Аккумуляторы (перезаряжаемые батарейки) для светильников на солнечных батареях
Различаются по многим техническим параметрам, один из важнейших- химический состав батареи, который определяет морозостойкость и наличие эффекта памяти элемента питания. Аккумуляторы с эффектом памяти для использования в садовых светильниках на солнечных батареях непригодны: получив несколько раз недостаточное количество солнечного света для полного заряда, такие батареи постепенно перестанут заряжаться; эти источники питания используются для приборов, заряжающихся от электросети, каждый раз на всю мощность батареи.
LiFePO4 Литий-железо-фосфатные батареи (цилиндрические аккумуляторы)
Это один из видов перезаряжаемых аккумуляторов, выполненных на основе уникального литий-ионного химического состава, где железо (Fe) используется в качестве катодного материала. Элементы питания LiFePO4 имеют высокий ток разряда, не взрываются при экстремальных условиях и имеют меньший вес. Но имеют более низкие характеристики напряжения и плотность энергии по сравнению с обычными Li-ion батарейками. Соединение Fe-P-O сильнее, чем Co-O, поэтому при возникновении экстремальных ситуаций (короткое замыкание, перегрев, и т. д.) атомы кислорода гораздо труднее вывести. Такая стабилизация окислительно-восстановительных реакций также помогает ускорить перенос ионов. Только при экстремальном нагреве, как правило, более 800°C, происходит разрушение батарейки без выброса тепла. В свою очередь, LiCoO2 аккумуляторы как раз подвержены большому выбросу тепла. LiFePO4 - очень устойчивы к потере кислорода, что приводит к экзотермической реакции у других литиевых элементов.Преимущества литий-железофосфатных аккумуляторов.
Самое главное их преимущество считает в том, что срок их службы изначально больше, чем литий-ионных ячеек. Но при том же напряжении и емкости данный аккумулятор будет значительно больше и тяжелей, чем li-ion аккумулятор. Также данные аккумуляторы считают более безопасными в плане взрывоопасности. Недостаток данных видов аккумуляторов- габариты. Размер и вес данного аккумулятора при прочих равных условиях будет значительно больше, чем у литий-ионного аккумулятора.Преимущества большой емкости аккумулятора солнечных батарей: процессы разряда и заряда будут происходить в щадящем токовом режиме. При одинаковой силе тока аккумуляторы с достаточной или избыточной емкостью работают в тренировочном режиме, а аккумуляторы с малой емкостью в сокращенном или форсирующем режиме.
Аккумуляторы Howell:
| Модель | Номинальное напряжение, В | Номинальная мощность, мА*ч | Внутреннее сопротивление, мОм | Жизненный цикл | Максимальное напряжение заряда | Пороговые напряжения разряда | Вес аккумулятора (примерный), г | Габариты (диаметр и длина), мм |
| HW-F14500 | 3.2 | 400 | ≤50 | ≥2000 | 3.65 | 2.3 | 18.5 | 14х50 |
| HW-F18500 | 3.2 | 1100 | ≤40 | ≥2000 | 3.65 | 2.3 | 32 | 18х50 |
| HW-F18650 | 3.2 | 1500 | ≤40 | ≥2000 | 3.65 | 2.3 | 45 | 18х65 |
| HW-F22650 | 3.2 | 2300 | ≤20 | ≥2000 | 3.65 | 2.3 | 60 | 22х65 |
| HW-F26650 | 3.2 | 3000 | ≤40 | ≥2000 | 3.65 | 2.3 | 80 | 26х65 |
| HW-F32600 | 3.2 | 4000 | ≤20 | ≥2000 | 3.65 | 2.3 | 110 | 32х60 |
| HW-F32650 | 3.2 | 4500 | ≤10 | ≥2000 | 3.65 | 2.3 | 188 | 32х65 |
| HW-F42110 | 3.2 | 10000 | ≤5 | ≥2000 | 3.65 | 2.3 | 330 | 42х110 |
Таблица 1
Типовые эксплуатационные характеристики Li-фосфатных аккумуляторов
Ni-MH никель-металл-гидридные аккумуляторы
герметично упакованные аккумуляторы имеют состав водородоадсорбирующего сплава. Такие аккумуляторы содержат в себе электрод на базе сплава поглощающих водород металлов. Когда батарея разряжается, то водород высвобождается из металлического сплава в виде воды. Высокая плотность энергии никель-металл-гидридных аккумуляторов по сравнению с другими химическими соединениями достигается благодаря наличию металлического сплава. NiMh батареи имеют длинный жизненный цикл и хорошо хранятся. Кроме того, данные аккумуляторы можно заряжать в любое время без ущерба напряжению тока.
Важно отметить, что NiMh аккумуляторы являются экологически чистым продуктом и не наносят ущерб окружающей среде.
| Тип | Модель | Размер | Размеры (макс.) | Ёмкость | Номинальное напряжение | Стандартный заряд | Быстрый заряд | Габариты | |||
| Диаметр | Длина | (мА*ч) | В | Ток, мА | Время | Ток, мА | Время | Вес | |||
| мм | мм | ч | мин. | г | |||||||
| AAA | 2/3AAA300 | 2/3AAA | 10.5 | 28.7 | 300 | 1.2 | 60 | 7 | 300 | 72 | 7 |
| AAA600 | AAA | 10.5 | 42.8 | 600 | 1.2 | 120 | 7 | 600 | 72 | 12 | |
| AAA600H | AAA | 10.5 | 44.5 | 600 | 1.2 | 120 | 7 | 600 | 72 | 12 | |
| AAA700H | AAA | 10.5 | 44.5 | 700 | 1.2 | 140 | 7 | 700 | 72 | 12 | |
| AAA800H | AAA | 10.5 | 44.5 | 800 | 1.2 | 160 | 7 | 800 | 72 | 13 | |
| AAA900H | AAA | 10.5 | 44.5 | 900 | 1.2 | 160 | 7 | 900 | 72 | 13 | |
| AAA1000H | AAA | 10.5 | 44.5 | 1000 | 1.2 | 180 | 7 | 1000 | 72 | 13 | |
| AA | 2/3AA650 | 2/3AA | 14.5 | 28.5 | 650 | 1.2 | 130 | 7 | 650 | 72 | 15 |
| 4/5AA1200 | 4/5AA | 14.5 | 43.3 | 1200 | 1.2 | 240 | 7 | 1200 | 72 | 23 | |
| AA600 | AA | 14.5 | 49.1 | 600 | 1.2 | 120 | 7 | 600 | 72 | 24 | |
| AA800H | AA | 14.5 | 50.4 | 800 | 1.2 | 160 | 7 | 800 | 72 | 24 | |
| AA1000 | AA | 14.5 | 49.1 | 1000 | 1.2 | 200 | 7 | 1000 | 72 | 24 | |
| AA1200L | AA | 14.5 | 49.1 | 1200 | 1.2 | 240 | 7 | 1200 | 72 | 24 | |
| AA1300H | AA | 14.5 | 50.4 | 1300 | 1.2 | 260 | 7 | 1300 | 72 | 24 | |
| AA1500L | AA | 14.5 | 49.1 | 1500 | 1.2 | 300 | 7 | 1500 | 72 | 26 | |
| AA1600H | AA | 14.5 | 50.4 | 1600 | 1.2 | 320 | 7 | 1600 | 72 | 26 | |
| AA1700L | AA | 14.5 | 49.1 | 1700 | 1.2 | 170 | 14 | 510 | 240 | 27 | |
| AA1800H | AA | 14.5 | 50.4 | 1800 | 1.2 | 180 | 14 | 540 | 240 | 28 | |
| AA2000H | AA | 14.5 | 50.4 | 2000 | 1.2 | 200 | 14 | 600 | 240 | 28 | |
| AA2100L | AA | 14.5 | 50.4 | 2100 | 1.2 | 210 | 14 | 630 | 240 | 29 | |
| AA2200H | AA | 14.5 | 50.4 | 2200 | 1.2 | 220 | 14 | 660 | 240 | 29 | |
| AA2300H | AA | 14.5 | 50.4 | 2300 | 1.2 | 230 | 14 | 690 | 240 | 30 | |
| AA2400H | AA | 14.5 | 50.4 | 2400 | 1.2 | 240 | 14 | 720 | 240 | 30.5 | |
| AA2500H | AA | 14.5 | 50.4 | 2500 | 1.2 | 250 | 14 | 750 | 240 | 31 | |
| AA2600 | AA | 14.5 | 50.4 | 2600 | 1.2 | 260 | 14 | 780 | 240 | 31.5 | |
| AA2700 | AA | 14.5 | 50.4 | 2700 | 1.2 | 270 | 14 | 810 | 240 | 32 | |
| A | 2/3A1200 | 2/3A | 17 | 28.5 | 1200 | 1.2 | 120 | 14 | 360 | 240 | 32 |
| 4/5A1800 | 4/5A | 17 | 43.2 | 1800 | 1.2 | 180 | 14 | 540 | 240 | 32 | |
| A2100 | AR(2) | 17 | 50.3 | 2100 | 1.2 | 210 | 14 | 630 | 240 | 38 | |
| 4/3A3600 | 4/3A | 17 | 67.3 | 3600 | 1.2 | 360 | 14 | 1080 | 240 | 53 | |
| 18 | 18670 | 18670 | 18.5 | 67 | 3800 | 1.2 | 380 | 14 | 1140 | 240 | 53 |
| 18720 | 18720 | 18.5 | 72 | 4500 | 1.2 | 450 | 14 | 1350 | 240 | 53 | |
| SC | SC2800 | SC | 23 | 42.8 | 280 | 1.2 | 280 | 14 | 840 | 240 | 56 |
| SC3000 | SC | 23 | 42.8 | 3000 | 1.2 | 300 | 14 | 900 | 240 | 60 | |
| SC3600 | SC | 23 | 42.8 | 3600 | 1.2 | 360 | 14 | 1080 | 240 | 64 | |
| C | C4000H | C | 26 | 50.4 | 4000 | 1.2 | 400 | 14 | 1200 | 240 | 73 |
| D | D8000 | D | 33 | 60.3 | 8000 | 1.2 | 800 | 14 | 2400 | 240 | 157 |
| D9000H | D | 33 | 60.3 | 9000 | 1.2 | 900 | 14 | 2700 | 240 | 167 | |
| D10000 | d | 33 | 60.3 | 10000 | 1.2 | 1000 | 14 | 3000 | 240 | 190 | |
| F | F13000 | F | 32.4 | 90 | 13000 | 1.2 | 1300 | 14 | 3900 | 390 | 205 |
| 9V | 9V 220 | 9V | 26.5*15.6*48.5 | 220 | 1.2 | 22 | 14 | 88 | 180 | 40 | |
| 9V 300 | 9V | 26.5*15.6*48.5 | 300 | 1.2 | 30 | 14 | 120 | 180 | 44 | ||
NiCd Никель-кадмиевые аккумуляторы
Их химический состав отличается от никель-металл-гидридного состава тем, что NiCd поглощает кадмий, а NiMn сохраняет водород. Кадмий намного объёмнее и тяжелее, это приводит к снижению объёма и веса плотности энергии NiCd-батареек.График разряда двух типов аккумуляторов одинаков. Никель-кадмиевые аккумуляторы могут быть помещены на хранение в любом состоянии разряда (SOC). Но тем не менее, NiCd батареи должны быть полностью разряжены перед новой зарядкой, чтобы избежать эффекта памяти или снижения напряжения. Одним из главных недостатков никель-кадмиевых аккумуляторов является негативное влияние на окружающую среду и риск для здоровья, связанный с использованием кадмия.
Преимущества
- Длинный жизненный цикл
- Хорошие характеристики хранения
- Быстрая зарядка.
| Тип | Модель | Размер | Габариты примерные | Ёмкость, мА*ч | Номинальное напряжение, В | Стандартный заряд | Примечание | ||
| Вес | |||||||||
| Диаметр | Высота | Ток, мА | Время | г | |||||
| мм | мм | ч | |||||||
| AAA | AAA300 | AAA | 10.5 | 43.3 | 300 | 1.2 | 60 | 7.5 | 10 |
| AAA350H | AAA | 10.5 | 44.5 | 350 | 1.2 | 70 | 7.5 | 11 | |
| AA | AA500 | AA | 14.5 | 50.4 | 500 | 1.2 | 100 | 7.5 | 18 |
| AA600 | AA | 14.5 | 49.1 | 600 | 1.2 | 120 | 7.5 | 19 | |
| AA700L | AA | 14.5 | 49.1 | 700 | 1.2 | 140 | 7.5 | 21 | |
| AA700H | AA | 14.5 | 50.4 | 700 | 1.2 | 140 | 7.5 | 21 | |
| AA800L | AA | 14.5 | 49.1 | 800 | 1.2 | 160 | 7.5 | 22 | |
| AA800H | AA | 14.5 | 50.4 | 800 | 1.2 | 160 | 7.5 | 22 | |
| AA900L | AA | 14.5 | 49.1 | 900 | 1.2 | 180 | 7.5 | 22 | |
| AA900H | AA | 14.5 | 50.4 | 900 | 1.2 | 180 | 7.5 | 22 | |
| AA1000L | AA | 14.5 | 49.1 | 1000 | 1.2 | 200 | 7.5 | 23 | |
| A | 4/5A1200 | 4/5A | 17 | 42.8 | 1200 | 1.2 | 240 | 7.5 | 30 |
| A1400 | A | 17 | 49.8 | 1400 | 1.2 | 280 | 7.5 | 36 | |
| SC | 4/5SC1000 | 4/5SC | 23 | 33.8 | 1000 | 1.2 | 200 | 7.5 | 37 |
| SC1300 | SC | 23 | 42.8 | 1300 | 1.2 | 260 | 7.5 | 40 | |
| SC1500 | SC | 23 | 42.8 | 1500 | 1.2 | 300 | 7.5 | 43 | |
| SC1800 | SC | 23 | 42.8 | 1800 | 1.2 | 360 | 7.5 | 48 | |
| SC2000 | SC | 23 | 42.8 | 2000 | 1.2 | 200 | 7.5 | 48 | |
| C | C2000 | C | 26 | 49.5 | 200 | 1.2 | 200 | 7.5 | 65 |
| C3000 | C | 26 | 50.4 | 3000 | 1.2 | 300 | 15 | 75 | |
| D | D4000L | D | 33 | 60.3 | 4000 | 1.2 | 400 | 15 | 130 |
| D4000H | D | 33 | 61.6 | 4000 | 1.2 | 400 | 15 | 130 | |
| D4500L | D | 33 | 60.3 | 4500 | 1.2 | 450 | 15 | 140 | |
| D4500H | D | 33 | 61.6 | 4500 | 1.2 | 450 | 15 | 140 | |
| D5000L | D | 33 | 60.3 | 5000 | 1.2 | 500 | 15 | 145 | |
| D5000H | D | 33 | 61.6 | 5000 | 1.2 | 500 | 15 | 145 | |
| F | F8000 | F | 32.4 | 90 | 8000 | 1.2 | 800 | 15 | 205 |
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.
На участках у многих дачников есть садовые светильники на солнечных батареях, в основном китайского производства, не отличающиеся особой надёжностью.
Несложные доработки позволяют заметно повысить эксплуатационные характеристики таких светильников.
Садовые светильники не только украшают участок, но и освещают дорожки, делая вечерние прогулки по саду безопасными. Все садовые светильники подразделяются на стационарные и автономные. Размещение стационарных светильников на садовом участке сопряжено со значительным объёмом работ по прокладке электрического кабеля и установке самих светильников. Да и цена их весьма высока.
Стационарные светильники на участке можно дополнить, а то и заменить автономными устройствами. Они будут уместны буквально в каждом уголке сада. Особенно
эффектно выглядят такие светильники, если разместить их по периметру водоёма и вдоль садовых дорожек. Существуют ещё и автономные садовые прожекторы, которые используют для подсветки построек и крупных декоративных растений.
Несмотря на разнообразие моделей автономных садовых светильников, все они собраны по типовой схеме, которая включает в себя солнечную батарею, аккумулятор, преобразователь напряжения и светодиод или светодиодный модуль. Любой из этих узлов можно усовершенствовать, улучшив тем самым эксплуатационные характеристики садовых светильников - например, яркость или продолжительность их работы.
Доработка светильника «башня» своими руками
К примеру, светильник «Башня» (рис. 1) собран на импульсном преобразователе DA1-ANA618 (или его аналогах – ANA608, Y801, Y8018). Импульсный преобразователь повышает напряжение никель-кадмиевого аккумулятора до уровня, необходимого для включения светодиода HL1. Кроме того, преобразователь отслеживает напряжение на солнеч ной батарее, а с наступлением сумерек (при снижении напряжения на солнечной батарее) включает светильник. Величина тока, протекающего через светодиод, и, соответственно, яркость светодиода зависят от индуктивности дросселя L1. В светильниках разных производителей установлен дроссель индуктивностью 68-82 мкГн. При такой величине индуктивности ток через светодиод не превышает 12 мА, хотя рабочий ток для большинства светодиодов малой мощности составляет 20-30 мА.
Чтобы повысить величину тока (яркость светильника), следует заменить штатный дроссель L1 дросселем с индуктивностью 33 мкГн. Ток, протекающий через дроссель, очень мал. Поэтому можно использовать дроссель практически любой конструкции с заданной величиной индуктивности (фото 1).
Из платы следует выпаять старый дроссель и на его. место установить новый. Если плата приварена к корпусу светильника и развернута компонентами внутрь фонаря, её не обязательно демонтировать. Надо, воспользовавшись оловоотсосом, удалить припой, после чего извлечь дроссель из платы (фото 2).
В зависимости от конструкции светодиоды обеспечивают различную яркость при заданном рабочем токе. У сверхъярких светодиодов малой мощности яркость колеблется в широких пределах от 2 до 20 кд/м2 и выше. В рассматриваемом садовом светильнике использован светодиод с плоской шляпкой, который при рабочем токе 20 мА создаёт световой поток яркостью около 4 кд/мг. Этого достаточно для освещения площади в радиусе до 1,5 метра. Простая замена такого светодиода сверхъярким светодиодом 5013UWC с яркостью 20 кд/ м2 значительно улучшит характеристики садового светильника.
При увеличении рабочего тока и яркости светодиодного фонаря возрастает ток, потребляемый от аккумулятора. Нужно вместо штатного аккумулятора ёмкостью 600 мАч установить аналогичный по размерам никель-металлогидридный аккумулятор ёмкостью 1000 мАч, тем самым значительно увеличив продолжительность автономной работы светильника даже в пасмурную погоду (фото 3).
Следует отметить, что в настоящее время выпускаются никель-металлогидридные аккумуляторы типоразмера ААА различной ёмкости: 1 000, 1 100, 1 350, 1 800 и даже 2 000 мАч. Чем больше ёмкость установленного аккумулятора, тем дольше будет работать светильник от одной зарядки.
Перед покупкой аккумулятора надо мультиметром обязательно проверить напряжение. У никель-металлогидридного аккумулятора напряжение на электродах не превышает 1,3 В. У солевых или щелочных батарей напряжение на электродах составляет 1,50-1,57 В. Иногда недобросовестные продавцы под видом никель-металлогидридных аккумуляторов высокой ёмкости реализуют стилизованные под аккумуляторы солевые батареи.
Светильники с тремя светодиодами
Чтобы светильник создавал равномерное освещение, вместо одного светодиода можно установить три под углом 120 градусов. Светодиоды включают параллельно друг другу. Перед монтажом следует проверить разброс их рабочего напряжения, который должен быть минимальным, иначе из трёх светодиодов ярко гореть будет только один, а остальные - лишь тускло светиться. Простую проверку несложно осуществить, собрав тестовую схему (рис. 2). Если использованы свето диоды из одной партии, они будут светиться практически с одинаковой яркостью (фото 4).
Следует учитывать, что прямое падение напряжения у светодиодов разного цвета свечения значительно отличается (см. таблицу).
Поэтому при параллельном включении светодиодов разного цвета светиться будет тот, на котором падение напряжения меньше.
Светодиоды расположены на плате диаметром 15 мм. Чертёж печатной платы, собранный светодиодный модуль и садовый светильник на солнечной батарее с этим светодиодным модулем показаны на фото 5-6.
Можно изготовить садовые светильники, которые будут гореть разными цветами - красным, синим, жёлтым, зелёным, белым, пурпурным. Необходимо лишь подобрать соответствующие светодиоды. Предпочтение следует отдать сверхъярким светодиодам, которые при одинаковом рабочем токе обладают значительно большей яркостью, чем обычные (фото 7).
Динамический многоцветный светильник
Независимо от того, какого цвета светодиоды выбраны для садового светильника, этот цвет будет статичным, неизменным во времени. Гораздо более интересного эффекта можно достичь, воспользовавшись трёхцветным светодиодом со встроенным генератором. Такие светодиоды используются в более дорогих светильниках НЛО и прудовых фонарях шарообразной формы. По сравнению с обычными садовыми светильниками стоимость динамических фонарей в 15-20 раз выше!
Трёхцветные светодиоды со встроенным генератором содержат на одном из электродов микросхему, которая управляет работой RGB- матрицы, смонтированной на другом электроде (фото 8). У светодиода два вывода - катод и анод. Анодный вывод, как правило, длиннее. К источнику питания трёхцветный динамический светодиод подключается через токоограничительный резистор. Рабочий ток у такого светодиода составляет 20 мА. Динамические светодиоды недопустимо подключать к источнику питания без токоограничительного резистора или подавать на них напряжение обратной полярности. Максимальное обратное напряжение более 0,5-0,75 В разрушает динамические светодиоды.
Трёхцветные динамические светодиоды бывают с быстрым изменение цвета (fast fading) и с плавным затуханием (slow fading). Последние наиболее интересны для использования в садовых светильниках. Цвет их свечения как бы перетекает от красного к жёлтому, затем к зелёному, синему, белому, оранжевому и обратно.
В зависимости от количества приобретаемых светодиодов и места приобретения стоимость светодиодов заметно варьируется. Так, партия светодиодов из 100 штук, приобретённых на радиорынке, обошлась автору в 10 руб. за штуку, а через розничную сеть эти же светодиоды реализуют по 55 руб.
Подключить трёхцветный светодиод со встроенным генератором к садовому светильнику вместо установленного белого светодиода невозможно: он просто не будет. работать. И причина проста - преобразователь, установленный в: садовом фонаре, вырабатывает импульсное напряжение прямоугольной формы с частотой 200-250 кГц (фото 9). Каждый новый импульс перезапускает генератор, встроенный в трёхцветный динамический светодиод, а для нормальной работы генератора импульсное напряжение следует преобразовывать в постоянное.
Проще всего для этих целей воспользоваться выпрямительным диодом и накопительным конденсатором. Диод отсекает отрицательные выбросы напряжения от преобразователя, а конденсатор разряжается в паузах между импульсами на светодиод. Таким образом из переменного мы получим постоянное напряжение.
При выборе диода и конденсатора предпочтение следует отдать компонентам для поверхностного монтажа. Весьма желательно установить диод Шоттки, у которого минимальное падение напряжения - 0,12-0,14 В, а рабочая частота достигает сотен килогерц вследствие малого времени рассасывания заряда. Конденсатор предпочтительно использовать танталовый с низким эквивалентным сопротивлением (фото 10). При этих условиях обеспечивается максимальный кпд выпрямителя.
Схема модуля светильника представлена на рис. 4, печатная плата для модуля и трёхцветного светодиода - на рис. 5, а собранный модуль - на фото 11.
Поскольку в рамках журнальной статьи сложно передать динамические события, для иллюстрации работы садового фонаря с трёхцветным светодиодом приведена серия фотоснимков на фото 12.
Модернизация садового светильника оказалась очень простой задачей. Можно украсить свой сад фантастической иллюминацией на основе серийно выпускаемых недорогих садовых светильников, доработанных своими руками.
Ремонт и усовершенствование солнечных светильников своими руками – фото
Рис. 1. Принципиальная светильника «Башня». Фото 1. Миниатюрные индуктивности для навесного монтажа. Фото 2. Извлечение дросселя без демонтажа платы. Фото 3. Аккумуляторы типоразмера ААА. Рис. 2. Принципиальная схема проверки яркости свечения.Фото 4. Светодиоды одной партии имеют практически одинаковую яркость свечения.Фото 5. Светодиодный модуль в сборе. Рис. 3. Печатная плата для трёх светодиодов. Фото 6. Светильник с тремя светодиодами.Фото 7. Пример сверхярких светодиодов. Фото 8. Трёхцветный светодиод с управляющей RGB-матрицей.
Ремонт и улучшение светильника на солнечной батарее – фото 2
Фото 9. Осциллограмма импульсного напряжения, вырабатываемого преобразователем. Фото 10. Танталовый конденсатор. Рис. 4. Принципиальная схема модуля динамического светильника. Рис. 5. Печатная плата модуля динамического светильника.Фото 11. Модуль динамического светильника в сборе. Фото 12. Различные фазы работы динамического светильника с трёхцветным светодиодом.
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.
Как сделать ремонт солнечной батареи своими руками
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.
Иногда территория, примыкающая к загородным домам и дачам, используется в вечернее и ночное время. Чтобы не получить травмы, а также для поддержания имиджа, применяют садовые фонари на солнечных батареях, которые позволяют не только освещать территорию, но и придавать ей неповторимый декор.
Устройство и принцип работы
Для того чтобы понять принцип работы рассматриваемого оборудования, необходимо разобраться со схемой садового светильника на солнечных батареях. Составными элементами данного устройства являются:
- блок освещения (светодиод, как правило);
- преобразователь энергии;
- устройство, осуществляющее контроль включения и отключения;
- аккумулятор;
- крепеж.
Сам светильник состоит из корпуса, в котором находится светодиод. Рядом расположены контрольная плата и аккумулятор. Над ними находится фоторезистор, солнечная панель и защитное стекло.
Днем при солнечной погоде преобразователь аккумулирует солнечную энергию и преобразует ее в электрическую, которая поступает в аккумулятор. Данная энергия и позволяет функционировать садовому фонарю в темное время суток.
Более дорогие модели данных устройств имеют контроллер движений, который автоматически включает светильник при приближении человека.
В устройство садового светильника на солнечных батареях входят транзистор или микросхема, выполняющие функцию датчика, с помощью которых светодиод отключается при полном разряде батареи либо может уменьшать яркость освещения в случае потери части заряда.
Основные характеристики
Качество подобного устройства определяется применяемым кремнием. В недорогих светильниках используют его поликристаллическую или аморфную разновидности. Монокристаллический кремний может работать в любой сезон, он стоек к агрессивному воздействию. Если нет возможности приобрести монокристаллический элемент, лучше использовать мультикристаллические солнечные батареи.
Для придания долговечности изделиям их покрывают специальной пленкой.
Производители стали изобретать маркетинговые ходы для скрытия некоторых изъянов своей продукции. В частности, поликристаллические устройства стали называть но срок их нормальной службы составит только один сезон.
Длительным сроком эксплуатации могут похвастаться брендированные устройства. Здесь достаточно мощный фотоэлемент, солнечный свет в него попадает в глубокие слои, что обеспечивает стабильную работу светильников в течение продолжительного времени. У китайских светильников толщина фотоэлемента сравнима с фольгой, поэтому срок службы его гораздо меньше.
На освещение оказывает влияние и структура стекла. При преобладании дней с пасмурной погодой лучше использовать текстурированное стекло, поскольку оно накапливает излучение, в то время как гладкая поверхность способствует его частичному отражению. Наиболее дорогое и долговечное покрытие — закаленное стекло.
Положительные стороны устройств
Садово-парковые способствуют облагораживанию таких зон отдыха, как сады, парки, скверы. Данные устройства могут быть снабжены никель-металл-гидридными аккумуляторами, что позволяет им включаться при наступлении темноты, отключаться и начинать заряжаться при наступлении утра.
В настоящее время светильники выпускаются в различных исполнениях. В основном производятся традиционные столбики, имеющие различную высоту, а также гирлянды. Помимо этого начали выпускать светильники в виде собак, кошек, гномов, улиток и других потенциальных обитателей зеленой зоны. Также производители предлагают приборы в виде светильников, вокруг которых летают бабочки.
Рассматриваемые устройства не нуждаются во владении основами установки электропроводки, поскольку схема садового светильника на солнечных батареях не подразумевает подвода к нему электричества, что обеспечивает экономию финансовых средств их владельцам.
Свет, падающий от данных фонарей, не бьет по глазам, поскольку не является сверхъярким.
Данные светильники являются автоматическим оборудованием и могут обмануть воришек в случае имеющегося у них злого умысла напасть на вашу недвижимость.
Они не требуют осуществления работ по заземлению и полностью безопасны как для людей, так и для окружающей среды.
Не требуется какого-либо особого ухода за ними.
При этом срок эксплуатации рассматриваемых видов светильников достаточно продолжительный.
Так как они эксплуатируются на открытой местности, производители предусматривают для них высокий уровень защиты от неблагоприятных факторов погоды.
Отрицательные аспекты
Схема садового светильника на солнечных батареях не предусматривает использования безразмерных аккумуляторов, поэтому подобные устройства имеют ограниченный срок освещения, который, как правило, не превышает 8 часов. Эта цифра достижима в том случае, если весь день стояла хорошая солнечная погода. Пасмурная погода значительно снижает время работы, доводя его до 4-5 часов.
К отрицательным сторонам можно отнести и одну из положительных сторон: неяркий свет. Возможно, некоторым местам необходимо быть хорошо подсвечеными, а это потребует дополнительной установки электрических фонарей.
В некоторых случаях имеются отзывы от покупателей, что светильники плохо работают или совсем не светят во время выпадения осадков.
При приходе зимы они требуют демонтажа, поскольку отрицательные температуры могут вывести аккумулятор из строя.
Типы рассматриваемого оборудования
Наиболее практичен для сада светильник с укороченной ножкой. При этом монтирование осуществляется простым вдавливанием устройства в землю с помощью рук.
Среди достаточно тускло светящих фонарей встречаются прожекторы. В случае если мощность солнечной лампы составляет 10 кВт, то мощность прожекторов эквивалента 100-ваттной лампе накаливания.
Бывают подвесные Их применяют в качестве элемента декора сада, размещая на ветвях деревьев или беседках. Чаще всего подобные садовые светильники на солнечных батареях — шары, собранные в гирлянду.
Настенные модели применяются для дома. Эксплуатируются при прикреплении к нему.
Улучшаем садовые светильники
Наиболее дешевыми моделями являются китайские. Со временем к покупателю таких товаров приходит понимание того, что нужно что-то сделать, чтобы улучшить их конструкцию или эффективность действия. При улучшении происходит замена некоторых элементов светильников на более мощные. Таким образом, можно заменить аккумулятор или светодиод, а также дроссель, используемый в фонарях типа башни. Установка более мощного дросселя поможет добиться яркого свечения, идущего от светильника. Это действие автоматически ведет к замене аккумулятора, поскольку его мощности перестанет хватать на долгий срок, или он может просто выйти из строя.
Вместо одного светодиода можно использовать три, но при монтировании их нужно следить, чтобы разброс напряжения был минимальным, иначе в одном месте освещенность будет повышенной яркости, а в другом пониженной.
Таким образом, ремонт садового светильника на солнечных батареях в основном сводится к замене отдельных деталей.
Добавляем цвета
Усовершенствовать фонари можно также использованием цветных светодиодов. Данная замена требует знаний о том, приспособлено ли это устройство для осуществления таких действий или нет. Если оно не приспособлено, а цветные светодиоды были установлены, то фонарь проработает около 2 часов, после чего погаснет.
С целью предотвращения преждевременного окончания работы цветных садовых светильников на солнечных батареях необходимо в микросхеме сделать дополнительную дорожку, куда впаять еще один резистор.
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.
В заключение
Схема садового достаточно проста. С ее помощью такой фонарь сможет собрать любой разбирающийся человек. При этом нужно учитывать качество материалов, используемых в светильнике, поскольку именно они определяют срок службы и цену этого устройства.
