Освещение на базе светодиодов с использованием солнечной энергии

В наше время большое внимание уделяется солнечной энергии. Проекты по её использованию появляются во многих сферах. Меня интересуют идеи применения солнечной энергии в обыденной жизни. У меня есть радиоприемник, работающий на солнечной энергии, но использовать его в экстренной ситуации мне ещё не довелось.

昨年夏天 отец жаловался на плохое освещение заднего двора. Для подсоединения обычного источника электричества пришлось бы проложить длинные провода (более 100 ярдов), а ещё их закапывать глубоко, чтобы не повредить газонокосилкой. И я решил ему помочь.

Цель состояла в создании системы освещения с высокой яркостью, функционирующей автономно на солнечных батареях. Такое решение позволило бы избежать необходимости укладки кабеля под землю и установки различных выключателей.

В качестве источника света выбрал светодиоды с большой яркостью, установив их в металлический корпус.

В своей статье расскажу, как собрать автономную систему на базе солнечных панелей.

Что нам понадобится

Для упрощения процесса мы преобразуем обычные светильники в светодиодные, функционирующие от солнечных батарей. Большинство необходимых компонентов уже будет готово. Нам необходимо лишь обеспечить электричеством источники света. Для этого потребуется немного потрудиться с паяльником.

Части:

• Недорогой светильник из металла (тип С2 и более).
• Толстый двухжильный кабель
• Доступны мощные светодиоды, вы имеете возможность выбрать между моделями с мощностью в один ватт или три ватта.
• Драйвер (контроллер для светодиодов)
• Алюминиевые теплоотводы
• Термопаста
• 18-вольтовая (или выше) Солнечная батарея
• 12-вольтовый контроллер для солнечной батареи
• 12-вольтовый аккумулятор
• Провод
• Пластмассовый контейнер
• Клеммники для проводов
• припой

Датчик освещенности:

• Транзистор PNP (я использовал TIP42),
• Печатная плата (макета)
• Резистор на 10,000 Омов
• 1N4001 Диод

Инструменты:

• Паяльник
• кусачки
• Отвертки
• Инструмент для снятия изоляции и резак

Стоимость: 5-7 тыс.руб.

Время: 2 — 3 часа

Все электронные детали приобрел на eBAy со скидкой. Расходные материалы купил в хозяйственном магазине, как и планировал. Общая стоимость проекта составила $75-100. Недорого по сравнению с готовой системой автономного освещения, работающей от солнечной энергии.

Я приобрел контроллер дороже необходимого. Можно сэкономить десять долларов, купив более доступный вариант.

В основном вам придется разбираться с подключением проводов. Сборка занимает совсем немного времени.

Сверхяркие светодиоды отличаются от обычных: потребляют много тока и сильно нагреваются. Взял их на eBay за несколько долларов. Решил использовать диоды на 3 ватта, но для начала достаточно будет и на 1 ватт.

Для работы светодиодов требуется драйвер — устройство, регулирующее ток и предотвращающее их перегрев. Можно использовать светодиоды любого цвета без замены резисторов. Перед покупкой драйвера определитесь с его мощностью. Моя модель обрабатывает 10 ватт, достаточно для двух 3-ваттных светодиодов на 12 В (подробности в инструкции, файл PDF).

На изображении я показываю два драйвера. Левый может выдержать нагрузку в 10 ватт, а правый предназначен для одного светодиода мощностью 1 ватт. Левый вариант стоит дороже, но обладает дополнительными функциями. Если вам не нужны эти функции, можно выбрать стандартный драйвер — он дешевле.

К нему можно добавить микроконтроллер для создания дополнительных эффектов, например, стробоскопа.

Разбираем светильники

Необходимо разобрать светильник и достать из него все электронные детали. Корпус оставить.

Вставляем провод

Вставляем приготовленный жесткий двухжильный кабель в корпус.

Это неудобно из-за жёсткого кабеля. Для этого применил кусачки.

Оставьте достаточно провода для пайки.

Проверяйте, прокладываете ли Вы его таким же образом, как и исходный провод.

Шаг 5 пайка светодиодов

Зачистите и облудите концы провода.

Используйте крепежник для пайки.

Присоедините один провод к плюсовому контакту, а другой — к минусовому.

После пайки светодиода устанавливаем на него радиатор. Радиатор необходим для предотвращения перегрева светодиода, поскольку он находится в ограниченном пространстве.

Сборка светильника

Теперь закрепляем светодиод в корпусе.

Вставил его туда, где стояла лампа. Мне не понадобился ни клей, ни скотч. При желании прикрепить используйте клей, подходящий для высокой температуры.

Соберите корпус светильника.

У вас теперь есть готовый светодиодный светильник в герметичном корпусе.

Далее делаем такие же светильники.

Я сделал 2 светильника для этого проекта.

Делаем корпус

Из-за внешнего расположения деталей выбрал герметичный корпус, устойчивый к воздействию влаги.

Я взял пластиковую коробку и установил в неё зажим для кабеля, позволяющий пропустить два или несколько проводов и надежно их зафиксировать. Его приобрел в ближайшем магазине.

Для создания отверстия я использовал паяльник и расплавил в корпусе дырку. Вы можете просверлить её, однако будьте внимательны: при сверлении пластика могут появиться трещины. Рекомендуется сначала потренироваться на куске аналогичного пластика.

После завершения работы с отверстием я установил зажим и обработал его герметиком для предотвращения проникновения влаги. В остальном пространстве вокруг проводов тоже потребуется герметик.

Если Вас беспокоит возможность попадания воды через отверстие под крышкой, используйте резиновый уплотнитель или промажьте все герметиком.

Провода и все остальное

Осталось соединить провода. Тяжёлый труд завершён.

Чтобы соединить аккумулятор с проводами, можно укоротить их и очистить концы, а также применить специальные зажимы.

Затем я подключил положительный и отрицательный контакты аккумулятора к клеммам B+ и B- контроллера.

Затем я соединил два провода с клеммами L+ и L- на контроллере. От этих проводов будет подаваться питание на драйвер светодиодов.

Дальше на драйвере мы подключаем их в клемники V+ GND-.

Самое сложное позади.

Подключаем провода к светодиодным светильникам

К драйверу мы подключим светильники последовательно.

Подсоедините положительный провод от одного светильника к плюсовому клемнику драйвера. (Если сомневаетесь, какой провод положительный, а какой отрицательный, проверьте его мультиметром.)

В клеммник вставляем отрицательный провод от светильника.

Отсоедините красный провод от другого осветительного прибора и установите его в одно и то же гнездо на клеммной плате.

Вставьте оставшийся отрицательный провод в драйвер.

Последовательная цепь — это когда все детали располагаются в ряд, начиная от плюса до минуса. Можно добавлять ещё лампы и подключать их таким же способом.

10 проверка

Вероятно, вас ослепил свет или произошел какой-либо сбой. Лучше надеяться на первый вариант.

Собираем все внутри корпуса

Хорошо, теперь, зная, как всё соединить, можно собирать устройство в корпус. Для этого необходимо отсоединить все провода и продеть их в специальное отверстие. Не волнуйтесь, это просто!

Поместите все провода от светильников и солнечных батарей в коробку.

Снова соберите всё. Протестируйте работоспособность.

Соедините солнечную батарею с контроллером солнечной энергии, завинтив провода в клеммы S+ и S-.

Светильник готов!

Отлично. Вам должно достаться большое количество яркого осветительного оборудования. Крепите его снаружи и радуйтесь результату. Теперь у вас полноценная система освещения, которая одновременно красиво смотрится и даёт много света.

Можно применять эту схему с диодами разного цвета. Мне нравится свежее, немного охлаждающее «белое» свечение.

Идею можно применить и для подсветки входа в дом, а также внутри помещения.

Для полной автономности системы добавим датчик освещенности.

Еще не все…

Сейчас многие из Вас, наверное, спрашивают, почему я не упоминал о датчике освещенности. Без него система будет работать постоянно.

Чтобы собрать такой датчик, потребуется PNP-транзистор, резистор сопротивлением 10 килоом и диод.

Чтобы узнать, о чём идёт речь, обратите внимание на рисунок выше.

Наше устройство применяет транзистор как переключатель.
По получению электроэнергии от солнечных панелей днем, переключатель выключен. Ночью, при отсутствии электропитания от панели, переключатель срабатывает и запускает освещение.

Аналогичный принцип применяют в компактных светильниках для сада. Все это стоит как транзистор и резистор.

Важно найти достаточно мощный транзистор. Обычный 2N3904 не подойдет. Требуется компонент с большими значениями рабочих напряжения и тока.

Из-за того, что напряжение моей солнечной батареи 21 Вольт, а ток 0.6 ампер, пришлось использовать мощный транзистор.

Можно использовать Микродиспетчер (например, Arduino) для управления Драйвером. Драйвер у меня имеет порт PWM. Можно подключить Arduino к цепи, чтобы он действовал как датчик темноты. Впрочем, для этого проекта это излишне.

Делаем датчик темноты

Части:

• 1N4001 Диод (или что-то подобное)
• Транзистор TIP42 (или любой подобный транзистор PNP)
• Резистор на 10,000 Омов
• Печатная плата (макетка)
• Провод
• Теплоотвод

Инструменты:

• Паяльник
• Кусачки

Чтобы собрать устройство, достаточно установить транзистор и резистор на плате, а затем припаять к ним провода. Диод применим позднее в паре с солнечным модулем.

Перед выполнением каких-либо действий нужно запомнить: у транзистора три вывода — эмиттер, коллектор и база. Важно знать, где расположена каждая нога. Информацию о расположении выводов обычно указывают на упаковке или корпусе транзистора. Если нет, обратитесь к интернет-ресурсам.

Установите транзистор на середину платы и припаяйте его.

Расположите резистор возле Главной ноги и припаяйте его. После этого соединьте одну ножку резистора с Главной ножкой транзистора (базой).

Очистите провод. Необходимо соединить его один конец с свободным концом резистора, второй — с ногой коллектора, а третий — с ногой эмиттера.

Я приклеил теплоотвод к транзистору для предотвращения перегрева.

Подробно о транзисторе

Важно! Подписывайте каждую ногу. Иначе транзистор может взорваться, как случилось со мной.

Как подключить его в вашу систему

Осталось лишь подсоединить датчик и диод к системе освещения.

Снимите провода с плюсовой клеммы солнечной батареи, светодиодного драйвера и контроллера. (Полностью убираем провод от контроллера к драйверу и заменяем его на эту схему.)

Присоедините провод от солнечной батареи, обозначенный как «положительный», к плюсовой части диода. К плюсу контроллера подключайте минусовую часть диода.

Присоедините Основной провод (база) от датчика Обнаружения темноты (тот, который с резистором, если Вы выполнили все правильно), к диоду перед тем местом, где соединена положительная шина солнечной батареи.

Далее соедините провод от передатчика с плюсовой клеммой в контроллере.

Вставьте провод коллектора в плюсовой терминал драйвера.

Проверим работу устройства. Закройте солнечную батарею от света и наблюдайте, будут ли гореть светильники. Измените номинал резистора для регулировки чувствительности датчика.