Солнечный светильник с резервным аккумулятором

---

Солнечный светильник с резервным аккумулятором в своем составе, и предлагаемый в этой статье к повторению, в основном предназначен для применения в офисах, домах, магазинах, складах, садовых участках и т.д. Устройство обеспечивает экономичный способ использования солнечной энергии. Прибор очень прост в изготовлении и имеет долгий срок службы.

Эффективная экономия электроэнергии — солнечный светильник дневного света

Базовый солнечный светильник, в частности его дневная лампа (SDL) состоит всего из двух частей: фотоэлектрических (PV) панелей и светодиодных матриц. Благодаря простой конструкции, светодиодная лампа СДЛ предлагает наиболее экономичный способ применения солнечной энергии. СДЛ идеально подходит для офисов, в которых мало естественного освещения, и работающих с 9 утра до 5 вечера, прибор обеспечивает свет в течение всего дня.

Однако у этой простой конструкции есть некоторые недостатки, которые приводит к потере энергии в выходные дни, когда офис закрыт. Кроме этого, энергия тратится с восхода солнца до открытия офиса.

Чтобы улучшить использование солнечной энергии лампой СДЛ, здесь предлагается схема частичного резервного питания от батареи. В резервном аккумуляторе сохраняется часть энергии, которая часто остается неиспользованной. Существует компромисс между количеством дополнительной энергии и общей стоимостью системы. Частичное резервное накопление предлагает улучшенное использование СДЛ, при этом солнечный светильник сохранит свою низкую стоимость.

Примечание: Однако, предлагаемую конструкцию нельзя использовать для зарядки аккумулятора от сети переменного тока.

Накопленную таким образом энергию можно использовать при слабом солнечном свете, в пасмурную погоду, а также по вечерам. Энергию, накопленную в выходные дни, можно использовать в будние дни. Эту схему также можно использовать как аварийную лампу.

Солнечный светильник в авторском варианте

Рис. 1: Авторский вариант солнечного светильника с резервным аккумулятором

Согласование напряжения PV и батареи

Фотоэлектрические панели и батареи соответствуют разным стандартам напряжения. Фотоэлектрическая панель на 12v генерирует 17,5v в точке максимальной мощности, а свинцово-кислотная батарея рассчитана на номинальное напряжение 12v. Сочетание фотоэлектрических панелей и батарей обеспечивает хорошее совмещение.

Если две фотоэлектрические панели на 12v соединены последовательно, общее фотоэлектрическое напряжение, генерируемое в точке максимальной мощности (Vmp) составит = 17,5×2=35v.

А при трех последовательно соединенных свинцово-кислотных аккумуляторах на 12м, номинальное напряжение аккумуляторной батареи (Vb) будет = 12×3=36v.

Таким образом, мы видим, что номинальное напряжение аккумуляторной батареи и напряжение фотоэлектрических панелей почти совпадают. Хотя может быть и небольшое рассогласование в напряжениях в зависимости от состояния заряда аккумулятора, поэтому такой момент нужно учесть при проектировании схемы.

Вышеупомянутая комбинация приведена в качестве примера. Пользователи могут изучить другие варианты в зависимости от своих потребностей в электроэнергии и своего бюджета. Мощность можно определить по характеристикам фотоэлектрических панелей и батарей, как показано в таблице 1.

Схема солнечного светильника и необходимые компоненты

Принципиальная схема солнечного светильника с резервным аккумулятором показана на рис. 2. Он построен на двух P-канальных MOSFET IRF9540 (IRF1 и IRF2), транзисторе BC556 (T1), трех транзисторах BC546 (T2-T4), двух 10 ваттных фотоэлектрических панелях (PV1 и PV2). Также в составе светильника имеются три батареи BATT.1 — BATT.3 = 12v,7 Ач, три белые светодиодные матрицы (LED1 — LED33), потенциометр на 1 кОм (VR1), два переключателя DPDT (S1 и S2 ) и несколько других компонентов.

Рис.2: Принципиальная схема солнечного дневного светильника с резервным аккумулятором

Режимы работы. Лампа состоит из трех светодиодных матриц (L1, L2 и L3), которые размещены в трех алюминиевых Т-образных каналах (см. Рис. 3). Все три светодиодные матрицы подключены параллельно резистору в каждой матрице. Обратите внимание, что значения резисторов R1, R2, R3 и R4, указанные в этой конструкции, являются лишь примерами. В зависимости от длины кабеля, используемого в системе, эти значения, возможно, придется немного изменить для достижения оптимальной производительности.

Рис.3: Три светодиодные матрицы, размещенные в трех алюминиевых Т-образных каналах

Три свинцово-кислотные батареи (BATT.1, BATT.2 и BATT.3) соединены последовательно. Предохранитель F1 подключен между BATT.2 и BATT.3. В авторском варианте на рис.1 показан аккумуляторный блок (BATT.1 — BATT.3), установленный на едином основании. Небольшая печатная плата в верхней части батарейного блока используется для установки предохранителя.

Предлагаемая схема солнечного светильника работает в следующих трех различных режимах:

1. Режим дневного света
2. Режим зарядки аккумулятора
3. Лампа включена (питание от батареи)

Два двухпозиционных переключателя (DPDT) S1 и S2 используются для изменения режимов работы схемы. Полевой транзистор IRF1 MOSFET предназначен для отключения цепи, когда батареи полностью заряжены, а IRF2 MOSFET применяется для отключения цепи, когда батареи полностью разряжены.

Режим дневного света

В этом режиме фотоэлектрическое напряжение, генерируемое панелями, напрямую подключается к лампе. Для этого установите переключатель S1 в положение «дневной свет». Светодиодные матрицы L1, L2 и L3 включаются, и никакая другая часть схемы при этом не получает питания. Детали конструкции лампы показаны в таблице 2.

Режим зарядки аккумулятора

Для зарядки аккумулятора S1 перемещается в положение «батарея», а S2 — в положение «зарядка». Свечение светодиода LED35 указывает на режим зарядки аккумулятора. В этом режиме ток панели проходит через IRF1, D1 и батарею.

Чтобы гарантировать, что IRF1 включен, цепь, содержащая D6, ZD3 и VR1, подключена к PV+ переключателями S2B и S1B. Если напряжение батареи меньше 36,7v, Т3 отключается. Ток, протекающий через резистор R15 и LED35, включает транзистор T4. Это снижает напряжение затвора IRF1 по отношению к выводу истока. Следовательно, IRF1 включается.

Когда батареи полностью заряжены, напряжение на VR1 включает T3, а IRF1 отключается. VR1 используется для установки напряжения для зарядки аккумуляторов. Назначение диода D1 — предотвратить обратный ток батареи, когда фотоэлектрическое напряжение недоступно. Солнечные панели могут генерировать напряжение холостого хода около 40v. Следовательно, можно заряжать батареи до 39v.

Режим включения лампы

В этом режиме лампа включается, используя питание от батарейного блока (BATT.1 — BATT.3). Когда S2 переводится в положение «лампа включена», батарейный блок подключается к лампе через резистор R4 и IRF2. В это время LED34 начинает светится, указывая на то, что лампа горит. Когда напряжение батареи снижается, падение на R4 уменьшается, вызывая отключение IRF2.

Рис. 4: Авторский вариант печатной платы с разными секциями

Тестирование конструкции

Схема печатной платы солнечного светильника с резервной батареей в натуральную величину показана на рис. 5, а расположение ее компонентов — на рис. 6. После сборки схемы на печатной плате, подключите фотоэлектрические панели, светодиодные матрицы и батареи.

Рис.5: Схема печатной платы солнечного светильника с резервным аккумулятором

Загрузите PDF-файлы с макетами печатных плат и компонентами: нажмите здесь

На рис. 7 показаны две фотоэлектрические панели, установленные на алюминиевых рамах, которые следует размещать там, где в течение дня доступен солнечный свет. Обычно провод/кабель, подключаемый от фотоэлектрической панели к цепи бывает очень длинным, поэтому следует использовать кабель с поперечным сечением не менее 1кв/мм. Но если провод от печатной платы к лампе короткий (менее 3 метров), можно использовать обычный провод.

Рис.7: Две фотоэлектрические панели мощностью 10 Вт (размер: 600 мм × 350 мм)

Вечером перед выходом из офиса и в выходные дни установите режим зарядки аккумулятора.

Примечание: вместо использования отдельных светодиодов мощностью 1 Вт вы можете использовать светодиодные матрицы в металлической оболочке, которые обычно используются в светодиодных лампах и ламповых светильниках.