Аккумулятор для садового светильника на солнечных батареях. Зарядное устройство на солнечных батареях из садовых светильников. Плохой контакт аккумулятора с контейнером питания

Доброго дня уважаемые Радиолюбители!
Вот уже почти как месяц на сайте открыт раздел “От читателей “. Честно говоря, я уже стал думать, что эта моя задумка не удалась – откликов читателей на предложение не было. А сегодня утром, просматривая почту сайта, я был приятно удивлен, обнаружив письмо с предложением публикации статьи. Но еще больше я был удивлен, да даже можно прямо сказать – поражен, когда увидел кто автор статьи.
Итак уважаемые Радиолюбители, сегодня, в разделе “От читателей”, я с большим удовольствием и почтением представляю вам статью автора множества интересных и познавательных публикаций и книг – Юрия Всеволодовича Ревича :

Доработка садовых светильников на солнечных батареях

Несколько лет назад в крупных супермаркетах («Ашане», «Леруа-Мерлене») появились на удивление дешевые (по цене меньше ста рублей) садовые светильники на светодиодах и со встроенной солнечной батареей для подзарядки днем. Через некоторое время они появились практически во всех торговых точках, торгующих электрикой или товарами для сада и огорода. Выглядит светильник примерно так, как показано на рисунке:

Хорошее начинание, однако, оказалось несколько подпорчено тем, что яркости маленького светодиода не хватает для того, чтобы что-то осветить всерьез, потому светильник скорее выполняет декоративные функции и быстро надоедает своим мертвенным белым свечением. Кроме того, в реальных световых условиях мощности солнечной батареи не хватает для нормальной подзарядки аккумулятора – светильник горит часа два-три после захода солнца и затем «умирает».

Есть, однако, простой способ исправить сразу оба недостатка, и превратить изделие из одноразовой игрушки в красивый и функциональный элемент садового ландшафта. Разумеется, превратить его в полноценный осветительный прибор невозможно, но легко значительно повысить декоративные качества светильника, если заменить светодиоды на цветные. Последних имеется в продаже множество различных цветов (не только белые-красные-желтые-зеленые-синие, но и разных оттенков – например, зеленые бывают не только просто зеленые, но и желто-зеленые и голубовато-зеленые, а желтые – и густо-желтые и лимонные). Все они, и обычные, и повышенной яркости, любого размера и геометрии могут работать в этих светильниках без доработки (за исключением специальных мощных осветительных и еще мигающих светодиодов, которые сами представляют собой законченную схему). При замене только следите за полярностью светодиода, и практически больше ничего не требуется. Светильники спокойно работают и зимой при небольших морозах, но при сильном похолодании их лучше убрать в помещение, вытащив аккумулятор.

Однако, вторая проблема при этом может даже усугубляться: малое падение напряжения на цветном светодиоде заставит его гореть очень ярко, но даже летом всего полчаса-час. Это особенно мешает осенью и зимой, когда световой день сокращается, а пасмурная погода приводит к тому, что накопленного за день заряда аккумулятора хватает лишь на пару минут.

Этот недостаток исправить тоже несложно, если подключить последовательно со светодиодом резистор номиналом в несколько десятков ом. Следует острым резаком разорвать дорожку на плате, ведущую от микросхемы к светодиоду и установить резистор вместо нее (на рисунке ниже показана переделка платы светильника из «Леруа-Мерлена», в других случаях плата может выглядеть иначе):

Подбор резистора следует осуществлять таким образом, чтобы ток через него составлял 4-6 мА – этого достаточно для нормальной яркости свечения, а при полной зарядке штатного Ni-Cd акуумулятора в 600 мА-ч светильник будет тогда работать несколько суток (на практике полная зарядка, конечно, не достигается).

На выходе микросхемы светильника имеет грубый источник тока с напряжением на холостом ходу порядка 2,5 В – то есть примерно равном удвоенному напряжению аккумулятора. При подключении нагрузки это напряжение падает, и резистор необходимо подобрать так, чтобы падение напряжения на нем соответствовало выбранному току. Например, для красного светодиода номинал может составить 75-91 Ом (падение напряжения на резисторе 0,4-0,5 В), для зеленого повышенной яркости – от 47 до 62 Ом (падение напряжения 0,2-0,3 В) и т.д.

Кстати, обычно штатного Ni-Cd акуумулятора хватает не более, чем на год, потом он выходит из строя. Опыт показал, что в светильник можно установить обычный пальчиковый Ni-MH аккумулятор, причем чем дешевле (то есть чем меньше его емкость), тем лучше – имеющейся солнечной батареи все равно не хватит, чтобы зарядить полностью аккумулятор с емкостью 2000-3000 мА-ч, и он в любом случае будет работать лишь на небольшую часть от своих возможностей.

Для тех кто (по молодости лет) незнаком с Ю.В. Ревичем:

Инженер и журналист с многолетним стажем. Основной круг интересов – информационные технологии, их влияние на современное общество, технологические инновации, история компьютеров и технологических инноваций. Регулярно публикуется в журналах, газетах и сетевых изданиях. Автор 6 популярных книг, среди которых “Занимательная электроника”, “Самоучитель работы на ПК для всех”, “Практическое программирование микроконтроллеров Atmel AVR на языке ассемблера” и др.

Автономный садовый светильник может служить не только украшением садовой дорожки. Это устройство создает уют и достаточно эффективно освещает приусадебную территорию, избавляя от необходимости расходовать электроэнергию. Можно сэкономить и на его приобретении: светильник на солнечных батареях своими руками соберет даже школьник, немного знакомый с основами электроники и электротехники.
В 1998 году началось производство светодиодов, излучающих яркий белый свет, что позволило значительно увеличить эффективность светильников, основу конструкции которых составляет аккумуляторная батарея и солнечная панель. Аккумулятор придется приобрести в радиомагазине, его емкость должна быть не ниже 1500 мАч при 3,7 В на клеммах. Он полностью зарядится за 8 часов. Так же следует присмотреть и солнечную панель с параметрами 5,5 В/200 мА.

Светильник на солнечных батареях своими руками можно собрать по следующей схеме:

Элементная база состоит из таких элементов:

• резистор 47 – 56 Ом (для ограничения тока);
• резистор 47 – 56 кОм (выбор зависит от типа используемого транзистора);
• диод отечественного производства КД243А либо импортный аналог 1N4001/7/ 1N4148;
• отечественный транзистор КТ361Г или импортный 2N3906.

Диод и Транзисторы выглядят следующим образом:

Для сборки схемы потребуется печатная плата такой конфигурации (ее можно вытравить самостоятельно):

Светодиодные лампы следует использовать мощностью 3 Вт: такой источник будет давать достаточную освещенность. Можно установить несколько штук меньшей мощности (от 1 до 1,5 Вт).

В качестве корпуса для аккумулятора и электронной схемы можно использовать колпачок от дезодоранта. Сверху на него с помощью термоклея крепится солнечная панель. Отражателем может служить лазерный компакт-диск. Собранный светильник будет выглядеть следующим образом:

Собранный своими руками светильник на СБ будет автоматически включаться с наступлением темноты и отключаться утром. Затраты на изготовление будут в 2,5 – 3 раза меньшими стоимости готового изделия, а если светильников должно быть несколько – экономия становится более существенной. Хотя если быть откровенным, то стоимость садового светильника на солнечных батареях не высока. Мастерят светильник на солнечных батареях своими руками скорей не ради выгоды, а ради удовольствия.

В том случае, если автономный светильник уже приобретен, но его декоративные качества оставляют желать лучшего, можно улучшить его характеристики. В светильник на солнечных батареях своими руками вместо белых ламп можно вставить цветные (они бывают зелеными, синими, желтыми, красными различных оттенков), соблюдая полярность. Может возникнуть проблема: садовый светильник через час-полтора станет гореть тускло и затем погаснет.

Чтобы исправить ситуацию необходимо внести изменения в схему, добавив в цепь последовательно сопротивление номиналом несколько десятков Ом. Для этого требуется перерезать дорожку на плате и впаять в разрыв резистор.

Выбор резистора осуществляется по току: его значение должно быть около 5 мА. Такого тока достаточно для того, чтобы светильник работал несколько часов даже от аккумуляторной батареи вдвое меньшей емкости.

Аккумулятор лучше использовать типа Ni-MH («пальчиковый» АА или ААА): он дешевле Ni-Cd акуумулятора, срок службы которого редко превышает 1 год. Это оправдывается еще и тем, что светлого времени суток все равно не достаточно для того, чтобы зарядить на 100% аккумуллятор 3000 мАч емкости.

Такие светильники, изготовленные или доработанные своими силами, можно устанавливать на дорожках в саду, возле въездных ворот или на крылечке дома.

Показан пример удачного ремонта своими руками поврежденных коррозией солнечных элементов садовых фонарей. Секрет Мастера благодарит автора Cosmogor за предоставленные инструкции и подробный мастер класс восстановления солнечной батареи.

Как сделать ремонт солнечной батареи своими руками

Были приобретены дешёвые садовые фонари на солнечных элементах, куплено сразу двадцать штук, товар дешевый и рабочий. Целое лето они стояли в саду и в ночное время радовали глаз. Но к концу лета часть фонарей перестала работать. На следующее лето история повторилась и уже все фонари к концу лета перестали работать. ОБИДНО!

Разбор светильников выявил причину поломок. В виду негерметичночности крепления солнечного элемента, вода безпрепятственно проникала в корпус фонаря, а наличие постоянного напряжения вызывало электрокоррозию и, к сожалению, быструю смерть электроники. В некоторых фонарях после разборки наблюдалась очень печальная картина, на платах все дорожки исчезли, окислились и превратились в порошок, Схема фактически уничтожена, а у светодиодов ножки съедены коррозией до пластмассовлго корпуса, даже подпаять провода не к чему.

Выкинуть светильники конечно просто, но настоящий мастер попытается своими руками восстановить то, что можно использовать в дальнейших поделках. Самое ценное в садовом фонаре это солнечная батарея.

При разборке ни одна солнечная батарея не была рабочей, коррозия не щадила металл. На фото хорошо видно как съедено коррозией металлической покрытие у положительного электрода. Аккуратно разбирам фонарь, чтобы не оторвать металлический электрод к которому припаиваются проводники отвода электричесва от солнечного элемента. Но на некоторых солнечных элементах и этот электрод был разрушен коррозией и попытки подпаяться к металлизаци не имели успеха. И как же можно припаять провод к стеклу?

Солнечный фонарь

Съеденная коррозией металлизация

Съеденный коррозией электрод

Итак начнем процесс восстановления солнечного элемента, самой ценной части фонаря.

Шаг 1. Для ремонта необходимо приобрести токопроводящий клей, например такой, как на фото.

Шаг 2. Отпаиваем провода от электродов,если таковы ещё остались.

Шаг 3. Зачищаем от краски, лака, если есть плёнка то убираем её тоже. Ширина зачистки несколько миллиметров и в том месте где были провода припаяны.

Шаг 4. Обезжириваем поверхность и применяем клей по инструкции. Клеем восстанавливаем съеденный коррозией электрод, нанося на зачищенное место клей. Даём клею высохнуть.

Токопроводящий клей

Отпаиваем проводники

Зачищаем повреждения

Наносим проводящий клей

Шаг 5. Прислоняем провод к месту нанесения клея и капаем припой, ну буквально чуть-чуть не более. В этом состоянии провода ещё слабо держатся на элементе, при малейшем рывке провод оторвется. Провод закрепляем на стекле термоклеем. В принципе на этом шаге восстановление солнечного элемента своими руками и заканчивается.

Когда закончено строительство дачного домика, убран строительный мусор, самое время подумать о благоустройстве дачного участка. Определены места для беседки, для цветочных клумб, возможно, для бассейна. Намечены дорожки. И вот тогда возникает вопрос, а как освещать все это хозяйство. Можно, конечно, воспользоваться фонарным столбом и общей лампой уличного освещения. Но при этом вряд ли в темное время суток получится та неповторимая атмосфера таинственности и уюта, которую можно создать с помощью небольших разнообразных светильников, разбросанных в разных местах участка.

Установить такие светильники по всему участку не так уж и трудно. Но к ним нужно подвести электропитание. А как? Рыть траншеи и тянуть к ним кабель? Или, чего хуже, повесить на столбах провода? И устанавливать на каждом светильнике свой выключатель? Это нерационально. Проблему можно решить значительно проще. На участке устанавливаются светильники на солнечных батареях. Магазины предлагают огромный выбор таких светильников. От самых простых и дешевых, до самых сложных и дорогих, художественно выполненными, с программным управлением, с разноцветным свечением.

Но самые дешевые потому и дешевые, что качество их оставляет желать много лучшего, а через год-два службы их спокойно можно будет выбрасывать. А качественные светильники, которые удовлетворили бы любой взыскательный вкус, стоят дорого и не всегда по карману. Вот тогда на помощь приходит смекалка, и умельцы делают фонари на солнечных батареях сами, своими руками. Такой фонарь, сделанный, сделанный с любовью, на совесть, будет служить верой и правдой не один год. Сделать его абсолютно не сложно, как это может показаться поначалу. Могут возникнуть некоторые затруднения с выбором дизайна внешнего вида фонаря, но это уже будет зависеть только от художественного вкуса. Ну, и в какой-то степени, от того набора комплектующих деталей, из которых будет собрана электрическая часть фонаря.

Набор комплектующих элементов для фонаря на солнечной батарее

Прежде чем приступать к покупке деталей, нужно определиться, сколько светильников будет установлено и в каких местах. Какова будет их мощность. Определившись с этим, можно начать подбирать комплектующие элементы для светильников.

Естественно, для фонаря на солнечных батареях в первую очередь нужно приобрести солнечные модули. В продаже имеются гелиевые преобразователи различных модификаций, качества и эффективности. Если учесть, что основное назначение этих преобразователей состоит только в том, чтобы за световой день зарядить аккумулятор, то вполне достаточно приобрести в розницу некоторое количество солнечных модулей, из которых при необходимости можно собрать достаточно мощную батарею.

Для этих целей вполне подходит солнечная батарея на базе поликристаллического кремния 5.5 В, 90 мА, имеющая размеры 65х65х3 мм. Эта батарея ламинирована силиконом, благодаря чему батарея полностью защищена от всякого рода механических воздействий и от влаги. Это также позволило свести вес батареи до минимума – всего 15 грамм. Батарея идеально подходит для зарядки аккумуляторов 3.6 В – 4.8 В. Стоимость батареи в розницу 137 рублей.

Солнечные батареи Solar Panel 65x65

Следующий компонент светильника – аккумулятор. Для него вполне подойдет литий-ионный аккумулятор с выходным напряжением 3.6 В и емкостью не менее 3000 мАч.

Из имеющихся в продаже сравнительно недорогих аккумуляторов можно выбрать комплект, состоящий из четырех литий-ионных аккумуляторов модели 18650. Каждый аккумулятор имеет выходное напряжение 3.7 В при емкости 9800 мАч. В комплект поставки входит также зарядное устройство, которое может оказаться совсем нелишним, например, для первичной зарядки аккумуляторов. Аккумуляторы имеют такие размеры: диаметр –17 мм, высота – 65 мм. Цена комплекта (с зарядным устройством) – 411 рублей.

Комплект аккумуляторов модели 18650 с зарядным устройством

Далее нужно выбрать светящийся элемент. Наиболее подходящим для этих целей является светодиод. Можно, конечно, использовать и светодиодные лампы, но они будут расходовать слишком много энергии. Современные светодиоды с повышенной яркостью вполне могут удовлетворить любые потребности, поскольку для каждого конкретного светильника их можно устанавливать в нужном количестве.

Для таких фонарей вполне подойдет пятимиллиметровый сверхъяркий белый светодиод типа 3Н5 (helmet). Обычно он применяется в наружной рекламе, в различных электронных табло, в дорожных знаках. Так что для фонаря он подойдет вполне. Он может эксплуатироваться при температуре от -55°С до +50°С. Стоимость одного такого светодиода – 10 рублей.

Сверхяркий белый светодиод типа 3Н5 (helmet)

И, наконец, сердце светильника – электронный блок управления. В его схеме четыре резистора, стоимостью по 1.5 рубля каждый, два транзистора типа КТ503, стоимостью по 9 рублей каждый, один диод Шоттки 11DQ04, стоимостью 24 рубля. Это все размещается на одной плате.

Отдельно подключаются солнечная батарея, аккумулятор, светодиод. Можно, конечно, все это собрать на кусочке пенопласта, текстолита, картона. Но ни один уважающий себя мастер, собирающий что-либо для себя, не позволит себе такую неряшливость.

Для монтажа блока вовсе не обязательно рисовать и вытравливать печатную плату. Для этих целей замечательно подойдет универсальная макетная плата DIY PCB 42x25мм. Эта плата предназначена специально для монтажа и настройки собственных электронных схем. Она изготовлена из высококачественных материалов и имеет позолоченные контакты. Габариты такой платы 45х35х2 мм. Вес 2.8 грамма. Стоимость упаковки 235 рублей. В упаковке 4 такие платы.

Универсальная макетная плата DIY PCB 42х25мм

При изготовлении блока электроники для монтажа лучше всего использовать провод марки МГТФ 0,2. Это многожильный гибкий медный провод во фторопластовой изоляции. Работает в температурном диапазоне от -60°С до +220°С.

Рабочие напряжения – до 250 вольт переменного тока с частотой до 5 кГц или до 350 вольт постоянного тока. Моток такого провода в 190 метров стоит порядка 15 рублей.

Схема электронного блока управления фонаря на солнечных батареях

Принцип действия электронного блока предельно прост. Схема работает следующим образом. Пока солнечная батарея освещается солнцем, она вырабатывает ток, который через диод Шоттки осуществляет зарядку аккумулятора. Одновременно ток поступает на базу транзистора Т1 и открывает его.

Так как транзистор Т1 открыт, то на базе транзистора Т2 держится нулевой потенциал, и этот транзистор закрыт. Когда наступает темнота, солнечная батарея прекращает вырабатывать электричество, транзистор Т1 закрывается, на базу транзистора Т2 через резистор R2 поступает ток, открывающий его. Тем самым создается цепь питания светодиода. При этом диод Шоттки предотвращает разряд аккумулятора на солнечную батарею.

Принципиальная схема блока управления фонаря на солнечных батареях

Емкости и заряда аккумулятора достаточно для питания нескольких таких светодиодов, которые будут создавать нужный световой поток. Данная схема позволяет включить параллельно до трех-четырех светодиодов.

Что касается внешнего вида фонаря, то здесь все зависит от фантазии мастера и его вкуса. Форму можно придать любую, которая будет более всего гармонировать с окружающей средой. Это могут быть и просто фонарики для освещения дорожек, это могут быть гирлянды для деревьев, кустов, это могут быть декоративные светильники для беседок, для освещения фонтанов. Но все они будут служить долго и верно. Потому что сделаны они были своими руками.

Продолжение, первая часть на сайте Дом Белка.

Прошёл ровно год после первой статьи, время подводить итоги. Наконец-то удалось сделать часть фотографий садовых светильников в темноте, я выложил их ниже по тексту. Приятно также отметить, что и другие садовые участки увлеклись ночной электрификацией. А что? Удобно и красиво!

Семь фонариков оригинального светло-зелёного цвета отлично потрудились в прошлом году, но после зимнего хранения у двух отказал аккумулятор. Вместо 1,1 - 1.4 вольта они показывали 0,3, в каком бы зарядном устройстве не побывали. А ведь на зимнее хранение ушли все полностью заряженными и хранились при низкой температуре.Вывод: второе место по отказам изделия занимают аккумуляторные элементы. Ну а первое, я напомню, из первой статьи, это некачественный объединительный монтаж изделия. Если бы изготовитель комплектовал изделия надёжными аккумуляторами, то фонарик из-завысокой цены был бы неконкурентноспособным.

Выявить неисправный аккумулятор проще простого.

В домашнем хозяйстве обязательно должен быть тестер, лучше с цифровой индикацией. Этим прибором и замеряем напряжение аккумуляторной батареи. Ставим предел = 2 V , что означает постоянное напряжение, оно же соответствует символу DC . Если послепребывания, ну хотя бы часа в зарядном устройстве, показание на элементе не изменилось в большую сторону, то его место в контейнере для технических отходов. Проверку аккумулятора можно произвести в заведомо исправном садовом фонарике. Причем, солнышко ждать не надо, достаточно использовать осветительную лампу, лучше энергосберегающую, мощностью 11-14 Ватт. Энергосберегающие лампочки не сильно нагреваются в процессе измерения, поэтому не принесут порчу фонарю.

Аналогичным образом, имея заведомо исправный аккумулятор, проверяют работоспособность самого садового фонарика, а именно момент заряда аккумулятора от солнечной батареи аккумулятора. Для этой цели желательно использовать слегка разряженный аккумулятор с напряжением около 1,2 вольта. Если при включенной осветительной лампе показание прибора, измеряющего напряжение, начнёт увеличиваться, а цифровой прибор покажет изменение в четвёртом знаке в плюсовую сторону уже в течение нескольких минут – значит, солнечная батарея исправна. Полностью работоспособен фонарь, когда он горит в темноте и гаснет на свету.

Плохой контакт в контейнере питания - основная причина неисправности фонаря. Использование активного флюса для распайки проводов приводит к образованию солей на контактах контейнера питания. Аналогичный голубой налёт может быть и на монтажной плате электронного устройства фонаря. Такое изделие нуждается в ремонте.

Правда, высокий сугроб разобрал его на две части, оставив лежать в весенней луже. Я его поднял, очистил от грязи, сложил, водрузил на место. Вроде ничего плохого не случилось. Да это видно на фотографии.

Больше всего отказов у моргающей гирлянды, а всё дело в двух контактах. Как надёжно соединить их с солнечной батареей, ума не приложу.

Разбирая гирлянду в очередной раз, хорошо тестер был под рукой, обнаружил, что неисправен один из аккумуляторов, а их там целых три! В процессе заряда они нагреваются, и дополнительно нагревается на солнце чёрный корпус электронного блока солнечной батареи, в котором они находятся. Высокая температура нежелательна для аккумуляторов, вероятность отказа такого изделия возрастает в три раза, поскольку элементов питания целых три штуки.

Снова осень, темнеет быстро. В это время года фонари просто необходимы. Был в гостях у сына и обнаружил, что 2 фонаря не светят. Тестера с собой не было, и я решил взять их с собой, и дома, не торопясь проверить. Вот они на фото. Всё очень просто, аккумуляторная батарея показывала 0 вольт. Поставил новые элементы питания, и всё заработало. Первый фонарик я уже чинил в прошлом году. У него была интересная неисправность. Если его подвесить - то не горит, если поставить - то горит. Надо снять верхний колпак и на нижней части корпуса фонаря отогнуть вверх 2 контакта, к которым присоединены провода свечки. Сама конструкция оригинальна, свеча мерцает, как бы горит пламя по-настоящему. Второй фонарь сделан на века, чувствуется отечественное производство, его корпус не думает стариться. Надо только вовремя менять аккумулятор.

Поздняя осень, все реже и реже ездим на дачу. Солнечных дней всё меньше и меньше. За день аккумуляторная батарея полностью не заряжается. С наступлением сумерек фонарик загорится на 15 минут и погаснет. Не очень хороший режим работы аккумулятора, время позаботиться о нём и о самом фонаре. Ведь новый элемент питания стоит дороже самого фонаря. Обычно поздней осенью я разбираю свои светильники, протираю от грязи и складываю в упаковочные коробки до весны. Сами же элементы питания ставлю на зарядку. Хорошо, если есть нормальное зарядное устройство, в том смысле, что сможет переварить ваш сильно разряженный элемент, а не заморгать с испугу, думая, что подсунули что-то не то. Где я только не заряжал свои аккумуляторы: в батарейном отсеке карманного приемника, который был рассчитан на питания от аккумуляторов с последующей зарядкой, и контейнере радиомышки, работающей от тех же элементов питания.