Светодиодный фонарь на солнечной батарее своими руками

Как сделать что-то самому, своими руками — сайт домашнего мастера

ОТЛИЧНЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ МАСТЕРОВ И РУКОДЕЛИЯ И ВСЕ ДЛЯ САДА, ДОМА И ДАЧИ БУКВАЛЬНО ДАРОМ — УБЕДИТЕСЬ САМИ. ЕСТЬ ОТЗЫВЫ.

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

ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ДОМА И САДА, РУКОДЕЛИЯ И ПР. ЦЕНЫ ОЧЕНЬ НИЗКИЕ

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.

Дата публикации: 18 августа 2018 .
Категория: Световые приборы.

Если вы хотите осветить открытую территорию, а подводка электроснабжения к ней затруднена, то стоит подумать о светильниках на солнечных батареях, зарядка аккумуляторов которых происходит от лучей солнца. С наступлением темноты подобные приборы начинают работать, создавая комфортную обстановку на вашем приусадебном участке. Светильники просты в использовании и установке, а также привлекают вполне демократичными ценами на них и широким выбором.

Данная статья будет интересна тем, кто любит создавать полезные в хозяйстве вещи собственноручно. К преимуществам изготовления светильников «своими силами» можно с уверенностью отнести то, что ваша модель будет эксклюзивна и вполне надежна (ведь вы ее сделали сами). При этом помните: осуществить значительную экономию денежных средств вряд ли удастся. Мы не будем приводить описание дорогостоящих схем с использованием готовых контроллеров, а остановимся лишь на наиболее простом варианте. Повторить его сможет, практически, любой человек, хоть раз державший в руках паяльник.

Принципиальная схема простого для повторения светильника

Приведенная ниже принципиальная схема светильника, работающего от энергии солнечного света весьма проста, и многократно опробована многочисленными любителями, специализирующихся на изготовлении полезных устройств своими руками.

Как она работает:

• В дневное время солнечная панель (S) преобразует энергию световых лучей в электрическую.
• Вырабатываемый ею ток через диод D1 заряжает аккумуляторную батарею (А).
• Положительный потенциал, приложенный к базе через резистор R1, «удерживает» транзистор Т1 в закрытом состоянии и светодиод D2 не горит.
• При значительном снижении освещенности солнечной панели транзистор открывается (из-за уменьшения положительного потенциала, приложенного к базе) и подключает светодиод D2 к аккумуляторной батарее. Светодиод начинает гореть.
• Диод D1 препятствует разряду аккумулятора через солнечную панель.
• С наступлением рассвета положительное напряжение, поступающее с «+» вывода солнечной панели на базу «закрывает» транзистор Т1 и светодиод D2 перестает гореть, а аккумуляторная батарея снова начинает заряжаться.

Критерии выбора деталей и цены

Выбор деталей зависит от того, насколько мощный светильник вы намереваетесь изготовить. Приводим конкретные номиналы для самодельного осветительного прибора мощностью 1 Вт и интенсивностью светового потока 110 Лм.

Так как в вышеприведенной схеме отсутствуют элементы контроля уровня заряда аккумуляторной батареи, то, прежде всего, необходимо обратить внимание на выбор солнечной батареи. Если выбрать панель со слишком маленьким током, то за световой день она просто не успеет зарядить аккумулятор до нужной емкости. И наоборот слишком мощная световая панель может перезарядить батарею за время светового дня и привести ее в негодность. Вывод: ток, вырабатываемый панелью, и емкость аккумулятора должны соответствовать друг другу. Для грубого расчета можно воспользоваться соотношением 1:10. В нашем конкретном изделии мы используем солнечную панель с напряжением 5 В и вырабатываемым током 150 мА (120-150 рублей) и аккумуляторную батарею форм-фактора 18650 (напряжением 3,7 В; емкостью 1500 мАч; стоимостью 100-120 рублей).

Также для изготовления нам понадобятся:

• Диод Шоттки 1N5818 с максимальным допустимым прямым током 1 А – 6-7 рублей. Выбор именно этой разновидности выпрямительной детали обусловлен низким падением напряжения на нем (около 0,5 В). Это позволит использовать солнечную панель наиболее эффективно.
• Транзистор 2N2907 с максимальным током коллектор-эмиттер до 600 мА – 4-5 рублей.
• Мощный белый светодиод TDS-P001L4U15 (интенсивность светового потока – 110 Лм; мощность – 1 Вт; рабочее напряжение – 3,7 В; потребляемый ток – 350 мА) – 70-75 рублей.

Важно! Рабочий ток светодиода D2 (или суммарный общий ток при использовании нескольких излучателей) должен быть меньше максимального допустимого тока коллектор-эмиттер транзистора T1. Это условие с запасом выполняется для примененных в схеме деталей: I(D2)=350 мА

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.