Уличное освещение на солнечных батареях: функции фонарей

Содержание
  1. Достоинства автономного солнечного освещения на улице
  2. Недостатки автономного освещения
  3. Светильники на солнечных батареях
  4. Как устроен светильник на солнечной батарее и принцип работы
  5. Назначение
  6. Эффективность
  7. Использование на дорогах
  8. Подсветка пешеходных переходов
  9. Где чаще всего используются солнечные батареи
  10. Срок службы солнечных батарей
  11. Общие характеристики и доступность приобретения
  12. Функционирование, виды преобразователей и их сравнительная энергоэффективность
  13. Развенчиваем мифы о фонарях на солнечных батареях
  14. Автономное уличное освещение на солнечных батареях
  15. Выбор светильников на солнечных батареях
  16. Мощность
  17. Класс защиты
  18. Материал корпуса
  19. Вид и способ монтажа
  20. Как собрать садовый светильник на солнечных батареях своими руками
  21. Схема садового светильника
  22. Схема светодиодного светильника
  23. Схема китайского светильника
  24. Собираем садовый фонарь самостоятельно
  25. Какие детали и где лучше заказывать
  26. Во сколько обойдутся детали
  27. Паяем простенькую схему и компонуем детали
  28. Конструкция и сборка светильника
  29. Некоторые секреты эксплуатации

Достоинства автономного солнечного освещения на улице

Перед описанием преимуществ следует отметить, что часто автономное уличное освещение лишь частично зависит от солнечного света, так как некоторые места участка придется освещать стационарно. Это связано с тем, что светильники на солнечных батареях не всегда освещают пространство достаточно ярко.

Светильники, работающие на солнечных батареях, имеют несколько преимуществ:

  1. Описываемые устройства для дачи не нужно никуда подключать, они работают автономно. После установки они готовы к работе и не требуют дополнительных работ. Выключение таких устройств происходит автоматически благодаря датчикам.
  2. Светильники на солнечных батареях не требуют специального ухода. Иногда необходимо протирать фотоэлементы от пыли и загрязнений.
  3. Долговечность. Описываемые устройства могут работать больше 10 лет.
  4. Светильники являются безопасными, так как они работают от низкого напряжения.
  5. Если светильники приобретаются для дачи, можно найти светильники. Которые можно установить временно, а в зимнее время убрать их в помещение.

Таким образом, светильники для дачи, которые работают на солнечных батареях, могут позволить сэкономить большое количество денег, которое могло быть потрачено на освещение.

Недостатки автономного освещения

К минусам описываемых устройств можно отнести:

  1. Уличные светильники на солнечных батареях не дают достаточно яркого света. Именно поэтому их не получится использовать в качестве охранного освещения. Существуют мощные устройства, которые являются достаточно яркими, но они отличаются большой стоимостью, поэтому не все владельцы участков способны их приобрести.
  2. Количество часов работы напрямую зависит от погодных условий. Во время пасмурного дня светильники запасают недостаточно энергии, поэтому ее хватает на несколько часов.
  3. Надежные мощные светильники имеют большую стоимость. При этом такие устройства работают дольше и создают более яркий световой поток.
  4. Солнечные панели могут работать только в определенном диапазоне температур. Такие изделия плохо переносят морозы и высокую температуру в летнее время. Чаще всего они используются в регионах с умеренным климатом.

Несмотря на все описанные минусы, автономное освещение позволяет сэкономить большое количество средств на освещении большого участка.

Светильники на солнечных батареях

Уличные светильники могут отличаться по многим параметрам, но все они состоят из следующих компонентов:

  1. Солнечная панель. Данное устройство необходимо для переработки солнечной энергии в электрическую. Панель всегда обращена вверх, чтобы лучше улавливать солнечный свет.
  2. Аккумулятор, необходимый для накопления энергии в светлое время суток.
  3. Осветительный блок, который состоит из плафона, лампы и корпуса.
  4. Контроллер, необходимый для включения и отключения лампы. Это происходит благодаря датчикам освещенности окружающего пространства.
  5. Крепление, необходимое для подвешивания светильника или его установки.

Как устроен светильник на солнечной батарее и принцип работы

Светильники, предназначенные для улицы, могут быть самых разных форм в зависимости от модели и оформления. Способ установки у них тоже разный. Но, все они имеют один и тот же состав:

  • Солнечная батарея или панель. Это главный элемент, который подает электроэнергию, перерабатывая солнечный свет. Местонахождение у него может быть самое разное, но установлено оно должно быть так, чтобы напрямую поступали лучи солнца.
  • Аккумулятор. Это накопитель энергии, который запасает ее для дальнейшего использования в темное время суток.
  • Блок освещения. Он состоит из корпуса, светодиодной лампы и плафона. Это то, что мы можем видеть снаружи.
  • Датчик вкл/выкл. Он контролирует, когда нужно подавать энергию для освещения.
  • Крепление для того чтобы можно было установить светильник.

Как уже понятен принцип работы: солнечная панель (или батарея) берет на себя лучи солнца и перерабатывает в электроэнергию, после чего подает в аккумулятор. После того как наступает темень (при освещенности 20 лк), срабатывает датчик и происходит подача энергии аккумулятором. Лампа начинает свою работу. Если в аккумуляторе достаточно энергии, то, как правило, лампа горит до утра (до освещения в 10 лк), после чего освещение автоматически отключается.

Назначение

Основная задача освещения на солнечных батареях заключается в украшении ландшафтов территорий.

Приборы освещения подразделяются на категории, зависящие от способа их монтажа и конфигурации:

  • установленные в земле фонарики на коротких ножках предназначены для подсветки садовых дорожек, газонов, клумб;
  • лампы на высоких ножках и прожектора устанавливают на площадях, у крыльца дома;
  • подвесные фонарики или гирлянды используют для подсветки беседки, крыльца;
  • декоративными светильниками украшают ландшафтные элементы;
  • мощные уличные фонари предназначены для освещения парков и улиц.

Эффективность

Погодные условия разных регионов влияют на функциональность освещения:

  1. В регионах с короткими солнечными днями будет происходить не полный заряд аккумуляторов. Это существенно снизит время работы фонарей в ночное время.
  2. Отрицательные температуры подвергают аккумулятор к сбоям в работе. Сильная и длительная жара приведет к перегреву полупроводников и выходу их из строя.
  3. Для правильного поглощения энергии солнечными батареями в жарких климатических условиях необходимо использовать систему охлаждения.
  4. В ветреных регионах с большим количеством пыли в воздухе происходит быстрое загрязнение защитного стекла солнечной батареи, что снижает работоспособность прибора.
Полезная информация: наиболее эффективно уличное освещение будет работать в регионе с максимальным количеством солнечных дней и умеренным климатом.

Использование на дорогах

Автономное освещение на солнечных батареях улиц и дорог устроено иначе.

В основном, это высокие столбы с закрепленными на них светодиодными фонарями и фотомодулями. Устанавливают опоры методом заглубления в грунт, закреплением на твердом покрытии.

В систему освещения входят:

  • светильник, работающий на светодиодах;
  • несколько солнечных батарей;
  • контроллер регулирования зарядки аккумулятора и включения-выключения системы;
  • аккумулятор для подачи электричества на светодиоды и последующее его накопление от солнечной батареи;
  • защитный шкаф для аккумулятора и контроллера;
  • регулируемые крепления для фотомодулей.

Установленные датчики освещенности дают команду контроллеру для включения света в темное время суток и выключения его днем. Автоматическая работа системы позволяет рационально использовать энергию аккумулятора.

При избытке вырабатываемой электроэнергии ее направляют для электроснабжения светофора или установленного рядом киоска.

Подсветка пешеходных переходов

Ограничение видимости на дорогах в осенне-зимний период создает опасность на пешеходных переходах.

Устранить проблему помогает подсветка на солнечных батареях.

Установленный на системе датчик движения срабатывает при появлении человека на пешеходном переходе и отсчитывает время, требуемое для пересечения дороги.

Силуэт пешехода освещает белый свет, который дает понять водителю о необходимости убавить скорость автомобиля.

Принцип работы перехода с освещением

Дополнительным предупреждением для водителя о затемненном пешеходном переходе служит светофор, работающий от солнечных батарей.

Мигая в темноте желтым цветом, светофор обращает внимание водителя на возможное появление пешехода на дороге.

Где чаще всего используются солнечные батареи

Сфера применения солнечных батарей огромна. Уже сейчас их с успехом используют для электроснабжения частных и многоквартирных домов, хозяйств, в том числе для освещения и обогрева теплиц, построек, освещения придомовой территории, питания приборов.

Чаще всего про автономное электроснабжение задумываются в следующих случаях:

  • Если местность не электрифицирована, солнечные панели для частного дома обойдутся намного дешевле, чем использование жидкотопливных генераторов.
  • В сельской местности нередко отключают электричество, и люди буквально остаются без света. Включив автономное электроснабжение, можно жить в привычном комфорте длительное время, тем более, что в комплекте с солнечными панелями всегда идет аккумулятор.
  • В многоквартирных домах солнечные модули также применяются в качестве резервных, а также существуют проекты, предусматривающие использование солнечной энергии для горячего водоснабжения.

Срок службы солнечных батарей

Как правило, в документах на оборудование, указывается срок годности от 20 до 25 или даже 30 лет. Однако многие устройства продолжают функционировать и по прошествии указанного производителями периода. Например, первая в мире солнечная батарея работает уже свыше 60 лет, а за эти годы технология производства была существенно усовершенствована.

Прототип солнечной батареи был разработан еще в конце XIX века

Явно можно выделить только один недостаток – при постоянной эксплуатации мощность оборудования снижается, тем не менее эти показатели незначительны: за 10 лет не больше чем на 10%.

При соблюдении несложных рекомендаций срок службы солнечных панелей можно увеличить:

  • Предупреждать физические повреждения, такие как падение деревьев, срыв ветром и царапин на чувствительных элементах. От последних зависит эффективность работы устройства.
  • Регулярно производить уход: обслуживание и очистку.
  • При необходимости установить ветрозаградительные конструкции.

Солнечные панели для частного дома (готовые комплекты) в систему включают следующие составляющие: аккумуляторные батареи и силовая электроника. Срок службы первых устройств составляет от 2 до 15 лет, вторых – от 5 до 20 лет, в зависимости от характеристик, интенсивности эксплуатации и бережного ухода.

Общие характеристики и доступность приобретения

Оборудование не наносит вреда окружающей среде и обеспечивает стабильное питание без скачков напряжения. И, главное, поставляет бесплатную энергию: за которую не приходят коммунальные счета.

Внешний вид солнечных панелей мало изменился, после их изобретения, чего не скажешь о внутренней «начинке» 

Солнечная модуль преобразовывает свет в электрическую энергию, генерируя постоянный ток. Площадь панелей может достигать нескольких метров. Когда необходимо увеличить мощность системы, увеличивают количество модулей. Их эффективность зависит от интенсивности солнечного света и угла падения лучей: от местоположения, сезона, климатических условий и времени суток. Чтобы грамотно учитывать все эти нюансы, монтаж должны выполнять профессионалы.

Виды модулей:

  • Монокристаллические.

Состоят из силиконовых ячеек, преобразующих солнечную энергию. Отличаются компактными размерами. По своей производительности это до недавнего времени самая эффективная (КПД до 22 %) солнечная батарея для дома. Комплект (цена его одна из дорогостоящих) обойдется от 100 тыс. рублей.

  • Поликристаллические.

В них используется поликристаллический кремний. Они не так эффективны (эффективность до 18%), как монокристаллические фотоэлементы. Зато их стоимость существенно ниже, поэтому они доступны широким слоям населения.

  • Аморфные.

Имеют тонкопленочные фотоэлементы на основе кремния. Уступают моно и поликристаллам по выработке энергии, но и стоят дешевле. Их преимуществом является способность функционировать при рассеянном и даже слабом освещении.

  • Гетероструктурные.

Современные и наиболее эффективные на сегодняшний день солнечные модули, обладающие КПД 22-25% (на протяжении всего срока службы!). Эффективно работают как в облачную погоду, так и при высоких температурах).

В России единственным производителем модулей по этой технологии является компания «Хевел», которая входит в пятерку мировых производителей, выпускающих гетероструктурные солнечные модули.

НТЦ компании в 2016 году запатентовал собственную технологию создания гетероструктурных модулей и сейчас её активно развивает.

Гетероструктурные солнечные панели «Хевел» 
 
В систему входят также следующие компоненты:
  • Инвертор, который преобразует постоянный ток в переменный.
  • Аккумуляторная батарея. Она не только накапливает энергию, но и нивелирует перепады напряжения, когда меняется уровень освещенности.
  • Контроллер зарядного напряжения аккумулятора, режима зарядки, температуры и других параметров.

В магазинах можно приобрести как отдельные компоненты, так и целые системы. При этом мощность устройств определяется исходя из конкретных потребностей.

Функционирование, виды преобразователей и их сравнительная энергоэффективность

Преобразователи или инверторы являются ключевыми компонентами солнечных батарей. Они трансформируют постоянный ток, вырабатываемый модулем в переменный напряжением 220 В, который необходим для работы электрических приборов. Инверторы имеют мощность от 250 до 8000 Вт. При покупке рекомендуют учитывать самую высокую нагрузку на сеть и соотносить напряжение и мощность. Оптимальными считаются параметры: 12 вольт и 600 ватт, 24 Вольт при 600-1500 Ватт, 48 Вольт, если мощность больше 1500 Ватт.

Инвертор, на принципиальной схеме работы солнечных батарей

Разновидности преобразователей

  • Автономный. Перед тем как выбрать инвертор, надо определить, какие приборы будут от него питаться, и подсчитать их общую максимальную мощность в единицу времени. Рекомендуется взять мощность инвертора несколько больше. Некоторые бытовые электроприборы при включении создают резкое увеличение напряжения, из-за которого устройство может выйти из строя.
  • Синхронный. Они накапливают энергию, а излишки передают в электрическую сеть. В случае недостатка электричества, выработанного системой, преобразователь «позаимствует» его из общей сети. Применение модели синхронного типа позволит избежать перебоя в энергоснабжении.
  • Многофункциональные устройства объединили в себе преимущества первого и второго вида.

Развенчиваем мифы о фонарях на солнечных батареях

Противники светильников на солнечных батареях для уличного освещения утверждают, что такие приборы никак не могут конкурировать с электрическими лампами. Но имеет ли смысл сравнивать их вообще? Они изначально предназначены для разных целей.

Сравнение электрических ламп и фонарей на солнечных батареях некорректно. Они дают совершенно разный свет. Первые – яркий и резкий, вторые – приглушенный и мягкий

Назначение электрических ламп – давать яркий контрастный свет, благодаря которому можно рассмотреть все детали. А у фонарей на солнечных батареях совершенно другая функция – подсветить территорию, чтобы можно было нормально ориентироваться в вечернее и ночное время.

Они не предназначены для освещения зон, где планируется активная деятельность, требующая внимания и точности.

Не следует считать фонари на солнечных батареях адекватной альтернативой электрическим. Они подсвечивают и украшают территорию, формируют атмосферу спокойствия и романтики, но не способны создать зоны яркого света

Фонари на фотоэлементах не могут конкурировать с электрическими приборами по яркости, поэтому имеет смысл организовать комбинированное освещение.

Например, над крыльцом дома уместна электрическая лампа. Для повышения удобства пользования и экономии электроэнергии ее можно дополнить датчиком движения или светочувствительным реле. А дорожки, газоны, сад можно подсветить светильниками на солнечных батареях.

При обустройстве комбинированной системы нужно помнить, что электрический свет перекрывает солнечные фонари.

Комбинированное освещение будет удачным, если электрические и солнечные светильники освещают разные зоны и не перекрывают друг друга. Правильно подобрав приборы по яркости и цвету, можно организовать плавные переходы

Интенсивность и продолжительность работы автономных уличных фонарей на солнечных батареях во многом зависит от погоды.

Если днем пасмурно, нельзя ожидать хорошего и длительного освещения вечером, т.к. для полноценной зарядки аккумулятора требуется 8-10 часов времени и хороший солнечный свет. Это главный недостаток уличных фонарей на фотоэлементах.

Автономное уличное освещение на солнечных батареях

При массе плюсов уличное освещение при помощи отдельных светильников на солнечных батареях имеет существенный недостаток: запас энергии в аккумуляторах мизерный. После пасмурного дня его хватает всего на несколько часов. В ясный солнечный день «лишняя» энергия пропадает, так как емкость аккумулятора ограничена и он не в состоянии принять больше. Проблему можно решить, если поставить мощную солнечную батарею, подключить к ней аккумулятор и светильники. В этом случае использовать можно любые светодиодные светильники, которые могут работать от 12 В.

Схема устройства автономного уличного освещения от солнечных батарей

Плюс такого решения — имеется некоторый запас энергии (зависит от емкости аккумулятора), что гарантирует работу даже после пасмурного дня. Недостатки — высокая цена и необходимость прокладки кабелей, так как все требуется объединить в единую систему.

Выбор светильников на солнечных батареях

Из-за огромного разнообразия представленных на рынке светильников с солнечными батареями довольно просто потеряться при выборе нужной вам модели. Поэтому мы рассмотрим наиболее актуальные критерии выбора, на которые стоит обратить внимание, чтобы купленное оборудование удовлетворяло ваши ожидания.

Мощность

Определяет интенсивность освещения территории и пространства, но с учетом конструктивных особенностей источника. Как уже говорилось, наиболее эффективными являются светодиодные лампы за счет идеального соотношения вырабатываемого светового потока к расходуемой мощности. Поэтому обращайте внимание не только на мощность, но и на уровень освещенности, так как слабые модели предназначены для подсветки дорожек, а наиболее мощные для общего освещения прилежащих территорий и загородных участков. Если вы собираетесь использовать лампы накаливания или люминесцентные, стоит учитывать соотношение мощности и светового потока между ними.

Таблица: соответствие мощности в Вт для разных типов ламп

Светодиодные Люминесцентные Накаливания
1 3 15
3 7 35
5 11 50
7 15 70
9 19 90
12 25 120
15 31 150
18 36 180

Класс защиты

Данный параметр определяет устойчивость прибора освещения к воздействию внешних факторов. В паспортных данных он обозначается как аббревиатура IP с двумя цифрами, первая из которых обозначает степень защищенности от мелких пылинок и мусора, а вторая указывает герметичность светильника и устойчивость к проникновению влаги. Оптимальным вариантом считаются устройства уличного освещения с классом защиты от IP44 и выше. Конкретный параметр лучше подбирать в соответствии с климатическими особенностями местности, в которой будет устанавливаться фонарь на солнечных батареях.

Материал корпуса

Корпус может изготавливаться из металла, дерева, полимера и стекла. В зависимости от модели, существуют как изделия из одного материала, так и комбинированные. Выбирая конкретный аппарат освещения на солнечных батареях, лучше исходить из практичности модели – материал корпуса для уличных или садовых фонарей обязательно должен быть прочным и устойчивым к механическим воздействиям. Если это декоративные модели, расположение которых существенно ограничивает к ним доступ, можно устанавливать светильники со стеклянным плафоном.

Вид и способ монтажа

По виду и способу монтажа светильники уличного освещения подразделяются на такие категории:

  • Грунтовые – используются для освещения дорожек, декоративной подсветки, ориентиров. Особенностью таких моделей является погружной штык, который заглубляется в грунт, позволяя зафиксировать устройство. Отличаются длиной ножки и высотой расположения плафона.
    Грунтовый светильник
  • Настенный светильник — применяется как для декоративной подсветки, так и для освещения придомовой зоны. Сложность установки заключается в грамотном выборе положения по отношению к сторонам света, чтобы солнечная батарея максимально продолжительно находилась на свету.
    Настенный светильник
  • Подвесные – могут располагаться на любых конструктивных элементах хоть с жесткой фиксацией (балки, кронштейны и т.д.), хоть с гибкой (тросы, растяжки и прочие).
    П
    одвесной светильник
  • Встраиваемые — образуют единую конструкцию с какими-либо элементами постройки или дизайна (ступеньки, столбы, садовые дорожки и т.д.)
    Встраиваемый светильник

Как собрать садовый светильник на солнечных батареях своими руками

Типовая схема таких светильников очень простая, она состоит всего из семи элементов:

  • резистор 47КОм;
  • резистор 56Ом;
  • диод КД243А (либо импортный 1N4001/7/ 1N4148);
  • транзистор КТ361Г (либо импортный 2N3906);
  • аккумулятор 3,7В/1500мАч;
  • солнечная панель 5,5В/2Вт;
  • светодиоды — один мощностью 3 Вт или несколько по 1-1,5Вт.

Ниже приведена базовая схема светильника на солнечной батарее.

Принцип действия предложенной цепи прост. Когда солнечный свет падает на панель, транзистор закрыт, и энергия накапливается на аккумуляторе. Когда на солнечную панель перестает попадать свет, транзистор открывается, и ток идет на светодиоды. Таким образом, в течение светового дня светильник заряжается, а вечером и ночью он светится. Для заряда хватает восьми часов, а время работы зависит от емкости аккумулятора и силы свечения светодиодов.

Собрать схему способен даже начинающий любитель. Есть несколько вариантов монтажа.

  • Самостоятельно сделать небольшую плату (2х3см), вытравить на ней дорожки, а затем припаять все элементы схемы.
  • Собрать схему без платы навесным монтажом. Но тогда позаботьтесь о качественной изоляции для стыков проводков и элементов, чтобы при помещении всех элементов в корпус фонарика не случилось замыкания цепи.

В обоих случаях схема без труда поместится в колпачке от дезодоранта. Там же можно разместить и аккумулятор. А солнечную панель при помощи термоклея можно прикрепить сверху. Для усиления яркости светильника используйте отражатель. Его делают из фольги или старого компакт-диска.

Схема садового светильника

Конструктивно, садовый светильник, работающий на солнечной батарее, состоит из следующих частей:

  1. Корпус – может быть различной конструкции, в зависимости от способа установки, материала, используемого при изготовлении и его предназначения.
  2. Солнечная батарея – является источником питания электрического аппарата.
  3. Источник света – электрическая лампа, как правило малой мощности (светодиод) и значительным световым потоком.
  4. Устройства автоматики – датчики освещенности и движения, обеспечивают включение в темное время суток и при попадании движущегося объекта в зону охвата датчика, соответственно.
  5. Аккумулятор (АКБ) – является накопителем электрической энергии, обеспечивающей работу источника света.
  6. Электронный блок (контроллер) – отвечает за режим заряда аккумулятора и работу источника света.
  7. Коммутационный аппарат – служит для отключения прибора, когда нет необходимости в его работе.

Схематически, садовый светильник, работающего на солнечной батарее, выглядит следующим образом:

На данном рисунке коммутационные устройства и средства автоматики не указаны. Принцип работы основан на преобразовании солнечной энергии в электрическую, которое происходит внутри фотоэлементов, являющихся основой солнечной батареи.

Все элементы – АКБ, контроллер и источники света, помещаются в общий корпус, солнечная панель может в него встраиваться или быть выносной, в соответствии с конструкцией конкретной модели.

Схема светодиодного светильника

Схема светильника, у которого в качестве источника света, используются светодиоды, аналогична выше приведенной, с той лишь разницей, что при наличии нескольких светодиодов в одном светильнике, появляется возможность создать режим работы устройства, когда в зависимости от заданных параметров, светят лишь часть светодиодов или все их количество.

Простейшая электронная схема подобного устройства, может выглядеть следующим образом:

Работа светодиодов осуществляется от аккумуляторов, которые заряжаются от солнечной батареи. Стабилизаторы, диоды и катушки индуктивности, обеспечивают требуемые параметры напряжения в цепях питания и зарядки. Светодиоды светятся одновременно, при достаточном заряде аккумуляторных батарей.

Схема китайского светильника

Среди товаров, в конструкции которых предусмотрено электроснабжение электрических компонентов от солнечной батареи, большая доля принадлежит продукции китайских производителей, это относятся и к солнечным светильникам.

Схема подобных устройств может быть различна, в зависимости от требований, предъявляемых к конкретной модели. Принципиальная схема и внешний вид одной из моделей таких устройств, а именно — Solar Garden Light, приведены ниже.

В данной схеме предусмотрена установка выключателя, который позволяет выключать источник света в дневное время и включать, по мере необходимости.

Данная модель, изготавливается в виде «светильника на ножке», что позволяет ее устанавливать в любом удобном для эксплуатации месте и переустанавливать, по мере необходимости.

Внешний вид плафона и материал из которого он изготовлен, а также материал «ножки», могут быть различны, что отражается на стоимости, но не на технических характеристиках устройства.

Собираем садовый фонарь самостоятельно

Некоторые фонари устроены достаточно просто, в связи с чем не возникает сложностей с их самостоятельной сборкой.

Для изготовления своими руками необходимо составить схему садового светильника на солнечных батареях, рассчитать необходимое количество комплектующих.

Сначала нужно приобрести преобразователь энергии, наилучшим из которых является батарея из поликристаллического кремния, имеющая небольшую массу, но хорошую защиту от влаги и высокую мощность. Далее покупаем литий-ионный аккумулятор. Следом приобретаем обычный светодиод.

Последнее приобретение — самое важное — электронный модуль управления, который состоит из пары транзисторов и двух пар резисторов.

Подключение солнечной батареи, светодиода и аккумулятора производится отдельно. Сборка может осуществляться на недорогой универсальной плате DIY PCB 42х25мм.

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 = Uбат х 100/N х 0,02, где N — количество светодиодов в цепи, а Uбат — 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.

Чтобы не тратить время зря, рекомендуется собирать светильники с оптимальной конфигурацией, в которую входят:

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.

Источники

  • https://bouw.ru/article/solnechnoe-osveshtenie-dlya-doma
  • https://cdelct.ru/vidy/street/osveschenie-ot-solnechnyh-batarei.html
  • https://teplo.guru/eko/ulichnoe-osveshhenie-na-solnechnyih-batareyah.html
  • https://m-strana.ru/articles/solnechnye-batarei-dlya-doma/
  • https://sovet-ingenera.com/eco-energy/sun/ulichnoe-osveshhenie-na-solnechnyx-batareyax.html
  • https://stroychik.ru/landshaftnyj-dizajn/ulichnoe-osveshhenie-na-solnechnyh-batareyah
  • https://www.asutpp.ru/ulichnoe-osveschenie-na-solnechnyh-batareyah.html
  • https://altenergiya.ru/sun/svetilnik-na-solnechnoj-bataree.html
  • https://alter220.ru/solnce/shema-svetilnika-na-solnechnoj-bataree.html
  • https://FB.ru/article/362844/shema-sadovogo-svetilnika-na-solnechnyih-batareyah-sadovyiy-fonar-ustroystvo-i-remont-sadovogo-svetilnika-na-solnechnyih-batareyah
  • https://www.rmnt.ru/story/electrical/svetilniki-na-solnechnyx-batareykax-svoimi-rukami.986889/

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об инженерных системах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: