше. Для примера, на переднем плане фонарик «Каприз» со светодиодами с цветовой температурой 3000К, а на заднем плане фонарик «Мельница» со светодиодами с цветовой температурой 6000К:
Из ПВХ трубки диаметром 4 – 5 миллиметров, отрезанной в длину по размеру плафона, делаем основание для светодиодов 5730. В качестве материала отлично подойдут трубки от воздушных шариков, которые раздают на всяких мероприятиях.
Светодиоды приклеиваем на основание примерно по центру плафона:
Подпаиваем провода и фиксируем их вместе с проводами от солнечной панели термоусадкой белого или нейтрального цвета и обязательно защищаем от влаги двумя слоями цапон – лака, или аналогичного:
Устанавливаем плафон, протягиваем провода и завязываем их в узел, он будет распределять нагрузку по всем точкам пайки предохраняя от обрыва, в случае не аккуратного обращения:
Собираем плафон при помощи пластиковых шайб диаметром 28 миллиметров с прорезью, проставки из отрезка любой пластиковой дюймовой трубы длиной около 10 мм, шпильки, шайбы и гайки М4:
И подпаиваем к проводам плату электроники:
Плату обязательно защищаем от влаги двумя слоями цапон – лака, или аналогичного.
Немного остановимся на рабочих токах фонариков на примере схемы на микросхеме QX5252 (схема 11 из статьи «Солнечные фонарики – нам надо ярче»):
Ввиду того что потребление схемы с указанными номиналами составляет 100 – 110 мА, фонарик основанный на данной схеме чтобы светить до рассвета в течении всего дачного сезона должен устанавливаться только на открытое пространство без затенения от построек и деревьев, но на практике это не всегда возможно. Поэтому несмотря на появление в магазинах одной далёкой страны солнечных панелей с размерами 50х80 мм и заявленным током в 300 мА, в ряде случаев возможно придётся умерить аппетиты и уменьшить потребление фонариков. Для того чтобы посмотреть на сколько при этом уменьшится яркость, в двух фонариках ток потребления был уменьшен путём увеличения номиналов токозадающих дросселей, в одном до 67 мА (L1 = 33 мкГн), в другом до 45 мА (L1 = 47 мкГн). Перед окончательной сборкой их яркость была измерена люксометром, результаты приведены в таблице (схемы 8, 10, 11 приведены в статье «Солнечные фонарики – нам надо ярче»):
Как видно из таблицы яркость фонариков с уменьшением тока потребления вполне ожидаемо снизилась. Но при этом в самом худшем случае яркость свечения самодельного фонарика превосходит самого лучшего китайца из Леруа практически на порядок. Исходя из этого имеет смысл разделить фонарики по потреблению от АКБ на несколько групп предназначенных к установке на открытом пространстве, в полутени и для тенистых мест, что позволит им светить до рассвета практически независимо от облачности днём раньше. На фотографии слева направо фонарики с током потребления 45 мА (L1 = 47 мкГн), 67 мА (L1 = 33 мкГн) и 109 мА (L1 = 22 мкГн):
Фотосессию фонариков на природе к сожалению провести не удалось, но в домашней обстановке различий по яркости практически не видно. Конечно в реальных условиях разница будет более заметна, но ради стабильной работы фонариков на тенистых участках, яркостью можно немного пожертвовать, выбор за вами.
В качестве стоек для фонариков можно использовать практически любые подходящие по диаметру обрезки полипропиленовых водопроводных труб диаметром 30 — 50 мм оставшихся после ремонтов у вас, или друзей:
Так же вполне сгодятся самые недорогие серые ПП трубы:
Длина стоек выбирается в зависимости от того насколько часто прокашиваются дорожки и газоны на участке, на который вы планируете установить солнечные фонарики. Если трава регулярно косится и её высота небольшая, то лучше выбрать длину стоек 20 – 30 сантиметров, а если трава косится от случая к случаю, то тогда лучше увеличить длину стоек до 35 – 40 сантиметров, иначе фонарики будут просто не видны. Диаметр трубы подбирается исходя из художественного замысла и размеров выбранного плафона фонарика.
Если плафон немного больше по диаметру чем труба, то можно использовать наплыв ПП трубы, срезав кольцо под уплотнитель, например как у фонарика «Нескафе»:
Аналогичное решение было использовано и в фонарике «Лукошко».
Электронику и АКБ в фонарике можно разместить непосредственно в плафоне, если его размеры позволяют, или в стойке. Про фонарики с электроникой в плафоне мы поговорим в следующий раз, для них стойка представляет собой просто крашеную трубу подходящего диаметра, а на примере серой ПП трубы диаметром 30 мм я покажу как изготавливается стойка для фонарика с отсеком под электронику. В уже отрезанной по длине заготовке на расстоянии 9 — 10 см от верха сверлим четыре отверстия диаметром 2 — 3 миллиметра для слива конденсата из будущего батарейного отсека:
Из пластика, или пенопласта изготавливаем донышко отсека электроники и вклеиваем на водостойкий клей, или герметик, подгоняя по высоте заподлицо к сливным отверстиям, чтобы электроника и АКБ внутри стойки не плавали в дождливую погоду в воде. Вообще боковые отверстия в стойке спорное решение с точки зрения эстетики, но до этого в нескольких фонариках я сделал сливные отверстия в донышке батарейного отсека и погасшие фонарики постоянно приходилось «перезапускать», по несколько раз втыкая и выдёргивая разъём АКБ, чтобы восстановить в нём контакт, периодически пропадающий из — за влаги идущей в отсек электроники от земли.
Трубы белого цвета неплохо смотрятся в качестве стоек, а вот трубы серого цвета лучше покрасить. Я в основном использую зелёный цвет, в траве он смотрится наиболее органично. С помощью растворителя, например 646, со стоек тщательно оттираются надписи и обезжиривается остальная поверхность. Стойки покрываются грунтовкой предназначенной к применению по пластикам, например такой:
Затем красятся в 2 слоя краской из баллончика, например такой:
Перед покупкой краски надо обязательно убедиться, что она подходит для пластиков.
Хотя материалом труб и является полипропилен, который очень плохо окрашивается, но как показала практика, трубы покрашенные данной краской если их не пинать ногами вполне держаться уже несколько сезонов, сохранив неплохой внешний вид:

Материалом колышков фонариков являются черенки для грабель и лопат диаметром 24, 28 и 30 мм. Для серых ПП труб диаметром 30 мм идеально подходят только колышки диаметром 28 мм. Под видом 30 мм могут продаваться 28 мм черенки, причём частенько по качеству они ни на что кроме колышков не годятся.
При помощи электролобзика колышки нарезаются длиной примерно 20 сантиметров и покрываются двумя слоями яхтного лака.
Будет также неплохо, если перед покраской обработать их антисептиком для дерева:
Если в качестве стойки используется труба внутренним диаметром больше 24 – 30 мм, то для чтобы колышек в ней болтался, можно изготовить проставки, например из листового ПВХ пластика подходящей толщины, прикрепив их при помощи степлера, или мелких обойных гвоздиков. Вот как это выглядит для 40 мм и 50 мм стоек:
В заключение поговорим во сколько же обходится один фонарик. Основные материалы и комплектующие в расчёте на изготовление десяти фонариков без учёта мелочёвки в виде лака, проводов и пластика приведены в таблице:
Резюмируя можно сказать, что солнечные фонарики для освещения садовых дорожек «не имеющие мировых аналогов» можно вполне собрать «на коленках» в течении нескольких долгих зимних вечеров своими руками. Их итоговая стоимость оказалась дороже чем у китайских солнечных фонариков продающихся в наших торговых сетях, но по яркости освещения они на порядок превосходят поделки из поднебесной. Данные нюансы сборки не являются постулатом, но являются ориентиром для вашего творчества.

Предыдущие статьи цикла

Небольшой обзор солнечных фонариков
Солнечные фонарики — нам надо ярче

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.

Подготовительные работы

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.

Сборка фонаря

Форму светильника на солнечной батарее, естественно, каждый придумывает сам, здесь уже полный простор мысли и фантазии мастера. При собранной схеме электронного блока управления подключить к нему светодиоды проблем не составит. Конечно, можно в разрыв питания светодиодов включить обычный выключатель, но намного удобнее будет, если вместо него установить фотоэлемент параллельно с датчиком движения. Тогда при наступлении сумерек светильник на солнечных батареях, сделанный своими руками, автоматически включится, а с рассветом выключится. Либо же будет срабатывать на проходящего человека, что тоже удобно.

Также возможно и подключение контроллера при использовании светодиодов RGB, тогда солнечные фонари будут регулироваться еще и по цвету свечения, причем дистанционно, но в таком случае нужно понимать, что и ему понадобится питание. Хотя этот вопрос тоже решаем. Ведь выбор солнечных панелей на прилавках магазинов электротехники в наши дни необычайно широк. А это значит, что подобрать подходящие будет делом несложным.

Дополнительные возможности использования солнечных батарей в домашних условиях

Выводы

Конечно, каждый решает сам, в меру своей занятости и финансового положения, как ему поступить – покупать подобный светильник или сделать его своими руками. Но ведь дело даже не в сумме, потраченной на новые фонари, хотя здесь и выходит экономия более чем в 4 раза.

Разве не приятно осознавать, что на участке дома или в квартире работает светильник, который создан не на заводе, а своими руками, как говорится «на коленке»? Наверное – это главное, из-за чего следует попробовать самостоятельно собрать садовый светильник на солнечной батарее.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *