Схема светильника на солнечной батарее: схемы и характеристики


Автор дает краткий обзор конструкции садовых светильников. Представлены схемы солнечных фонарей. Предложено большое число различных доработок светильников

Устройство и принцип работы

Для того чтобы понять принцип работы рассматриваемого оборудования, необходимо разобраться со схемой садового светильника на солнечных батареях. Составными элементами данного устройства являются:

  • блок освещения (светодиод, как правило);
  • преобразователь энергии;
  • устройство, осуществляющее контроль включения и отключения;
  • аккумулятор;
  • крепеж.

устройство садового светильника на солнечных батареях

Сам светильник состоит из корпуса, в котором находится светодиод. Рядом расположены контрольная плата и аккумулятор. Над ними находится фоторезистор, солнечная панель и защитное стекло.

Днем при солнечной погоде преобразователь аккумулирует солнечную энергию и преобразует ее в электрическую, которая поступает в аккумулятор. Данная энергия и позволяет функционировать садовому фонарю в темное время суток.

Более дорогие модели данных устройств имеют контроллер движений, который автоматически включает светильник при приближении человека.

В устройство садового светильника на солнечных батареях входят транзистор или микросхема, выполняющие функцию датчика, с помощью которых светодиод отключается при полном разряде батареи либо может уменьшать яркость освещения в случае потери части заряда.

Схема светильника

Общий вид будущей конструкции следующий: солнечная панель на 5 В, простой модуль контроллера заряда аккумулятора, литиевый аккумулятор, вольтметр-индикатор заряда батареи (можно и без него), светодиоды и простой настенный выключатель.

А еще узнайте что такое LED.

схема автономного светильника

Открываем Алиэкспресс и смотрим, что мы можем там найти.

Солнечная панель 136х110. Смотрим здесь.

Она выдает 2 Вт и напряжение в холостом режиме около 6 В.

Модуль для заряда литий-ионных батарей. Смотрим тут.

Читайте подробнее про литий ионный аккумулятор.

Вольтметр-индикатор (необязательно)

Ну и по мелочи осветительные светодиоды, литиевый аккумулятор типоразмера 18650 и настенный бытовой выключатель.

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.

садово парковые светильники на солнечных батареях

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.

Как самому сделать садовый светильник на солнечных батареях

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.

Положительные стороны устройств

Садово-парковые светильники на солнечных батареях способствуют облагораживанию таких зон отдыха, как сады, парки, скверы. Данные устройства могут быть снабжены никель-металл-гидридными аккумуляторами, что позволяет им включаться при наступлении темноты, отключаться и начинать заряжаться при наступлении утра.

В настоящее время светильники выпускаются в различных исполнениях. В основном производятся традиционные столбики, имеющие различную высоту, а также гирлянды. Помимо этого начали выпускать светильники в виде собак, кошек, гномов, улиток и других потенциальных обитателей зеленой зоны. Также производители предлагают приборы в виде светильников, вокруг которых летают бабочки.

Рассматриваемые устройства не нуждаются во владении основами установки электропроводки, поскольку схема садового светильника на солнечных батареях не подразумевает подвода к нему электричества, что обеспечивает экономию финансовых средств их владельцам.

Свет, падающий от данных фонарей, не бьет по глазам, поскольку не является сверхъярким.

Данные светильники являются автоматическим оборудованием и могут обмануть воришек в случае имеющегося у них злого умысла напасть на вашу недвижимость.

Они не требуют осуществления работ по заземлению и полностью безопасны как для людей, так и для окружающей среды.

садовый фонарь

Не требуется какого-либо особого ухода за ними.

При этом срок эксплуатации рассматриваемых видов светильников достаточно продолжительный.

Так как они эксплуатируются на открытой местности, производители предусматривают для них высокий уровень защиты от неблагоприятных факторов погоды.

Где устанавливаются

Существует много вариантов установки садовых светильников. Как правило, используется несколько типовых дизайнерских решений, подходящих для большинства объектов. Среди них часто практикуется монтаж настенных фонарей, располагающихся на фасаде здания. Местами креплений служат наружные стены домов и другие вертикальные поверхности (рис. 1).

Данный способ установки требует внимательного выбора точек размещения, поскольку корректная работа будет зависеть от интенсивности потока солнечных лучей. В пасмурные дни заряд АКБ может быть низким и его не хватит на всю ночь. Поэтому рекомендуется дополнительно устанавливать традиционные дублирующие светильники.
Схема садового светильника на солнечной батарее
Подвесные светильники (рис. 2) имеют много общего с настенными. Однако, использование специальных крепежных элементов, дает возможность устанавливать их в любых местах. Это могут быть ветки деревьев, ограждения и т.д. Можно выделить определенные зоны и создать праздничный декор.

Часто применяется уличный садовый фонарь, устанавливаемый на столбе (рис. 3). Вначале они применялись для освещения городских улиц, а в настоящее время нашли широкое применение на дачах и в загородных домах. Фонари выполняют не только осветительную, но и декоративную функцию.
Схема садового светильника на солнечной батарее
Парковый светильник на солнечных батареях (рис. 4) устанавливается совместно с большой и мощной солнечной панелью и аккумуляторами повышенной емкости. Такие гелиосистемы обеспечивают продолжительную автономную работу. Корпус изготовлен из качественных материалов и защищен от пыли и влаги.

Газонные светильники (рис. 5), устанавливаются непосредственно на земле. Они оборудованы небольшой ножкой, втыкаемой в грунт или специальной опорой достаточной высоты. Такие приборы легко устанавливаются в любом месте и могут быть перенесены при необходимости.
Схема садового светильника на солнечной батарее
Еще один вид осветительных приборов изготавливается в форме декоративных элементов (рис. 6). Это могут быть камни, цветы, сказочные персонажи, работающие на батарейках, с помощью которых выделяются наиболее эффектные места садового участка.

Какие детали и где лучше заказывать

Наиболее сложно разжиться солнечными элементами. Подойдут некондиционные элементы, их проще всего купить на различных интернет-аукционах, таких как Aliexpress. Подбирайте модуль с напряжением на выходе не ниже 5 вольт, мощность должна соответствовать числу светодиодов. Очень важно, чтобы модуль имел отпайки проводников, в ином случае покупайте те, которые идут в комплекте с плоскими проводниками и карандашом-флюсом.

Светильники на солнечных батарейках своими руками

Самый дорогостоящий элемент светильника — это никель-металл-гидридный или литий-ионный аккумулятор . Нужны аккумуляторы напряжением 3,6 В, они выглядят как три пальчиковые батарейки, затянутые в пленку. Емкость также должна соответствовать суммарной мощности светодиодов, умноженной на количество часов автономной работы + 30%. Купить можно вместе с модулями.

Светильники на солнечных батарейках своими руками

Источниками света служат светодиоды. Опираясь только на характеристики, вы, скорее всего, не сможете подобрать подходящий уровень освещенности, поэтому выбирать придется опытным путем. Рекомендуется использовать яркие белые светодиоды BL-L513. Их легко найти в магазинах электронных компонентов, например, в «Чип и Дип» они стоят по 10 руб. К каждому светодиоду нужен токоограничивающий резистор на 33 Ом.

493642924

Также для каждого светильника нужен транзистор 2N4403, выпрямительный диод 1N5391 или КД103А, а также резистор, номинал которого рассчитывается по формуле R = Uбат х 100/N х 0,02, где N — количество светодиодов в цепи, а Uбат — рабочее напряжение аккумулятора.

Светильники на солнечных батарейках своими руками

Критерии выбора деталей и цены

Выбор деталей зависит от того, насколько мощный светильник вы намереваетесь изготовить. Приводим конкретные номиналы для самодельного осветительного прибора мощностью 1 Вт и интенсивностью светового потока 110 Лм.

Так как в вышеприведенной схеме отсутствуют элементы контроля уровня заряда аккумуляторной батареи, то, прежде всего, необходимо обратить внимание на выбор солнечной батареи. Если выбрать панель со слишком маленьким током, то за световой день она просто не успеет зарядить аккумулятор до нужной емкости. И наоборот слишком мощная световая панель может перезарядить батарею за время светового дня и привести ее в негодность.

Вывод: ток, вырабатываемый панелью, и емкость аккумулятора должны соответствовать друг другу. Для грубого расчета можно воспользоваться соотношением 1:10. В нашем конкретном изделии мы используем солнечную панель с напряжением 5 В и вырабатываемым током 150 мА (120-150 рублей) и аккумуляторную батарею форм-фактора 18650 (напряжением 3,7 В; емкостью 1500 мАч; стоимостью 100-120 рублей).

Как самому сделать садовый светильник на солнечных батареях

Также для изготовления нам понадобятся:

  • Диод Шоттки 1N5818 с максимальным допустимым прямым током 1 А – 6-7 рублей. Выбор именно этой разновидности выпрямительной детали обусловлен низким падением напряжения на нем (около 0,5 В). Это позволит использовать солнечную панель наиболее эффективно.
  • Транзистор 2N2907 с максимальным током коллектор-эмиттер до 600 мА – 4-5 рублей.
  • Мощный белый светодиод TDS-P001L4U15 (интенсивность светового потока – 110 Лм; мощность – 1 Вт; рабочее напряжение – 3,7 В; потребляемый ток – 350 мА) – 70-75 рублей.

Как самому сделать садовый светильник на солнечных батареях

Важно! Рабочий ток светодиода D2 (или суммарный общий ток при использовании нескольких излучателей) должен быть меньше максимального допустимого тока коллектор-эмиттер транзистора T1. Это условие с запасом выполняется для примененных в схеме деталей: I(D2)=350 мА < Iкэ(Т1)=600 мА. Батарейный отсек KLS5-18650-L (FC1-5216) – 45-50 рублей. Если при монтаже устройства аккуратно припаять провода к выводам аккумулятора, от покупки этого элемента конструкции можно отказаться.

Как самому сделать садовый светильник на солнечных батареях

  • Резистор R1 номиналом 39-51 кОм – 2-3 рубля.
  • Добавочный резистор R2 рассчитываем в соответствии с характеристиками применяемого светодиода.

Назначение и расчет добавочного резистора в цепи питания светодиода

Напряжение аккумулятора может быть слишком большим для светодиода (это может привести к выходу из строя последнего). Чтобы компенсировать его излишки используем добавочный резистор R2. Расчет его номинала производим исходя из формулы: U(A) = U(D2) + U(R2), где:

U(A) – напряжение аккумуляторной батареи;

U(D2) – рабочее напряжение светодиода;

U(R2) – падение напряжения на добавочном резисторе R2.

Для используемого в приведенной выше схеме светодиода TDS-P001L4U15 с рабочим напряжением 3,7 В применение резистора R2 не требуется, так как U(A) = U(D2). То есть наша конкретная схема будет выглядеть следующим образом:

Как самому сделать садовый светильник на солнечных батареях

В качестве примера расчета добавочных резисторов рассмотрим схему с подключением двух разнотипных светодиодов: D2 – BL-L813UWC (рабочее напряжение – 2,7 В; потребляемый ток – 30 мА; стоимость – 15 рублей) и D3 – FYL-5013UWC/P (2,2 В; 25 мА; 20 рублей).

Как самому сделать садовый светильник на солнечных батареях

Рассчитываем добавочный резистор R2 для светодиода D2.

U(A) = U(D2) + U(R2)

U(R2) = U(A) – U(D2) = 3,7 – 2,7 = 1 В

По закону Ома (знакомого всем со школьной скамьи):

U(R2) = R2 • I, где I – потребляемый светодиодом ток, следовательно

R2 = U(R2) : I = 1 : 0,03 = 33,33 ≈ 33 Ом

Аналогично рассчитываем добавочный резистор R3 для светодиода D3:

U(R3) = U(A) – U(D3) = 3,7 – 2,2 = 1,5 В

R3 = U(R3) : I = 1,5 : 0,025 = 60 ≈ 62 Ом

На заметку! После произведенных расчетов величины добавочных резисторов округляем полученные значения до ближайших стандартных номиналов.

Окончательно схема с двумя разнотипными излучателями будет выглядеть следующим образом:

Как самому сделать садовый светильник на солнечных батареях

Монтаж

Схема состоит из минимального количества элементов, поэтому монтаж можно без труда осуществить навесным способом. Длины «ножек» деталей будет вполне достаточно, чтобы произвести пайку без применения дополнительных проводов. После окончания монтажа и проверки работоспособности изготовленного светильника все места соединений следует заизолировать с помощью теплового карандаша или соответствующего герметика.

Для тех, кто предпочитает монтировать компоненты на печатной плате, могут сделать это, используя универсальную монтажную плату подходящих размеров или изготовленную самостоятельно.

Как самому сделать садовый светильник на солнечных батареях

Из чего изготовить плафон?

Прежде, чем рассказать, какие формы можно использовать при изготовлении плафона, напомним о требованиях, которые необходимо соблюдать при самостоятельном изготовлении корпуса светильника:

Солнечная панель должна быть расположена снаружи на верхней части изделия, чтобы она хорошо освещалась в дневное время.

Все стыковочные швы между элементами конструкции надо тщательно герметизировать (компоненты схемы боятся влаги).

Светодиоды необходимо располагать в прозрачной части плафона.
В остальном все будет зависеть только от вашей фантазии, личных предпочтений и имеющихся в наличии подручных материалов. Одним из наиболее простых вариантов является применение в качестве плафона стеклянной банки (например, для хранения сыпучих продуктов) с широким горлышком и плотной крышкой:

  • делаем отверстие в крышке и пропускаем через него провода от солнечной панели;
  • фиксируем на внешней стороне солнечную панель с помощью герметика;
  • на внутренней поверхности монтируем батарейный отсек и элементы схемы;
  • светодиоды располагаем в нижней части банки.

Как самому сделать садовый светильник на солнечных батареях

В качестве практически готового корпуса можно с успехом использовать пищевой контейнер из прозрачного пластика. В продаже имеется большое количество таких изделий различных размеров и форм (круглые, квадратные, прямоугольные). Выбор будет зависеть от размеров солнечной панели и количества светодиодов.

Как самому сделать садовый светильник на солнечных батареях

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.

Улучшаем садовые светильники

Наиболее дешевыми моделями являются китайские. Со временем к покупателю таких товаров приходит понимание того, что нужно что-то сделать, чтобы улучшить их конструкцию или эффективность действия. При улучшении происходит замена некоторых элементов светильников на более мощные. Таким образом, можно заменить аккумулятор или светодиод, а также дроссель, используемый в фонарях типа башни. Установка более мощного дросселя поможет добиться яркого свечения, идущего от светильника. Это действие автоматически ведет к замене аккумулятора, поскольку его мощности перестанет хватать на долгий срок, или он может просто выйти из строя.

ремонт садового светильника на солнечных батареях

Вместо одного светодиода можно использовать три, но при монтировании их нужно следить, чтобы разброс напряжения был минимальным, иначе в одном месте освещенность будет повышенной яркости, а в другом пониженной.

Таким образом, ремонт садового светильника на солнечных батареях в основном сводится к замене отдельных деталей.

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

Некоторые секреты эксплуатации

Светильники очень плохо переносят холода, поэтому на зиму их желательно занести в теплое помещение. Аккумуляторы нужно полностью разрядить, закрыв солнечную панель чем-то непрозрачным. Замотайте аккумуляторы в бумагу по отдельности, так они прослужат дольше. Также подумайте о том, чтобы накрыть модули прозрачным защитным покрытием или используйте пленочные фотоэлементы. В целом таких светильников хватает на 6–7 лет активного использования.

Если светильник в тени

В саду много теней, а значит место размещения светильника может быть недостаточно освещено в течение дня и аккумулятор может не зарядиться полностью.

Сразу нужно сказать, что даже в тени фотомодули работают, пусть и не на полную мощность. Для начала лучше провести тестовую зарядку аккумулятора от солнечной панели, разместив их в месте, где планируется поставить светильник. Вполне возможно, что такого солнечного освещения будет достаточно для полной зарядки.

Рекомендуем: От чего зависит эффективность солнечных панелей

В противном случае нужно располагать светильник в другом месте или выносить солнечные панели на свет. Хорошим вариантом для её расположения станут:

  • Стена или крыша ближайшей постройки.
  • Столб.
  • Дерево.

Важно, чтобы солнечный модуль располагался как можно ближе к светильнику, т.к. из-за длинных проводов будут большие энергопотери.

Имея даже начальные знания в соединении электронных схем, вы сможете с лёгкостью сделать садовый светильник на солнечных батареях своими руками. В итоге вы не только украсите свой сад оригинальным способом, но и пополните коллекцию электронных самоделок.

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:  Схема светодиодного светильника

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.

Видео

Как сделать автоматический светильник на солнечном элементе, вы узнаете из нашего видео.

Источники

  • https://FB.ru/article/362844/shema-sadovogo-svetilnika-na-solnechnyih-batareyah-sadovyiy-fonar-ustroystvo-i-remont-sadovogo-svetilnika-na-solnechnyih-batareyah
  • https://econet.ru/articles/185372-kak-samomu-sdelat-sadovyy-svetilnik-na-solnechnyh-batareyah
  • https://www.rmnt.ru/story/electrical/svetilniki-na-solnechnyx-batareykax-svoimi-rukami.986889/
  • https://alter220.ru/solnce/shema-svetilnika-na-solnechnoj-bataree.html
  • https://altenergiya.ru/sun/svetilnik-na-solnechnoj-bataree.html
  • https://solar-energ.ru/kak-sdelat-sadovyj-svetilnik-ot-solnechnoj-batarei-svoimi-rukami.html

[свернуть]


Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.