Зарядное устройство из садовых светильников своими руками. Фонарь с солнечной батареей

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.

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.

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:

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 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.

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.

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!

В заключении хочется напомнить о том, что скоро Новый Год и в продаже появились свежие инновационные разработки от китайских инженеров - светодиодные гирлянды с зарядкой от солнечной энергии. Очень надеюсь что в скором времени на наших страницах появится статья и о таких изделиях!

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.

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.

После этого автор приступил к разборке садовых фонарей, чтобы достать из них солнечные элементы. Так же можно использовать имеющиеся держатели для аккумуляторов, а вот плата и светодиод в данной конструкции не пригодятся.

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:

Как видно из схемы, соединяются все элементы параллельно. Для того, чтобы аккумуляторы не разряжались через солнечные элементы при слабой освещенности, автор установил в разрыв между солнечными элементами и аккумуляторами диод Шоттки. Благодаря этому диоду зарядное устройство будет накапливать энергию на солнце, а в темное время суток успешно ее сохранять.

В итоге получилось такое зарядное устройство из 4 солнечных элементов от садовых светильников, которые питают аккумуляторные батареи.