Выполняю, подождите...
 
 
Библиотека

Cветильник на солнечных батареях

Эта статья о том, как своими руками и минимальными затратами сделать мощный и долговечный автономный светильник на солнечной батарее, который украсит достойным светом садовые дорожки, станет ночником в доме, либо сможет работать даже с сетью 220В в качестве светового реле.

Что ж, не буду ходить вокруг да около, а сразу приступлю к описание этого, в общем, элементарного устройства. Я лишь оговорюсь, что предложенная здесь схема светильника не претендует на оригинальность и не является сколь бы то ни было грамотной, однако, она, в количестве нескольких экземпляров, вот уже несколько лет, зимой и летом, успешно работает и ни один элемент не вышел из строя, включая элементы питания, учитывая даже то, что в ней нет контроллера заряда.

Элементы питания

Здесь стоит сразу сказать, что в качестве элементов питания я использовал ионисторы, а не аккумуляторы. Они весьма долговечны, значительно меньше по сравнению с аккумуляторами подвержены температурным зависимостям (работают и в жару, и на морозе) безразличны к глубокому разряду и менее привередливы к зарядным токам. Именно, ориентируясь на последнее качество и в угоду простоте, я пренебрег контролером заряда батареи. Лишние компоненты в цепи — это дополнительный расход энергии. Хотя, чтобы обеспечить максимальный срок службы элементов питания, контроллер стоило бы включить в схему. Но это тема для отдельной статьи, поскольку не хотелось бы сейчас делать из простого сложное.

Если вы хотели бы использовать Li-ion аккумуляторы, то стоит выбирать батареи со встроенной защитой от глубокого разряда и перезаряда. Встроенный контроллер обеспечивает оптимальные характеристики заряда и разряда конкретной батареи, нежели схема, сделанная опираясь на общие характеристики аккумуляторов.

Возвращаясь к ионисторам, нужно сказать и про недостаток: их напряжение зависит от степени заряженности. Поэтому стоит использовать в цепи несколько соединенных последовательно ионисторов, чтобы обеспечить запас по напряжению для потребителей в большем диапазоне разряда.

Я использовал два ионистора по 2.7 Вольт и емкостью по 500 Фарад. Таким образом, максимальное напряжение в цепи равно 5.4В, которое ограничивается резисторами перед светодиодами.

Связка ионисторов по 500 Фарад

Связка ионисторов по 500 Фарад 2.7 Вольт.

Данная связка обеспечивает работу четырех круглых светодиодов мощностью 0.15Вт, либо одного светодиода мощностью 1Вт в половину номинальной мощности (~100 mAh). Последний, даже при половине мощности, озаряет комнату светом так, что кажется, что это сетевой ночник, а вовсе не какой-то на солнечной батареи.

Яркость освещения комнаты светодиодом 1Вт при 110 mAh

Яркость освещения комнаты светодиодом 1Вт при 110 mAh.

Белый нейтральный светодиод 1Вт

Белый нейтральный светодиод 1Вт

В обеих вариантах набора светодиодов полного заряда ионистора хватает на 10-12 часов тьмы. Затем, освещение не гаснет, но очень медленно затухает в течении нескольких часов. Стоит отметить, что затухание медленно происходит с самого пика заряженности и это особенность ионисторов, однако достаточная яркость обеспечивается как раз в указанном рабочем временном промежутке. Можно было бы избежать эффекта затухания добавив напряжения и включив в схему стабилитрон или стабилизатор, но эти компоненты спускают ток вхолостую, чтобы ограничить напряжение, а такой роскоши в условиях ограниченного заряда мы позволить себе не можем.

Солнечная батарея

В рассматриваемом примере, я использовал солнечную панель размером 80x100мм выполненную на текстолите с заявленными характеристиками 1Ватт, 5.5В, 170мА. Данная батарея даже в летний пасмурный (но не дождливый и более темный) день обеспечивает полный заряд ионисторов. Так что душить мощность потребителей большими сопротивлениями, чтобы сделать поправки заряда на пасмурные дни, не придется. Однако в зимнее время в пасмурную погоду из-за короткого дня заряда уже не хватает на полный цикл потребления.

Солнечная батарея 1Вт

Солнечная батарея 1Вт 5.5В 170мА.

Максимальное напряжение солнечной батареи до 7 Вольт. При таком напряжении на полностью заряженные (до 5.4В) ионисторы подается ток всего до 8мА, что совершенно не страшно для них.

Электронные компоненты солнечного светильника

Схема светильника на солнечной батарее очень проста, экономична и содержит в себе всего 6 компонентов: 3 резистора, 2 транзистора и диод Шоттки.

Схема солнечного светильника

Схема, контролирующая зарядку батарей и потребление энергии батарей для солнечного светильника.

А теперь подробно о том, как это работает.
Когда свет попадает на солнечную батарею, ток, ограниченный резистором R1, попадает на базу биполярного транзистора VT1 и открывает его. Таким образом, ток, протекающий от элементов питания, ограниченный резистором R2, стекает на «землю», освобождая от напряжения затвор полевого транзистора VT2 и тем самым закрывает его. Когда же на улице стемнеет, на базу VT1 ничего не поступит, а на затворе VТ2 появиться напряжение и он откроется. В роли потребителя может быть что угодно, но поскольку у нас светильник, значит потребитель — светодиод.

Диод Шоттки предотвращает попадание тока на базу VТ1 от элементов питания, а его низкое падение напряжения позволяет более эффективно заряжать батареи. Резистор R3 может быть подстроечным, с помощью которого можно регулировать включение потребителей в зависимости от уровня освещенности. Но, приведенные на схеме параметры сопротивления резисторов выбраны для оптимального включения и наименьшего потребления энергии самой схемой. Подобная схема может работать с напряжением батарей до 40 Вольт и потребителями до 2 Ампер.

Для управления приборами сети 220 вольт, вместо низковольтных потребителей, можно поставить реле, которое будет включать и выключать сетевой ток. Можно подумать — зачем так сложно? Да, в качестве светового реле можно использовать более простую схему с фоторезистором/фототранзистором, к тому же без батарей. Но ведь с помощью всего одной описанной схемы можно реализовать одновременно и автономный светильник на солнечной батарее и световое реле для сети 220В.

Схема светового реле для 220 Вольт

Пример схемы светового реле для управления сетевым напряжением.

В схеме можно использовать и аналоги приведенных компонентов или даже транзисторы с другими характеристиками. Однако в последнем случае придется иначе подбирать сопротивление резисторов и, возможно, это приведет к меньшей эффективности.

Устройство зарядки батарей от солнечной панели для солнечного светильника.

Устройство зарядки батарей от солнечной панели для солнечного светильника выполненное по схеме.
* Плату можно сделать более компактной, так как в данном случае были использованны неоправданно мощные, а потому и большие, резисторы из-за отсутствия подходящих.
** В месте R1 нужное сопротивление было подобрано двумя резисторами, поэтому их больше, чем на схеме.

Светодиод 1Вт в уличном фонаре

Светодиод 1Вт, установленный (приклееный) в уличный фонарь на патрон под лампу.

Если вы собираетесь делать солнечный светильник из уличного фонаря, то следует внутренние темные поверхности фонаря окрасить белой краской, либо оклеить фольгой, поскольку темные поверхности здорово поглощают свет. Помимо этого, в своем варианте я установил матовые стекла с узором в фонарь, так как с ними он выглядит более симпатично, хотя и рассеивает часть лучей просто в атмосферу.

Солнечный светильник в уличном фонаре.

Солнечный светильник со светодиодом 1Вт в уличном фонаре при 5.4В 170мА.
* Выдержка фотоаппарата подобрана максимально близко к реальному освещению.

Светодиод 1Вт в уличном фонаре

Второй солнечный светильник со светодиодом 1Вт в уличном фонаре
* Выдержка фотоаппарата подобрана так, чтобы освещенность на фото соответствовало реальному.

«Радужный» ночник, работающий от платы солнечного светильника. RGB светодиод вклеен в люстру комнатного освещения. Пришлось проложить проводку для светодиода отдельно.