Мы измерили энергопотребление уличных садовых фонариков на солнечных батареях, а также скорость зарядки на прямом солнце, в облачный день и в тени. Картина получилась интересной, хотя и вполне ожидаемой.
Эта статья рассказывает не столько про конкретные фонарики, сколько вообще про практическую сторону работы светильников на солнечных батареях.
Для проведения эксперимента мы взяли два недорогих фонарика на солнечных батареях. Один из них относительно нового типа (коричневый на фото), коих сейчас в продаже по цене от 40 до 150 руб. абсолютное большинство. Второй (черный на фото) – старого образца, которые с той же высокой плотностью населяли полки магазинов несколько лет назад по аналогичной цене.
Главное отличие фонариков в солнечной батарее. И там и там она пленочного типа, но из разных материалов. Также в старом фонарике был установлен Ni-MH аккумулятор АА емкостью 600 мА·ч, в то время как в новом он меньшего размера (ААА) и емкостью всего 100 мА·ч. Это закономерное удешевление, благодаря которому цена на эти фонарики после скачка доллара изменилась не так сильно.
Энергопотребление у обоих светодиодов в фонариках оказалось одинаковое и составило около 12 мА (~14 мВт·ч). Это значит, что при полностью заряженном аккумуляторе новый фонарик сможет проработать 8-9 часов, а старый (только в теории) 45-50. Но тут важно помнить, что работая в условиях постоянной недозарядки (об этом чуть ниже) Ni-MH аккумуляторы быстро теряют свою емкость, потому более емкий аккумулятор в старом фонарике оказался бы предпочтительнее только с той точки зрения, что он проработал бы на годик подольше.
Теперь разберемся с мощностью панелей и зарядкой.
Эффективность зарядки солнечных батарей
Для оценки эффективности зарядки в разных условиях мы выбрали удачный день: солнце, которое время от времени закрывалось небольшими легкими облаками. Фонарики располагались как на открытом месте, так и в тени садовых деревьев. Напряжение и ток замерялись на клеммах аккумуляторов. Полученные значения мы перевели в количество произведенной энергии, выраженной в мВт·ч. Вот что у нас получилось:
Мощность солнечной батареи у старого фонарика оказалась заметно выше, но это не столь интересно. Куда важнее, и это хорошая новость, что при прямом солнечном свете маленький аккумулятор у нового фонарика способен полностью зарядится примерно за 2,5-3 часа. А теперь плохая новость. Если фонарик размещен в тени или день выдался слегка облачным, то эффективность зарядки упадет в 10 раз. А если на небе тучи, то тут и вовсе не о чем говорить. Аккумулятор заряжаться не будет.
Для тех, кому интересны детали наших замеров показателей работы солнечных батарей, приведем небольшую табличку.
Выводы
Фонарики показали себя вполне работоспособными. Новая модель на прямом солнце способна полностью зарядить встроенный аккумулятор примерно за 3 часа, чего будет достаточно для работы встроенного светодиода в течение 8-9 часов. Модель старого образца мощнее и имеет более емкий аккумулятор, но рассуждать о ней смысла нет, т.к. в продаже таких уже не найти.
Еще один важный момент, это то, что эффективность работы солнечной батареи в облачную погоду падает в 10 раз. А в пасмурную зарядка и вовсе прекращается. То же можно сказать и о размещении фонариков в тени деревьев, где при условии солнечной погоды за целый световой день они не смогут зарядить свой маленький аккумулятор даже наполовину, а при наличии легкой облачности зарядка и вовсе остановится.
Также вам может быть интересно
:
—
—
—
Солнечные фонарики для сада есть почти у всех. И ломаются они часто. И что же? Покупать новые? Отнюдь!
Я использую садовые фонарики на солнечных батареях на даче больше 5 лет и с уверенностью заявляю, что даже самые дешевые и ненадежные из них очень просто вернуть к жизни. Электрическая схема садового фонаря настолько проста, что там вроде бы нечему ломаться… если бы не плохое качество сборки.
Самая распространенная неисправность – плохой контакт аккумулятора с контейнером питания. Не буду рекомендовать народный метод – ударить по фонарику, так как эффект если и будет, то кратковременный. Правильное решение – разобрать и зачистить контакты контейнера питания и полюса аккумулятора.
Само устройство очень простое. Темное стеклышко – это солнечная батарея. Ток, который она вырабатывает в светлое время суток, заряжает аккумулятор, питающий светодиод в темное время суток. Включением светильника управляют фотоэлемент и микропроцессор (в самых простых фонариках – транзисторы).
Для излучения света применяются светодиоды, они, в отличие от ламп накаливания, имеют значительно меньший ток потребления, а следовательно, могут светить дольше.
Фотоэлемент – это полупроводниковый прибор, который преобразует световую энергию в электрическую. Обычно располагается в одной плоскости с солнеч-ной батареей или они выполнены одним блоком.
Микропроцессор может задавать разные режимы работы светильников – например, переливающиеся цветами гирлянды или мерцающие свечи.
Далее я перечислю наиболее частые поломки фонариков на солнечныхъ батарейках и способы их устранения.
Плохой контакт аккумулятора с контейнером питания
Если фонарик раньше не использовался, вполне вероятно, что проблема заключается в неудаленной стартовой полоске (вкладыш между аккумулятором и контейнером).
Если же фонарик какое-то время работал, а потом начал «хандрить», стоит зачистить окислившиеся контакты контейнера (скажем, наждачной бумагой).
Возможно, аккумулятор несколько смещен по отношению к контактам контейнера (а такое может случиться, если производитель сэкономил и использовал нестандартный контейнер). В этом случае нужно аккуратно вытянуть минусовую пружинку, предварительно вытащив аккумулятор. Дополнительно рекомендую закрепить аккумулятор в контейнере при помощи двустороннего скотча.
Аккумулятор полностью разряжен
Либо аккумулятор вышел из строя, либо он не заряжался, например, потому, что фонарик установлен в тени. В этом случае можно проверить напряжение на аккумуляторе с помощью тестера (напряжение должно быть в пределах от 1,1 до 1,4 В) и попробовать подзарядить аккумулятор, установив фонарик в солнечном месте.
Солнечный фонарь не зажигается в темноте или горит и на свету, и в темноте
Возможно, проблема кроется в паяных соединениях, и придется вскрыть корпус фонарика.
Я первым делом проверяю, все ли провода на месте, нет ли обломов или отрывов, а также насколько качественно выполнены места пайки проводов. Если в местах пайки виден зеленый, синий или белый налет в виде кристалликов соли, значит, пайку выполнили активным флюсом, а места паек не промыли. Такая технология применяется для ускорения процесса сборки, но вот качество при этом сильно страдает. В уличных условиях происходит ускоренная коррозия в местах пайки, которая ухудшает контакт или даже растворяет пайку.
Разноцветный «иней» на печатной плате внутри фонарика я удаляю ватным диском, смоченным в ацетоне. Просто протираю плату, до тех пор пока ватка не будет чистой. Потом промываю плату под струей горячей воды из-под крана, растирая жесткой кисточкой для лучшего смыва остатков флюса, затем тщательно просушиваю. После этого, как правило, фонарик начинает работать в обычном режиме. У меня, например, прошедший подобное испытание светильник уже не-
сколько лет успешно работает. Правда, дополнительно я обработал все соединения корпуса бесцветным герметиком, так как после разборки и сборки швы могли сойтись неплотно.
Фонарик на солнечных батарейках целый день стоял на солнце, а с наступлением сумерек погас очень быстро
Скорее всего, аккумулятор устарел, обычно его срок службы не больше 5 лет. Старый аккумулятор быстро теряет свою емкость, и фонарик с таким аккумулятором долго не посветит.
А может быть, помутнел (от времени) защитный колпак над солнечной батареей. Особенно часто это происходит у бюджетных моделей, колпак которых выполнен из оргстекла. В более дорогих фонариках используется обычное стекло, оно служит дольше. Если оргстекло испачкалось, его можно помыть с использованием моющего средства для стекол. Только учтите, что абразивные порошки и пасты оргстеклу противопоказаны!
Если стеклышко корпуса солнечного фонарика разбилось
В этом случае можно попробовать решить проблему, подобрав подходящую замену из подручных материалов. Так, я заменил сломанный корпус фонарика куском пластиковой бутылки. Пусть цветопередача немного изменилась, но фонарь продолжает свою службу.
©А.БЕЛК Московская обл.
Многие, наверное, задумывались о том, как осветить придомовую территорию так, чтобы было и уютно, и эстетично. Но ведь это дополнительные затраты на электроэнергию. Да и к тому же, чтобы подвести напряжение к каждому из уличных светильников, придется испортить ландшафт, прокопать канавы, в которые будет уложен кабель. Ну а висящие по воздуху провода от одного садового светильника к другому – это совсем некрасиво.
И вот тут возникает мысль: «А ведь можно установить фонарь на солнечной батарее, и тогда электрическая энергия будет производиться таким бесплатным генератором, как солнце!». Естественно, человек идет в магазин за подобными приборами и, глядя на цены этих световых приборов, забывает о своем желании, потому как их стоимость очень высока.
Но ведь есть же руки и голова, и этот прибор создали такие же люди, а значит, вполне по силам собрать садовый фонарь на солнечных батареях своими руками.
Попробуем разобраться, возможно ли это, и насколько сложна эта работа.
Подготовительные работы
Конечно, идеальным будет вариант, если имеется неисправный прибор – помимо того, что станет понятным его устройство, можно заодно понять, как своими руками отремонтировать солнечный фонарь, но и в реализации этой идеи есть недостаток. Естественно, можно взять несколько дешевых садовых фонариков, требующих ремонта, и заменить их солнечные батареи, но модернизация их китайской начинке все равно будет необходима. А потому их база нужна лишь для обучения, т. к. отремонтированный фонарик не прослужит дольше сделанного с нуля.
Прежде чем приступить к созданию светильника на солнечных батареях, необходимо разобраться в конструкции подобных устройств.
Хотя все фонари с виду разные, схема их работы очень проста. Состоит она из солнечной батареи (панели), аккумулятора, преобразователя напряжения и светодиода или модуля.
Схема подобного светильника будет понятна любому начинающему радиолюбителю и выглядит она следующим образом:
И вот уже разобравшись со схемой и поняв принцип работы фонаря, работающего на энергии, которую вырабатывают солнечные элементы, можно определиться с тем, какая яркость требуется, какие выбрать световые элементы, и в соответствии с этим выбирать аккумулятор и солнечную панель.
Для освещения дачного участка вполне подойдут ультраяркие светодиоды Cree, по 1–1.5 вольт в количестве 3 или 4 штук на один светильник. При таких элементах достаточно будет батареи с емкостью 3 000 мА·ч и выходным напряжением в 3.6 вольт. На подобный элемент питания будет подаваться зарядка от солнечной панели в течение 8–10 часов, чего вполне достаточно для работы выбранных светодиодов до 12 часов.
Ну и, естественно, сама солнечная панель. Дело в том, что солнечная батарея из садовых светильников, выпускающихся в наше время, очень мала. Подходящей станет батарея, размер которой 65 х 65 х 3 мм, с выходным напряжением в 4.4 В, 90 мА. Она вполне может обеспечить необходимое питание.
Электронный блок управления. Теперь необходимо собрать «голову» светильника, а именно сам блок управления. Для этого понадобится:
- четыре резистора МЛТ 22 кОм;
- два транзистора КТ503;
- один диод (оптимальным будет Шоттки 11DQ04).
Т. к. все это разместится на одной плате, то конечно лучше ее вытравить самому. Но есть вариант и аккуратнее, и менее трудозатратный. Сейчас в магазинах можно приобрести универсальные макетные платы. В дополнение под рукой при работе должен быть и многожильный медный провод для создания дорожек.
Итак, когда все элементы будущего электронного блока управления в сборе, можно приступить к пайке. Необходимо собрать следующую схему.
В подобную схему свободно включаются 4 светодиода. И если качество сборки на высоком уровне, то прослужит такой блок управления многие годы.
Сборка фонаря
Форму светильника на солнечной батарее, естественно, каждый придумывает сам, здесь уже полный простор мысли и фантазии мастера. При собранной схеме электронного блока управления подключить к нему светодиоды проблем не составит. Конечно, можно в разрыв питания светодиодов включить обычный выключатель, но намного удобнее будет, если вместо него установить фотоэлемент параллельно с датчиком движения. Тогда при наступлении сумерек светильник на солнечных батареях, сделанный своими руками, автоматически включится, а с рассветом выключится. Либо же будет срабатывать на проходящего человека, что тоже удобно.
Также возможно и подключение контроллера при использовании светодиодов RGB, тогда солнечные фонари будут регулироваться еще и по цвету свечения, причем дистанционно, но в таком случае нужно понимать, что и ему понадобится питание. Хотя этот вопрос тоже решаем. Ведь выбор солнечных панелей на прилавках магазинов электротехники в наши дни необычайно широк. А это значит, что подобрать подходящие будет делом несложным.
Дополнительные возможности использования солнечных батарей в домашних условиях
Выводы
Конечно, каждый решает сам, в меру своей занятости и финансового положения, как ему поступить – покупать подобный светильник или сделать его своими руками. Но ведь дело даже не в сумме, потраченной на новые фонари, хотя здесь и выходит экономия более чем в 4 раза.
Разве не приятно осознавать, что на участке дома или в квартире работает светильник, который создан не на заводе, а своими руками, как говорится «на коленке»? Наверное – это главное, из-за чего следует попробовать самостоятельно собрать садовый светильник на солнечной батарее.
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.
Как подобрать подходящие садовые фонари? С помощью фонарей в вашем саду можно решить сразу несколько проблем — это и красивый элемент декора, это и освещение труднодоступных уголков сада, и, в конце концов, это необходимый элемент вашей безопасности. Чем же выгодно отличаются садовые фонарики на солнечных батареях от аналогов, работающих на привычном электричестве из розетки? Этим вопросом задаются многие пользователи, и у нас есть ответ: такие фонари можно установить в любом месте сада, такие фонари экономят вашу домовую электроэнергию и ваши деньги и, конечно же, берегут окружающую среду.
Фотоэлементы поглощают солнечный свет на протяжении всего дня. В этот период заряжаются специальные аккумуляторные батареи, которые находятся внутри корпуса. В темное же время суток происходит обратный процесс — используется энергия этих самых батарей. Естественно, что для качественной и долгой работы в темное время суток необходимо, чтобы фонарики были установлены в местах, где они могут поглотить много солнечного света.
Что делать, если мало места с прямыми солнечными лучами?
В наше время и это не проблема. Существует множество моделей фонарей на солнечных батареях для сада и дачи, которые позволяют установить саму площадку для приема солнечных лучей в другое место, не там, где будет происходить освещение. Это решает проблему множества людей - к таким площадкам можно подключить сразу несколько батарей. Из минусов - мы возвращаемся к тому, что по саду будет необходимо прокладывать провода между площадкой и самим садовым фонарем на солнечной батарее.
Как выглядят солнечные фонари?
Уличные фонари на солнечных батареях могут выглядеть совершенно по-разному. Нет никаких рамок и ограничений на то, какую форму и размер вы будете использовать. Существуют также и фонарики в виде лент и цепочек для освещения дорожек и элементов сада по периметру.
Они также могут быть маленькими и фигурными, например, в виде звездочек. Всем же нравится звездное небо? Такие цепочки светят не так ярко, как обычные фонари, но создают удивительный и волшебный эффект.
Где использовать и лучше всего установить фонари на солнечных батареях
Существует множество мест, где можно установить светильники. Например, вдоль дорожек для безопасной ходьбы или рядом с элементами сада, которые необходимо подчеркнуть, будь то бассейн или беседка. Все это скрашивает атмосферу сада и создает вау-эффект для гостей.
Можно использовать фонари с рассеянным светом. Они могут выглядеть как ультрасовременные произведения искусства или, наоборот, как классические восточные фонарики с мягким светом. Это, конечно, не так эффективно, но иногда ведь этого и не требуется? Такие светильники лучше использовать вместе со световыми цепочками, которые добавят недостающее освещения, не испортив задумку дизайнеров.
Фонарики для сада в виде прожекторов
Такие лампы являются самыми эффективными и качественно освещают территорию. Они могут крепиться как на земле, так и на высоте, например, на верхушке забора. Эти фонари - незаменимые помощники для систем видеонаблюдения и, помимо всего прочего, отпугивают потенциальных воришек. Также они используются для освещения обеденных зон и беседок.
