Ночной светильник на солнечной батарее
Введение
Эта схема разработана для питания белых светодиодов от солнечной батареи с автоматическим включением в темноте. Она может использоваться как внутри, так и вне помещений. При внутреннем использовании, если устройство располагается возле другой лампы, может быть установлено автоматическое включение, когда эта лампа выключена. Особенностью устройства является выбор режимов OFF/ON/On_at_Dark (Выключено/Включено/Включение_в_темноте), отключение устройства при низком напряжении аккумулятора для продления срока его службы, а также включение от датчика освещенности с гистерезисом.
Технические характеристики
Номинальное напряжение питания
Ток при включенных светодиодах
Ток при выключенных светодиодах
Ток устройства, отключенного при низком напряжении батареи
Сила тока от солнечной батареи
Напряжение солнечной батареи
17 … 20 В
(батарея из 36…40 ячеек)
Кислотно-свинцовый герметичный,
NiMH, NiCD
Как работает устройство
LDO регулятор LM2941CT используется как стабилизатор напряжения солнечной батареи. Микросхема пропускает ток в аккумулятор до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не достигнет установленного значения, после чего начинает ограничивать ток, лишь поддерживая необходимое напряжение (напряжение холостого хода). Диод Шоттки 1N5817 между LM2941CT и клеммой «+» аккумулятора предотвращает его разряд через контроллер заряда.
| Надписи на схеме | |||||||||||||||
| Solar Panel | Солнечная батарея | ||||||||||||||
| Charge Controller | Контроллер заряда | ||||||||||||||
| board layout | расположение на печатной плате | ||||||||||||||
| State | Current |
| Light ON | 95mA |
| Light OFF | 2.5mA |
| Light LVD | 0.5mA (9.8V) |
Ток, потребляемый от аккумулятора
| Режим | Ток |
| Светодиоды включены | 95 мА |
| Светодиоды выключены | 2.5 мА |
| Низкое напряжение аккумулятора | 0.5 мА (9.8 В) |
Переключателем OFF/ON/On_at_Dark выбираются режимы работы. Когда переключатель стоит в положении ON, напряжение аккумулятора проходит только к светодиодной лампе, но не на датчик освещенности. Светодиоды включены, как если бы, схема находилась в темноте. Когда переключатель стоит в положении On_at_Dark, питание от аккумулятора поступает как на светодиоды, так и на фотодатчик, и светодиоды включается только в темноте.
Сульфид-кадмиевый фоторезистор включен последовательно с потенциометром 2 MОм и резистором 100 кОм. Напряжение с датчика освещенности поступает на выводы 2 и 12 операционного усилителя TLC27L4. Две секции TLC27L4, показанные слева, выполняют функции оконного компаратора с гистерезисом. Сигналы с этих секций через два диода 1N4148 проходят на две другие секции микросхемы.
Две правых секции TLC27L4 образуют R-S триггер. Триггер включается в сумерках, при частичной освещенности, а выключается при более интенсивном свете за счет гистерезиса. Таким образом удается избежать частого мерцания светодиодов вблизи точки переключения. Усилитель TLC27L4 – типа Rail-to-Rail. Если вы захотите заменить усилитель другим, не забывайте об этом свойстве.
Выходной сигнал триггера через промежуточный транзистор 2N3904 (верхний из двух, изображенных на схеме) включает питание светодиодов. Нижний по схеме 2N3904, благодаря включенному в цепь его базы стабилитрону на 9.1 В, работает как пороговое устройство, отключая нагрузку при низком напряжении на аккумуляторе. Это защищает аккумулятор от глубокого разряда и продляет срок его службы.
Интегральный регулятор напряжения LM317L включен как последовательный стабилизатор тока для светодиодов. Резистор 13 Ом устанавливает выходной ток 100 мА, который, разделившись между четырьмя цепочками светодиодов, обеспечивает, ток через каждый светодиод равный 25 мА.
Конструкция
Схему можно собрать на макетной плате, или на самодельной печатной плате. Если схема будет использоваться на улице, обеспечьте ее защиту от влаги. Фотодатчик необходимо поместить в темную, открытую с одной стороны трубку, чтобы не допустить попадания на него света от светодиодов. В противном случае, вблизи порогового уровня освещенности схема будет мигать.
Настройка
Подсоедините солнечную панель и аккумулятор к устройству, поместите солнечную панель на солнце. Начнется заряд аккумулятора. В процессе заряда контролируйте напряжение на аккумуляторе и, по необходимости, регулируйте его потенциометром 5 кОм на LM2941CT, пока напряжение не достигнет требуемого (13.8 В для кислотно-свинцового аккумулятора). Возможно, вам придется подождать какое-то время, пока напряжение превысит установленный уровень холостого хода.
Установите устройство в темном месте с нужным пороговым уровнем освещенности и вращайте движок потенциометра 2 МОм до тех пор, пока светодиоды не включатся.
Использование
Установите устройство в нужном месте, убедитесь, что датчик освещенности не видит даже отраженный свет светодиодов. Солнечная батарея должна быть размещена в месте, где будет освещаться солнцем в течение большей части дня.
Чтобы включить лампу принудительно, поставьте переключатель в положение ON. Чтобы перевести устройство в автоматический режим работы, поставьте переключатель в положении On_at_Dark. Чтобы вообще выключить устройство, поставьте переключатель в положение OFF.
Перевод: Андрей Гаврилюк по заказу РадиоЛоцман
Источник
Схема садового светильника на солнечных батареях
Дата публикации: 26 мая 2020
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 уличными светодиодными фонарями, 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.
Принципиальная схема простого для повторения светильника
Приведенная ниже принципиальная схема светильника, работающего от энергии солнечного света весьма проста, и многократно опробована многочисленными любителями, специализирующихся на изготовлении полезных устройств своими руками.
Как она работает:
- В дневное время солнечная панель (S) преобразует энергию световых лучей в электрическую.
- Вырабатываемый ею ток через диод D1 заряжает аккумуляторную батарею (А).
- Положительный потенциал, приложенный к базе через резистор R1, «удерживает» транзистор Т1 в закрытом состоянии и светодиод D2 не горит.
- При значительном снижении освещенности солнечной панели транзистор открывается (из-за уменьшения положительного потенциала, приложенного к базе) и подключает светодиод D2 к аккумуляторной батарее. Светодиод начинает гореть.
- Диод D1 препятствует разряду аккумулятора через солнечную панель.
- С наступлением рассвета положительное напряжение, поступающее с «+» вывода солнечной панели на базу «закрывает» транзистор Т1 и светодиод D2 перестает гореть, а аккумуляторная батарея снова начинает заряжаться.
Положительные стороны устройств
Садово-парковые светильники на солнечных батареях 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.
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 = Uбат х 100/N х 0,02, где N — количество светодиодов в цепи, а Uбат — рабочее напряжение аккумулятора.
Критерии выбора деталей и цены
Выбор деталей зависит от того, насколько мощный светильник вы намереваетесь изготовить. Приводим конкретные номиналы для самодельного осветительного прибора мощностью 1 Вт и интенсивностью светового потока 110 Лм.
Так как в вышеприведенной схеме отсутствуют элементы контроля уровня заряда аккумуляторной батареи, то, прежде всего, необходимо обратить внимание на выбор солнечной батареи. Если выбрать панель со слишком маленьким током, то за световой день она просто не успеет зарядить аккумулятор до нужной емкости. И наоборот слишком мощная световая панель может перезарядить батарею за время светового дня и привести ее в негодность.
Вывод: ток, вырабатываемый панелью, и емкость аккумулятора должны соответствовать друг другу. Для грубого расчета можно воспользоваться соотношением 1:10. В нашем конкретном изделии мы используем солнечную панель с напряжением 5 В и вырабатываемым током 150 мА (120-150 рублей) и аккумуляторную батарею форм-фактора 18650 (напряжением 3,7 В; емкостью 1500 мАч; стоимостью 100-120 рублей).
Также для изготовления нам понадобятся:
- Диод Шоттки 1N5818 с максимальным допустимым прямым током 1 А – 6-7 рублей. Выбор именно этой разновидности выпрямительной детали обусловлен низким падением напряжения на нем (около 0,5 В). Это позволит использовать солнечную панель наиболее эффективно.
- Транзистор 2N2907 с максимальным током коллектор-эмиттер до 600 мА – 4-5 рублей.
- Мощный белый светодиод TDS-P001L4U15 (интенсивность светового потока – 110 Лм; мощность – 1 Вт; рабочее напряжение – 3,7 В; потребляемый ток – 350 мА) – 70-75 рублей.
Важно! Рабочий ток светодиода D2 (или суммарный общий ток при использовании нескольких излучателей) должен быть меньше максимального допустимого тока коллектор-эмиттер транзистора T1. Это условие с запасом выполняется для примененных в схеме деталей: I(D2)=350 мА
Источник