Зарядное устройство из солнечных светильников своими руками. Вся правда о садовых фонариках на солнечных батареях

Когда закончено строительство дачного домика, убран строительный мусор, самое время подумать о благоустройстве дачного участка. Определены места для беседки, для цветочных клумб, возможно, для бассейна. Намечены дорожки. И вот тогда возникает вопрос, а как освещать все это хозяйство. Можно, конечно, воспользоваться фонарным столбом и общей лампой уличного освещения. Но при этом вряд ли в темное время суток получится та неповторимая атмосфера таинственности и уюта, которую можно создать с помощью небольших разнообразных светильников, разбросанных в разных местах участка.

Установить такие светильники по всему участку не так уж и трудно. Но к ним нужно подвести электропитание. А как? Рыть траншеи и тянуть к ним кабель? Или, чего хуже, повесить на столбах провода? И устанавливать на каждом светильнике свой выключатель? Это нерационально. Проблему можно решить значительно проще. На участке устанавливаются светильники на солнечных батареях. Магазины предлагают огромный выбор таких светильников. От самых простых и дешевых, до самых сложных и дорогих, художественно выполненными, с программным управлением, с разноцветным свечением.

Но самые дешевые потому и дешевые, что качество их оставляет желать много лучшего, а через год-два службы их спокойно можно будет выбрасывать. А качественные светильники, которые удовлетворили бы любой взыскательный вкус, стоят дорого и не всегда по карману. Вот тогда на помощь приходит смекалка, и умельцы делают фонари на солнечных батареях сами, своими руками. Такой фонарь, сделанный, сделанный с любовью, на совесть, будет служить верой и правдой не один год. Сделать его абсолютно не сложно, как это может показаться поначалу. Могут возникнуть некоторые затруднения с выбором дизайна внешнего вида фонаря, но это уже будет зависеть только от художественного вкуса. Ну, и в какой-то степени, от того набора комплектующих деталей, из которых будет собрана электрическая часть фонаря.

Набор комплектующих элементов для фонаря на солнечной батарее

Прежде чем приступать к покупке деталей, нужно определиться, сколько светильников будет установлено и в каких местах. Какова будет их мощность. Определившись с этим, можно начать подбирать комплектующие элементы для светильников.

Естественно, для фонаря на солнечных батареях в первую очередь нужно приобрести солнечные модули. В продаже имеются гелиевые преобразователи различных модификаций, качества и эффективности. Если учесть, что основное назначение этих преобразователей состоит только в том, чтобы за световой день зарядить аккумулятор, то вполне достаточно приобрести в розницу некоторое количество солнечных модулей, из которых при необходимости можно собрать достаточно мощную батарею.

Для этих целей вполне подходит солнечная батарея на базе поликристаллического кремния 5.5 В, 90 мА, имеющая размеры 65х65х3 мм. Эта батарея ламинирована силиконом, благодаря чему батарея полностью защищена от всякого рода механических воздействий и от влаги. Это также позволило свести вес батареи до минимума – всего 15 грамм. Батарея идеально подходит для зарядки аккумуляторов 3.6 В – 4.8 В. Стоимость батареи в розницу 137 рублей.

Солнечные батареи Solar Panel 65x65

Следующий компонент светильника – аккумулятор. Для него вполне подойдет литий-ионный аккумулятор с выходным напряжением 3.6 В и емкостью не менее 3000 мАч.

Из имеющихся в продаже сравнительно недорогих аккумуляторов можно выбрать комплект, состоящий из четырех литий-ионных аккумуляторов модели 18650. Каждый аккумулятор имеет выходное напряжение 3.7 В при емкости 9800 мАч. В комплект поставки входит также зарядное устройство, которое может оказаться совсем нелишним, например, для первичной зарядки аккумуляторов. Аккумуляторы имеют такие размеры: диаметр –17 мм, высота – 65 мм. Цена комплекта (с зарядным устройством) – 411 рублей.

Комплект аккумуляторов модели 18650 с зарядным устройством

Далее нужно выбрать светящийся элемент. Наиболее подходящим для этих целей является светодиод. Можно, конечно, использовать и светодиодные лампы, но они будут расходовать слишком много энергии. Современные светодиоды с повышенной яркостью вполне могут удовлетворить любые потребности, поскольку для каждого конкретного светильника их можно устанавливать в нужном количестве.

Для таких фонарей вполне подойдет пятимиллиметровый сверхъяркий белый светодиод типа 3Н5 (helmet). Обычно он применяется в наружной рекламе, в различных электронных табло, в дорожных знаках. Так что для фонаря он подойдет вполне. Он может эксплуатироваться при температуре от -55°С до +50°С. Стоимость одного такого светодиода – 10 рублей.

Сверхяркий белый светодиод типа 3Н5 (helmet)

И, наконец, сердце светильника – электронный блок управления. В его схеме четыре резистора, стоимостью по 1.5 рубля каждый, два транзистора типа КТ503, стоимостью по 9 рублей каждый, один диод Шоттки 11DQ04, стоимостью 24 рубля. Это все размещается на одной плате.

Отдельно подключаются солнечная батарея, аккумулятор, светодиод. Можно, конечно, все это собрать на кусочке пенопласта, текстолита, картона. Но ни один уважающий себя мастер, собирающий что-либо для себя, не позволит себе такую неряшливость.

Для монтажа блока вовсе не обязательно рисовать и вытравливать печатную плату. Для этих целей замечательно подойдет универсальная макетная плата DIY PCB 42x25мм. Эта плата предназначена специально для монтажа и настройки собственных электронных схем. Она изготовлена из высококачественных материалов и имеет позолоченные контакты. Габариты такой платы 45х35х2 мм. Вес 2.8 грамма. Стоимость упаковки 235 рублей. В упаковке 4 такие платы.

Универсальная макетная плата DIY PCB 42х25мм

При изготовлении блока электроники для монтажа лучше всего использовать провод марки МГТФ 0,2. Это многожильный гибкий медный провод во фторопластовой изоляции. Работает в температурном диапазоне от -60°С до +220°С.

Рабочие напряжения – до 250 вольт переменного тока с частотой до 5 кГц или до 350 вольт постоянного тока. Моток такого провода в 190 метров стоит порядка 15 рублей.

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.

Иногда территория, примыкающая к загородным домам и дачам, используется в вечернее и ночное время. Чтобы не получить травмы, а также для поддержания имиджа, применяют садовые фонари на солнечных батареях, которые позволяют не только освещать территорию, но и придавать ей неповторимый декор.

Устройство и принцип работы

Для того чтобы понять принцип работы рассматриваемого оборудования, необходимо разобраться со схемой садового светильника на солнечных батареях. Составными элементами данного устройства являются:

• блок освещения (светодиод, как правило);
• преобразователь энергии;
• устройство, осуществляющее контроль включения и отключения;
• аккумулятор;
• крепеж.

Сам светильник состоит из корпуса, в котором находится светодиод. Рядом расположены контрольная плата и аккумулятор. Над ними находится фоторезистор, солнечная панель и защитное стекло.

Днем при солнечной погоде преобразователь аккумулирует солнечную энергию и преобразует ее в электрическую, которая поступает в аккумулятор. Данная энергия и позволяет функционировать садовому фонарю в темное время суток.

Более дорогие модели данных устройств имеют контроллер движений, который автоматически включает светильник при приближении человека.

В устройство садового светильника на солнечных батареях входят транзистор или микросхема, выполняющие функцию датчика, с помощью которых светодиод отключается при полном разряде батареи либо может уменьшать яркость освещения в случае потери части заряда.

Основные характеристики

Качество подобного устройства определяется применяемым кремнием. В недорогих светильниках используют его поликристаллическую или аморфную разновидности. Монокристаллический кремний может работать в любой сезон, он стоек к агрессивному воздействию. Если нет возможности приобрести монокристаллический элемент, лучше использовать мультикристаллические солнечные батареи.

Для придания долговечности изделиям их покрывают специальной пленкой.

Производители стали изобретать маркетинговые ходы для скрытия некоторых изъянов своей продукции. В частности, поликристаллические устройства стали называть но срок их нормальной службы составит только один сезон.

Длительным сроком эксплуатации могут похвастаться брендированные устройства. Здесь достаточно мощный фотоэлемент, солнечный свет в него попадает в глубокие слои, что обеспечивает стабильную работу светильников в течение продолжительного времени. У китайских светильников толщина фотоэлемента сравнима с фольгой, поэтому срок службы его гораздо меньше.

На освещение оказывает влияние и структура стекла. При преобладании дней с пасмурной погодой лучше использовать текстурированное стекло, поскольку оно накапливает излучение, в то время как гладкая поверхность способствует его частичному отражению. Наиболее дорогое и долговечное покрытие — закаленное стекло.

Положительные стороны устройств

Садово-парковые способствуют облагораживанию таких зон отдыха, как сады, парки, скверы. Данные устройства могут быть снабжены никель-металл-гидридными аккумуляторами, что позволяет им включаться при наступлении темноты, отключаться и начинать заряжаться при наступлении утра.

В настоящее время светильники выпускаются в различных исполнениях. В основном производятся традиционные столбики, имеющие различную высоту, а также гирлянды. Помимо этого начали выпускать светильники в виде собак, кошек, гномов, улиток и других потенциальных обитателей зеленой зоны. Также производители предлагают приборы в виде светильников, вокруг которых летают бабочки.

Рассматриваемые устройства не нуждаются во владении основами установки электропроводки, поскольку схема садового светильника на солнечных батареях не подразумевает подвода к нему электричества, что обеспечивает экономию финансовых средств их владельцам.

Свет, падающий от данных фонарей, не бьет по глазам, поскольку не является сверхъярким.

Данные светильники являются автоматическим оборудованием и могут обмануть воришек в случае имеющегося у них злого умысла напасть на вашу недвижимость.

Они не требуют осуществления работ по заземлению и полностью безопасны как для людей, так и для окружающей среды.

Не требуется какого-либо особого ухода за ними.

При этом срок эксплуатации рассматриваемых видов светильников достаточно продолжительный.

Так как они эксплуатируются на открытой местности, производители предусматривают для них высокий уровень защиты от неблагоприятных факторов погоды.

Отрицательные аспекты

Схема садового светильника на солнечных батареях не предусматривает использования безразмерных аккумуляторов, поэтому подобные устройства имеют ограниченный срок освещения, который, как правило, не превышает 8 часов. Эта цифра достижима в том случае, если весь день стояла хорошая солнечная погода. Пасмурная погода значительно снижает время работы, доводя его до 4-5 часов.

К отрицательным сторонам можно отнести и одну из положительных сторон: неяркий свет. Возможно, некоторым местам необходимо быть хорошо подсвечеными, а это потребует дополнительной установки электрических фонарей.

В некоторых случаях имеются отзывы от покупателей, что светильники плохо работают или совсем не светят во время выпадения осадков.

При приходе зимы они требуют демонтажа, поскольку отрицательные температуры могут вывести аккумулятор из строя.

Типы рассматриваемого оборудования

Наиболее практичен для сада светильник с укороченной ножкой. При этом монтирование осуществляется простым вдавливанием устройства в землю с помощью рук.

Среди достаточно тускло светящих фонарей встречаются прожекторы. В случае если мощность солнечной лампы составляет 10 кВт, то мощность прожекторов эквивалента 100-ваттной лампе накаливания.

Бывают подвесные Их применяют в качестве элемента декора сада, размещая на ветвях деревьев или беседках. Чаще всего подобные садовые светильники на солнечных батареях — шары, собранные в гирлянду.

Настенные модели применяются для дома. Эксплуатируются при прикреплении к нему.

Улучшаем садовые светильники

Наиболее дешевыми моделями являются китайские. Со временем к покупателю таких товаров приходит понимание того, что нужно что-то сделать, чтобы улучшить их конструкцию или эффективность действия. При улучшении происходит замена некоторых элементов светильников на более мощные. Таким образом, можно заменить аккумулятор или светодиод, а также дроссель, используемый в фонарях типа башни. Установка более мощного дросселя поможет добиться яркого свечения, идущего от светильника. Это действие автоматически ведет к замене аккумулятора, поскольку его мощности перестанет хватать на долгий срок, или он может просто выйти из строя.

Вместо одного светодиода можно использовать три, но при монтировании их нужно следить, чтобы разброс напряжения был минимальным, иначе в одном месте освещенность будет повышенной яркости, а в другом пониженной.

Таким образом, ремонт садового светильника на солнечных батареях в основном сводится к замене отдельных деталей.

Добавляем цвета

Усовершенствовать фонари можно также использованием цветных светодиодов. Данная замена требует знаний о том, приспособлено ли это устройство для осуществления таких действий или нет. Если оно не приспособлено, а цветные светодиоды были установлены, то фонарь проработает около 2 часов, после чего погаснет.

С целью предотвращения преждевременного окончания работы цветных садовых светильников на солнечных батареях необходимо в микросхеме сделать дополнительную дорожку, куда впаять еще один резистор.

Собираем садовый фонарь самостоятельно

Некоторые фонари устроены достаточно просто, в связи с чем не возникает сложностей с их самостоятельной сборкой.

Для изготовления своими руками необходимо составить схему садового светильника на солнечных батареях, рассчитать необходимое количество комплектующих.

Сначала нужно приобрести преобразователь энергии, наилучшим из которых является батарея из поликристаллического кремния, имеющая небольшую массу, но хорошую защиту от влаги и высокую мощность. Далее покупаем литий-ионный аккумулятор. Следом приобретаем обычный светодиод.

Последнее приобретение — самое важное — электронный модуль управления, который состоит из пары транзисторов и двух пар резисторов.

Подключение солнечной батареи, светодиода и аккумулятора производится отдельно. Сборка может осуществляться на недорогой универсальной плате DIY PCB 42х25мм.

В заключение

Схема садового достаточно проста. С ее помощью такой фонарь сможет собрать любой разбирающийся человек. При этом нужно учитывать качество материалов, используемых в светильнике, поскольку именно они определяют срок службы и цену этого устройства.

Мы измерили энергопотребление уличных садовых фонариков на солнечных батареях, а также скорость зарядки на прямом солнце, в облачный день и в тени. Картина получилась интересной, хотя и вполне ожидаемой.

Эта статья рассказывает не столько про конкретные фонарики, сколько вообще про практическую сторону работы светильников на солнечных батареях.

Для проведения эксперимента мы взяли два недорогих фонарика на солнечных батареях. Один из них относительно нового типа (коричневый на фото), коих сейчас в продаже по цене от 40 до 150 руб. абсолютное большинство. Второй (черный на фото) – старого образца, которые с той же высокой плотностью населяли полки магазинов несколько лет назад по аналогичной цене.

Главное отличие фонариков в солнечной батарее. И там и там она пленочного типа, но из разных материалов. Также в старом фонарике был установлен Ni-MH аккумулятор АА емкостью 600 мА·ч, в то время как в новом он меньшего размера (ААА) и емкостью всего 100 мА·ч. Это закономерное удешевление, благодаря которому цена на эти фонарики после скачка доллара изменилась не так сильно.

Энергопотребление у обоих светодиодов в фонариках оказалось одинаковое и составило около 12 мА (~14 мВт·ч). Это значит, что при полностью заряженном аккумуляторе новый фонарик сможет проработать 8-9 часов, а старый (только в теории) 45-50. Но тут важно помнить, что работая в условиях постоянной недозарядки (об этом чуть ниже) Ni-MH аккумуляторы быстро теряют свою емкость, потому более емкий аккумулятор в старом фонарике оказался бы предпочтительнее только с той точки зрения, что он проработал бы на годик подольше.

Теперь разберемся с мощностью панелей и зарядкой.

Эффективность зарядки солнечных батарей

Для оценки эффективности зарядки в разных условиях мы выбрали удачный день: солнце, которое время от времени закрывалось небольшими легкими облаками. Фонарики располагались как на открытом месте, так и в тени садовых деревьев. Напряжение и ток замерялись на клеммах аккумуляторов. Полученные значения мы перевели в количество произведенной энергии, выраженной в мВт·ч. Вот что у нас получилось:

Мощность солнечной батареи у старого фонарика оказалась заметно выше, но это не столь интересно. Куда важнее, и это хорошая новость, что при прямом солнечном свете маленький аккумулятор у нового фонарика способен полностью зарядится примерно за 2,5-3 часа. А теперь плохая новость. Если фонарик размещен в тени или день выдался слегка облачным, то эффективность зарядки упадет в 10 раз. А если на небе тучи, то тут и вовсе не о чем говорить. Аккумулятор заряжаться не будет.

Для тех, кому интересны детали наших замеров показателей работы солнечных батарей, приведем небольшую табличку.

Выводы

Фонарики показали себя вполне работоспособными. Новая модель на прямом солнце способна полностью зарядить встроенный аккумулятор примерно за 3 часа, чего будет достаточно для работы встроенного светодиода в течение 8-9 часов. Модель старого образца мощнее и имеет более емкий аккумулятор, но рассуждать о ней смысла нет, т.к. в продаже таких уже не найти.

Еще один важный момент, это то, что эффективность работы солнечной батареи в облачную погоду падает в 10 раз. А в пасмурную зарядка и вовсе прекращается. То же можно сказать и о размещении фонариков в тени деревьев, где при условии солнечной погоды за целый световой день они не смогут зарядить свой маленький аккумулятор даже наполовину, а при наличии легкой облачности зарядка и вовсе остановится.

Также вам может быть интересно :
—
—
—

Солнечное зарядное устройство на 5 вольт / источник питания.

В этом учебном пособии я использовал 5 солнечных фонарей.

Я подобрал контейнер, который был в бюджете экспериментатора, а также тот, который имел некоторые качества, которые я искал.
Эта коробка имеет функцию 4-х сторонней привязки. Его легко открывать / легко закрывать и т.д. Одна вещь, которая мне понравилась, это резиновая прокладка, встроенная в часть крышки.
Это должно сделать контейнер довольно водонепроницаемым.
Я могу использовать это во время чрезвычайных ситуаций. Солнечное зарядное устройство для мобильного телефона или другого гаджета было бы удобно.

Шаг 2: Подготовка комбинации клеток и батарей

Нижняя сторона / основание имеет три винта, которые должны быть удалены. Я обрезал КРАСНЫЙ и ЧЕРНЫЙ провода (положительный и отрицательный) как на батарее, так и на солнечном элементе, там, где они подключены к плате.
После того, как осветительная сборка была снята, я перевернул ячейку вверх дном. Я использовал острый нож для очистки овощей, чтобы зачистить провода длиной около 1 / 3-1 / 2 дюйма.

Далее нужно соединить оба красных провода вместе, как и два черных провода. Это создает параллельную цепь между солнечным элементом и никель-кадмиевой батареей.
Я создал дополнительный красный провод, который я использовал, чтобы соединить ячейку с ячейкой.

Шаг 3: Сборка

На этом рисунке вы можете увидеть 5 ячеек, соединенных положительно и отрицательно в последовательной цепи.
Каждая батарея известна как элемент 2/3 AA. Они 1,2 вольт при зарядке. Мы должны получить напряжение примерно 6 вольт или более. Как вы можете видеть, у меня было 6,25 вольт без загруженной цепи.
Это напряжение даст нам достаточно напряжения, чтобы отрегулировать его до где-то между 4,8 и 5,2 вольт. Большинство 5-вольтных устройств заряжаются от 5 до 5,2 вольт.
Как некоторые из вас знают, стабилитрон может снизить напряжение цепи на 0,5-1 вольт, если он помещен в цепь.
Вторая картинка показывает стабилитроны, которые я использовал. Они показывают падение напряжения примерно на 1/2 вольт каждый.
Использование регулятора напряжения, такого как LM317, было бы контрпродуктивно, поскольку потери были бы слишком велики.
Я поставил 2 диода в серии и получил примерно 1 вольт падение именно то, что я искал.
Как вы можете видеть, прибор показывает 5,11 вольт без нагрузки, это должно работать очень хорошо.
Я предполагаю, что зарядка телефона займет некоторое время из-за низкой силы тока.

Шаг 4: Сборка

Здесь вы можете видеть все 5 ячеек в контейнере, сидящих свободно.
Я решил использовать женский конец USB-кабеля для подключения.
На втором рисунке показано подключение кабеля USB. Красный и черный, очевидно, являются положительными и отрицательными. Зеленый и белый провода не используются. Зеленый и белый провода предназначены для передачи данных в компьютерном контексте.
Я ткнул отверстие в конце контейнера. После завязывания и подачи USB-линии через боковую сторону я завязал еще один узел, чтобы несколько закрепить его.
Используя женский USB-кабель, вы можете отключить все остальные 5-вольтовые дополнительные шнуры для разных устройств.
Скорее всего, я буду использовать прозрачный силикон вокруг кабельного ввода, чтобы сохранить его влагостойкость в условиях плохого климата.

Шаг 5: Защита компонентов

Я считаю, что картина определенно стоит тысячи слов.
Все, что я могу сказать, это то, что горячий клей – мой друг.
Вы заметите, что я также прикрепил два стабилитрона к боковой части корпуса центральной ячейки. Я также использовал около одной капли клея на место соединения припоя после тщательной обрезки лишнего провода.
Горячий клей действительно помогает закрепить соединения на этих очень тонких проводах.

Шаг 6: Результаты изготовления зарядки из солнечных садовых светильников

В основном я получил 5,09 вольт DC.
Вы увидите зарядный кабель micro-USB от моего сотового телефона.
******* ПРОСТО ЗАМЕЧАНИЕ *******
Возможно, вы помните, что для работы с горячим клеем вам понадобится влажная (более влажная, чем сухая) губка.
Во-первых, горячий клей опасен при неосторожном обращении.
Дети не должны использовать горячий клей без помощи!!!
** Когда я прикрепляю камеру к контейнеру, я предлагаю сделать это проще.
будьте осторожны с горячим клеем на солнечных элементах. Я сомневаюсь, что клей причинит им вред, но это будет выглядеть грязно.
После разбрызгивания клея вокруг ячейки держите палец на корпусе ячейки / батареи, чтобы удерживать его на месте. затем поднимите контейнер и установите его на влажную губку, чтобы поглотить избыточное тепло от клеевого соединения.
Это безопасно охлаждает вещи и позволяет вам двигаться вперед быстрее, когда компоненты случайно смещаются.
Я надеюсь, что вы получили несколько креативных идей для вашего следующего проекта.
Наслаждайтесь!

Когда-то с подачи друзей я приобрел садовый аккумуляторный фонарик, имеющий форму грибка и обладающий, как тогда показалось, необыкновенными свойствами: днем он заряжался от солнечной батареи, встроенной в крышку, а ночью светил из-под крышки неярким зеленоватым светом. Работать он должен был автономно и совершенно автоматически. Также была тайная мысль — нельзя ли использовать его и в других полезных целях, например, для питания радиоприемника.

Однако выводов от встроенной аккумуляторной батареи не оказалось, найден был только выключатель лампочки, спрятанный под нижней крышкой шляпки грибка. Применения по своему основному назначению фонарик тоже не нашел, так и пролежал на полке, пока его аккумулятор не разрядился совершенно сам по себе. Теперь настало время развинтить фонарь, благо разбирается он легко и просто с помощью одной крестовой отвертки, и посмотреть, как же все-таки он устроен!

Монтаж этого прибора китайской сборки оказался предельно упрощен, провода отваливались после двух изгибов, узлы были закреплены каплями термоклея или отламывающимися пластмассовыми выступами — все указывало на то, что передо мной одноразовая игрушка. Расскажу лишь о самой схеме и конструкции, в расчете на ее возможное самостоятельное повторение читателями и использование заложенных там решений в других устройствах.

Лампочку в фонаре заменял светодиод небольшой мощности, бело-зеленого свечения. Аккумуляторной батареи тоже не было — под шляпкой грибка обнаружился всего один элемент размера АА емкостью 800 мА/час, хотя место было предусмотрено под два элемента (экономия, однако!). Не густо, и шансы на использование фонарика источником питания для какого бы то ни было устройства резко упали, ведь номинальное напряжение щелочного аккумуляторного элемента — всего 1,2 В.

Сразу же возник вопрос: а как же может гореть светодиод при таком питании, ведь напряжение зажигания самых распространенных красных светодиодов — около 1,8 В, а зеленых и белых еще больше — до 3 В? Значит, на маленькой печатной плате (25×30 мм), содержащей три транзистора и не более десятка других деталей, был собран еще и повышающий инвертор!

Прежде чем браться за тяжкий труд по восстановлению принципиальной схемы, срисовывая ее с печатной платы, захотелось исследовать возможности самого главного и ценного элемента конструкции — солнечной панели. Ее размеры около 70×70 мм, а сквозь защитное стекло ясно видны 7 параллельных полосок шириной около сантиметра — 7 элементов панели.

Как известно, кремниевые солнечные элементы при их освещении развивают ЭДС порядка 0,5… 0,6 В, поэтому следовало ожидать ЭДС батареи из семи элементов около 4 В. Так и оказалось — в тени и при облачном небе панель развивала 3,5 В, а на ярком солнце — 4,5 В.

Соединенная с одним аккумуляторным элементом, такая панель работает в режиме почти короткого замыкания. Это не страшно, поскольку внутреннее сопротивление панели значительно, и ток короткого замыкания не превышает 60 мА даже при ярком солнечном свете. Но КПД заряда невелик, и для полной зарядки аккумуляторного элемента нужно как минимум два солнечных летних дня (20…40 часов). Никаких устройств, предохраняющих элемент от перезарядки при выключенном светодиоде, обнаружено не было.

Другой важный элемент устройства — датчик освещенности, собственно и позволяющий фонарику включаться в темное время суток и выключаться днем. Это фоторезистор, оформленный в плоском цилиндрическом корпусе с двумя выводами, размерами не больше транзистора. Его отдельное исследование показало, что темновое сопротивление превосходит 2 МОм, а на свету резко уменьшается — в тени до 10…20 кОм, а при ярком солнечном свете даже до сотен Ом.

Обратимся теперь к принципиальной схеме садового фонарика (рис. 1). Солнечная панель SP постоянно соединена с аккумуляторным элементом ВАТ через диод D1 (обозначения элементов сохранены такими же, как на печатной плате, имеющей название SY-H019B). Диод пропускает только зарядный ток от панели к аккумулятору и предотвращает его разряд через внутреннее сопротивление панели в темноте. Установка такого защитного диода обязательна в любых устройствах с солнечными панелями.

На транзисторе Q1 собран ключ, срабатывающий в зависимости от степени освещенности датчика PR. В темноте транзистор открыт током смещения, протекающим от источника питания через резистор R1. На свету датчик замыкает этот ток «на себя», напряжение базы становится менее 0,5 В, и транзистор закрывается. Для более четкого срабатывания ключа он охвачен цепью положительной обратной связи через резистор R4 — то, что получилось из транзисторов Q1 и Q2, иногда называют триггером Шмитта. Он имеет некоторый гистерезис, и включение садового фонарика происходит при меньшей освещенности, чем его выключение.

Транзисторы Q2 и Q3 образуют повышающий инвертор. Маленькое отступление: поначалу у меня возникала мысль, что, может быть, нехорошо срисовывать чужие схемы готовых устройств (авторские права и пр.), хотя в целях самообразования это никогда и нигде не возбранялось. Однако, когда я увидел, что схема инвертора практически не отличалась от той, которую когда-то я сам разработал для светодиодов и опубликовал в «Юном технике» (статьи «Сверхэкономичные индикаторы» и «Солнечная энергетика»), совесть моя совершенно успокоилась.

Это лишнее подтверждение того, что оптимальные технические решения одинаковы и в Малайзии, и в Китае, и в России.

Итак, транзисторы Q2 и Q3 включены последовательно, один за другим, по схеме двухкаскадного усилителя. Усилитель охвачен цепью положительной обратной связи через емкостной делитель C1, С2 и поэтому превращается в релаксационный генератор импульсов. Нагрузкой транзистора Q3 служит катушка индуктивности L1, запасающая энергию во время открытого состояния транзисторов Q2 и Q3. Но это состояние не может продолжаться долго, поскольку ток через L1 нарастает, ее ферритовый сердечник входит в насыщение, индуктивность уменьшается, а напряжение на коллекторе Q3 повышается. Это повышение немедленно передается через конденсатор С2 на базу Q2 и запирает его. Вслед за ним запирается Q3, и импульс тока через транзисторы прекращается.

Но ток через катушку индуктивности L1 не может прекратиться мгновенно. Он продолжает идти и формирует на коллекторе Q3 положительный выброс напряжения, который может во много раз превосходить напряжение питания. Но у нас он просто открывает светодиод LED, и энергия, запасенная в катушке, превращается в световую. Пауза между импульсами продолжается до тех пор, пока не израсходуется энергия магнитного поля катушки и затем не разрядятся конденсаторы C1, С2.

Дальнейшее поведение генератора зависит от состояния Q1. Когда он заперт днем, то смещения на базе Q2 нет, оба транзистора генератора закрыты и импульсы генерироваться не будут. Если же Q1 открыт ночью, то ток смещения поступает на базу Q2 через резистор R3, и генератор будет продолжать генерировать импульсы — светодиод загорится. Для отключения светодиода служит выключатель SW — если он разомкнут, то генерации импульсов нет, и светодиод не горит, поскольку напряжение аккумуляторного элемента меньше его напряжения зажигания.

Кстати говоря, если бы изготовители не экономили, а поставили два аккумуляторных элемента, а также 3-вольтовый белый светодиод, то он все равно бы не горел без генерации импульсов инвертором, поскольку номинальное напряжение батареи было бы 2×1,2=2,4 В. Зато в данной схеме он служил бы хоть каким-то предохранителем от перезаряда аккумуляторов, ограничивая напряжение на каждом элементе на уровне 1,5 В, то есть загораясь при этом напряжении даже на свету.

В заключение несколько практических советов для желающих повторить эту конструкцию. Для нее вполне подойдут отечественные транзисторы КТ315 и КТ361 с любыми буквенными индексами. Диод D1 может быть любым, с предельным током 40…60 мА. Марка датчика — фоторезистора неизвестна, но наверняка можно подобрать что-нибудь подходящее из имеющихся, измерив сопротивление на свету и в темноте с помощью тестера. Катушка L1 миниатюрная, по виду напоминающая резистор, индуктивность ее также неизвестна, но полагаю, что нескольких миллигенри будет достаточно. Можно намотать 100…150 витков на ферритовом колечке или использовать одну из обмоток малогабаритного трансформатора. Полезны рекомендации, приведенные в упомянутых выше статьях.

Желаю удачных экспериментов!