Фонарик на элементах солнечной батареи и методы его усовершенствования. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

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.

Встречаются 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 подобные 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.

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

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 фоточувствительный узел (фотореле), управляющее работой усилителя тока 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 1/2 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 100 000 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.

Рис.1.11. 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 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 AA, 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 лучей.

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.

Автор: Кашкаров А.П.

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Полезная альтернатива утреннему кофе 12.03.2025

Многие люди не представляют свое утро без чашки крепкого кофе, однако недавнее исследование, проведенное учеными Университета Джорджии, показало, что существует более эффективный и полезный способ взбодриться. Оказывается, обычная лестница может стать отличной альтернативой утреннему кофе, обеспечивая заряд энергии и повышая работоспособность. В эксперименте приняли участие студенты, страдающие от недосыпа, которые были разделены на несколько групп. Одним давали таблетки с кофеином, другим - плацебо, третьим - содовую, а четвертым - предлагали подняться по лестнице в течение 10 минут, преодолев около 30 этажей. Результаты исследования показали, что кофеин, плацебо и содовая не оказали существенного влияния на уровень энергии и работоспособность участников. Однако физическая активность в виде подъема по лестнице привела к значительному повышению бодрости и мотивации. Ученые объясняют этот эффект тем, что физические упражнения стимулируют выработку эндорфинов - гормонов радости, ...>>

Морозоустойчивые натрий-ионные аккумуляторы 12.03.2025

Ученые Сианьского университета Цзяотун добились значительного прогресса в разработке натрий-ионных аккумуляторов, способных функционировать даже в условиях экстремального холода. Эта разработка открывает новые перспективы для использования электроники и транспорта в регионах с суровым климатом. Особенностью новых аккумуляторов является их способность работать при температуре до -40 °C, что делает их идеальными для использования в арктических условиях и в других местах с экстремально низкими температурами. В основе инновационной технологии лежит использование принципов инь и ян - объединение сильных и слабых растворителей. Такой подход позволил ученым создать прототип натрий-ионных аккумуляторов, которые сохраняют до 80% своей емкости даже при сильных морозах. В последние годы натрий-ионные аккумуляторы привлекают все большее внимание как перспективная альтернатива литий-ионным батареям. Доступность сырья и низкая стоимость делают их привлекательными для использования в электро ...>>

Автономный датчик для очистки питьевой воды 11.03.2025

Ученые разработали инновационный биосенсор, способный автономно обнаруживать и уничтожать опасные бактерии кишечной палочки (E. coli) в питьевой воде. Эта технология обещает кардинально изменить методы обеспечения безопасности воды по всему миру. Традиционные методы обнаружения бактерий, такие как культивирование и ПЦР, требуют много времени, специализированного оборудования и квалифицированного персонала. Существующие биосенсоры, хотя и быстрее, зависят от внешних источников энергии и со временем теряют эффективность. Новый биосенсор преодолевает эти ограничения благодаря уникальной трехкомпонентной системе. Ферментативный биотопливный элемент (EBFC) использует глюкозооксидазу для преобразования глюкозы в электроны и перекись водорода, обеспечивая автономное питание датчика. Фермент защищен от деградации с помощью металлоорганического каркаса. Система обнаружения на основе аптамеров (специализированных цепочек ДНК) специфически связывается с E. coli. Это вызывает электриче ...>>

Случайная новость из Архива Квантовый апокалипсис 05.02.2022 Взлом самого сложного на сегодняшний день шифрования занял бы практически целую вечность, но эксперты предупреждают, что с появлением квантовых компьютеров этот процесс может быть сокращен до нескольких секунд. Подобные технологии приведут человечество к потенциально опасному пути, если они попадут не в те руки. "Все, что мы делаем в интернете сегодня, - говорит Харри Оуэн, директор по стратегии компании PostQuantum, - от онлайн-покупок и банковских транзакций до взаимодействия в социальных сетях; все, что мы делаем, зашифровано". Но квантовые компьютеры способны позволить злоумышленникам "очищать банковские счета пользователей, полностью отключая сложные системы защиты", предупреждает Оуэн. Ильяс Хан, исполнительный директор компании Quantinuum, соглашается с мнением коллеги и называет квантовые компьютеры, взламывающие шифрование, "угрозой нашему образу жизни". И хотя до наступления квантового апокалипсиса, вероятно, еще много лет (если он вообще наступит), правительства разных стран уже начинают действовать, чтобы предотвратить развитие худшего сценария. Например, Министерство торговли США недавно внесло в черный список ряд китайских фирм, часть из которых была добавлена из-за их потенциальной способности взламывать традиционные методы шифрования. Исследователи из технологических гигантов, таких как Google и Microsoft, надеются опередить эту тенденцию - они проводят квантовую проверку важных секретных данных. Национальный институт науки и технологий США также надеется выработать единую стратегию защиты важной информации.

Другие интересные новости:

▪ Балун BALF-CC26-05D3 для трансиверов CC26xx

▪ В соседней галактике испаряется планета

▪ LDC0851 - компаратор индуктивности высокой точности

▪ Пластиковый транзистор усиливает биохимический сигнал

▪ Щитовые термостаты серии 7T81 от Finder

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Акустические системы. Подборка статей

▪ статья Задавать перцу кому-либо. Крылатое выражение

▪ статья Почему гуси летят строем? Подробный ответ

▪ статья Конрингия восточная. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Стабилизированный преобразователь напряжения на микросхеме YX8018. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Система охранной сигнализации. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025