Светильники на солнечных батарейках своими руками

Как можно организовать уличное освещение на солнечных батареях

Освещение на улице — сложная система и делится она на несколько составляющих:

• Охранное освещение, которое должно работать всегда, так как от него зависит безопасность. Как правило, это ограда, калитка/ворота, иногда — участок перед домом.

• Дежурное освещение — включается периодически, при необходимости. Например, подъездная дорожка должна освещаться, когда по ней едет машина или идет человек; баня — если в ней кто-то парится; сарай, к которому надо подойти в темное время суток.

• Декоративное. Подсветка декоративных элементов, кустов, деревьев, фрагментов здания. Работает обычно вечером, на ночь отключается.
• Функциональное. Чаще всего — это подсветка основных дорожек (от калитки- к дому, от дома — к гаражу и т.п.). Режим работы может быть — с вечера до утра, а может — только вечером и по мере необходимости (при позднем возвращении домой).

Не обязательно все части есть в любом уличном освещении частного дома, но все они могут быть. Большая часть этой системы, или даже вся она, может быть переведена на питание от солнечных батарей. Причем уличное освещение на солнечных батареях можно сделать двумя способами:

• Первый — устанавливать светильники и фонари с собственными вмонтированными батареями. Этот способ не требует больших затрат, но надежность его невелика. Каждый такой светильник снабжен собственной небольшой солнечной панелью и аккумулятором, который запасает энергию на протяжении светового дня. Мощность батареи и емкость аккумулятора малы. При нормальном заряде запаса энергии хватает на 10-14 часов работы, а в непогоду — как повезет. Может хватит на час работы. Потому такая система освещения от солнца может быть использована на не очень важных участках. Например, их можно ставить для декоративной подсветки участка, сада, огорода.

• Второй способ организации уличного освещения на солнечных батареях — это целая система. Потребуются солнечные батареи определенной емкости, к ним — аккумулятор, который запасет электроэнергию на период пасмурной погоды. Чтобы аккумуляторы не выходили из строя при превышении количества энергии в солнечные дни, нужен контроллер заряда аккумулятора. Все это — недешевые устройства. Зато, при правильном расчете, освещение участка от солнечных батарей будет гарантированным.

Выгодно ли использовать солнечные батареи для освещения участка? Ответ можно дать только в каждом конкретном случае. Эффективность гелиосистем очень сильно зависит от региона и количества солнечных дней. А экономическая выгода (окупаемость) — от тарифов на электроэнергию.

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.

Выбор светильников для уличного освещения на солнечных батареях

Мощность

При устройстве освещения необходимо учитывать, сколько света может давать светильник. От этого зависит количество светильников и расстояние, на котором их необходимо устанавливать друг от друга. В технических характеристиках обычно указывается мощность в ваттах, а в случае со светодиодными светильниками она мало о чем говорит.

Пример технических характеристик уличного светильника на солнечных батареях

Чтобы понять уровень освещенности, можно сравнить с аналогом обычной лампы накаливания  — их мощность нам более-менее понятна, а также можно перевести этот показатель в Люмы (Лм) — единицы измерения освещенности. Так реально можно оценить насколько эффективной будет именно этот светильник.

Таблица соответствия мощности светодиодных ламп и освещенности

Как понимаете, модели с мощностью 1 Вт дают не так уж и много света — примерно как 20 Вт лампа накаливания, потому использовать их можно только для подсветки или маркировки участка — обозначения дорожек, подсветки беседок и т.д.

Класс защиты и материал корпуса

Чтобы уличное освещение на солнечных батареях работало долго и надежно, необходимо чтобы корпус и световой блок (плафон) имели защиту от попадания пыли и влаги. Желательно чтобы класс защиты был не ниже IP44 (больше цифры — это хорошо, меньше — плохо).

Расшифровка цифр в классе защиты

Также стоит обратить внимание на материал из которого изготовлены светильники. Обычно это специальный ударопрочный пластик или металл

Если «металл» — отличный от нержавеющей стали или алюминия, предпочтение лучше отдать пластикам. Они точно не ржавеют и длительное время сохраняют хороший внешний вид.

Вид и способ монтажа

По способу монтажа светодиодные уличные светильники делят на несколько групп:

• Установка в грунт. Это группа светильников на ножках разной высоты — от 20-30 см до метра и выше. Их установка чрезвычайно проста — они просто втыкаются в грунт в нужном месте.

• Светильники-столбы. Как правило, это более высокие модели с высотой ножки  от 1,5 метров и выше. Они тоже могут устанавливаться грунт, но требуют уже более серьезных мер по установке — имеют большую высоту и вес. Придется делать лунку, вставлять в нее столб, засыпать грунтом и уплотнять его. Есть модели для установки на твердое покрытие — плитки, асфальта и т.д.

• Настенные светильники на солнечных батареях. Есть в разных стилях — от классического «фонарного» дизайна, до моделей в современном стиле. Монтироваться могут на стену, забор, заборные столбы.

• Подвесные. Вариантов тоже немало — есть модели, которые можно крепить к потолку, балке и т.п., а есть которые можно развесить на ветках.

• Встраиваемые в грунт, дорожки, лестницы. Очень практичные модели, которые позволяют осветить даже лестницы, причем подсвечивают не сверху, как обычно, а на уровне ступеней. Интересное и практичное решение — при таком варианте свет не слепит глаза, а освещенность остается хорошей.

• Декоративные. Выполнены в виде различных фигурок. В дневное время они выглядят как обычный декор, в ночное дополнительно еще излучают свет. Монтажа в данном случае нет — просто ставят светильник в предназначенное для него место.

Выбор уличных светильников на солнечных батареях для уличного освещения действительно велик. По стилю, размерам, цене ассортимент большой, так что можно выбрать.

Отличие моделей на солнечных батареях от обычных

1. Такую конструкцию можно установить в любом месте, так как для нее не требуется тянуть провода от электросети.
2. Светильники такого вида полностью безопасны для здоровья окружающих.
3. Используя различные модели, можно создать великолепный дизайн ландшафта.
4. Одним из главных преимуществ этих конструкций является то, что они экономят электроэнергию.
5. Для зарядки батареи достаточно дневного света, причем заряжаются они даже при пасмурной погоде.

После того, как конструкция надежно укреплена, она начинает собирать заряд на аккумуляторы через фотоэлемент. Эта конструкция рассчитана так, чтобы с наступлением сумерек она подключалась автоматически.

Чаще всего в продающихся моделях установлены светодиоды белого цвета.

При желании светильник можно модернизировать и установить разноцветное освещение, которое придаст оригинальности приусадебному участку.

Как сделать ремонт солнечной батареи своими руками

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

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

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

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

Солнечный фонарь
Съеденная коррозией металлизация
Съеденный коррозией электрод

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

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

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

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

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

Токопроводящий клей
Отпаиваем проводники
Зачищаем повреждения
Наносим проводящий клей

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

Присоединяем проводник
Закрепляем проводник термоклеем
Отремонтированный солнечный элемент

Итоги ремонта:

Из двадцати солнечных элементов удалось восстановить девятнадцать штук, это хороший процент. В солнечный день каждый элемент дает напряжение 2…2.5 вольт при токе в десятки миллиампер, что вполне достаточно для построения питания от солнечной энергии различных поделок (Sekret-mastera.ru) или изготовления солнечного зарядного устройства.

Материал для публикации любезно предоставил автор Cosmogor. Спасибо Cosmogor!

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

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.

Садово-парковые светильники на солнечных батареях: разновидности

В зависимости от размера и типа участка, ландшафтного дизайна и стиля общего оформления, светильники можно использовать различной формы, типа рассеивания света и прочих характеристик. Рассмотрим виды освещения для сада на солнечных батареях и их особенности.

Болларды

1. Светильники в виде столбов или болларды – это самый распространенный вид точечного освещения для садового участка.
2. Такой тип в основном предназначен для подсветки дорожек, тропинок, цветовых клумб, садовых фигурок и прочих элементов декора сада, где нет необходимости в ярком и сильном освещении.
3. По высоте светильники могут достигать от 50 до 150 см.
4. Дизайн источника света может быть самым разнообразным, все зависит от фантазии производителя, начиная от стандартной классики – шарообразной формы и конуса, заканчивая различными силуэтами статуэток, колокольчиков и пр.
5. Такие светильники легко перемещаются, их можно вынуть из земли и воткнуть плотнее на то место, где он будет в полной мере выполнять свои функции.
6. Чаще всего болларды применяют именно при оформлении участков в стиле хай тек и минимализм. Это выдвигающиеся из земли столбики со световым потоком, направленным вниз.

Встроенные светильники

Такие источники света в основном нужны для того чтобы обозначить контур объекта.
Обычно их устанавливают по периметру тропинки, в грунте, в ступеньках лестницы, а также используют в качестве подсветки различных объектов снизу, например, фасада здания, скульптур, арт-объектов, кустарников и т.д.
Такое освещение не должно быть слишком ярким и мощным, оно только выделяет и подсвечивает предмет или конструкцию, чтобы в темноте не сбиться с пути или обратить внимание на определенный предмет.
В основном встроенные светильники используют светодиодные, но если нужно подсветить фасад здания, там необходим определенный угол наклона и мощный пучок света, чтобы свет падал как можно выше и смог осветить все строение в длину.

Светильники для водяных сооружений

Если вы обладатель водоема, бассейна или фонтана, очень красиво буде смотреться подсветка такого объекта

Кроме того, использование подобного оформления домашнего водоема важно с точки зрения безопасности, ведь в темноте можно оступиться и оказаться в воде, даже если вы знаете свой участок очень хорошо. Ориентация на ощупь в полумраке все равно не застрахует вас и ваших детей от возможного падения.
Подсветку можно сделать как монохромную, так и разноцветную, а особо это актуально для фонтанов.
Светильники можно установить по периметру водяного сооружения или даже под водой

Однако не стоит их размещать так, чтобы свет попадал непосредственно на воду, так пучок света не будет проникать в глубину воды, и ожидаемого очарования от рассеивания освещения в водоеме вы не получите.

Декоративные светильники

1. Такие источники освещения для приусадебного участка зачастую служат просто его украшением.
2. Форма и цвет светильников такого типа могут быть самыми разными. Вы можете остановиться на форме сказочных героев, гирляндах из птиц, расположенных на деревьях или цветах с подсветкой.
3. Очень сдержанно и изысканно смотрятся светильники шары на солнечных батареях, когда сад может приобрести стиль галактики с помощью форм светильников различных диаметров, размещенных на разной высоте.

Большие светильники

1. Этот тип освещения в основном устанавливают на крепкой опоре, так как они достаточно высокие и могут выполнять функцию больших уличных фонарей на электричестве.
2. Их аккумуляторы хорошо защищены от пыли и влаги. Такие фонари – недешевое удовольствие, поскольку внутри располагаются мощные светодиоды, которые при полной зарядке могут работать от 3 до 4 суток без перерыва.
3. Высота такого столба может варьировать до нескольких метров. Работают они круглогодично, независимо от поры года.

Светильники настенные

1. Эти источники освещения выполняют ту же функцию, что и встраиваемые светильники, но в них есть и свои особенности. Их следует устанавливать таким образом, чтобы солнечные лучи попадали на поверхность как можно дольше в течение дня, в противном случае они не будут успевать заряжаться должным образом.
2. При полной зарядке настенный светильник может работать до 10 часов, а если выдался пасмурный денек, тогда свою функцию такой источник света не сможет выполнить в полной мере. Чем солнечней и ярче будет день, тем лучше зарядится батарея.
3. Применяют такие светильники для освещения стен домов, гаражей, заборов и прочих сооружений.

Как устроен типичный светодиодный светильник

Конечно, все они выглядят по-разному.

В коробке находится сам светильник в сборе, отдельно две “ноги” – короткая и длинная. Еще есть пластиковый черный наконечник, который втыкается в землю, и инструкция.

Наличие двух “ножек” очень удобно. Ведь кому-то захочется “посадить” светильник прямо на поверхность почвы. Тогда подойдет короткая трубка. Кому-то захочется приподнять лампу над поверхностью. Тогда используется длинная. Во всяком случае, не придется сразу что-то отпиливать или искать подходящий удлинитель. Такая забота о потребителе всегда приятна.

Сам шар не стеклянный, а пластмассовый. Это облегчает конструкцию и делает ее более безопасной. Правда, стекло в отличие от пластика не царапается, но тогда изделие стоило бы дороже.

Из чего изготовить плафон

Прежде, чем рассказать, какие формы можно использовать при изготовлении плафона, напомним о требованиях, которые необходимо соблюдать при самостоятельном изготовлении корпуса светильника:

• Солнечная панель должна быть расположена снаружи на верхней части изделия, чтобы она хорошо освещалась в дневное время.
• Все стыковочные швы между элементами конструкции надо тщательно герметизировать (компоненты схемы боятся влаги).
• Светодиоды необходимо располагать в прозрачной части плафона.

В остальном все будет зависеть только от вашей фантазии, личных предпочтений и имеющихся в наличии подручных материалов. Одним из наиболее простых вариантов является применение в качестве плафона стеклянной банки (например, для хранения сыпучих продуктов) с широким горлышком и плотной крышкой:

• делаем отверстие в крышке и пропускаем через него провода от солнечной панели;
• фиксируем на внешней стороне солнечную панель с помощью герметика;
• на внутренней поверхности монтируем батарейный отсек и элементы схемы;
• светодиоды располагаем в нижней части банки.

В качестве практически готового корпуса можно с успехом использовать пищевой контейнер из прозрачного пластика. В продаже имеется большое количество таких изделий различных размеров и форм (круглые, квадратные, прямоугольные). Выбор будет зависеть от размеров солнечной панели и количества светодиодов.

Где устанавливаются

Существует много вариантов установки садовых светильников. Как правило, используется несколько типовых дизайнерских решений, подходящих для большинства объектов. Среди них часто практикуется монтаж настенных фонарей, располагающихся на фасаде здания. Местами креплений служат наружные стены домов и другие вертикальные поверхности (рис. 1).

Данный способ установки требует внимательного выбора точек размещения, поскольку корректная работа будет зависеть от интенсивности потока солнечных лучей. В пасмурные дни заряд АКБ может быть низким и его не хватит на всю ночь. Поэтому рекомендуется дополнительно устанавливать традиционные дублирующие светильники.

Часто применяется уличный садовый фонарь, устанавливаемый на столбе (рис. 3). Вначале они применялись для освещения городских улиц, а в настоящее время нашли широкое применение на дачах и в загородных домах. Фонари выполняют не только осветительную, но и декоративную функцию.

Газонные светильники (рис. 5), устанавливаются непосредственно на земле. Они оборудованы небольшой ножкой, втыкаемой в грунт или специальной опорой достаточной высоты. Такие приборы легко устанавливаются в любом месте и могут быть перенесены при необходимости.

Изготовление своими руками

Такое произведение ручной работы великолепно украсит любой приусадебный участок, сделает ландшафт оригинальным и неповторимым.

Что же нам понадобится для сборки? Прежде всего, нужны аккумуляторы с минимальной емкостью 1500 мА/ч, у которых на выходе клемм напряжение 3,7 В.

Лучше всего приобретать «пальчиковые» модели Ni-MH, потому что за дневное время аккумулятор емкостью 3000 мА/ч все равно не успевает зарядиться полностью. Для полной зарядки такого устройства достаточно 8 часов дневного света.

Для того чтобы аккумулятор заряжался, в магазине радиодеталей нужно купить солнечную панель напряжением 5,5 В/200 мА. Также понадобятся резисторы 47-56 Ом, диод КД243А (КД521) или диод 1N4001/7/ 1N4148, транзистор КТ361Г (КТ315) или 2N3906.

Электрическая схема светильника на солнечной батарееТакже понадобится плата, которая вытравливается по определенной схеме.

Покупая светодиоды, можно брать на каждый светильник по 1 штуке мощностью 3Вт или по несколько мощностью 1-1,5 Вт, а в качестве отражателя можно использовать компактный диск.

Собрав такую конструкцию, можно в 2,5-3 раза сэкономить.

Разновидности садовых светильников

Садовые светильники, работающие от солнечных панелей, представлены широким ассортиментом моделей и конструкций.

Они классифицируются по различным параметрам и характеристикам;

• Материалы, применяемые в приборах. Чаще всего – это прочный пластик, металлы и их сплавы, дерево твердых пород. Каждое осветительное устройство монтируется на улице, поэтому для обработки материалов используются специальные средства. Металлы покрываются антикоррозийными составами, а дерево пропитывается веществами, предотвращающими рассыхание и гниение. Плафоны изготавливаются из различных видов стекол. Поверхности могут быть гладкими, максимально пропускающими свет или рефлекторными – наиболее эффективными при пасмурной погоде. Существуют более прочные закаленные стекла, защищающие от механических воздействий.
• Аккумуляторные батареи. Применяются для накопления электроэнергии, полученной из солнечного света. Никель-кадмиевые АКБ обладают мощностью до 700 мА/ч и обеспечивают работу ламп в течение 8-10 часов. Более современными и эффективными считаются никель-металлогидридные модели с высокими технико-экономическими показателями.
• Различные виды кремния, используемые в фотоэлементах. В основном используются монокристаллические и поликристаллические варианты. Первые стоят дороже, но они более эффективны и долговечны. Вторые элементы используются в дешевых моделях поскольку в процессе эксплуатации наступает быстрая потеря потенциала и снижение работоспособности. Они больше подходят для декоративной подсветки и применяются эпизодически в летнее время.

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.

Опубликовано 02.06.2020 Обновлено 13.06.2020 Пользователем admin