Светильник на солнечных батареях: дешевый свет дома и на улице

Устройство и принцип работы светильников на солнечных батареях

Основные элементы солнечного светильника

Светильник состоит из следующих конструктивных частей.

Солнечная батарея (или панель). Основной элемент светильника, самый дорогой. Панель состоит из фотогальванических ячеек, в которых энергия солнечных лучей преобразуется в электрический ток за счет фотогальванических реакций. Материал электродов используется разный. Именно от них зависит эффективность батареи.

Аккумулятор. Он накапливает электрический ток, который производит панель. Аккумулятор подсоединяется к батарее при помощи специального диода. Диод проводит электричество только в одну сторону. В темное время суток он становится источником энергии для лампочек, а в светлое – питает контроллер и другую автоматику. Обычно используются никель-металлогидридные или никель-кадмиевые аккумуляторы. Они хорошо справляются с многочисленными циклами заряд-разряд.

Источник света. Чаще всего используются светодиодные лампочки. Они расходуют минимальное количество энергии, выделяют мало тепла, долго служат.

Корпус. Все перечисленные компоненты заключены во внешний корпус. Он должен быть устойчивым к прямым солнечным лучам, осадкам, пыли и грязи. Иногда солнечная батарея размещается отдельно, а сам светильник в другом месте. Часто сверху корпуса размещается плафон, который выполняет защитные функции и рассеивает световой поток в пространстве.

Контроллер (выключатель). Прибор, который управляет процессом заряда/разряда. Иногда контроллер выполняет функцию фотореле — отвечает за автоматическое включение света, когда стемнеет. На некоторых моделях имеется ручной выключатель.

Опора светильника. Корпус размещается на металлической опоре: столбе или иной ножке. В зависимости от назначения опора изготавливается разной высоты.

Принцип действия заключается в следующем: солнечные лучи попадают на фотогальванические элементы и преобразуются в электрический ток. Ток через диод поступает в аккумулятор, который накапливает заряд. Днем, когда светло, фотореле (или ручной выключатель) препятствуют разряду аккумулятора. Но с наступлением темноты аккумулятор начинает работать: накопленная днем электроэнергия начинает поступать на источник света. Светодиоды начинают освещать пространство вокруг себя. На рассвете фотореле снова срабатывает, светильник перестает работать.

Схематичный принцип действия

В солнечный день энергии достаточно для работы светильника в течение 8-10 часов. При заряде в облачный день время работы снижается в несколько раз.

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

Батарейный отсек KLS5-18650-L (FC1-5216) – 45-50 рублей. Если при монтаже устройства аккуратно припаять провода к выводам аккумулятора, от покупки этого элемента конструкции можно отказаться.

Резистор R1 номиналом 39-51 кОм – 2-3 рубля.
Добавочный резистор R2 рассчитываем в соответствии с характеристиками применяемого светодиода.

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.

Эксплуатация и эффективность уличных фонарей на солнечных батареях

То же самое можно сказать о продолжительной жаре, которая вызывает перегрев и поломку полупроводников. Если планируется устанавливать фонари в жарком климате, то в некоторых случаях стоит предусмотреть систему охлаждения. Есть и ещё один неприятный момент. Защитное стекло солнечной батареи на улице загрязняется, из-за чего снижается эффективность её работы.

Уличное освещение

Из сказанного можно сделать следующий вывод. Эффективное использование уличных фонарей возможно в регионах с высокой солнечной инсоляцией и при соответствующем уходе за ними. Этот вид автономного освещения устанавливается на высокие столбы. На них крепится светодиодный фонарь, солнечная батарея, блок управления (если он выполнен отдельно). Столбы фонарей вкапываются с последующим закреплением на твёрдой поверхности.

Стандартный набор для освещения улиц включает в себя:

Светодиодный светильник;
Солнечную батарею;
Контроллер зарядки аккумулятора, а также управления включением и выключением фонаря;
Аккумулятор;
Защитный блок (в нём размещён аккумулятор и контроллер);
Набор креплений.

В конструкции уличных фонарей предусмотрены датчики освещённости. По их сигналу контролер выключает фонарь днём и включает его ночью. Благодаря контроллеру, энергия аккумулятора расходуется рационально. Часто ещё существует дополнительная схема для сброса избыточной энергии. К примеру, когда аккумулятор уже заряжен, то вырабатываемое электричество от солнечной батареи идёт для питания рядом стоящих объектов. Например, рекламные конструкции или светофор.

На рынке осветительных приборов есть множество различных исполнений уличных фонарей. Возможно дополнительное оснащение светильника системой управления световым потоком. То есть, устанавливается режим ожидания, в котором фонарь светит на 20─50 процентов от своей мощности. А когда срабатывает датчик движения, то светильник включается на полную мощность. В результате экономится энергия аккумулятора, и нет дискомфорта для прохожих и автомобилей. И также наблюдается тенденция по оснащению уличных светильников более мощными солнечными батареями. В результате образуется энергия сверх той, что требуется для зарядки аккумулятора. Она используется на обеспечение питания находящихся рядом объектов. Это позволяет повысить рентабельность таких систем.

Уличные светильники получают батареи большей мощности

Такие системы на солнечных батареях могут специально использоваться для освещения пешеходных переходов. В тёмное время суток в таких местах создаётся повышенная опасность для жизни пешеходов. Уличные фонари, сконцентрированные в таких местах, позволяют снизить улучшить видимость. При подходе человека к пешеходному переходу срабатывает датчик движения. Он включает светильники на время, необходимое для того, чтобы перейти дорогу.

При проектировке уличных фонарей на солнечных батареях по специальной методике просчитывается их число. Приоритетом при расчётах является максимальный световой поток. Важным фактором является высота столбов для монтажа ламп. Чересчур низкие или высокие фонари могут отрицательно сказаться на работе системы. Если они будут слишком низкие, то будут ослеплять прохожих. А если высокие, то освещения будет недостаточно.

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

Виды светильников на солнечных батареях

Не трудно понять, почему приборы на солнечных батареях сейчас столь популярны. Конечно, здорово, что такое освещение позволяет не платить за электричество, но для многих главным плюсом все же является возможность монтировать светильники, не прокладывая проводку. Все что нужно – вынуть прибор из коробки и установить его, например, около дорожки. На большинстве моделей присутствуют датчики темноты, так что вам даже о включении света не нужно думать – все происходит автоматически.

Данная технология развивается очень быстро. Светильники на солнечных батареях выглядят все более привлекательными, их свечение становится ярче, а время бесперебойной работы при этом увеличивается. Чтобы понять какой прибор подойдет именно вам, необходимо ознакомиться с ассортиментом и основными видами.

Светильники на коротких подставках отличаются низкой ценой и простотой установки. Вы просто вдавливаете ножку в грунт и монтаж закончен.
Подвесные фонари крепятся к потолку беседки, на ветки деревьев или на забор. Их можно использовать как предмет декора.
Для подсветки забора зачастую используют светодиодные прожекторы, мощность которых приравнивается к лампе накаливания в 100 Ватт.
Уличные фонари, установленные на ножку или столб. Используются на парковках, дворах с большой площадью или садах. Также применяются для освещения автомобильных дорог.
Для подсветки фасада здания используют настенные солнечные светильники.

О назначении «солнечных» светильников

При покупке осветительных приборов для сада важно учесть, какую функцию они будут выполнять. Всего различают три группы освещения: декоративные, для дорожек и прожекторы

Декоративные светильники

Декоративные лампы придают приятное освещение вашему участку. Они отмечают конкретное место, их цель вовсе не связана с максимальной освещенностью территории. Из-за слабого светового излучения срок службы декоративной подсветки значительно превышает аналоги на солнечных батареях. Достаточно частое явление, когда декоративное освещение работает несколько ночей подряд, зарядившись в один яркий солнечный день.

Зарядка приборов происходит полноценно даже в пасмурную погоду. Обычно эти светильники испускают не белый, а желтый свет, некоторые модели даже способны мерцать и создавать эффект пламени. Благодаря желтому цвету, потребление электричества у таких светильников снижено. Помимо эстетической функции декоративные автономные светильники используются и для освещения потенциально опасных мест. Это зона хранения инструментов, область с декоративными элементами ландшафта и так далее. Светильники-декорации являются самыми доступными, отличаются сравнительно низкой стоимостью.

Светильники для дорожек

Эти светильники освещают дороги и тропы на участке. Таких приборов, как правило, требуется несколько вдоль всей дорожки. Такой подход позволяет максимально обезопасить путь. Существует несколько способов крепления: их можно подвесить, воткнуть в землю или же просто поставить на поверхность. Свет в таких приборах всегда направлен вниз.

Большинство моделей светильников для дорожек оборудовано ручными переключателями. Таким образом экономится заряд, а приборы используются только при необходимости. Самые удобные светильники оборудованы датчиками движения, которые включаются автоматически при приближении объекта к дорожке. Этот тип фонарей дает освещение средней мощности и относится к средней ценовой категории.

Прожекторы

Эта разновидность автономных светильников сама мощная, поэтому подобные приборы стоят дорого

Важно понимать, что большая мощность не подразумевает отдачу света, аналогичного характеристикам прожектора в 100 ватт. Максимальная мощность автономного прожектора напоминает 40-ваттную лампу накаливания, и этого вполне достаточно

Большинство приборов сконструировано таким образом, что их можно монтировать разными способами. Вы можете осветить прожекторами вход в дом, на участок или парковку. Как правило, именно эти лампы на солнечных батареях отличаются повышенной прочностью. Несомненно, все подобные светильники защищены от погодных условий и прямого солнечного света, но в данном случае уровень защиты гораздо выше. Особенности конструкции позволяют получить больше света при низких температурах.

Разновидности фонарей на солнечных батарейках

Что сегодня предлагают компании-производители?

Модели в виде столбов с фонарями наверху, которые втыкаются в землю заостренным нижним концом. Есть в этой категории светильники, которые надо обязательно закапывать и даже цементировать. Высота их варьируется от наземных, то есть, уложенных прямо на грунт, до 2,5-метровых столбиков.
Болларды.
Настенный вариант. Их можно крепить на любую поверхность, в качестве которой может выступать забор, стена дома или любой другой постройки на участке.
Встроенные. Эти модели используют для освещения лестниц. Хотя дизайнеры умудряются использовать их во многих местах, главное – включить фантазию.
Подводные. Из самого названия становится понятно, где эти светильники могут быть использованы

Обратите внимание, что их монтаж производится до заполнения водой чащи водоема.
Водонепроницаемые. Эти фонари в виде шаров, водных цветков (лилий) и других форм располагают прямо на воде

То есть, запускают в пруд, освещая гладь водоема. Светящиеся предметы все время находятся в движении после каждого дуновения ветерка.
Сегодня производители предлагают декоративные фонари в виде птиц, бабочек и так далее. Их обычно устанавливают в клумбы.
Гирлянды. Вроде бы ничего необычного в гирляндах нет. Это традиционный элемент дизайна. Но фишка и состоит в том, что этот вид освещения никуда не надо подключать, что создает удобства установки и создания форм и фигур. Ими украшают деревья и кустарники, устанавливают под свесами кровель, обрамляют лестницы и веранды.

Обратите внимание, в чем удобства использования данного вида уличных фонарей. Все дело в том, что любой садовый фонарь из вышеперечисленного списка можно установить там, где вам необходимо

То есть, хотите на улице, хотите внутри дома

Важно, чтобы батарея располагалась на солнце. Поэтому тщательно подбирайте место ее установки

И еще одно замечание. В настоящее время производители предлагают уличные фонари, работающие от солнечной батарейки, с цветными светодиодными лампами. Скажем прямо, каждый день их использовать нет смыла. А вот в праздник это незаменимый атрибут хорошего настроения.

Кстати, если дополнить конструкцию светильников, работающих на солнечных батареях, датчиком движения, то энергии их аккумуляторов может хватить не на один день. Так что экономичным людям над этим стоит подумать.

В чем отличия моделей уличных фонарей

В первую очередь потребители обращают свое внимание на внешние атрибуты. Современные садовые фонари могут изготавливаться из металла, дерева или пластика

Металлические светильники обычно покрываются порошковой краской, что позволяет их эксплуатировать под открытым небом несколько лет. И при этом свой первоначальный внешний вид они не утрачивают.

Деревянные уличные светильники обрабатываются антисептиками и составами, которые отпугивают грызунов и не дают древесине растрескаться. Ну а пластик ничем не обрабатывают, потому что он сам не боится природных нагрузок.

А вот плафоны светильников могут быть изготовлены из стекла разной структуры;

Закаленное, которое считается самым надежным.
Гладкое прозрачное. У него самая высокая пропускная способность.
Рефлекторное.

Что касается типов аккумуляторов солнечных батарей, то их всего два:

Никель-металлогидридный – дорогой, но с большим сроком службы.
Никель-кадмиевый.

Принцип работы солнечной батареи

По типу светочувствительного элемента разделение такое:

Поликристаллический.
Мультикристаллический.
Монокристаллический.

Первый – самый дешевый. Уже через год эксплуатации их зарядки хватает от силы на четыре часа. Вторые, если правильно эксплуатировать уличные фонари, прослужат несколько лет. Третьи – самый дорогой вариант, но работает очень долго. Элемент покрывается специальной оксидной пленкой, что не позволяет свету рассеиваться.

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.

Полезный совет! Необходимо учитывать также такие параметры, как высота и метод установки светильника. Поскольку выбор изделий огромный, то каждый сможет выбрать оптимальный вариант.

Во сколько обойдутся детали

В дешевых китайских светильниках стоимостью около 500 руб. используется всего один светодиод, чего явно недостаточно. Более того, напряжение аккумулятора составляет 1,5 В, именно поэтому свет очень тусклый.

Чтобы не тратить время зря, рекомендуется собирать светильники с оптимальной конфигурацией, в которую входят:

Элементы	Цена	Кол-во	Общая стоимость
Солнечные модули Eco-Source 52х19 мм	675 руб. за 40 шт. (на 4 светильника)	1 компл.	675,00 руб.
Аккумулятор SONY HR03 (1,2 В 4300 мАч)	885 руб. за 12 шт. (на 4 светильника)	1 компл.	885,00 руб.
Светодиоды BL-L513UWC	10 руб./шт.	12 шт.	120,00 руб.
Резистор СF-100 (1 Вт 33 Ом)	1,8 руб./шт.	12 шт.	21,60 руб.
Транзистор 2N4403	6 руб./шт.	4 шт.	24,00 руб.
Диод 1N5391	2,5 руб./шт.	4 шт.	10,00 руб.
Резистор CF-100 (1 Вт 3,6 кОм)	1,9 руб./шт.	4 шт.	7,60 руб.
Итого:			1743,20 руб.

Выходит, что для сборки одного качественного светильника нужно комплектующих примерно на 435 руб. Но из этих же деталей, докупив последние 3 позиции, можно сделать 12 аналогов дешевых китайских светильников.

Сборка схемы светодиодного автономного светильника на солнечных батареях

Порядок работ на данном этапе следующий:

Каждый из светодиодов имеет две ножки – короткая (катод) и длинная (анод). Короткие ножки необходимо соединить вместе, а затем спаять, а к длинным — припаять по одному сопротивлению 33 Ом.
Свободные ножки резисторов необходимо собрать вместе и спаять, а к ним припаивается коллектор транзистора. К его базе припаивается резистор 3,6 КОм, а к эмиттеру транзистора — катод диода, который выполняет функцию выпрямителя. К нему же будет подключен положительный полюс аккумуляторов. Анод диода соединяется с сопротивлением базы транзистора и положительным полюсом солнечного модуля. Отрицательный полюс солнечной батареи соединяют с отрицательным полюсом аккумулятора. Провод присоединяется к катодам светодиодов.
Необходимо снабдить солнечные модули проводниками. Как правило, они идут в комплектах с элементами. Если их нет, необходимо приобрести плоский проводник и нарезать их на мерные длины. Длина проводника должна быть на 5-7 мм больше, чем ширина модуля.
При пайке контактов самое главное – не перепутать полюса. Минусовой контакт солнечной панели находится на лицевой ее стороне, а плюсовой – на тыльной стороне. При сборке батареи каждый последующий элемент припаивается с противоположными полюсами. Простыми словами: минус предыдущей панели припаивается к плюсу последующей.
Контакт солнечного модуля представляет собой узкую полоску проводника. Чтобы припаять к нему проводниковую ленту, необходимо сначала провести по нему флюсом (бесцветным маркером, который идет в комплекте), наложить ленту, и аккуратно провести по нему разогретым паяльником.
Лента уже имеет в своем составе слой олова, поэтому легко припаивается на поверхность модуля. При пайке необходимо быть очень аккуратным, чтобы не повредить модули. Они очень хрупкие и боятся перегрева.
Таким образом, собирается вместе батарея из 10 модулей суммарным напряжением 5 В. Компоновка модулей зависит от размеров светильника. Обычно 10 элементов располагают в два ряда по 5 элементов.

Садовый светильник своими руками — варианты подсветки

Хотите, чтоб ваш сад был прекрасен не только днем, но и вечером? Тогда займитесь его освещением. Ведь именно оно поможет увидеть вам скрытую в темноте красоту деревьев и цветов, придаст им неожиданные завораживающие формы, а также без препятствий поможет вам передвигаться по своим владениям.

Как вариант, можно приобрести светильник в магазине, но если вы творческий человек с хорошей фантазией, то лучшим решением будет изготовить садовый светильник своими руками. Во-первых, это поможет вам сэкономить бюджет, а во-вторых, вы сами выберите форму, цвет, материал и вариант освещения. В качестве осветительных приборов для сада сделанных своими руками могут быть:

садовые светильники и фонари из жестяных банок;
садовые светильники и фонари из стеклянных банок;
садовый светильник на солнечной батарее;
деревянный садовый светильник;
садовые светильники из бетона;
садовые светильники из толстой нити;
другие возможные варианты садовых светильников.

Светильники с использованием солнечных батарей