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创意小制作-太阳能庭院灯

作者:天天彩票 发布时间:2020-05-04 05:53

  说起庭院灯,大家的脑海里马上就会浮现出居民小区里的路灯或花园、草坪上的夜间照明灯等。其实一些有私家花园、屋顶花园或庭院的住户,也可以安装外形美观的庭院灯。

  动手制作一盏(或多盏)如图2-1所示的太阳能庭院灯,把它如题图所示布置在庭院或花园、草坪上,用于夜晚的弱光照明,既时尚美观、实用有趣,又节能环保。其最大特点是不需要连接市电电源,安装非常方便,且不需要付电费。每晚天黑后这种庭院灯会自动点亮,早上天亮后又自动熄灭,省心、省钱!

  太阳能庭院灯的电路如图2-2所示,它由太阳能电池板BP、镍氢电池G、超高亮度发光二极管VD2以及晶体三极管VT1、VT2等构成的光控开关电路组成。

  白天,太阳光照射到太阳能电池板BP上,BP表面即发生光伏效应,其两端输出一定功率的电能,通过隔离二极管VD1后,给镍氢电池G充电。此时,并接在太阳能电池板BP两端的分压电阻器R1、R2亦有电流通过,R2两端电压降大于0.65V,晶体三极管VT1获得合适偏流导通,VT2因基极和发射极被VT1短路而处于截止状态,超高亮度发光二极管VD2无电不发光。夜晚,太阳能电池板BP因无光照射而停止输出电能,晶体三极管VT1失去偏压而截止, VT2通过电阻器R3从镍氢电池G两端获得足够偏流而导通,超高亮度发光二极管VD2即通电自动发光。

  以上过程周而复始:镍氢电池G白天被充电、夜晚自动放电,而超高亮度发光二极管VD2则白天熄灭、晚上点亮,从而实现了无人控制自动照明。

  电路中,太阳能电池板BP既作为光电转换器件为镍氢电池G充电,又作为光传感器控制电子开关电路工作,一物两用,既简化了电路,又降低了成本。晶体二极管VD1为隔离二极管,它只允许太阳能电池板BP对镍氢电池G充电,不允许镍氢电池G反过来通过太阳能电池板BP放电(无光照时),更不允许镍氢电池G 通过分压电阻器R1和R2放电,使光控开关电路失效——超高亮度发光二极管VD2永远无法点亮。

  该制作总共用了11个电子元器件,其实物如图2-3所示。为方便读者备齐元器件,特列出表2所示的元器件清单。

  BP选用开路电压4.56V、短路电流达70mA、外形尺寸是60mm×60mm×3mm的单晶硅太阳能电池板,其构成如图2-4所示。该产品由8片面积为52mm×5.5mm的单晶硅片串联组成,出厂时已贴附在环氧基板上,并在表面封涂了一层多酚树脂加以保护;板的背面焊引出两根塑料软电线,其中红色为电池的正极引线,黑色为电池的负极引线。一般来讲,其他尺寸或规格的太阳能电池板,只要开路电压达到4.5V、短路电流达到70mA,均能够代替使用。

  太阳能电池板的功率输出能力与其面积大小密切相关,面积越大,在相同光照条件下的输出功率也越大。太阳能电池板的优劣主要由开路电压和短路电流这两项指标来衡量。业余测试方法参见图1-5,将太阳能电池板放在太阳光直射的环境下,用万用表测出两端输出电压,即可认为是开路电压;再将万用表直接跨接在太阳能电池板两端测出输出电流,即认为是短路电流。

  晶体管VT1、VT2均选用9014(集电极最大允许电流ICM=0.1A,集电极最大允许功耗PCM=310mW)或3DG8型硅NPN小功率三极管,要求电流放大系数β≥100。

  VD1用1N4148型硅开关二极管;VD2宜用φ5mm或φ10mm散射型超高亮度黄色发光二极管,其典型正向工作电压为1.8~1.95V(工作电流为20mA时测试),最大工作电压为2.5V,外形和引脚极性识别方法跟普通发光二极管完全一致。需要向读者说明的是:超高亮度白色发光二极管不适合在这里应用,因为它的典型工作电压高达2.8~3.6V,而镍氢电池G的供电电压只有2.4V,所以将白色发光二极管接入电路后是不会被点亮发光的。

  R1~R3全部采用RTX-1/8W型碳膜电阻器,标称阻值依次为22kΩ、100kΩ和2kΩ。

  G用两节HR6型(5号)、公称电压1.2V、容量≥600mAh的镍氢电池串联而成,为方便安装应配上合适的塑料电池架。G也可用两节5号、容量≥600mAh的镍镉电池串联而成,但由于镍镉电池存在较为严重的记忆效应,实际使用效果远不如镍氢电池。

  整个太阳能庭院灯的制作,可划分成电路板的制作、外壳的选配、灯体的组装、电路的检测与调试4大步骤来完成。

  图2-5所示为该太阳能庭院灯的印制电路板接线图。注意:铜箔及焊接面朝读者,元器件在印制电路板的背面。印制电路板实际尺寸约为55mm×18mm,可用刀刻法制作而成。图2-6(a)所示是已制成的印制电路板实物图,图2-6(b)所示是焊接好元器件(注意:太阳能电池板BP暂不焊接)的印制电路板实物图。

  业余条件下,制作成功太阳能庭院灯的最大难点在于无法获得既美观、又实用的外壳,尤其是理想的灯罩。笔者费了很大的精力和时间,通过用多种材料对比试验,终于找到了一种比较满意的方案:采用如图2-7所示的市售容量为1.5升饮料空瓶进行加工改造,其大小合适、瓶体塑料无色透光性较好、改造后的形状比较美观,从而较好地解决了这一难题。饮料瓶的加工改造及整体装配示意图如图2-8所示。

  首先,按如图2-9所示对饮料瓶进行加工改造。具体可对照图2-8(a)所给定的尺寸,在饮料空瓶上用铅笔或小刀画出两根同心圆切割线,用剪刀截掉瓶体中间一段不用,使保留的瓶底座部分能够正好套在瓶口部分。

  其次,按照如图2-10所示,给饮料瓶盖装上一段外径约16mm、长约80cm的电工用UPVC阻燃型硬塑料穿线管(建材商店有售),作为灯体支撑插杆。具体可先按如图2-10(a)所示,将所选塑料管的一端扣压在饮料瓶盖的中间位置,用铅笔沿管口在瓶盖上画出一个圆圈;再按如图2-10(b)所示,用加热的电烙铁头沿所画圆圈的里侧(注意:保持2mm距离)“切割”出小圆孔;按如图2-10(c)所示,用小尖嘴钳头用力“钻”小圆孔(要点:一边用力往小圆孔里顶小尖嘴钳,一边不停地旋转尖嘴钳),使小圆孔的口径扩大至铅笔所画出的圆圈;接着按如图2-10(d)所示,将塑料管一端插入瓶盖所开的圆孔;然后按如图2-10(e)所示,用热熔胶粘固瓶盖里外与塑料管的接合处,使塑料管和制成以后的灯体能够通过拧紧的瓶盖牢固为一体。

  最后,按照如图2-11所示,将塑料管的另一端用锋利的美工刀削割成斜截面,以便在实际使用中能够很容易地插进泥土中去。

  首先,按照如图2-12所示,在饮料瓶的底座上固定并密封太阳能电池板BP。具体可按如图2-12(a)所示,在饮料瓶底的中心位置处用电烙铁烫开一个穿线(b)所示,从外向里穿入太阳能电池板BP的两根引线(c)所示,用热熔胶(如无热熔胶枪可直接用电烙铁加热热熔胶棒)将太阳能电池板BP粘固在底座外面。为了防止使用中雨水浸湿内部电路板等,太阳能电池板BP的引线入口处及其板体四周均应全部用热熔胶密封起来才行。

  或许有的读者要问:为何不将太阳能电池板BP直接装入灯罩内呢?这样不但安装起来省事,而且有效解决了雨淋水湿问题!我要回答的是:尽管这样太阳能电池板BP能够工作,但实践证明塑料灯罩对光线具有反射和吸收作用,将会影响太阳能电池的转换效率,所以不推荐这种安装方案。

  其次,按照如图2-13所示,在饮料瓶的底座内固定印制电路板和塑料电池架(用于装镍氢电池G)。具体可按如图2-13(a)所示,在分清太阳能电池板两根引线的正、负极极性后,将线头正确焊接在印制电路板上;按如图2-13(b)所示,用热熔胶将塑料电池架和印制电路板粘固在饮料瓶的底座内;为了美观,可按如图2-13(c)和图2-13(d)所示,在饮料瓶底座的内壁衬上φ86mm×50mm的有色硬卡纸圈,使人从外边看不到里面的电路部分。

  最后,进行灯体组装。按照如图2-14(a)所示,将两节充有电的镍氢电池G放入饮料瓶底座腔内的电池架上去,并按图2-14(b)所示,将饮料瓶的底座部分套在瓶口部分。组装好的灯体如图2-14(c)所示。

  装配成的太阳能庭院灯,只要元器件质量有保证,焊接无误,电路无需任何调试,便可投入使用。当白天用手(或黑布等)完全蒙住太阳能电池板BP时,灯内超高亮度发光二极管VD2会自动发光;移开手(或取掉黑布)时即会自动恢复熄灭状态,这可用来判断和检验太阳能庭院灯的工作是否正常。

  如果发生天还没有完全黑或阴雨天灯就亮的现象,可通过适当减小电阻器R1的阻值来加以调整;反之,如果天黑了灯还不亮,可通过适当加大电阻器R1的阻值来加以调整。如果灯始终发光,说明不是晶体三极管VT1的引脚接反,便是所用管子的电流放大系数β值太小,应予以纠正或换用β值大的管子一试;如果灯始终不发光,可重点检查晶体三极管VT2、超高亮度发光二极管VD2的引脚是否接反,电阻器R3是否开路等,并予以排除。

  该太阳能庭院灯发光时工作电流实测约为20mA,一般晴天充上电后,连续照明一个晚上是没有任何困难的。在连续晴天后遇到一天阴雨天,可正常照明不中断;如果遇到数日阴雨天,镍氢电池G会充电不足,当它供电电压下降至2V以下时,超高亮度发光二极管VD2会自动停止发光,从而避免了镍氢电池G过放电。实验证明,对于容量是600mAh的镍氢电池G,在充足电后可连续点亮VD2长达30h。

  使用时,将太阳能庭院灯插在院子或花园的草坪上,注意避开遮挡太阳光的物体或花木,做到白天太阳光尽可能长时间地直射到灯顶面的太阳能电池板即行。图2-15所示是笔者在自家四合院内实际使用时的效果图。由于太阳能电池板上落有灰尘等时,会影响光电转换效率,所以还要注意定期做好清洁工作。


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