Солнечный элемент для садового фонаря. Садовый светодиодный светильник схема. Улучшение фонаря «башня»
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.
Как устроены фонари на солнечных батареях?
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.
Основные характеристики садовых солнечных фонарей
Солнечные светильники можно объединить в три группы по следующим характеристикам:
Преимущества садовых светильников на солнечных батареях
Недостатки садовых солнечных светильников:
- требуется убирать на зиму , т. к. у них не защищен аккумулятор от низких температур (исключение составляют садовые фонари);
- светильник во время зарядки желательно устанавливать таким образом, чтобы на него падал прямой солнечный свет;
- больше подходят для декоративного освещения;
- светильники достаточно дорого стоят.
Установка и эксплуатация садовых солнечных фонарей
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.
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.
Если вы задумались об организации подсветки приусадебного участка, то не спешите покупать осветительные приборы в магазине. Садовые светильники на солнечных батареях можно сделать своими руками.
Если вы хотите осветить открытую территорию, а подводка электроснабжения к ней затруднена, то стоит подумать о светильниках на солнечных батареях, зарядка аккумуляторов которых происходит от лучей солнца. С наступлением темноты подобные приборы начинают работать, создавая комфортную обстановку на вашем приусадебном участке. Светильники просты в использовании и установке, а также привлекают вполне демократичными ценами на них и широким выбором.
Садовый светильник на солнечных батареях
Данная статья будет интересна тем, кто любит создавать полезные в хозяйстве вещи собственноручно. К преимуществам изготовления светильников «своими силами» можно с уверенностью отнести то, что ваша модель будет эксклюзивна и вполне надежна (ведь вы ее сделали сами). При этом помните: осуществить значительную экономию денежных средств вряд ли удастся. Мы не будем приводить описание дорогостоящих схем с использованием готовых контроллеров, а остановимся лишь на наиболее простом варианте. Повторить его сможет, практически, любой человек, хоть раз державший в руках паяльник.
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.
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).
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.
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.
- 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:
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).
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:
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.
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.
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.
В заключении
Повторив простейшую схему и приобретя необходимый опыт изготовления, вы сможете изготовить необходимое количество самых разнообразных самодельных светильников на солнечных батареях. Такие экономичные и мобильные осветительные приборы не только украсят ваш приусадебный участок, но и в значительной мере повысят комфорт его использования в темное время суток (например, если расположить их вдоль садовых дорожек, над входной дверью или у летней беседки).
Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта .
Предлагаем вашему вниманию обзор видеоролика по изготовлению светильника на солнечной батарейке. Этот светильник будет автоматически включаться, когда наступит тьма и отключаться, когда будет светло. Также в светлое время дня аккумулятор светодиода заряжается от солнечной батарейки.
Нам понадобится:
- солнечная батарея 5.5 вольт, 90 мАч, размером 65х65 мм;
- светодиодная лампочка;
- на 3.3 Ом;
- резистор на 50 кОм;
- ;
- кнопка выключения;
- силикон;
- ;
- пластиковая коробочка;
- аккумулятор на 3.7 вольт;
- коробочка для аккумулятора.
На боках коробочки, которую будем использовать в качестве корпуса, проделываем отверстия для крепежных болтов.
Ставим болты в отверстия.
Теперь необходимо собрать все элементы вместе, но перед этим можно взглянуть на схему предстоящей сборки.
Спаиваем все элементы по схеме, не забывая изолировать все термоусадкой и горячим клеем.
Автор идеи решил не использовать выключатель и установить самоделку в качестве дворового светильника на даче.
Вначале сборки закрепляем светодиод при помощи силикона на крышке коробочки. Предварительно на крышке нужно просверлить отверстие, чтобы светодиод светил через него.
Также силиконом приклеиваем солнечную батарейку на обратной части коробочки.
Также по словам автора, в этом случае силикон жалеть не следует, поскольку он очень важен для сохранения герметичности.
Продолжаем сборку. В конце фиксируем крышку коробочки силиконом. Важно закрыть все возможные отверстия, чтобы в конструкцию не попало влаги. Уникальность и простота использования силикона в том, что при необходимости его можно с легкостью удалить, заменить что-то внутри конструкции, и снова заклеить. Однако по словам автора, изготовленное таким образом устройство будет работать примерно 3 года.
Автономный садовый светильник может служить не только украшением садовой дорожки. Это устройство создает уют и достаточно эффективно освещает приусадебную территорию, избавляя от необходимости расходовать электроэнергию. Можно сэкономить и на его приобретении: светильник на солнечных батареях своими руками соберет даже школьник, немного знакомый с основами электроники и электротехники.
В 1998 году началось производство светодиодов, излучающих яркий белый свет, что позволило значительно увеличить эффективность светильников, основу конструкции которых составляет аккумуляторная батарея и солнечная панель. Аккумулятор придется приобрести в радиомагазине, его емкость должна быть не ниже 1500 мАч при 3,7 В на клеммах. Он полностью зарядится за 8 часов. Так же следует присмотреть и солнечную панель с параметрами 5,5 В/200 мА.
Светильник на солнечных батареях своими руками можно собрать по следующей схеме:
Элементная база состоит из таких элементов:
- резистор 47 – 56 Ом (для ограничения тока);
- резистор 47 – 56 кОм (выбор зависит от типа используемого транзистора);
- диод отечественного производства КД243А либо импортный аналог 1N4001/7/ 1N4148;
- отечественный транзистор КТ361Г или импортный 2N3906.
Диод и Транзисторы выглядят следующим образом:
Для сборки схемы потребуется печатная плата такой конфигурации (ее можно вытравить самостоятельно):
Светодиодные лампы следует использовать мощностью 3 Вт: такой источник будет давать достаточную освещенность. Можно установить несколько штук меньшей мощности (от 1 до 1,5 Вт).
В качестве корпуса для аккумулятора и электронной схемы можно использовать колпачок от дезодоранта. Сверху на него с помощью термоклея крепится солнечная панель. Отражателем может служить лазерный компакт-диск. Собранный светильник будет выглядеть следующим образом:
Собранный своими руками светильник на СБ будет автоматически включаться с наступлением темноты и отключаться утром. Затраты на изготовление будут в 2,5 – 3 раза меньшими стоимости готового изделия, а если светильников должно быть несколько – экономия становится более существенной. Хотя если быть откровенным, то стоимость садового светильника на солнечных батареях не высока. Мастерят светильник на солнечных батареях своими руками скорей не ради выгоды, а ради удовольствия.
В том случае, если автономный светильник уже приобретен, но его декоративные качества оставляют желать лучшего, можно улучшить его характеристики. В светильник на солнечных батареях своими руками вместо белых ламп можно вставить цветные (они бывают зелеными, синими, желтыми, красными различных оттенков), соблюдая полярность. Может возникнуть проблема: садовый светильник через час-полтора станет гореть тускло и затем погаснет.
Чтобы исправить ситуацию необходимо внести изменения в схему, добавив в цепь последовательно сопротивление номиналом несколько десятков Ом. Для этого требуется перерезать дорожку на плате и впаять в разрыв резистор.
Выбор резистора осуществляется по току: его значение должно быть около 5 мА. Такого тока достаточно для того, чтобы светильник работал несколько часов даже от аккумуляторной батареи вдвое меньшей емкости.
Аккумулятор лучше использовать типа Ni-MH («пальчиковый» АА или ААА): он дешевле Ni-Cd акуумулятора, срок службы которого редко превышает 1 год. Это оправдывается еще и тем, что светлого времени суток все равно не достаточно для того, чтобы зарядить на 100% аккумуллятор 3000 мАч емкости.
Такие светильники, изготовленные или доработанные своими силами, можно устанавливать на дорожках в саду, возле въездных ворот или на крылечке дома.
Статьи по теме
