Схема фонаря на солнечной батарее для дачи

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 уличными светодиодными фонарями, 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 светильники на солнечных батареях 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 типы светильников. 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 освещения фасада 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 светильника на солнечных батареях 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.

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 = 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.

Каждую весну в хозяйственных магазинах появляется широкое предложение садовых светильников на солнечных батареях. Цена светильников колеблется от 37 рублей до 1500 — 2000 рублей. Принцип работы светильника прост. Солнце в течении дня освещая солнечный элемент светильника заряжает встроенный аккумулятор. А с наступлением сумерек, когда солнечная батарея не дает уже энергии, электроника светильника включает схему электронного преобразователя, который преобразует запасенную энергию аккумулятора в более высокое напряжение для питания сверхъяркого светодиода. Заглянем внутрь светильника и определим его электронную начинку.

Дешевый садовый фонарь

Все солнечные светильники малого и среднего ценового диапазона в настоящее время оборудованы практически одинаковыми солнечными батареями площадью не больше 9 квадратных сантиметров. Солнечная батарея заряжает аккумулятор. Размер и емкость аккумулятора зависит от габаритов светильника и честности производителя. Как правило применяются стандартные аккумуляторы небольшой или средней емкости. Иногда, проявив смекалку, можно купить светильник за 45 рублей и стать обладателем нового аккумулятора формата АА емкостью 1 А/ч. Большинство светильников оборудуются выключателями. С помощью выключателя можно отключить аккумулятор от схемы питания. Пользоваться выключателем очень удобно при хранении светильников в зимнее время.

Площади солнечных батарей равны

Внутренняя начинка светильников

Схема садового фонаря

Схема садового светильника

Раньше схемы светильников собирались на дискретных элементах, в настоящее время все упрощено. Вся электроника за исключением индуктивности преобразователя L1 сосредоточена в одной микросхеме, в данных светильниках найдено две одинаковых микросхемы типа 5252 и 5251, в третьем самом дешевом светильнике на микросхеме стояла маркировка F1. Схемы садовых светильников приведены ниже. Микросхемы при снижении напряжения от солнечной батареи начинают формировать пульсирующее напряжение для питания сверхъяркого светодиода. Можно встретить стандартные светодиоды как правило с узким углом излучения. Чтобы распределить свет от фонаря внизу рассеивателя светильника может быть установлено коническое зеркало. При эксплуатации не забывайте следить за чистотой этих зеркал. Мудрые китайцы последние два года в некоторые садовые фонари устанавливают светодиоды с углом излучения 140-160°, что не требует установки зеркала.

Коническое зеркало рассеивателя

Светодиод с широким углом излучения

Одинаковая электронная начинка садовых светильников заставляет задуматься об объективности значения цены фонарей с элементами примитивного декора.

Доступность садовых светильников позволяет удовлетворить желания поработать своими руками и пофантазировать над нестандартным применением фонарей. На сайте Секрет Мастера представлено несколько вариантов доработки садовых светильников.

1. Комнатный ночник из солнечного фонаря.

2. Современное освещение дачного туалета.

3. Цветные садовые фонари.

4. Электронный сверчок.

5. Сверкающий садовый светильник, очень красивая вещь при изготовлении нескольких штук. Самые дешевые светильники прекрасно работают до утра даже осенью.