Фонарик на элементах солнечной батареи и методы его усовершенствования

September 7, 2012 by admin Комментировать »

На рис. 1.8 представлен внешний вид декоративного светильника с 4-мя последовательно включенными элементами RS5415.5, пальчико­вым аккумулятором 1400 мА/ч и устройством контроля зарядки.

Встечаются и другие конструкции, отличающиеся по внешнему виду (например, предназначенные для «втыкания» (вертикального крепления) непосредственно в землю на дачном участке. Предназна­чение у разного вида светильников может быть различным, емкость аккумуляторов и их тип (а также мощность солнечной батареи) от­личается в зависимости от конструкции, но принцип действия у всех один. При ясной погоде с большой солнечной активностью (днем) устройство, с помощью фотоэлементов солнечной батареи преоб­разует солнечную энергию в электрический ток, который заряжает маломощные аккумуляторы. При наступлении темноты естествен­ная солнечная активность снижается, зарядка аккумуляторов пре­кращается.

Рис. 1 8 Декоративный светильник с 4-мя последовательно включенными элементами RS5415 5

Внутренняя схема «чувствует» наступление сумерек и разрешает мерцание светового элемента, которым является светодиод оран­жевого свечения. Конструктивно светодиод выполнен в трубке из матовой пластмассы так, что кажется, как будто внутри корпуса фо­наря мерцает свеча. На рис. 1.9 представлена конструкция матовой трубки в корпусе фонаря, в которой «спрятан» светодиод оранже­вого свечения.

Благодаря конструктивным особенностям корпуса, удачным эс­тетическим решениям, а также электронной схеме устройства, уп­равляющей светодиодом хаотичными пачками импульсов, удалось получить эффект мерцания свечи.

Прогресс в области новых световых элементов необратим. Лет 10 назад повсеместно в продаже имелись специальные лампы (рассчи­танные под патрон Е27 и напряжение осветительной сети 220 В), которые производили аналогичный эффект мерцающей свечи бла­годаря инертному (неоновому) газу в колбе лампы. Сегодня такой же эффект можно получить от светодиода.

Стоимость таких фонарей-светильников невелика и колеблется от 3 до 10 € (Евро). В России и ближнем зарубежье подобныё све­тильники продаются в отделах электротоваров, сувениров и гипер­маркетах.

Рис. 1 9. Конструкция матовой трубки со светодиодом оранжевого свечения

Рассмотрим электрическую схему устройства и ее основные эле­менты.

Принцип работы устройства

Электрическая схема устройства представлена на рис. 1.10.

Микросхема DA1 является конструктивно «залитой» и на печат­ной плате представляет собой каплю твердой композиции с тре­мя выводами. Функция этой микросхемы — выработка импульсов с хаотичной частотой следования и скважностью. Как только на нее поступает питания с помощью замыкания электрической цепи включателем SB1, на выводе 3 DAI «OUT» присутствуют хаотич­ные импульсы положительной полярностью амплитудой 1,5-1,6 В (при нормально заряженных аккумуляторах). Ограничительный ре­зистор R3 ограничивает ток через светодиод HL1, чем осуществляет энергосберегающую функцию устройства в вечернее время.

Импульсы хаотичного порядка с выхода микросхемы поступают в базу транзистора VT3, на котором реализован усилитель тока.

В свою очередь, на транзисторах VT1, VT2 собран фоточувстви- тельный узел (фотореле), управляющее работой усилителя тока

Рис. 1 10. Электрическая схема фонаря с мерцающим светом и автоматической подзарядкой от солнечных батарей

VT2 и светодиода HL1. При ясной погоде или заметной солнечной активности пасмурный день (короче, говоря, в дневное время) сол­нечная батарея на элементах FB1-FB4 является генератором посто­янного тока. Максимальное суммарное напряжение на ее элементах (замеренное у катода диода VD1 и общего провода) не менее 3,4 В. Это напряжение поступает в базу транзистора VT1 (включенного вместе с VT2 по схеме Дарлингтона – с максимальным коэффи­циентом умножения напряжения) через делитель напряжения на резисторах Rl, R4. То есть, пока светло, напряжение на солнечной батарее достаточно для открывания транзистора VT1, и, соответс­твенно, запирания VT2. Через транзистор VT3 ток не течет, свето­диод не мерцает.

Аккумуляторы GB1, GB2 соединенные последовательно, когда SB1 замкнут, заряжаются небольшим током через диод VD1, вторая функция которого – не допустить разряд аккумуляторов в темное время суток через элементы солнечной батареи.

В вечернее (темное) время суток, когда естественного освещения недостаточно для зарядки аккумуляторов, фотореле на транзисто­рах VT1, VT2 разрешает ток через транзистор VT3 светодиод HL1 мерцает, напоминая горение свечи. В этом случае через светодиод течет ток порядка 8 мА.

При погашенном светодиоде устройство практически не потреб­ляет ток. Соответственно, хорошо заряженных аккумуляторов при условии свечения светодиода только в вечернее время и ночью (то есть ХА суток) было бы достаточно на трое суток (примерно, 88 ча­сов).

, Однако, в дневное время аккумуляторы заряжаются, поэтому на практике время работы нового фонаря увеличивается намного и за­висит (в основном) от солнечной активности в дневное время, то есть тока заряда аккумуляторов.

Как правило, фонарь устанавливают в комнате на окне, с тем, что­бы он лучше заряжался днем. На практике, устанавливать фонарь в глубину комнаты, а тем более в темные интерьеры нельзя, так как не удастся получить желаемый уровень зарядки аккумуляторов и заяв­ленные в руководстве (инструкции по эксплуатации) возможности «бесконечной работы, так как ресурс светодиода составляет не менее 100 ООО часов» не соответствуют действительности. Конечно, не из- за светодиода, а просто устройство требует постоянной солнечной энергии для подзарядки, которую в темном углу или помещении будет неоткуда взять, да и аккумуляторы имеют не бесконечный

цикл заряд-разряд. К прочим замеченным недостаткам устройства и путях их локализации подойдем ниже.

На рис. 1.11 представлен вид на монтаж солнечных элементов внутри корпуса.

О                деталях

Устройство комплектуется Ni-Cd аккумуляторами типа АА с но­минальным напряжением 1,2 В и емкостью 700 мА/ч.

Транзисторы VT1-VT3 можно заменить на отечественные при­боры типа КТ312, КТ343 с любым буквенным индексом и анало­гичные.

Рекомендации по улучшению работы

Для улучшения работы устройства, включающего длительную бесперебойную работу в течении нескольких месяцев подряд (а не нескольких суток, как до доработки) необходимо сделать ряд про­стых изменений в схеме.

•  Параллельно диоду VD1 установить еще 2 аналогичных диода

Рис. 111. Монтаж солнечных элементов внутри корпуса

увеличения тока заряда аккумуляторов. Главное, чтобы все три диоды были аналогичными.

• Аккумуляторы заменить на Ni-Mh (это продлит срок их по­лезной эксплуатации) в таком же корпусе АА, но с емкостью от 1400 мА/ч.

• Резистор R4 из схемы удалить. При этом фотореле будет срабатывать раньше, уже при минимальной освещенности и включать светодиод позже (в сумерки), что способствует бо­лее длительному заряду аккумуляторов, тем более с большей емкостью, чем штатные.

• Днем эксплуатировать (как уже было отмечено выше) фонарь лучше в максимально освещенных местах (например, на окне), а к ночи, в преддверии романтического ужина можно перено­сить его уже вглубь комнаты, что придаст атмосфере челове­ческого общения романтичность и оригинальность.

На рис. 1.12 представлены портативные светильники на солнеч­ных батареях с встроенным аккумулятором.

Рис 1.12. Портативные светильники на солнечных батареях с встроенным

аккумулятором

Спектр применения

Спектр применения в быту и на природе солнечных элементов и миниатюрных солнечных батарей на их основе весьма разнооб­разен.

К примеру, 2-3 пластины солнечных батарей, встроенные в плече­вой ремень цифрового фотоаппарата или камеры, не позволят пол­ностью зарядить АКБ устройства, но их вполне хватит на то, чтобы подпитать аккумулятор и не позволить путешественнику остаться без возможности фотографировать на природе, вдали от цивили­зации, где подзарядить миниатюрный АКБ попросту нечем, кроме естественных солнечных лючей.

Для этого ремень крепится к камере обычным способом. От него отводится небольшой провод, который подсоединяется к фотоап­парату через разъем для внешнего питания DC-out. Такой ремень можно использовать для подзарядки аккумулятора в течение 10-12 часов при условии солнечной активности.

Источник: Кашкаров А. П., Ветрогенераторы, солнечные батареи и другие полезные конструк¬ции. – М.: ДМК Пресс, 2011. – 144 с.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты