Светильник на солнечных батареях для сада: советы по доработке и мастер-класс по сборке со схемой

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.

Преимущества и недостатки

Положительных сторон у светильников на солнечных батареях гораздо больше, чем недостатков. Главное преимущество — это безопасность для человека: отсутствует угроза поражения током. Следующий плюс, не менее важный — экономичность, которая в первый же месяц их использования окажет благотворное влияние на кошелек. Эти светильники можно установить в любом месте и перенести при необходимости. При монтаже не требуется обеспечивать заземление или тянуть провода.

Несомненным преимуществом является то, что при отсутствии или сбое электроэнергии освещение будет гарантировано. Удобно и то, что отключаются они автоматически. Работа светильников осуществляется в диапазоне температур от -50° до +50°, поэтому нет необходимости убирать их на зиму. Батареи работают на внутренних ресурсах, и им не нужно какое-либо топливо извне.

https://youtube.com/watch?v=dEPhApL7zqo

Несмотря на определенное удобство, красивый дизайн и безопасность, такие светильники имеют и ряд недостатков:

1. Цена качественной продукции класса «Премиум» еще довольно высока — в пределах 250 $.
2. Повышенная чувствительность к любому виду грязи. В особо запыленных местах требуется регулярное очищение устройств. Та же процедура потребуется и после сильного снегопада или дождя.
3. В некоторых регионах нашей страны, где бывает мало теплых дней, энергию солнца использовать нерационально.
4. Понижение эффективности в освещении. Пластины полупроводников, из которых состоят солнечные батареи, с течением времени утрачивают необходимые свойства, и их КПД снижается.
5. Непереносимость высоких температур. При нагреве свыше +100°С светильники могут стать неработоспособными. Под палящими лучами солнца потребуется система охлаждения (например, вентилятор), на работу которой потребуется дополнительная энергия.

Устройство солнечного светильника

В первую очередь нужно разобраться, из каких частей состоит конструкция и как она работает. Садовые светильники имеют простое устройство, так как в них есть только то, что нужно:

1. Корпус, внутри которого располагаются детали. Чаще всего это пластиковый кожух в верхней части, а нижняя сделана в виде сужающейся книзу стойки, чтобы ее можно было просто воткнуть в землю. Пластик атмосферостойкий и ударопрочный, поэтому не повреждается ультрафиолетовым излучением и не трескается при случайных ударах.
2. Защитное стекло. Есть плоский элемент в верхней части и рассеиватель сбоку. Чаще всего материалом изготовления выступают полимеры, поэтому даже при разбивании на участке не будет опасных осколков.
3. Солнечная батарея, обычно небольшой элемент площадью около 9 квадратных сантиметров. Качество может отличаться, поэтому и работают светильники по-разному. При выборе готового варианта нужно внимательно осмотреть поверхность панели, она должна быть идеально гладкой, без трещин и повреждений.
4. Аккумулятор накапливает преобразуемую солнечной батареей энергию, чтобы в темное время обеспечить работу светильника. Емкость и конструкция могут отличаться, все зависит от цены изделия. При покупке можно уточнять этот момент, так как от него напрямую зависит время автономной работы.
5. Светодиоды обеспечивают хорошее освещение при минимальном потреблении энергии. Количество зависит от яркости, обычно ставятся небольшие варианты, которые экономно расходуют электричество.
6. Фоторезистор или датчик освещенности автоматически включает подсветку на участке в вечернее время. При уменьшении количества света в этом узле меняется сопротивление и загорается свет.
7. Контрольная плата является соединяющим элементом, который связывает между собой все узлы и обеспечивает их работу.

Садовые светильники могут сделать участок намного уютнее.

У этого варианта много преимуществ:

1. Автономность: не нужно проводить проводку, делать проект и т.д. Можно просто поставить светильник в любом месте и он сразу начнет работать.
2. Оборудование дает рассеянное освещение, которое не бьет по глазам, но обеспечивает хорошую видимость на участке в темное время.
3. Не требуются уход и обслуживание. Достаточно несколько раз за сезон протереть пыль, чтобы солнечная батарея легче накапливала энергию, а свет лучше рассеивался.
4. Светильники безопасны для детей и домашних животных. В них нет никаких вредных веществ и острых деталей.

В продаже есть очень много разнообразных моделей.

Особенности устройства и работы светильников

Существует множество разновидностей осветительных приборов на солнечных батареях, но их устройство и принцип работы светопанелей примерно одинаковы. Солнечная энергия накапливается с помощью специальных батарей и аккумуляторов.

Когда к светодиоду-полупроводнику поступает энергия, он излучает видимый свет. Система управления светодиодом состоит из датчика освещенности и микросхемы.

Благодаря особенностям своего устройства светильники могут работать и в летнее, и в осеннее время. В зависимости от сезона и степени освещенности они включаются примерно с 6 до 9-10 часов вечера (+)

Интенсивность свечения фонаря зависит от силы напряжения. Когда батарея разряжается, система управления отключает светильник. Включается он с помощью специального фотоэлемента, функция которого – преобразовать солнечную энергию в электрическую.

Установка мощных моделей не всегда удобна. Во многих случаях лучше подобрать маломощные светильники и установить их поближе к земле. Это позволит сэкономить на приборах, а качество освещения дорожек не снизится

При выборе светильников следует учитывать не только технические характеристики самих приборов, но и климатические особенности местности. Аккумуляторы не выдерживают морозов, поэтому в регионах, где возможны суровые зимы, фонари демонтируют поздней осенью и возвращают на место только весной.

Поздней осенью, когда световой день короткий, а погода нередко бывает пасмурной, аккумуляторы фонарей на солнечных батареях редко заряжаются полностью. Однако энергии хватает на несколько часов освещения в вечернее время

В большинстве моделей установлены фотоэлементы, произведенные на основе кремния. Это важный нюанс, т.к. приборы на основе монокристаллического кремния надежнее и долговечнее моделей с поликристаллическими фотоэлементами.

Также обращают внимание на тип и качество стекла. Оптимальный выбор – фонари с поликристаллическими фотоэлементами и закаленным стеклом

Устройство и принцип функционирования фонарей на солнечных батареях

Поместить частичку солнца в уголок сада возможно с помощью автономной лампы на солнечной батарее. Организованы светильники достаточно просто и состоят из следующих деталей:

• светодиодной лампы – излучает холодное или желтое свечение, а также это может быть определенный цветной свет или постепенная смена цветов;
• солнечной панели – выполняет преобразование солнечной энергии в электрический ток;
• аккумуляторной батареи – накапливает энергию днем и отдает в темное время суток;
• контроллера заряда;
• фотоэлемента – автоматически включает свет с наступлением вечера и выключает на рассвете;
• корпуса и деталей для крепления.

Кроме этих элементов, светильники могут быть оснащены датчиками движения и уровня освещенности. Некоторые модели сконструированы с использованием звуковых эффектов. Такой светильник обычно изготовлен из противокоррозионных материалов. Это обеспечивает устойчивость к атмосферным осадкам. Сам плафон изделия производится из трех видов стекла: закаленного, структурированного и гладкого.

Благодаря фотоэлементам и улучшенной электрической схеме светильники могут работать даже в мороз и пасмурную погоду

Закаленное стекло имеет самые лучшие характеристики, но это влияет на стоимость изделия. Также он пыле- и водонепроницаемый. Уровень защиты записан на профиле или коробке фонаря и обозначается IP и цифрами.

Функционирует светильник на солнечных батареях от никель-кадмиевого аккумулятора, мощность которого 700 мА/час. На протяжении всего светового дня прибор преобразовывает солнечную энергию в электрическую и заряжает батарею. А с наступлением сумерек срабатывает фотоэлемент, который включает рассеянное свечение. А на рассвете, если ранее не сработал контроллер минимального заряда аккумулятора, фотоэлемент выключает светильник.

Чаще всего источником света в таких светильниках являются светодиоды или LED, именно от их количества зависит яркость освещения. Средняя мощность изделия составляет 0,06 Ватт, а срок службы – 100 тыс. часов.

Пример освещения участка дома с помощью светильников на солнечной батарее

Фонарики на солнечных батареях для дачи, независимо от производителя, имеют небольшую емкость батареи, которая способна обеспечить работу светильника при полном заряде на 8—10 часов. А в осенний период, когда солнечный день уменьшается, заряда аккумулятора не хватает до рассвета. Но есть модели, которые оснащены функциями, позволяющими увеличить время бесперебойного функционирования изделия, например, датчики движения.

Как можно улучшить готовую модель

Если купленные садовые светильники не работают как положено, или их характеристики не соответствуют заявленным, можно провести некоторые доработки. Они помогут улучшить конструкцию и обеспечат качественный свет:

1. Если светильник дает тусклый свет, стоит разобрать его и убрать один из резисторов. На его место ставится перемычка, делать все надо аккуратно, чтобы не повредить другие узлы. Обычно этого достаточно, чтобы яркость возросла на порядок.
2. Когда свет вначале яркий, но через короткий промежуток времени становится тусклым, а потом гаснет, нужно добавить резистор примерно на 50 кОм. Это позволит системе ярко светить как минимум на несколько часов больше.
3. Еще одна типичная проблема – свет гаснет через несколько часов после наступления темноты. Чаще всего это происходит из-за того, что изготовитель сэкономил на аккумуляторной батарее и поставил вариант с маленькой емкостью. Нужно разобрать корпус и проверить номинал батареи, если он 600 мАч и меньше, поменять на модели от 1000 мАч или больше, все зависит от производительности солнечного модуля. Подбирать аккумулятор из расчета – 8 часов работы светодиодов плюс запас примерно в 30%.
4. В некоторых моделях стоит один светодиод, что не дает качественного света. В этом случае нужно уточнить его мощность, после подобрать 3 диода, которые в сумме будут потреблять примерно столько же энергии и расположить их по периметру плафона под углом примерно в 120 градусов.
5. Можно вместо стандартного светодиода впаять RGB-вариант и тогда свет будет переливающимся.

Устройство готовых светильников несложное, разобраться в нем не составит труда.

Сделать садовый светильник своими руками по силам любому человеку, обладающему хотя бы начальными навыками пайки. Купить комплектующие можно через интернет или в магазине радиоэлектроники. Также пользуясь рекомендациями несложно провести ремонт или улучшить работу готовых светильников.

Конструкция и сборка светильника

Для светильника нужен корпус, желательно влагозащищенный. Очень удобно использовать пустую банку от консервации с закручивающейся крышкой.

Пример компоновки деталей

Для сборки такого светильника нужен кусок фанеры, чтобы наклеить на него два ряда модулей. Предложенные фотоэлементы имеют размер 52х19 мм, сложив их в два ряда, получится прямоугольник с размерами примерно 110х110. Клеить модули можно на двухсторонний скотч для зеркал, но не нужно придавливать слишком сильно.

Перед тем как наклеить модули, вырежьте в центре дощечки отверстие под крышку банки и закрепите ее внутри парой капель термоклея. В крышке нужно проколоть два отверстия для ввода проводков от модулей, не забудьте потом восстановить герметичность.

Чтобы удобно разместить внутри электронику, приклейте на внутреннюю сторону крышки небольшую шайбу из пенопласта. Если вы, паяя схему, не будете обкусывать ножки, то сможете воткнуть элементы в пенопласт и так их зафиксировать. А если сделать прямоугольные разрезы в пенопласте, в них вы легко вставите аккумуляторы. Для контакта используйте пару сплющенных шариков из алюминиевой фольги с припаянными к ним проводками.

Перед тем как будете закрывать крышку, хорошо погрейте банку изнутри феном. Так детали будут меньше окисляться, а на стенках банки не появится конденсат.

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.

Устройство и принцип действия

Работают уличные светильники благодаря накопленному аккумулятором заряду от солнечной батареи.

В пасмурный день заряд аккумулятора будет происходить от дневного света, но время беспрерывной работы фонарей уменьшится в несколько раз.

Лампа осветительного прибора автоматически включается от фотоэлемента, реагирующего на естественное уличное освещение. После отключения фонаря в дневное время аккумулятор переходит на накопление энергии. На всех моделях светильников имеются выключатели, и при необходимости их можно отключать вручную.

Экономные лампочки фонарей выполнены из блоков, включающих несколько светодиодов. Маленькие декоративные модели в основном оборудованы одним светодиодом средней мощностью 0.06 Вт.

Фонари оборудованы никель-кадмиевым аккумулятором средней мощности 600-700 мА/ч. Заряд аккумулятора выполняется за счет батареи, преобразовывающей солнечную энергию в электрическую.

Многообразие моделей светильников позволяет разнообразить декор домашнего участка: сделать светящиеся деревья в саду, украсить пруд, выполнить подсветку хозблока и многое другое.

Монтаж освещения легко выполнять находящимися в комплекте креплениями и опорами.

Электрические элементы фонарей надежно защищены от влаги и грязи плафоном. Степень защиты осветительного прибора указана на упаковочной коробке с обозначением IP.

Возьмите на заметку: для удобства управления домашним освещением можно воспользоваться специальными пультами или датчиками движения, реагирующими на проходящего человека.

Прожектора против локального освещения

Глобальная подсветка прожекторами имеет плюсы и минусы. Удобно то, что, имея всего пару-тройку прожекторов, вполне можно осветить небольшой участок. Конечно, многое зависит от его конфигурации и размера, но «верхний свет» позволяет в любом случае обойтись минимальным количеством светильников. Большим плюсом подобного решения является то, что прожектора находятся гораздо выше уровня глаз, не слепят и не мешают любоваться вечерним садом. 

Совсем другое дело — садовые светильники «на короткой ноге». Такие приборы стоят или вообще на поверхности почвы, или приподняты совсем невысоко. Они не могут глобально повлиять на освещенность всего дачного участка — мешают кусты, деревья и все то, что находится выше определенного уровня. Но в локальном освещении тоже есть свои прелести и свой резон.

Если удачно расставить низкорослые садовые светильники, то можно выстроить очень интересную картинку света и теней. Например, осветить дорожки, оставив в тени заросли кустов. Решений может быть очень много. Все зависит от конфигурации сада, характера насаждений, финансовых возможностей владельца и бурности его фантазии. 

Использование локальных светильников сопряжено с определенной сложностью. Их ведь надо как-то подключить к электрической сети. Хорошо, если владелец имения продумал разводку электричества по территории сада заранее. При заливке бетоном дорожек, площадок под беседки и прочих зон, были предусмотрены электрические кабель-каналы. В результате владельцу участка остается только купить стационарные садовые светильники, расставить их по местам и подключить к заранее проложенным электрическим проводам.

Но хорошо, если вся электрическая разводка продумана и сделана заранее. Если в доме живут круглый год, а не только летом и по выходным. Иногда подобные достаточно дорогие решения оказываются неприемлемыми. Ведь дорогие осветительные приборы в отсутствие хозяев могут банально украсть.

И тут владелец загородного дома или дачи обращает внимание на садовые светильники на солнечных батареях. Они бывают самые разные

От простейших и дешевых, которые светят только «себе под нос», до больших светильников-шаров, которые могут не только освещать часть садового участка, но и красиво переливаться разными цветами. 

Достоинство данных световых приборов очевидно. Им не требуются электрические провода. Их можно «воткнуть» в любое место вашего сада. Их можно легко переставить в другое место в любой момент. Их можно быстро «собрать» и убрать на зиму. Одним словом, светодиодные садовые светильники на солнечных батареях на первый взгляд кажутся очень удачной заменой стационарным световым приборам.

Давайте посмотрим, так ли это на самом деле.

Монтаж

Схема состоит из минимального количества элементов, поэтому монтаж можно без труда осуществить навесным способом. Длины «ножек» деталей будет вполне достаточно, чтобы произвести пайку без применения дополнительных проводов. После окончания монтажа и проверки работоспособности изготовленного светильника все места соединений следует заизолировать с помощью теплового карандаша или соответствующего герметика.

Для тех, кто предпочитает монтировать компоненты на печатной плате, могут сделать это, используя универсальную монтажную плату подходящих размеров или изготовленную самостоятельно.