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.
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.
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:
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:
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.
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:
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.
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:
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.
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 .
Мы измерили энергопотребление уличных садовых фонариков на солнечных батареях, а также скорость зарядки на прямом солнце, в облачный день и в тени. Картина получилась интересной, хотя и вполне ожидаемой.
Эта статья рассказывает не столько про конкретные фонарики, сколько вообще про практическую сторону работы светильников на солнечных батареях.
Для проведения эксперимента мы взяли два недорогих фонарика на солнечных батареях. Один из них относительно нового типа (коричневый на фото), коих сейчас в продаже по цене от 40 до 150 руб. абсолютное большинство. Второй (черный на фото) – старого образца, которые с той же высокой плотностью населяли полки магазинов несколько лет назад по аналогичной цене.
Главное отличие фонариков в солнечной батарее. И там и там она пленочного типа, но из разных материалов. Также в старом фонарике был установлен Ni-MH аккумулятор АА емкостью 600 мА·ч, в то время как в новом он меньшего размера (ААА) и емкостью всего 100 мА·ч. Это закономерное удешевление, благодаря которому цена на эти фонарики после скачка доллара изменилась не так сильно.
Энергопотребление у обоих светодиодов в фонариках оказалось одинаковое и составило около 12 мА (~14 мВт·ч). Это значит, что при полностью заряженном аккумуляторе новый фонарик сможет проработать 8-9 часов, а старый (только в теории) 45-50. Но тут важно помнить, что работая в условиях постоянной недозарядки (об этом чуть ниже) Ni-MH аккумуляторы быстро теряют свою емкость, потому более емкий аккумулятор в старом фонарике оказался бы предпочтительнее только с той точки зрения, что он проработал бы на годик подольше.
Теперь разберемся с мощностью панелей и зарядкой.
Для оценки эффективности зарядки в разных условиях мы выбрали удачный день: солнце, которое время от времени закрывалось небольшими легкими облаками. Фонарики располагались как на открытом месте, так и в тени садовых деревьев. Напряжение и ток замерялись на клеммах аккумуляторов. Полученные значения мы перевели в количество произведенной энергии, выраженной в мВт·ч. Вот что у нас получилось:
Мощность солнечной батареи у старого фонарика оказалась заметно выше, но это не столь интересно. Куда важнее, и это хорошая новость, что при прямом солнечном свете маленький аккумулятор у нового фонарика способен полностью зарядится примерно за 2,5-3 часа. А теперь плохая новость. Если фонарик размещен в тени или день выдался слегка облачным, то эффективность зарядки упадет в 10 раз. А если на небе тучи, то тут и вовсе не о чем говорить. Аккумулятор заряжаться не будет.
Для тех, кому интересны детали наших замеров показателей работы солнечных батарей, приведем небольшую табличку.
Фонарики показали себя вполне работоспособными. Новая модель на прямом солнце способна полностью зарядить встроенный аккумулятор примерно за 3 часа, чего будет достаточно для работы встроенного светодиода в течение 8-9 часов. Модель старого образца мощнее и имеет более емкий аккумулятор, но рассуждать о ней смысла нет, т.к. в продаже таких уже не найти.
Еще один важный момент, это то, что эффективность работы солнечной батареи в облачную погоду падает в 10 раз. А в пасмурную зарядка и вовсе прекращается. То же можно сказать и о размещении фонариков в тени деревьев, где при условии солнечной погоды за целый световой день они не смогут зарядить свой маленький аккумулятор даже наполовину, а при наличии легкой облачности зарядка и вовсе остановится.
Также вам может быть интересно
:
—
—
—
Когда закончено строительство дачного домика, убран строительный мусор, самое время подумать о благоустройстве дачного участка. Определены места для беседки, для цветочных клумб, возможно, для бассейна. Намечены дорожки. И вот тогда возникает вопрос, а как освещать все это хозяйство. Можно, конечно, воспользоваться фонарным столбом и общей лампой уличного освещения. Но при этом вряд ли в темное время суток получится та неповторимая атмосфера таинственности и уюта, которую можно создать с помощью небольших разнообразных светильников, разбросанных в разных местах участка.
Установить такие светильники по всему участку не так уж и трудно. Но к ним нужно подвести электропитание. А как? Рыть траншеи и тянуть к ним кабель? Или, чего хуже, повесить на столбах провода? И устанавливать на каждом светильнике свой выключатель? Это нерационально. Проблему можно решить значительно проще. На участке устанавливаются светильники на солнечных батареях. Магазины предлагают огромный выбор таких светильников. От самых простых и дешевых, до самых сложных и дорогих, художественно выполненными, с программным управлением, с разноцветным свечением.
Но самые дешевые потому и дешевые, что качество их оставляет желать много лучшего, а через год-два службы их спокойно можно будет выбрасывать. А качественные светильники, которые удовлетворили бы любой взыскательный вкус, стоят дорого и не всегда по карману. Вот тогда на помощь приходит смекалка, и умельцы делают фонари на солнечных батареях сами, своими руками. Такой фонарь, сделанный, сделанный с любовью, на совесть, будет служить верой и правдой не один год. Сделать его абсолютно не сложно, как это может показаться поначалу. Могут возникнуть некоторые затруднения с выбором дизайна внешнего вида фонаря, но это уже будет зависеть только от художественного вкуса. Ну, и в какой-то степени, от того набора комплектующих деталей, из которых будет собрана электрическая часть фонаря.
Прежде чем приступать к покупке деталей, нужно определиться, сколько светильников будет установлено и в каких местах. Какова будет их мощность. Определившись с этим, можно начать подбирать комплектующие элементы для светильников.
Естественно, для фонаря на солнечных батареях в первую очередь нужно приобрести солнечные модули. В продаже имеются гелиевые преобразователи различных модификаций, качества и эффективности. Если учесть, что основное назначение этих преобразователей состоит только в том, чтобы за световой день зарядить аккумулятор, то вполне достаточно приобрести в розницу некоторое количество солнечных модулей, из которых при необходимости можно собрать достаточно мощную батарею.
Для этих целей вполне подходит солнечная батарея на базе поликристаллического кремния 5.5 В, 90 мА, имеющая размеры 65х65х3 мм. Эта батарея ламинирована силиконом, благодаря чему батарея полностью защищена от всякого рода механических воздействий и от влаги. Это также позволило свести вес батареи до минимума – всего 15 грамм. Батарея идеально подходит для зарядки аккумуляторов 3.6 В – 4.8 В. Стоимость батареи в розницу 137 рублей.
Солнечные батареи Solar Panel 65x65
Следующий компонент светильника – аккумулятор. Для него вполне подойдет литий-ионный аккумулятор с выходным напряжением 3.6 В и емкостью не менее 3000 мАч.
Из имеющихся в продаже сравнительно недорогих аккумуляторов можно выбрать комплект, состоящий из четырех литий-ионных аккумуляторов модели 18650. Каждый аккумулятор имеет выходное напряжение 3.7 В при емкости 9800 мАч. В комплект поставки входит также зарядное устройство, которое может оказаться совсем нелишним, например, для первичной зарядки аккумуляторов. Аккумуляторы имеют такие размеры: диаметр –17 мм, высота – 65 мм. Цена комплекта (с зарядным устройством) – 411 рублей.
Комплект аккумуляторов модели 18650 с зарядным устройством
Далее нужно выбрать светящийся элемент. Наиболее подходящим для этих целей является светодиод. Можно, конечно, использовать и светодиодные лампы, но они будут расходовать слишком много энергии. Современные светодиоды с повышенной яркостью вполне могут удовлетворить любые потребности, поскольку для каждого конкретного светильника их можно устанавливать в нужном количестве.
Для таких фонарей вполне подойдет пятимиллиметровый сверхъяркий белый светодиод типа 3Н5 (helmet). Обычно он применяется в наружной рекламе, в различных электронных табло, в дорожных знаках. Так что для фонаря он подойдет вполне. Он может эксплуатироваться при температуре от -55°С до +50°С. Стоимость одного такого светодиода – 10 рублей.
Сверхяркий белый светодиод типа 3Н5 (helmet)
И, наконец, сердце светильника – электронный блок управления. В его схеме четыре резистора, стоимостью по 1.5 рубля каждый, два транзистора типа КТ503, стоимостью по 9 рублей каждый, один диод Шоттки 11DQ04, стоимостью 24 рубля. Это все размещается на одной плате.
Отдельно подключаются солнечная батарея, аккумулятор, светодиод. Можно, конечно, все это собрать на кусочке пенопласта, текстолита, картона. Но ни один уважающий себя мастер, собирающий что-либо для себя, не позволит себе такую неряшливость.
Для монтажа блока вовсе не обязательно рисовать и вытравливать печатную плату. Для этих целей замечательно подойдет универсальная макетная плата DIY PCB 42x25мм. Эта плата предназначена специально для монтажа и настройки собственных электронных схем. Она изготовлена из высококачественных материалов и имеет позолоченные контакты. Габариты такой платы 45х35х2 мм. Вес 2.8 грамма. Стоимость упаковки 235 рублей. В упаковке 4 такие платы.
Универсальная макетная плата DIY PCB 42х25мм
При изготовлении блока электроники для монтажа лучше всего использовать провод марки МГТФ 0,2. Это многожильный гибкий медный провод во фторопластовой изоляции. Работает в температурном диапазоне от -60°С до +220°С.
Рабочие напряжения – до 250 вольт переменного тока с частотой до 5 кГц или до 350 вольт постоянного тока. Моток такого провода в 190 метров стоит порядка 15 рублей.
Принцип действия электронного блока предельно прост. Схема работает следующим образом. Пока солнечная батарея освещается солнцем, она вырабатывает ток, который через диод Шоттки осуществляет зарядку аккумулятора. Одновременно ток поступает на базу транзистора Т1 и открывает его.
Так как транзистор Т1 открыт, то на базе транзистора Т2 держится нулевой потенциал, и этот транзистор закрыт. Когда наступает темнота, солнечная батарея прекращает вырабатывать электричество, транзистор Т1 закрывается, на базу транзистора Т2 через резистор R2 поступает ток, открывающий его. Тем самым создается цепь питания светодиода. При этом диод Шоттки предотвращает разряд аккумулятора на солнечную батарею.
Принципиальная схема блока управления фонаря на солнечных батареях
Емкости и заряда аккумулятора достаточно для питания нескольких таких светодиодов, которые будут создавать нужный световой поток. Данная схема позволяет включить параллельно до трех-четырех светодиодов.
Что касается внешнего вида фонаря, то здесь все зависит от фантазии мастера и его вкуса. Форму можно придать любую, которая будет более всего гармонировать с окружающей средой. Это могут быть и просто фонарики для освещения дорожек, это могут быть гирлянды для деревьев, кустов, это могут быть декоративные светильники для беседок, для освещения фонтанов. Но все они будут служить долго и верно. Потому что сделаны они были своими руками.
Показан пример удачного ремонта своими руками поврежденных коррозией солнечных элементов садовых фонарей. Секрет Мастера благодарит автора Cosmogor за предоставленные инструкции и подробный мастер класс восстановления солнечной батареи.
Были приобретены дешёвые садовые фонари на солнечных элементах, куплено сразу двадцать штук, товар дешевый и рабочий. Целое лето они стояли в саду и в ночное время радовали глаз. Но к концу лета часть фонарей перестала работать. На следующее лето история повторилась и уже все фонари к концу лета перестали работать. ОБИДНО!
Разбор светильников выявил причину поломок. В виду негерметичночности крепления солнечного элемента, вода безпрепятственно проникала в корпус фонаря, а наличие постоянного напряжения вызывало электрокоррозию и, к сожалению, быструю смерть электроники. В некоторых фонарях после разборки наблюдалась очень печальная картина, на платах все дорожки исчезли, окислились и превратились в порошок, Схема фактически уничтожена, а у светодиодов ножки съедены коррозией до пластмассовлго корпуса, даже подпаять провода не к чему.
Выкинуть светильники конечно просто, но настоящий мастер попытается своими руками восстановить то, что можно использовать в дальнейших поделках. Самое ценное в садовом фонаре это солнечная батарея.
При разборке ни одна солнечная батарея не была рабочей, коррозия не щадила металл. На фото хорошо видно как съедено коррозией металлической покрытие у положительного электрода. Аккуратно разбирам фонарь, чтобы не оторвать металлический электрод к которому припаиваются проводники отвода электричесва от солнечного элемента. Но на некоторых солнечных элементах и этот электрод был разрушен коррозией и попытки подпаяться к металлизаци не имели успеха. И как же можно припаять провод к стеклу?
Солнечный фонарь
Съеденная коррозией металлизация
Съеденный коррозией электрод
Итак начнем процесс восстановления солнечного элемента, самой ценной части фонаря.
Шаг 1. Для ремонта необходимо приобрести токопроводящий клей, например такой, как на фото.
Шаг 2. Отпаиваем провода от электродов,если таковы ещё остались.
Шаг 3. Зачищаем от краски, лака, если есть плёнка то убираем её тоже. Ширина зачистки несколько миллиметров и в том месте где были провода припаяны.
Шаг 4. Обезжириваем поверхность и применяем клей по инструкции. Клеем восстанавливаем съеденный коррозией электрод, нанося на зачищенное место клей. Даём клею высохнуть.
Токопроводящий клей
Отпаиваем проводники
Зачищаем повреждения
Наносим проводящий клей
Шаг 5. Прислоняем провод к месту нанесения клея и капаем припой, ну буквально чуть-чуть не более. В этом состоянии провода ещё слабо держатся на элементе, при малейшем рывке провод оторвется. Провод закрепляем на стекле термоклеем. В принципе на этом шаге восстановление солнечного элемента своими руками и заканчивается.
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.
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.
