Сегодня на садовых участках все встречаются фонари или светильники, которые работают на солнечных батареях. Садоводы смело применяют их в ландшафтном дизайне и в виде дополнительного освещения отдельных участков сада. Солнечные светильники целесообразно применять в тех ситуациях, когда нет возможности провести электрическое освещение или его обустройство экономически невыгодно.
В солнечных светильниках можно выделить следующие элементы :
Солнечная батарея под воздействием ультрафиолета вырабатывает электрический ток и заряжает им аккумулятор, который в свою очередь в темное время суток питает светодиод.
При полном заряде аккумулятора солнечные фонари работают 8 часов. Причем работа светильника не зависит от погодных условий, потому что ультрафиолет проникает сквозь облака. Только поздней осенью аккумулятор фонаря не может зарядиться полностью. Это связано с тем, что световой день становится короче. Даже в таких условиях светильники будут работать, правда, немного меньше.
Солнечные светильники можно объединить в три группы по следующим характеристикам:
Недостатки садовых солнечных светильников:
Установка садовых фонарей очень проста. Для установки на ровной поверхности необходимо использовать светильники со специальной ножкой. Если у фонаря ножка выполнена в виде колышка , то его втыкают в землю. В твердой почве предварительно надо выкопать углубление, затем поместить в него фонарь и аккуратно утрамбовать землю со всех сторон. Нельзя использовать молоток и грубую силу. Светильник от этого сломается.
С помощью солнечных фонарей можно выделить:
Уход за светильниками заключается в том, чтобы периодически вытирать с них пыль, удалять грязь и убирать на зиму в дом. Несмотря на то, что солнечные светильники очень надежны , может возникнуть необходимость их починки. Сначала требуется проверить уровень заряда солнечной батареи и только потом включать. Если лампочка не включается, необходимо проверить на исправность аккумулятор. Для этого следует зайти в затемненное помещение и проверить места пайки. При обнаружении поврежденного проводка его нужно припаять, используя холодную сварку. Если результаты ремонта отсутствуют или они незначительны, необходимо произвести замену солнечной батареи.
Садовые светильники на солнечных батареях могут стать прекрасной альтернативой электрического освещения в отдаленных участках сада. Разнообразие форм, цветов, размеров позволяет использовать их в ландшафтном дизайне. Выполненные в виде фигур гномов или животных они превосходно дополнят альпийскую горку . В темное время суток такие фонари не только акцентируют внимание на красивых уголках сада. Подсветив ступеньки, можно подниматься или спускаться по лестнице, не опасаясь падения. Фонари можно расставлять группами или хаотично. Какой способ выбрать - зависит только от предпочтений владельца участка.
В прошлой статье уже рассказывалось о том, как сделать солнечную панель из старых садовых светильников. Так как мощность солнечных элементов используемых в них не столь велика, то для создания панели средней мощности требуется достаточно большое количество элементов. После сборки солнечной панели, у автора осталось еще несколько садовых светильников, но для еще одной солнечной панели их недостаточно. Поэтому автор решил сделать зарядное устройство на основе солнечных элементов, используемых в садовых светильниках.
Материалы, которые использовал автор для создания зарядного устройства на солнечной энергии:
1) отрезок листа фанеры
2) садовые фонари 4 штуки
3) диод Шоттки
4) паяльник и необходимые расходники
5) аккумуляторные батарейки АА или ААА.
Рассмотрим основные этапы создания и сборки данного зарядного устройства.
Для начала автор рассчитал примерное количество солнечных элементов от светильников исходя из их мощности и мощности необходимой для питания аккумуляторных батарей. В итоге для создания зарядного устройство необходимо как минимум четыре садовых светильника.
При желании можно аккуратно отделить солнечные элементы от крышки садового светильника, так как элементы покрыты специальной смолой, то они достаточно крепкие и при должном подходе останутся целыми. После чего поместить эти элементы в пластиковый корпус. Однако проводить подобную процедуру стоит только если вам необходим красивый внешний вид изделия, в ином случае допустимо использование элементов вместе с крышками. Автор не стал добавлять себе работы и просто прикрепил четыре солнечные элемента вместе с крышками на лист фанеры. После этого автор стал соединять элементы в одну конструкцию.
Ниже приведена схема подключения солнечной батареи, которая будет питать аккумуляторы:
Продолжение, первая часть на сайте Дом Белка.
Прошёл ровно год
после первой статьи, время подводить итоги. Наконец-то удалось сделать часть фотографий
садовых светильников в темноте, я выложил их ниже по тексту. Приятно также
отметить, что и другие садовые участки увлеклись ночной электрификацией. А что?
Удобно и красиво!
Семь фонариков
оригинального светло-зелёного цвета отлично потрудились в прошлом году, но
после зимнего хранения у двух отказал аккумулятор. Вместо 1,1 - 1.4 вольта они
показывали 0,3, в каком бы зарядном устройстве не побывали. А ведь на зимнее
хранение ушли все полностью заряженными и хранились при низкой температуре.Вывод:
второе место по отказам изделия занимают аккумуляторные элементы. Ну а первое,
я напомню, из первой статьи, это некачественный объединительный монтаж изделия.
Если бы изготовитель комплектовал изделия надёжными аккумуляторами, то фонарик
из-завысокой цены был бы неконкурентноспособным.
Выявить неисправный аккумулятор проще простого.
В домашнем хозяйстве обязательно должен быть тестер, лучше с цифровой индикацией. Этим прибором и замеряем напряжение аккумуляторной батареи. Ставим предел = 2 V , что означает постоянное напряжение, оно же соответствует символу DC . Если послепребывания, ну хотя бы часа в зарядном устройстве, показание на элементе не изменилось в большую сторону, то его место в контейнере для технических отходов. Проверку аккумулятора можно произвести в заведомо исправном садовом фонарике. Причем, солнышко ждать не надо, достаточно использовать осветительную лампу, лучше энергосберегающую, мощностью 11-14 Ватт. Энергосберегающие лампочки не сильно нагреваются в процессе измерения, поэтому не принесут порчу фонарю.
Аналогичным образом, имея заведомо исправный аккумулятор, проверяют работоспособность самого садового фонарика, а именно момент заряда аккумулятора от солнечной батареи аккумулятора. Для этой цели желательно использовать слегка разряженный аккумулятор с напряжением около 1,2 вольта. Если при включенной осветительной лампе показание прибора, измеряющего напряжение, начнёт увеличиваться, а цифровой прибор покажет изменение в четвёртом знаке в плюсовую сторону уже в течение нескольких минут – значит, солнечная батарея исправна. Полностью работоспособен фонарь, когда он горит в темноте и гаснет на свету.
Плохой контакт в контейнере питания - основная причина неисправности фонаря. Использование активного флюса для распайки проводов приводит к образованию солей на контактах контейнера питания. Аналогичный голубой налёт может быть и на монтажной плате электронного устройства фонаря. Такое изделие нуждается в ремонте.
Правда, высокий
сугроб разобрал его на две части, оставив лежать в весенней луже. Я его поднял,
очистил от грязи, сложил, водрузил на место. Вроде ничего плохого не случилось.
Да это видно на фотографии.
Один из этих
фонариков отказал сразу, ещё в прошлом году. Конструкция, как выяснилось, была
неразборной. Даже проверить напряжение на аккумуляторе не было никакой
возможности. Но для этого и существует острый нож, с помощью которого и
добираемся до элемента питания. В этих светильниках контейнер питания является
выключателем, нажимом рычажка он смещается относительно элемента питания. Сам
же аккумуляторв контейнере сместился и
не контачил. Но отверстие теперь сделано не зря, да и выключатель теперь не
нужен. Для хранения достаточно только вынуть элемент из контейнера.
Больше всего отказов у моргающей гирлянды, а всё дело в двух контактах. Как надёжно соединить их с солнечной батареей, ума не приложу.
Разбирая гирлянду в очередной раз, хорошо тестер был под рукой, обнаружил, что неисправен один из аккумуляторов, а их там целых три! В процессе заряда они нагреваются, и дополнительно нагревается на солнце чёрный корпус электронного блока солнечной батареи, в котором они находятся. Высокая температура нежелательна для аккумуляторов, вероятность отказа такого изделия возрастает в три раза, поскольку элементов питания целых три штуки.
Снова осень, темнеет быстро. В это время года фонари просто необходимы. Был в гостях у сына и обнаружил, что 2 фонаря не светят. Тестера с собой не было, и я решил взять их с собой, и дома, не торопясь проверить. Вот они на фото. Всё очень просто, аккумуляторная батарея показывала 0 вольт. Поставил новые элементы питания, и всё заработало. Первый фонарик я уже чинил в прошлом году. У него была интересная неисправность. Если его подвесить - то не горит, если поставить - то горит. Надо снять верхний колпак и на нижней части корпуса фонаря отогнуть вверх 2 контакта, к которым присоединены провода свечки. Сама конструкция оригинальна, свеча мерцает, как бы горит пламя по-настоящему. Второй фонарь сделан на века, чувствуется отечественное производство, его корпус не думает стариться. Надо только вовремя менять аккумулятор.
Поздняя осень, все реже и реже ездим на дачу. Солнечных дней всё меньше и меньше. За день аккумуляторная батарея полностью не заряжается. С наступлением сумерек фонарик загорится на 15 минут и погаснет. Не очень хороший режим работы аккумулятора, время позаботиться о нём и о самом фонаре. Ведь новый элемент питания стоит дороже самого фонаря. Обычно поздней осенью я разбираю свои светильники, протираю от грязи и складываю в упаковочные коробки до весны. Сами же элементы питания ставлю на зарядку. Хорошо, если есть нормальное зарядное устройство, в том смысле, что сможет переварить ваш сильно разряженный элемент, а не заморгать с испугу, думая, что подсунули что-то не то. Где я только не заряжал свои аккумуляторы: в батарейном отсеке карманного приемника, который был рассчитан на питания от аккумуляторов с последующей зарядкой, и контейнере радиомышки, работающей от тех же элементов питания.
Уже многие знакомы садовыми фонариками, которые заряжаются от солнечных элементов. Данные садовые фонарики буквально заполонили рынок, и ввиду их дешевизны и новизны, многие приобретали их десятками. Но эти фонарики служат не так уж долго, как хотелось бы (не более 5-ти лет), поначалу умирают аккумуляторы, да и прозрачная колба из-за ультрафиолета теряет свою прозрачность. Вследствие чего, восстанавливать эти фонарики нет смысла, поскольку аккумуляторы не дешевые, да и внешний вид уже не тот.
Но с другой стороны, в этих садовых фонариках есть рабочие солнечные элементы, срок службы которых довольно длителен (примерно 25 лет). Вот из этих солнечных элементов мы можем изготовить своими руками маломощную солнечную батарею , которая вполне годится в качестве походного варианта, для питания радиоприемника или портативного телевизора, не говоря уже о зарядке мобильного телефона.
Преимущество солнечных элементов от садовых фонариков в том, что на них нанесен прозрачный слой полиэфирной смолы (общая толщина солнечного элемента 2мм), тем самым добавляя прочность солнечным элементам и защищая их от атмосферного воздействия. Вследствие чего их трудно сломать (в то время как обычные поли и монокристаллические солнечные элементы имеют толщину 0,2мм и хрупкие как стекло), и с их пайкой справится даже тот, кто первый раз в руках держит паяльник, ведь все соединяется обычными проводами.
Если у вас нет такого количества садовых фонариков, подобные солнечные элементы можно и приобрести, но хочу отметить, что цена таких элементов (4,5В, 0,25Вт) составит 1,5-2$ за штуку, когда обычные поликристаллические элементы такой же мощности, обойдутся 0,4$ за штуку.
Сколько элементов нам понадобится? Поскольку напряжение одного элемента составляет 4,5В, то для получения 18В (для зарядки 12В аккумулятора) нам достаточно соединить в последовательную линию 4 элемента. А дальше для наращивания мощности солнечной батареи, соединяем линии из 4-х элементов в параллель.
Сколько соединять в параллель, это уже зависит от количества доступных для вас элементов. В данном случае имелось в наличии 40 солнечных элементов, исходя из этого, и строился корпус для них.
Поскольку солнечная батарея предполагалась для использования в походных условиях и свободно помещалась в багажнике автомобиля, было принято решение изготовить ее раскладной в виде книги. Корпус был изготовлен из фанеры 50х32см толщиной 6мм и брусков 2х2см.
К основанию корпуса, солнечные элементы были приклеены на силикон.
После пайки элементов, незабываем на выходе всей цепи установить диод Шоттки , чтобы в случае отсутствия солнечных лучей, аккумулятор не разряжался через солнечные элементы.
Для защиты от дождей и пыли, на рамку приклеиваем кусок оргстекла. Чтобы при закрытии, оргстекло не царапалось, по углам были приклеены кусочки войлока.
Походный вариант самодельной солнечной батареи готов к использованию. Общая мощность его составляет примерно 15Вт .
Для питания аппаратуры, аккумуляторы и инвертор (преобразователь с 12В в переменные 220В), для походной солнечной батареи можно разместить в каком ни будь пластиковом контейнере, или например, в пластиковом ящике для инструментов.
Грамотно сделанное освещение парка или дачного участка способно превратить безжизненное унылое пространство в фантастическую сказку. Садовый светодиодный светильник схема которого рассмотрена ниже используется для организации садово-паркового освещения и подсветки. Светильники при этом выполняют двойную функцию: они являются источником искусственного освещение и предметами декора вашего сада
Купил в китайском интернет магазине готовый садовый светодиодный светильник, но его монтаж оказался предельно упрощен, провода отваливались после двух изгибов, узлы были закреплены каплями термоклея или отламывающимися пластмассовыми выступами - все указывало на то, что передо мной одноразовая игрушка. Расскажу лишь о самой схеме и конструкции, в расчете на ее возможное самостоятельное повторение читателями и использование заложенных там решений в других устройствах.
Лампочку в фонаре заменял светодиод небольшой мощности, бело-зеленого свечения. Аккумуляторной батареи тоже не было - под шляпкой грибка обнаружился всего один элемент размера АА емкостью 800 мА/час, хотя место было предусмотрено под два элемента (экономия, однако!). Не густо, и шансы на использование фонарика источником питания для какого бы то ни было устройства резко упали, ведь номинальное напряжение щелочного аккумуляторного элемента - всего 1,2 В.
Сразу же возник вопрос: а как же может гореть светодиод при таком питании, ведь напряжение зажигания самых распространенных красных светодиодов - около 1,8 В, а зеленых и белых еще больше - до 3 В? Значит, на маленькой печатной плате (25x30 мм), содержащей три транзистора и не более десятка других деталей, был собран еще и повышающий инвертор!
Прежде чем браться за тяжкий труд по восстановлению принципиальной схемы, срисовывая ее с печатной платы, захотелось исследовать возможности самого главного и ценного элемента конструкции - солнечной панели. Ее размеры около 70x70 мм, а сквозь защитное стекло ясно видны 7 параллельных полосок шириной около сантиметра - 7 элементов панели.
Как известно, кремниевые солнечные элементы при их освещении развивают ЭДС порядка 0,5... 0,6 В, поэтому следовало ожидать ЭДС батареи из семи элементов около 4 В. Так и оказалось - в тени и при облачном небе панель развивала 3,5 В, а на ярком солнце - 4,5 В.
Соединенная с одним аккумуляторным элементом, такая панель работает в режиме почти короткого замыкания. Это не страшно, поскольку внутреннее сопротивление панели значительно, и ток короткого замыкания не превышает 60 мА даже при ярком солнечном свете. Но КПД заряда невелик, и для полной зарядки аккумуляторного элемента нужно как минимум два солнечных летних дня (20...40 часов). Никаких устройств, предохраняющих элемент от перезарядки при выключенном светодиоде, обнаружено не было.
Другой важный элемент устройства - датчик освещенности, собственно и позволяющий фонарику включаться в темное время суток и выключаться днем. Это фоторезистор, оформленный в плоском цилиндрическом корпусе с двумя выводами, размерами не больше транзистора. Его отдельное исследование показало, что темновое сопротивление превосходит 2 МОм, а на свету резко уменьшается - в тени до 10...20 кОм, а при ярком солнечном свете даже до сотен Ом.
Обратимся теперь к принципиальной схеме устройства. Солнечная панель SP постоянно соединена с аккумуляторным элементом ВАТ через диод D1 (обозначения элементов сохранены такими же, как на печатной плате, имеющей название SY-H019B). Диод пропускает только зарядный ток от панели к аккумулятору и предотвращает его разряд через внутреннее сопротивление панели в темноте. Установка такого защитного диода обязательна в любых устройствах с солнечными панелями.
На транзисторе Q1 собран ключ, срабатывающий в зависимости от степени освещенности датчика PR. В темноте транзистор открыт током смещения, протекающим от источника питания через резистор R1. На свету датчик замыкает этот ток «на себя», напряжение базы становится менее 0,5 В, и транзистор закрывается. Для более четкого срабатывания ключа он охвачен цепью положительной обратной связи через резистор R4 - то, что получилось из транзисторов Q1 и Q2, иногда называют триггером Шмитта. Он имеет некоторый гистерезис, и включение фонарика происходит при меньшей освещенности, чем его выключение.
Транзисторы Q2 и Q3 образуют повышающий инвертор и включены последовательно, один за другим, по схеме двухкаскадного усилителя. Усилитель охвачен цепью положительной обратной связи через емкостной делитель C1, С2 и поэтому превращается в релаксационный генератор импульсов. Нагрузкой транзистора Q3 служит катушка индуктивности L1, запасающая энергию во время открытого состояния транзисторов Q2 и Q3. Но это состояние не может продолжаться долго, поскольку ток через L1 нарастает, ее ферритовый сердечник входит в насыщение, индуктивность уменьшается, а напряжение на коллекторе Q3 повышается. Это повышение немедленно передается через конденсатор С2 на базу Q2 и запирает его. Вслед за ним запирается Q3, и импульс тока через транзисторы прекращается.
Но ток через катушку индуктивности L1 не может прекратиться мгновенно. Он продолжает идти и формирует на коллекторе Q3 положительный выброс напряжения, который может во много раз превосходить напряжение питания. Но у нас он просто открывает светодиод LED, и энергия, запасенная в катушке, превращается в световую. Пауза между импульсами продолжается до тех пор, пока не израсходуется энергия магнитного поля катушки и затем не разрядятся конденсаторы Cl, С2.
Дальнейшее поведение генератора зависит от состояния Q1. Когда он заперт днем, то смещения на базе Q2 нет, оба транзистора генератора закрыты и импульсы генерироваться не будут. Если же Q1 открыт ночью, то ток смещения поступает на базу Q2 через резистор R3, и генератор будет продолжать генерировать импульсы - светодиод загорится. Для отключения светодиода служит выключатель SW - если он разомкнут, то генерации импульсов нет, и светодиод не горит, поскольку напряжение аккумуляторного элемента меньше его напряжения зажигания.
Кстати говоря, если бы изготовители не экономили, а поставили два аккумуляторных элемента, а также 3-вольтовый белый светодиод, то он все равно бы не горел без генерации импульсов инвертором, поскольку номинальное напряжение батареи было бы 2x1,2=2,4 В. Зато в данной схеме он служил бы хоть каким-то предохранителем от перезаряда аккумуляторов, ограничивая напряжение на каждом элементе на уровне 1,5 В, то есть загораясь при этом напряжении даже на свету.
В заключение несколько практических советов для желающих повторить садовый светодиодный светильник и его схему. Для нее вполне подойдут отечественные транзисторы КТ315 и КТ361 с любыми буквенными индексами. Диод D1 может быть любым, с предельным током 40...60 мА. Марка датчика - фоторезистора неизвестна, но наверняка можно подобрать что-нибудь подходящее из имеющихся, измерив сопротивление на свету и в темноте с помощью тестера. Катушка L1 миниатюрная, по виду напоминающая резистор, индуктивность ее также неизвестна, но полагаю, что нескольких миллигенри будет достаточно. Можно намотать 100...150 витков на ферритовом колечке или использовать одну из обмоток малогабаритного трансформатора.
В схеме автоматического фонаря в качестве датчика применен фоторезистор, а в качестве источника энергии шести вольтовая солнечная батарея мощностью 5 Вт, от которой в течение светового дня заряжается свинцовый аккумулятор через диод D9, защищающий схему в случае если перепутать плюс и минус.
Если дневного света хватает, транзистор закрыт напряжением с выхода микросхемы LM555 ко входу которой подключен фотодатчик (фоторезистор LDR диаметром 10 мм). Подстроечным резистором P1 задают необходимую чувствительность к свету. Когда естественный световой поток снижается, транзистор открывается и загораются сверяркие белые светодиоды (D1…D8). При восстановлении требуемого уровня освещения схема переходит в исходное состояние и светодиоды тухнут.
Эту схему в следствие ее простоты я собрал на универсальной макетной плате и разместил в прозрачном корпусе из органического стекла. На крышке закрепил панельку солнечной батареи и фоторезистор. Учтите на фотодатчик LDR не должен попадать прямой солнечный поток.
