Как работает фонарь на солнечных батареях

Садовые фонари на солнечных батареях

Сегодня на садовых участках все встречаются фонари или светильники, которые работают на солнечных батареях. Садоводы смело применяют их в ландшафтном дизайне и в виде дополнительного освещения отдельных участков сада. Солнечные светильники целесообразно применять в тех ситуациях, когда нет возможности провести электрическое освещение или его обустройство экономически невыгодно.

Как устроены фонари на солнечных батареях?

В солнечных светильниках можно выделить следующие элементы:

• батарея-накопитель;
• светодиод-полупроводник, который излучает видимый свет, когда по нему проходит электрический ток;
• электрический аккумулятор;
• датчик освещенности;
• микросхема (микропроцессор или транзистор) — управляет свечением светодиода в зависимости от силы напряжения и отключает его при разрядке батареи до определенного уровня;
• фотоэлемент — включает светильник и преобразует энергию света в электрическую энергию.

Солнечная батарея под воздействием ультрафиолета вырабатывает электрический ток и заряжает им аккумулятор, который в свою очередь в темное время суток питает светодиод.

При полном заряде аккумулятора солнечные фонари работают 8 часов. Причем работа светильника не зависит от погодных условий, потому что ультрафиолет проникает сквозь облака. Только поздней осенью аккумулятор фонаря не может зарядиться полностью. Это связано с тем, что световой день становится короче. Даже в таких условиях светильники будут работать, правда, немного меньше.

Основные характеристики садовых солнечных фонарей

Солнечные светильники можно объединить в три группы по следующим характеристикам:

1. Особенности дизайна и конструкции. Они в свою очередь разделяются на:
   • болларды. Они выполнены в виде столбиков и являются эффектным элементом в садовом дизайне;
   • встраиваемые в ступени лестницы;
   • используемые для подсветки водоемов. Такие светильники погружаются в воду;
   • используемые в декоративном оформлении цветников и клумб. Днем светильники сливаются с растениями, а с наступлением темноты акцентируют внимание на цветочных композициях;
   • используемые для подсветки отдельно стоящих деревьев. Ствол дерева, охваченный в сумраке направленным лучом света, будет выглядеть очень эффектно и необычно.
2. Качественные характеристики. Фотоэлемент, используемый в солнечных светильниках, изготавливается из кремния, а точнее из его модификаций. Традиционно используется поликристаллический кремний. Он по качеству значительно уступает монокристаллическому кремнию, т. к. эта модификация химического элемента при первом контакте с воздушной средой покрывается оксидной пленкой. Она защищает фотоэлемент от воздействия окружающей среды.
3. Поверхность стекла:
   • гладкое стекло отражает большую часть прямого света и примерно половину рассеянных лучей;
   • структурированное стекла собирает диффузно рассеянное излучение;
   • закаленное стекло обладает наилучшими качествами.

Преимущества садовых светильников на солнечных батареях

• автономность — каждый фонарь быть установлен в любом месте на садовом участке;
• экологичность;
• экономичность — не расходуют электроэнергию;
• простота в установке;
• надежность — аккумуляторы защищены от попадания внутрь грязи, влаги и пыли, поэтому их можно устанавливать возле водоема и в дальних частях сада;
• разнообразие форм и стилей выполнения позволяет использовать садовые фонари в качестве украшения участка;
• не требуется приобретение дополнительного оборудования или комплектующих;
• долгий срок службы.

Недостатки садовых солнечных светильников:

• требуется убирать на зиму, т. к. у них не защищен аккумулятор от низких температур (исключение составляют садовые фонари);
• светильник во время зарядки желательно устанавливать таким образом, чтобы на него падал прямой солнечный свет;
• больше подходят для декоративного освещения;
• светильники достаточно дорого стоят.

Установка и эксплуатация садовых солнечных фонарей

Установка садовых фонарей очень проста. Для установки на ровной поверхности необходимо использовать светильники со специальной ножкой. Если у фонаря ножка выполнена в виде колышка, то его втыкают в землю. В твердой почве предварительно надо выкопать углубление, затем поместить в него фонарь и аккуратно утрамбовать землю со всех сторон. Нельзя использовать молоток и грубую силу. Светильник от этого сломается.

С помощью солнечных фонарей можно выделить:

• садовые дорожки;
• особенности рельефа;
• ступеньки на лестнице;
• зону отдыха (например, беседку, детскую площадку);
• водоемы;
• клумбы и цветники, деревья и кустарники, композиции из растений; ;
• подъездную аллею.

Уход за светильниками заключается в том, чтобы периодически вытирать с них пыль, удалять грязь и убирать на зиму в дом. Несмотря на то, что солнечные светильники очень надежны, может возникнуть необходимость их починки. Сначала требуется проверить уровень заряда солнечной батареи и только потом включать. Если лампочка не включается, необходимо проверить на исправность аккумулятор. Для этого следует зайти в затемненное помещение и проверить места пайки. При обнаружении поврежденного проводка его нужно припаять, используя холодную сварку. Если результаты ремонта отсутствуют или они незначительны, необходимо произвести замену солнечной батареи.

Садовые светильники на солнечных батареях могут стать прекрасной альтернативой электрического освещения в отдаленных участках сада. Разнообразие форм, цветов, размеров позволяет использовать их в ландшафтном дизайне. Выполненные в виде фигур гномов или животных они превосходно дополнят альпийскую горку. В темное время суток такие фонари не только акцентируют внимание на красивых уголках сада. Подсветив ступеньки, можно подниматься или спускаться по лестнице, не опасаясь падения. Фонари можно расставлять группами или хаотично. Какой способ выбрать — зависит только от предпочтений владельца участка.

Фонарь на солнечной батарее

В настоящее время, при разработке систем освещения загородных домов, дач и прочих домовладений, дизайнеры, а иногда и просто домовладельцы, используют, в качестве источников света, фонари освещения, питающиеся от солнечных батарей.

Устройство и основные характеристики

Электрический фонарь работающий на электрической энергии, получаемой путем преобразования солнечной энергии, в своем составе имеет следующие элементы:

• Фотоэлемент – солнечная панель, является устройством, преобразующим солнечную энергию в электрическую;
• Аккумулятор (батарея) — устройство, являющееся накопителем электрической энергии;
• Источник света – светодиод, элемент устройства, который при прохождении через него электрического тока, излучает световой поток (светится);
• Датчик освещенности – фотореле, отвечает за включение устройства, при понижении уровня освещенности ниже заданных параметров, и отключение – при достаточном уровне освещения;
• Электронный элемент (на приведенной ниже схеме не показан) – отвечает за контроль уровня заряда аккумулятора и уровень свечения светодиода;
• Выключатель – коммутационное устройство, посредством которого, фонарь полностью выводится из режима работы.

Работа источника света, работающего на солнечной батарее, осуществляется следующим образом:

1. Источник света (фонарь), может работать только при включенном выключателе.
2. Фонарь устанавливается на выбранном участке территории, где присутствует достаточное естественное освещение.
3. Днем, под воздействием солнечных лучей, посредством работы солнечной панели и электронного элемента (микропроцессор, электронная схема с использованием транзисторов и т.д.), вырабатывается электрический ток.
4. Вырабатываемый ток, накапливается в батарее.
5. При снижении уровня освещенности, который контролирует фотореле, и наличии достаточного заряда аккумулятора, происходит включение в работу источника света – светодиода, фонарь включается.
6. При увеличении освещенности – фотореле выключает цепь питания светодиода, фонарь выключается.

Основные характеристики источников света, работающих на солнечных батареях:

• Способ установки, характеризующий возможности использования. Это могут быть:

1. Опоры наружного освещения улиц и дорог.
2. Настенные светодиодные светильники – используемые для подсветки зданий и сооружений.
3. Светильники для парков, газонов и садовых дорожек.
4. Болларды.
5. Декоративные светильники и фонарики-брелоки.

• Электрическая мощность, напряжение питания и мощность светового потока.
  Могут быть различны по техническим характеристикам, определяются производителями устройств.
• Материал корпуса.
  Изготавливаются из металла, пластика и дерева с плафонами из разных видов стекла: закаленное, гладкое или рефлекторное.
• Тип и количество светодиодов.
• Габаритные размеры.
• Стоимость.

Популярные модели

В зависимости от назначения, способа установки и технических характеристик — популярность отдельно взятых моделей, определяется именно этими показателями и предпочтениями потребителей.

Общие критерии, которые помогут определить наиболее популярные модели, в каждом из видов устройств, это:

• Мощность и количество светодиодных ламп в устройстве.
• Вид и способ установки.
• Время работы устройства, при полном заряде аккумулятора.

Наиболее популярные модели, в каждой из групп, определены на основании отзывов потребителей, это в:

• Группе «Настенные светодиодные светильники»:

1. MJJC-SLYF170 (Китай) – может использоваться для освещения фасада здания и подсветки элементов конструкций.
2. Solar Lamp (Китай) – достаточно мощный светильник, с 48 светодиодами.

• Группе «Светильники для парков, газонов и садовых дорожек»:

1. Homean UP-SG015 361795-LG (Китай) – используется для освещения садовых дорожек и декоративного освещения.
2. Alishow W1068 (Китай) – монтируется на столбах и иных опорах.

• Группе «Декоративные светильники»:

1. Solar String Lights (Китай) – выполнен в виде гирлянды.
2. Solar Power Rose (Китай) – выполнены в виде садовых цветов (роз, тюльпанов, пионов и др.

С датчиком движения

Большее количество настроек и возможность экономить электрическую энергию, дает использование фонарей, оборудованных датчиком движения. При наличии подобной опции, светильник находится в состоянии ожидания, он отключен, или, у некоторых моделей, работает не на полную мощность.

В момент, когда в зону действия датчика, попадает движущийся объект, светильник включается в работу. Как правило в конструкцию подобных устройств, заложена возможность, отключать данный датчик, в этом случае фонарь (светильник), работает в обычном режиме.

Из группы подобных устройств, наиболее популярен фонарь китайского производства, модель
Star Alliance YH0607A-PIR / Sanhoo 2LEDPIR — предназначен для настенного монтажа. Стоимость — от 800,00 до 2600,00 рублей.

Для дачи

При создании системы наружного освещения территории дачного участка, его дизайнерского оформления, можно использовать светильники (фонари) наружного освещения имеющими в своем устройстве, солнечные панели.

При таком варианте использования, можно воспользоваться всеми, выше приведенными типами светильников, используемыми для:

1. Освещения проездов и технических зон – используются специальные светильники, которые монтируются на столбах и опорах, изготовленных из железобетона, дерева, металла или пластика. Опоры помещаются непосредственно в грунт или монтируются с устройством фундамента.
2. Подсветка фасада и освещение придомовой территории – выполняется на стене здания. Для этих целей, кроме приведенных выше типов устройств, используются и светодиодные прожекторы.
3. Освещение пешеходных дорожек и декорация участка – выполняется декоративными светильниками, и так называемыми «светильниками на ножках», которые устанавливаются непосредственно в грунт.

Все группы светильников выпускаются с фотореле, а некоторые из них, в зависимости от конструкции и комплектации – датчиками движения.

Для кемпинга

Кемпинг – это место отдыха, для любителей путешествовать на автомобильном транспорте, поэтому фонарь для кемпинга – это фонарь для путешественников, при чем вне зависимости от способа перемещения.
Отечественные и зарубежные производители освоили выпуск подобной продукции, но в связи с тем, что Китай является одним из лидеров по производству солнечных батарей и светодиодов, то и товаров, с их использованием, именно китайских компаний, больше всего на данном рынке.
Среди туристов, пользуется популярностью модель SX-6800T/GH-5800T производства КНР, стоимостью 380,00 рублей.
Фонарь имеет раздвижной корпус и оснащен 6 светодиодными лампами. На корпусе предусмотрены ручки для подвешивания и переноски. Фонарь может работать как от электрической сети напряжением 220 В, так и от солнечной батареи.
Зарядка фонаря может быть выполнена от сети 220 В, или от солнечной батареи, которой оснащен фонарь.

С USB разъемом

Еще одна опция, очень полезная для путешественников и туристов, это наличие у фонаря на солнечных батареях, USB разъема.
При наличии подобного разъема, всегда есть возможность подзарядить электронные устройства, без которых современный человек, чувствует себя не комфортно. Это может быть сотовый телефон, фотоаппарат, ноутбук, планшет и т.д.

Одним из таких устройств, является электрический фонарь кемпинговый, модель G-85, производство КНР, стоимостью 400,00 рублей.
Данное устройство оборудовано солнечной панелью, аккумулятором, а также может работать от батареек типа АА и от сети 220В. Корпус выполнен из прочного пластика и оборудован USB разъемом для зарядки различных мобильных устройств.

Как выбрать лучший

В связи с тем, что на рынке светотехнических изделий, представлен широкий ассортимент светильников со встроенными солнечными панелями, то сделать выбор достаточно сложно.

Чтобы не допустить лишних расходов и сделать правильный выбор с первого раза, необходимо:

1. Перед выбором фонаря, необходимо решить, где он будет установлен и какую площадь он будет освещать.
2. Необходимо решить каким образом выбираемое устройство будет подключено к централизованной системе электроснабжения, или будет работать полностью автономно.
3. Далее, прежде чем идти в магазин, или заказывать товар по интернету, следует выбрать модель, изучить ее технические характеристики и ознакомиться с отзывами пользователей о товаре, фирме производителе и фирме поставщике.
4. При приобретении в розничной сети — обратить внимание на качество приобретаемого изделия.
5. Ознакомиться с техническими характеристиками устройства – мощность, яркость, емкость аккумулятора и т.д.
6. Оценить необходимость наличия устройств автоматики – датчики движения и им подобные.

По своей форме фонари бывают очень различны и их необходимо выбрать, в соответствии с функциями, которые они будут выполнять.
Если следовать выше приведенным условиям выбора – то будет сделан лучший выбор из предложенного ассортимента.

Как сделать своими руками

Имея навыки обращения с электрическим устройствами и умение работать паяльником, можно изготовить фонарь, работающий на солнечной энергии, своими руками.

Для этого понадобится:

• Солнечная батарея, лучше всего из поликристаллического кремния.
• Аккумулятор, наиболее подойдет литий-ионный.
• Светодиод или несколько светодиодов.
• Электронный блок управления, отвечающий за контроль заряда аккумулятора.
• Корпус светильника, или любой иной корпус, в котором будет собран фонарь.

Электронный блок управления может быть собран на основе отдельных электронных элементов (транзисторы и диоды), как показано на схеме, приведенной ниже, так и с использованием микросхем и иных устройств.

После того, как будет изготовлен электронный блок, собирается вся схема. Для удобства, можно приобрести универсальную плату типа DIY PCB размером 42х25мм, после чего все элементы помещаются в корпус и устанавливаются на место монтажа.

Где купить

Как уже было написано выше, абсолютное большинство товаров в данном сегменте светильников, выпускается в Китае, поэтому самый простой способ приобретения, это воспользоваться услугами интернет – магазинов.

На сайте компании, реализующей товар, можно ознакомиться с описанием устройства, его техническими характеристиками, а также посмотреть отзывы, как о товаре и производителе, так и о поставщике.

Кроме этого, можно воспользоваться услугами компаний, занимающихся продажей светотехнических товаров и оборудования. В этом случае появляется возможность получить консультацию специалиста, при выборе товара, узнать о достоинствах использования той, или иной модели, и ее недостатках.

В этом случае, даже при выборе аналогичной модели, как и на интернет ресурсах, стоимость изделия будет выше, но благодаря возможности вернуть или заменить некачественный товар, этот вариант приобретения, более надежный.

Плюсы и минусы

К достоинствам использования фонарей, оборудованных солнечными батареями, относятся:

Светильники на солнечных батареях для дачи и сада: 10 советов по выбору

Экономичные, простые в установке и такие разнообразные по форме светильники на солнечных батареях заполонили дачные участки и даже улицы городов. Производители, словно издеваясь, предлагают покупателям огромное их разнообразие, так что из чисто функционального предмета они превратились в элемент декора. Только вот оказалось, что выбрать уличный светильник на солнечных батареях для дачи и сада не так просто – ассортимент заставляет глаза разбегаться, но мы постараемся расставить все по полочкам и понять, как отличить качественный светильник от подделки.

Если коротко и просто, то светильник в течение дня накапливает солнечный свет, а ночью использует его же для освещения участка. Делает он это благодаря наличию следующих элементов:

• солнечная панель – сердце светильника, тут происходит преобразование солнечной энергии в электрическую;
• аккумулятор накапливает энергию днем, чтобы отдавать ее ночью;
• светодиодная лампа – непосредственный источник света, причем она может давать как холодное, так и теплое свечение, а есть светильники с попеременной сменой цветов;
• контроллер контролирует работу светильника, зарядку и разрядку аккумулятора. Качественный контроллер – гарантия того, что аккумулятор будет хорошо работать;
• корпус и крепления.

Кроме того, в наличии может быть датчик освещенности, благодаря которому светильник сам включается при наступлении сумерек. Если такого датчика нет, то включать и выключать все приборы придется вручную. Полезен может быть и датчик движения.

В светильниках используются батареи небольшой емкости, потому они накапливают энергию, достаточную для свечения в течение 8-10 часов, но это при условии долгого солнечного дня этот срок будет значительно короче, а осенью ночи куда длиннее, поэтому в данном случае спасением станут светильники с датчиком движения. Срок службы светодиода – до 60 тыс. часов, но аккумулятор может потребовать замены намного раньше.

Садовые светильники на солнечных батареях имеют массу преимуществ:

• экономия электроэнергии, ведь они сами ее вырабатывают;
• простота в монтаже. Подключать светильники к электросети ненужно. Многие изделия достаточно просто вкопать в землю, на это уйдут считанные минуты;
• мобильность. При желании светильник достаточно просто установить на другое место, поменяв схему освещения сада. Так же просто собрать их все и сложить на зимнее хранение;
• широкий ассортимент. В продаже несложно найти светильники разных размеров и форм. Есть настолько оригинальные изделия, что такое освещение станет не только функциональным элементом, но и декоративным;
• большинство светильников сами включаются и выключаются, реагируя на смену уровня освещения;
• долговечность при условии покупки качественного изделия;
• безопасность;
• экологичность, ведь для работы светильника не нужна электроэнергия, а значит, не надо использовать уголь, газ или мощь атомных реакторов.

Увы, без минусов не обошлось, так что будьте готовы к следующим особенностям:

• садовый светильник на солнечных батареях – нежное устройство: зимой из-за охлаждения аккумулятора могут случаться сбои, а летом прибор может перегреться вплоть до того, что фотоэлемент выйдет из строя;
• плохая ремонтопригодность. Почти все поломки ведут за собой замену всего светильника полностью;
• эффективность зависит от количества солнечного света, потому в пасмурную погоду, да еще и осенью, когда день короче, аккумулятор зарядится плохо, и его хватит на пару часов работы. В тени же такие светильники нельзя ставить вовсе;
• простота монтажа играет злую шутку – злоумышленники могут легко выдернуть светильники;
• садовый солнечный светильник не даст мощный поток света и не сравнится с обычным фонарем, потому их используют для локальной и декоративной подсветки.

Если взглянуть на статистику продаж и на многочисленные отечественные дачи, можно прийти к выводу, что недостатки людей особо не пугают, а главные достоинства – экономичность и простота установки – обеспечили этим прибором сумасшедшую популярность.

Виды светильников на солнечных батареях

Все светильники можно поделить на две большие группы:

• для освещения парков и улиц. Это огромные фонари с большими солнечными панелями. Фактически это миниатюрные солнечные электростанции, используются на дорогах, в парках и на улицах продвинутых городов;
• для освещения загородного дома – это именно то, что интересует нас. В этой категории выделяют уличные светильники, которые отличаются бОльшими размерами (но не всегда) и более мощным потоком света, и садовые светильники, которые имеют, скорее, декоративную функцию.

В зависимости от места размещения светильник на солнечных батареях бывают следующих видов:

• болларды – фонари на столбах, используются для освещения садовых дорожек и газонов;
• подвесные и настенные светильники крепятся на заборы, стены и столбы, используются для функционального и декоративного освещения;
• газонные светильники отличаются небольшим размером, используются для подсветки рокариев, альпийских горок, дорожек, и прочих элементов рельефа;
• встроенные светильники монтируются в ступени лестниц, садовые дорожки, площадки и создают мягкий свет, облегчающий перемещение в темное время суток;
• светильники для декора клумб отличаются практически прозрачным корпусом, который делает их невидимым в дневное время;
• светильники для водоемов могут быть плавающими и предназначенными для подводной установки. И те, и другие смотрятся очень эффектно и позволяют выделить бассейн, пруд или ручей;
• светильники-гирлянды используются для украшения крон деревьев, кустарников, а также для декора веранд, беседок и террас;
• декоративные светильники в виде животных, камней, героев сказок и мультфильмов служат украшением в дневное время и приносят пользу в ночное.

Ассортимент светильников настолько широкий (и увеличивается каждый сезон), что данную классификацию можно назвать лишь условной, но она поможет сориентироваться при выборе и понять, что же конкретно вам надо.

Стекло садового или уличного светильника на солнечных батареях отвечает за светопропускную способность, к тому же, на его плоскости ламинируется фотоэлемент, потому на материал стоит обращать внимание при покупке. Стекло может быть следующих типов:

• гладкое хорошо пропускает прямые солнечные лучи и значительную часть рассеянных;
• рифленое за счет сложного рельефа позволяет отразить и перенаправить часть лучей солнца, и мощность светильника увеличивается до 12%. Хорошее решение для регионов, где солнечная погода бывает нечасто;
• закаленное стекло – самое надежное и долговечное, но изделие будет стоить на 5-10% дороже.

В солнечных светильниках обычно ставят никель-кадмиевые аккумуляторы, которые достаточно неплохо себя зарекомендовали. Реже используют никель-металлогидридные батареи – они служат дольше, но и стоят дороже.

Если светодиоды рассчитаны на 60 000 часов эксплуатации, то аккумулятор – это более нежная деталь светильника. Качественный аккумулятор нуждается в замене примерно раз в 10 лет. Если же вы решили сэкономить и взяли фонарик подешевле, то велика вероятность, что первую замену батареи придется произвести уже через 1-1,5 года.

Также обращайте внимание на емкость аккумулятора, хотя некоторые производители ее не указывают. При прочих равных условиях лучше выбирать изделие с более емкой батареей – такой светильник сможет накопить больше энергии и дольше светить ночью. Правда, чтобы аккумулятор полностью зарядился, надо устанавливать изделие в зоне с максимальным естественным освещением.

Долговечность светильника зависит от типа используемого кремния:

• монокристаллический кремний – самый надежный, плюс он дополнительно покрывается оксидной пленкой. Хорошо противостоит климатическим и химическим воздействиям. Минус – высокая цена;
• мультикристаллический в плане практичности средний. Прослужит несколько лет, но не более;
• поликристаллический – самый дешевый и недолговечный. Уже на второй-третий сезон можно будет заметить падение мощности свечения и продолжительности работы.

Уличный садовый светильник будет подвергаться регулярному воздействию влаги: это и дождь, и полив, и, возможно, игры детей. Чтобы ничего не повредилось, корпус должен быть соответствующим образом защищен. Изучая характеристики изделия, обращайте внимание на буквы IP в маркировке. После них должны быть две цифры – нам необходим светильник с IP44 и выше. Для светильников, которые устанавливаются под водой или на воду, степень защиты от воды должна быть максимальной – IP67, а лучше IP68.

Мощность садовых светильников, как правило, составляет 3 Вт. Этого достаточно, чтобы создать мягкий свет и особенное настроение. Самостоятельным источником света такие приборы быть не могут. Уличные светильники для загородного дома имеют мощность около 10 Вт, что примерно эквивалентно 100 Вт лампы накаливания. Такие изделия уже можно использовать для самостоятельного освещения участка.

Также стоит обратить внимание на количество светодиодных ламп. Чем их больше, тем больше света даст светильник.

Тот, кто хочет найти идеальный садовый светильник на солнечных батареях, должен учитывать и еще кое-какие параметры:

• если светильник устанавливается на землю, обратите внимание на высоту ножки. Для освещения дорожек, надо, чтобы ножка была не менее 1 м, для освещения беседок – не менее 1,5 м. Светильники, которые укладываются на землю, или оснащаются невысокими ножками, подходят только для декоративного и вспомогательного освещения;
• имя производителя. Продукция из Китая наводнила и рынок светильников. Если высокое качество стоит на первом месте, то будьте готовы переплатить, ведь продукция крупных компаний стоит дороже, но и прослужит дольше;
• просмотрите все характеристики изделия, уделяя внимание времени работы от аккумулятора.

Чтобы солнечные светильники прослужили как можно дольше, стоит придерживаться несложных правил:

• составить проект освещения, выбрать виды обычных фонарей и солнечных светильников, а для последних определить наиболее солнечные места;
• монтаж проводят аккуратно, чтобы не повредить светильник;
• во время эксплуатации корпус надо протирать от пыли, которая мешает проникновению лучей солнца;
• на период сильных морозов лучше прятать солнечные светильники в помещение, извлекая аккумуляторы;
• батарея нуждается в периодической замене;
• возле водоемов используются специальные водостойкие светильники.

Солнечные батареи

Для начала сравним солнечные батареи фонариков. Я выбрал три фонарика, первый приехал с Алиэкспресса, второй был куплен около 3 лет назад в Глобусе и третий был куплен в этом году в Леруа:

Также в сравнении будут участвовать три солнечные батареи с Алиэкспресса размерами 56.8х56.8 мм и 60х65 мм:

И круглая солнечная батарея диаметром 82 мм:

Электронной нагрузки у меня нет, поэтому тест проведу при помощи аккумулятора ёмкостью 1600 мА/ч предварительно разряженного, а потом заряженного до 500 мА/ч. При пробном тесте на таких трёх одинаковых аккумуляторах одного полностью разряженного, заряженного до половины и полностью заряженного разница в зарядном токе отличалась несущественно. Поочерёдно подключаем мультиметр в разрыв провода аккумуляторов фонариков и измеряем ток заряда.

Солнечный фонарик, купленный на Алиэкспрессе:

Солнечный фонарик, купленный в Глобусе:

Солнечный фонарик, купленный в Леруа:

Аналогично измеряем зарядный ток от солнечных батарей, подключая их через плату от фонарика безвременно погибшего под чьей-то ногой.

Солнечная батарея 56.8х56.8 мм:

Солнечная батарея 60х65 мм:

Солнечная батарея диаметром 82 мм:

Измерения проводились как правило с интервалом в один час, недостающие результаты измерений для таблиц по июню и августу рассчитывались исходя из высоты солнца над горизонтом. В графике ниже приведены рассчётные значения максимального заряда аккумуляторов за сутки:

Как видно из графиков, накопленная за день энергия китайских фонариков вполне соответствуют их токам потребления, результаты измерений которых приведены ниже в этой статье. А если фонарик собирать на основе солнечных батарей с Алиэкспресса, то его потребление можно увеличить практически на порядок, доведя его до 60…100 мА. Стоит также отметить, что этот график составлен исходя из идеальных условий для солнечной батареи, а именно отсутствии облачности и затенения от деревьев, или построек. Например, фонарик заряжающийся на открытом месте током 60 мА:

При затенении от небольшой сливы:

Выдаёт в два раза меньший ток заряда, что надо учитывать при расстановке фонариков на местности:

А теперь про отрицательные свойства батарей выполненных из пластин поликристаллического кремния. Большинстве случаев эти батареи представляют собой основание из гетинакса, на котором пайкой при помощи шинок соединены фотопластины и залиты прозрачным компаундом на основе эпоксидного клея. На фотографии фонарики отслужившие два сезона:

Со временем от солнечного излучения поверхность солнечной батареи разрушается и при попадании воды покрывается белым налётом, что конечно не сказывается положительно на эффективности солнечной батареи. На фотографии ниже те же самые фонарики спустя ещё сезон:

Ситуацию может спасти полировка, например с помощью пасты ГОИ, или на крайний случай можно замочить солнечную батарейку в тёплой воде, а затем счистить налёт при помощи старой зубной щётки, а лучше с зубным порошком. Снизу фотография этих же солнечных фонариков после чистки.

На фотографии батарея с Алиэкспресса 56.8х56.8 мм, отработавшая 2 сезона и побывшая несколько часов в воде:

Та же батарея после чистки зубной щёткой:

Как показывает практика, работоспособность после такой чистки восстанавливается практически полностью, ниже тест новой батареи:

И батареи после чистки:

Разница составляет всего 5 мА, что частично можно списать на разброс параметров солнечных батарей в партии. Стоит также отметить, что прозрачный компаунд, которым применяется в данном типе солнечных батарей не стоек к спирту, растворителям и если протереть ими солнечную батарею, то компаунд практически сразу начинает разрушаться и белеть.

Также встречаются солнечные батареи из поликристаллического кремния ламинированного в полиэтилен:

Как показала практика, это является самым практичным решением, на фотографии батарея отработавшая в самодельном солнечном фонарике уже 4 сезона!

Схемы

А теперь поговорим об электронной начинке солнечных фонариков. Схемы на трансформаторах мы не будем рассматриваются ввиду трудоёмкости их изготовления. Электроника солнечных фонариков первого поколения строилась на дискретных элементах. Три классические схемы показаны на рисунках ниже и если внимательно приглядеться то видно, что узел собственно повышающего преобразователя в них практически полностью идентичен и основные различия только в способе анализа освещённости и питании светодиодов. На первых двух схемах для анализа освещённости используются дополнительные фоторезисторы, а на третьей схеме в качестве датчика света используется непосредственно солнечная батарея, а светодиод подключен параллельно с интегрирующим конденсатором, сглаживающим броски напряжения, но об этом чуть позже.

Схема 2

/>
Схема 3

Современные солнечные фонарики базируются в основном на китайских микросхемах семейств YX8XXX, QX5252, ANA618. Именитые производители, например Diodes, также выпускают подобные микросхемы, но из – за того что стоимость у них скорее всего значительно больше чем у китайских микросхем, в фонариках мы их вряд – ли когда нибудь встретим. В основном производители этих микросхем заявляют КПД микросхем не хуже 85%, средний ток через светодиод задаётся номиналом дросселя, но производители в даташитах по разному его нормируют — одни приводят усреднённый ток через светодиод (схемы 4, 7), другие потребляемый ток от аккумулятора (схемы 5, 6).

Также надо уточнить, что в китайских фонариках применяются индуктивности типа — EC-24:

Это недорогой маломощный дроссель, с относительно большим внутренним сопротивлением, что конечно снижает КПД преобразователя.

Схема 4

Схема 5

Схема 6

Схема 7

Солнечные фонарики — что внутри?

Вскрытие показало, что в фонарике, который был куплен в Глобусе используется микросхема YX8018:

Индуктивность номиналом 136 мкГн:

Потребление фонарика от источника напряжением 1,27 вольта составляет 6 mA:

В фонарике из Леруа используется микросхема ANA618:

Индуктивность номиналом 210 мкГн:

Потребление фонарика от источника напряжением 1,27 вольта составляет 5 mA:

А в фонарике с Алиэкспресса применена знаменитая китайская микросхема типа «клякса»:

Индуктивность номиналом в 342 мкГн:

Потребление фонарика от источника напряжением 1,27 вольта составляет 11 mA:

Результаты этого измерения и беглый взгляд на таблицу приложенную к схеме 5, позволяют предположить, что мы имеем дело с микросхемой QX5252 в бескорпусном исполнении.

После удачного повторения и наладки схем 1 — 3 схемы выяснилось, что в целом они работоспособны, но по характеристикам примерно аналогичны тем же китайским, а хотелось большего. Закупив на пробу солнечные батареи, которые вместе с фонариками участвовали в тестировании, я сначала остановился на токе потребления схем фонариков в 60 мА, применяя сверхъяркие светодиоды диаметром 5 мм с углом рассеяния в 120 градусов:

Попытки сделать светорассеиватели как в китайских фонариках успехом не увенчались и я пришёл вот к такой конструкции применяя её вместе со схемой 9:

Эти светодиоды имеют недостаток – источник света точечный и поэтому плафоны фонариков приходилось подбирать матовые, прозрачные плафоны матировать покрывая полупрозрачным белым акриловым лаком или делая вставки из белой плёнки. Но когда погнался за яркостью и перешёл на токи потребления фонариков от аккумуляторов в 100 – 120 мА, от 5 миллиметровых светодиодов пришлось окончательно отказаться, не спасало даже параллельное соединение шести светодиодов:

Маломощные светодиоды просто не способны эффективно работать на пиковых токах, поэтому пришлось перейти на сборки из трёх 0,5 ваттных светодиодов типоразмера 5730 и схему 8:

Забегая вперёд замечу, что со светодиодами 5730 в отличии от 5 миллиметровых не требуется матировать плафоны фонариков, что опять же увеличивает яркость фонарика.

На рисунках 8, 9 схемы разработанные мной на основе схем на рисунках 1 — 3. Это «рабочие лошадки», которые уже в течении 3 сезонов показали свою надёжность и неприхотливость. Схема 8 предназначена для работы с одним 1 – 3 ваттным светодиодом, или тремя 0,5 ваттными типа 5730. Схема 9 предназначена для работы с фонариками – гирляндами на основе параллельно подключенных однотипных маломощных светодиодов, например тех же 5 миллиметровых. Основой обеих схем является повышающий преобразователь на транзисторах VT4, VT5, дросселе L1, конденсаторе обратной связи С4, резисторе – ограничителе тока базы R7 и резисторе задающего ток смещения R8. Этот блок практически полностью идентичен с первыми тремя схемами. Но есть и отличия, это усилитель датчика света на транзисторе VT1, что позволило добиться более позднего включения фонарика в ранних сумерках по сравнению с исходными схемами. А также датчик напряжения, который выполняет функцию защиты аккумулятора от глубокого переразряда, запрещая работу повышающего преобразователя, если напряжение на аккумуляторе ниже 1,1 вольта. Датчик реализован на диоде VD2 и транзисторе VT2. Если напряжение на аккумуляторе будет ниже 1,1 вольта, то два PN перехода включенные последовательно образованные диодом VD2 и эмиттерным переходом транзистора VT2 будут закрыты, как и транзистор VT3, разрешающий включение повышающего преобразователя. Резистором R4 задаётся уровень гистерезиса схемы датчика напряжения. Резисторами R7, R8 задаётся ток потребляемый блоком повышающего преобразователя от аккумулятора. С данными номиналами ток потребления схемы будет составлять 95 – 120 мА при среднем токе через светодиод около 20 mA. Ток я измерил косвенным методом. К солнечной батарее был подключен стрелочный прибор от магнитофона. Направив на солнечную батарею горящие светодиоды и найдя положение, в котором стрелка отклонится на максимум и запоминаем её положение:

Затем подключаем светодиоды к регулируемому источнику тока. Регулируя ток через светодиоды добиваемся, чтобы стрелка встала в тоже положение что и в предыдущем измерении:

У меня получилось 23 мА при напряжении на светодиоде 2,8 В. Получается, что измеренное таким косвенным методом КПД равно всего 52%, что не удивительно, ввиду того что Uкэ насыщения кремниевого транзистора BC817 составляет 0,6 вольта.

Схема 8

Схема 9

При заказе транзисторов для этой схемы имейте ввиду, что китайские транзисторы BC817 с Алиэкспресса могут работать некорректно с током потребления 50 – 60 mA и низким КПД схемы. Нормально работают транзисторы фирм ON Semiconductor, или NXP. В схеме применены резисторы и керамические конденсаторы типоразмера 0805, электролитические конденсаторы танталовые в корпусе CASE-А и ёмкостью 10 – 47 мкФ и рабочим напряжением не менее 10 вольт. Диод 1SS314 можно заменить на широко распространённый LL4148, диод 1SS357 на SS16 и подобные диоды шоттки. Дроссель L1 типоразмера CD43 100 мкГн:

Транзисторы BC847, BC857 лучше применять индексом C, они имеет максимальный коэффициент усиления h21Э. Рабочее напряжение конденсатора С5 в схеме 9 должно быть не менее 16 вольт и ёмкостью не менее 10 микрофарад. При попытке его уменьшения до 1 uF (хотелось заменить достаточно большой электролитический конденсатор в корпусе в CASE-A на более миниатюрный керамический в корпусе 0603) 5 мм светодиоды из – за несглаженных выбросов импульсов напряжения с преобразователя начали постоянно выходить из строя, пришлось вернуться к первоначальному номиналу. Платы изготавливаются по стандартной ЛУТ технологии, в качестве выключателя используются разъёмы на плате и аккумуляторе:

Плата универсальна для схем на рисунках 8, 9. На фотографии плата собрана по схеме 8 (конденсатор С5 не установлен).

Неплохо себе показала схема 10 на экзотической и сравнительно дорогой микросхеме ZXLD383 фирмы DIODES. Конденсатор С1 керамический 0805, дроссель L1 типоразмера CD43 10 мкГн. HL1 – сборка из трёх светодиодов типа 5730. С указанными номиналами ток потребления схемы составляет 100 – 110 мА.

Схема 10

В сборе это выглядит как то так:

И наконец самая оптимальная по критерию цена/качество схема на китайской микросхеме фирмы QX Micro devices QX5252. Конденсатор С1 керамический 0805, дроссель L1 типоразмера CD43 22 мкГн. HL1 – сборка из трёх светодиодов типа 5730. С указанными номиналами ток потребления схемы составляет 100 – 110 мА.

Схема 11

Ради интереса были проведены испытания при помощи люксометра:

Результаты в таблице:

Фонарик	Ток потребления, мА	Освещённость, КЛК
Алиэспресс	11	0,9
Глобус	6	2,7
Леруа	5	7,58
ZXLD383 (Схема 10)	112	95
QX5252 (Схема 11)	109	114
Схема 8	93	101

Приведу несколько фотографий. Тест фонарика из Глобуса:

Тест платы на микросхеме QX5252 (Схема 11):

Мне кажется, что всем уже наскучили голые цифры и схемы, поэтому забегая вперёд покажу как вечером выглядят в реальной жизни фонарик из Глобуса (слева) и фонарик основанный на схеме 11 (справа):

А о конструкциях фонариков на основе приведённых схем мы поговорим в следующий раз…