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.
Многие дачники мечтают украсить вид ночного приусадебного участка портативными фонариками на солнечных батарейках, но многим такая роскошь просто не по карману. Выход есть: собрав светильники своими руками из недорогих радиодеталей, вы легко организуете в саду настоящую россыпь огней.
Покупные светильники чаще разочаровывают, чем радуют. Светят тускло, работают всего несколько часов и дольше двух лет почти не служат. Собирая светильник для сада своими руками, вы сами определяете необходимые параметры и можете рассчитывать на гарантированный результат.
Принцип работы такого светильника весьма прост. В дневное время солнце попадает на фотоэлемент, который вырабатывает электроэнергию и заряжает небольшой аккумулятор. Когда напряжение солнечной панели падает, транзисторный ключ перекрывает ток от солнечной батареи к аккумулятору и подает питание на один или несколько ярких светодиодов. При появлении напряжения на контактах фотоэлемента происходит обратное переключение.
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.
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.
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.
Также для каждого светильника нужен транзистор 2N4403, выпрямительный диод 1N5391 или КД103А, а также резистор, номинал которого рассчитывается по формуле R = U бат х 100/N х 0,02 , где N — количество светодиодов в цепи, а U бат — рабочее напряжение аккумулятора.
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.
| 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.
Паяем простенькую схему и компонуем детали
Для сборки такой схемы не обязательно иметь текстолитовую основу и вытравливать дорожки. Катоды (короткая ножка) всех светодиодов собираются в один узел, к анодам (длинная ножка) припаиваются резисторы на 33 Ом. Хвосты резисторов также спаиваются вместе и припаиваются к коллектору транзистора. С базой транзистора соединен резистор на 3,6 кОм, а с эмиттером — катод выпрямительного диода. Анод диода соединен с резистором базы, на этот же узел подается положительный полюс солнечных модулей. Минус от модулей и аккумулятора соединен проводами с объединенными катодами светодиодов. Положительный полюс аккумулятора подключается к эмиттеру транзистора.
Электрическая схема светильника
Отдельные солнечные модули имеют напряжение 0,5 В, а для зарядки аккумуляторов нужно 4,5-5 В. Поэтому отдельные модули нужно объединять в цепочки. Для начала припаяйте к модулям проводники, если их нет. Для этого нарежьте плоский проводник на полоски, длиною чуть больше, чем ширина модуля. Если модуль 19 мм, режьте по 25 мм.
Положительный контакт модуля расположен на тыльной стороне, а отрицательный — эта та самая центральная полоска на лицевой части. По этой полоске нужно провести флюсом — это такой бесцветный маркер из комплекта. Затем поверх контакта укладывается отрезок проводника. Остается только медленно провести сверху паяльником: тонкий слой олова уже есть на проводнике. Оставшийся хвост припаивается к контакту на тыльной стороне следующего модуля и так по цепочке, пока не соберется 10 модулей в два ряда.
Между рядами нужно сделать перемычку из плоского проводника, а к оставшимся двум концам припаять тонкие медные проводки. Будьте осторожны при работе с модулями, они очень хрупкие. Их также не желательно перегревать, поэтому не держите паяльник на одном месте слишком долго.
Конструкция и сборка светильника
Для светильника нужен корпус, желательно влагозащищенный. Очень удобно использовать пустую банку от консервации с закручивающейся крышкой.
Пример компоновки деталей
Для сборки такого светильника нужен кусок фанеры, чтобы наклеить на него два ряда модулей. Предложенные фотоэлементы имеют размер 52х19 мм, сложив их в два ряда, получится прямоугольник с размерами примерно 110х110. Клеить модули можно на двухсторонний скотч для зеркал, но не нужно придавливать слишком сильно.
Перед тем как наклеить модули, вырежьте в центре дощечки отверстие под крышку банки и закрепите ее внутри парой капель термоклея. В крышке нужно проколоть два отверстия для ввода проводков от модулей, не забудьте потом восстановить герметичность.
Чтобы удобно разместить внутри электронику, приклейте на внутреннюю сторону крышки небольшую шайбу из пенопласта. Если вы, паяя схему, не будете обкусывать ножки, то сможете воткнуть элементы в пенопласт и так их зафиксировать. А если сделать прямоугольные разрезы в пенопласте, в них вы легко вставите аккумуляторы. Для контакта используйте пару сплющенных шариков из алюминиевой фольги с припаянными к ним проводками.
Перед тем как будете закрывать крышку, хорошо погрейте банку изнутри феном. Так детали будут меньше окисляться, а на стенках банки не появится конденсат.
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.
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.
Набор комплектующих элементов для фонаря на солнечной батарее
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.
Схема электронного блока управления фонаря на солнечных батареях
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.
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.
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.