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.

Наверное, многие дачники и владельцы домиков в деревне не раз видели в магазинах и супермаркетах разнообразные фонарики с солнечной батареей и многие не удержались от покупки. Ведь это так интересно - украсить свой участок, чтобы он нарядно смотрелся не только в дневное время, а еще и в вечерние часы. Ведь так красиво смотрятся подсвеченные ночью садовые дорожки и клумбы!

Осторожно, под катом много картинок

Несмотря на всё внешнее разнообразие конструкций солнечных фонариков, их электронная начинка выполнена достаточно типично:

Она состоит из солнечной батареи, печатной платы с электроникой, построенной на микросхемах семейств YX8ХХХ, ANA618, QX5252, светодиода, аккумулятора и выключателя, который в целях удешевления часто заменяется на бумажную чеку, вставляемую между плюсовым контактом аккумулятора и контактом в батарейном отсеке.

В фонариках используются пальчиковые Ni-Cd, или Ni-Mh аккумуляторы формата АА, ААА, или дисковые элементы ёмкостью 80…600 мА/ч, обычно низкого качества, но на сезон их обычно вполне хватает (а если подзаряжать зимой, то даже на 2-3 сезона).

А теперь давайте подробнее остановимся на солнечных батареях. В основном используются два основных типа солнечных элементов, это плёночные панели:

И панели из монокристаллического кремния:

Плёночные элементы не отличаются эффективностью, но в 30 - 100 рублёвых солнечных фонариках, которые в широком ассортименте представлены в торговых сетях, как правило используются именно они, проигрывая по токоотдаче сравнимым по площади панелям из монокристаллического кремния примерно в пять раз.

Солнечные батареи на основе пластин монокристаллического кремния для солнечных фонариков как правило изготавливаются из отходов производства промышленных солнечных панелей и даже в одной партии они могут иметь значительные различия по площади пластин фотоэлементов залитых в прозрачный компаунд. А ведь чем больше их площадь, тем лучше за день зарядится аккумулятор солнечного фонарика, поэтому при покупке, если есть возможность лучше выбрать фонарик с более крупными пластинами фотоэлементов.

Перед покупкой лучше внимательно осмотрите фонарик, его ножку и плафон на наличие трещин, солнечная панель фонарика не должна иметь не каких видимых повреждений. Включите фонарик, для этого нужно снять плафон и передвинуть движок выключателя в положение «ON». Если выключатель отсутствует, то нужно выдернуть чеку, она находится у плюсового контакта аккумулятора. Чтобы фонарик засветился, надо прикрыть фотоэлемент рукой. Если фонарик не светится, то скорее всего его аккумулятор разряжен и лучше выбрать работоспособный фонарик, или отказаться от покупки, ведь аккумулятор умерший от саморазряда ещё в магазине сразу потребует замены, а новый будет стоить не менее 50 рублей, что сравнимо со стоимостью солнечного фонарика.

Как продлить жизнь фонариков

Для того, чтобы ваш солнечный фонарик служил дольше и радовал вас своим светом, нужно защитить его электронную начинку, ведь корпус фонарика не герметичен и туда свободно попадает влага в виде брызг, испарений после дождя, росы. Попав на плату с радиоэлементами под напряжением, влага вызывает процесс электролиза (это выглядит как будто плата ржавеет) разрушая выводы радиоэлементов, пайку, дорожки платы. Для того чтобы защитить плату с радиоэлементами надо в 2 – 3 слоя покрыть её влагостойким лаком, например таким:

Также надо защитить лаком ножки светодиода, микросхемы, провода в местах пайки с платой, контактами аккумулятора и выключателя.

На фотографии фонарик, защищённый таким образом и отработавший около трёх сезонов, - несмотря на ржавый саморез крепления, плата как новенькая!

Основные неисправности

Основными неисправностями солнечных фонариков является окисление контактов аккумулятора и выключателя, а также глубокий разряд аккумулятора. Если фонарик с наступлением сумерек перестал светиться, то для начала надо прокрутить аккумулятор в батарейном отсеке и несколько раз выключить и включить фонарик, чтобы содрать окисел с контактов. Если это не помогает, то потребуется мультиметр, например такой:

Вытащим аккумулятор из отсека и, переключив мультиметр в режим постоянного напряжения с пределом измерения 2 вольта, измерим напряжение на контактах аккумулятора. Если напряжение на аккумуляторе в пределах 1,2…1,5 вольта, то аккумулятор исправен, переключившись в режим «прозвонка» проверим исправность контактов и выключателя, если плата покрыта окислами то отмываем её в спирте. Если же напряжение на аккумуляторе находится в пределах от 0,1 до 1 вольта, то аккумулятор следует зарядить воспользовавшись зарядным устройством, например таким:

Если же напряжение около нуля вольт, то переключившись в режим «прозвонка» проверим аккумулятор и если он звонится как короткое замыкание, то аккумулятор неисправен и его надо заменить. Оптимально взять аккумулятор среднего ценового диапазона от зарекомендовавших себя производителей, например Sanyo, GP, Camelion. Для среднестатистического солнечного фонарика, для аккумулятора типоразмера ААА достаточно емкости не более 300-600 мАч, а для типоразмера АА 600-1000 мАч и нецелесообразно покупать аккумуляторы большой ёмкости, ведь его просто физически невозможно полностью зарядить за световой день от солнечной батареи. Также желательно чтобы аккумулятор был из серии LSD (англ. Low Self-Discharge. Эта аббревиатура была введена в обиход компанией Sanyo, которая разработала и запатентовала технологию производства аккумуляторов с низким саморазрядом.

Как расположить фонарики на участке

Основная ошибка заключается в том, что фонарики располагают в тени деревьев, кустов и строений и недостаточно освещённая солнечная батарея за день просто не успевает зарядить аккумулятор. Так как в фонариках применяются аккумуляторы Ni-Cd и Ni-Mh, то в результате постоянного ежесуточного недозаряда днём и переразряда ночью, начинает вырабатываться так называемый эффект «памяти» в виде обратимой потери ёмкости аккумулятора. Он как будто «помнит», что в предыдущие циклы его ёмкость была использована не полностью и при заряде запасает энергию только до «привычного» ему значения. Поэтому при установке постарайтесь располагать ваши фонарики в солнечных местах, чтобы в течении всего светового дня они заряжались от падающих на них прямых солнечных лучей и избегайте тенистых мест.

Уход за аккумуляторами

В короткие и пасмурные осенние дни фонарики особенно часто выходят из строя из – за повышенной влажности окисляются контакты, а солнце просто не успевает просушить корпус изнутри, солнечные батареи не успевают полностью зарядить аккумуляторы и с наступлением сумерек фонарики светятся всего лишь несколько часов. После нескольких пасмурных дней начинает проявляться эффект «памяти» и для того чтобы избавиться от него надо дать аккумулятору несколько полных циклов разряд-заряд с помощью универсального зарядного устройства, например IMAX B6:

Подключив аккумуляторы с помощью кассеты вроде такой:

Заканчивая дачный сезон фонарики нужно убрать на хранение, предварительно вынув из них аккумуляторы. Хранить фонарики можно в сухом не отапливаемом помещении, например гараже, а вот аккумуляторы лучше хранить при комнатной температуре, заряжая раз в 2-3 месяца при помощи зарядного устройства, а в идеале не просто заряжать, а давать им несколько циклов разряд – заряд.

Теги: Добавить метки

Изобретение солнечных батарей - это одно из наиболее важных и полезных достижений современной науки. Что самое приятное, эта технология будущего уже сегодня доступна каждому. В магазинах товаров для сада и огорода можно найти уличные светильники на солнечных батареях. Что это такое и как функционируют данные устройства?

Принцип работы светильников на солнечных батареях

Сегодня в продаже можно найти осветительные приборы данной категории, заметно отличающиеся друг от друга по дизайну и размеру. Однако конструкция у всех моделей примерно одинакова. Солнечные батареи - это преобразующий энергию элемент.

Качественные современные фотомодули способны заряжать аккумулятор даже в пасмурную погоду. Сердце осветительного прибора - аккумулятор. Он накапливает энергию и расходует ее в темное время года. Современные уличные светильники на солнечных батареях оснащаются контролером, который включает лампу при недостаточном уровне естественного освещения, а также выключает устройство, если аккумулятор разряжен или на улице стало достаточно светло. Также светильник имеет корпус и непосредственно светодиодный фонарь-лампу.

Достоинства солнечного освещения

Многие отказываются от подсветки сада из-за высокой стоимости оборудования и электроэнергии. Не стоит забывать и о трудоемкости монтажа обычных фонарей. Совсем другое дело - уличные светильники на солнечных батареях. Все, что вам понадобится сделать для их установки, - просто разместить на территории. В продаже можно найти модели, втыкающиеся в землю, подвесные и настольные/напольные, которые следует поставить на горизонтальную поверхность. Многообразие дизайнов и форм - это еще один плюс, которым могут похвастаться уличные светильники на солнечных батареях.

Фото, размещенные в статье, демонстрируют лишь часть популярных моделей. Подобные осветительные приборы не требуют сложного ухода и постоянного участия пользователя. Такие фонари зажигаются автоматически с наступлением темноты, их не надо перезаряжать, достаточно лишь иногда удалять загрязнения.

Недостатки светильников на солнечных батареях

Солнечное освещение имеет и ряд минусов. Такие фонари светят неярко и могут использоваться только в декоративных целях или для пассивной подсветки дорожек, зон отдыха. Если вы хотите, чтобы уличные светильники на солнечных батареях светили до рассвета, располагайте их под прямыми солнечными лучами. Если территория вашего садового участка не охраняется должным образом, декоративные светильники могут быть похищены злоумышленниками. Впрочем, эту проблему можно решить, если убирать осветительные приборы в дом на время длительного отсутствия.

Как же выбрать уличные декоративные светильники на солнечных батареях для своего участка? Важна характеристика самих световых элементов: LED или светодиодов. Чем их больше, тем ярче будет свет. Характеристики емкости и напряжения аккумулятора отвечают за продолжительность работы в ночное время. Так как солнечные светильники устанавливаются под открытым небом, важна степень защиты от воздействия влаги, пыли и грязи. Этот параметр обычно характеризуется маркировкой IP. Желательно до покупки определиться с местом установки. От этого зависит необходимый тип крепления/подставки.

Что говорят о солнечных светильниках люди, уже успевшие купить эту новинку для своего усадебного участка? Многим такой вариант садового освещения нравится: это экономично и удобно. Более того, даже самые недорогие и простые модели выглядят в темноте загадочно и интересно.

Светильники на солнечных батареях уличные отзывы имеют и негативные. Недорогие приборы зачастую достаточно быстро ломаются, с них может слезть краска, портятся и декоративные элементы. Что касается мощности освещения, для подсветки дорожки лучше устанавливать светильники парами по обе стороны. Если же вы хотите осветить зону отдыха, также располагайте рядом по 2-3 прибора минимум. И все же светильники на солнечных батареях плюсов имеют больше, чем минусов. Если вы все еще выбираете вариант для освещения собственного сада, обязательно подсчитайте достоинства и недостатки этих устройств.

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.