Kompletne vrtne svetilke, katere uporabljajo solarne celice kot vir energije, postopoma postajajo vse bolj vsakdanje. Kako v resnici delujejo? Razdrli smo eno svetilko, da bi to ugotovili.
AX elektronika d.o.o.
Veliko razlogov je za uporabo takšnih svetilk s solarnim napajanjem. Lepo je, da nam energijo, potrebno za delovanje luči, katera deluje čez noč, daje sončna svetloba, ki je brezplačna tekom dneva. Takšna luč je zelo praktična, ker jo lahko postavimo kjer koli, ne da bi pri tem morali prekopavati vrt, travnik ali med rožicami. Lahko svobodno izberete najboljše mesto za postavitev vrtne lučke, to pa z normalnimi lučmi ni bilo mogoče.
Ta vsebina je samo za naročnike
Iz česa je sestavljena ena takšna vrtna lučka? Nekaj elementov je nujno potrebnih, da bi takšna luč delovala.
Jasno je, da moramo imeti žarnico in nekaj solarnih celic. Žarnice ne bomo napajali neposredno iz solarnih celic, tako da moramo imeti tudi akumulatorje ter primerno vezje za polnjenje akumulatorjev. Prav tako moramo luč vklopiti ob primerni zatemnitvi (sveti naj samo ponoči), za to pa moramo imeti primeren senzor s fotocelico. Da bi se luč izklopila, ni potrebno imeti posebnega vezja. Izklopila se bo, ko se izpraznijo baterije. Nekateri bolj luksuzni primeri imajo majhne fluorescenčne žarnice namesto navadne žarnice. V tem primeru nujno potreben pretvornik napetosti. Model, katerega smo preučevali, je imel majhno halogensko žarnico 2.5 V/75 mA in pretvornik ni bil potreben. Kar se tiče elektronike, stvar se je bistveno poenostavila.
Enostavnost zmaguje
Naša vrtna svetilka je sestavljena iz enostavne plastične konstrukcije. Osem solarnih celic je razporejenih na zgornjem delu, v notranjosti pa se nahaja majhna halogenska žarnica, dve NiCd celici za baterijske svetilke in majhno tiskano vezje za elektroniko. Kot je razvidno s slike 1, v notranjosti ni veliko tega.
Izkazalo se je, da je tudi elektronika zelo enostavna. Slika 2 nam kaže podobo celotnega tiskanega vezja. Stikalo za »temo« se nahaja na levi strani, njegov izhod pa nadzira luč preko tranzistorja T4. Desno se nahaja on/off stikalo, dioda in osem solarnih celic.
Polnjenje
Tekom dneva, ko je intenziteta svetlobe dovolj velika, solarne celice v idealnih pogojih dajejo napetost od 8 x 0,45 V, tok pa je odvisen od fizične velikosti celice in je v tem primeru okoli 140 mA. Čim manj je svetlobe, manjši je tok. Vezje za polnjenje ima samo eno shottky diodo (D1). Tok, katerega dajejo solarne celice, teče skozi diodo (padec napetosti na njej je med 0,3 in 0,4 V) in polni NiCd celice.
Zaščita pred preveliko obremenitvijo ne obstaja, ker pravzaprav niti ni potrebna. NiCd celice lahko zdržijo kontinuiran tok polnjenja, ki je enak 1/10 kapacitete (v našem primeru je to 60 mA), moderne celice so še boljše in brez težav prenesejo tudi dvakrat večje tokove. Prednost uporabe nekaj večjega toka polnjenja je ta, da se bodo baterije napolnile do konca tekom nekaj sončnih dni, nekaj polnjenja pa bo tudi ob oblačnem vremenu, pa tudi med zimo. Solarne celice so izvori napetosti, ki so odvisni od intenzitete svetlobe.
Napetost je odvisna od bremena, nikoli pa ni večja od 0,45 V po celici.
Za polnjenje dveh NiCd celic potrebujemo napetost okoli 2,8 V. Ko temu dodamo padec napetosti na diodi D1, pridemo do potrebnih 3,2 V, to pa po celici znaša 0,4 V.
Polnjenje je neprekinjeno in se dogaja tudi, če je stikalo S1 izklopljeno. Pri prvem polnjenju je pomembno, da se obe NiCD celici popolnoma napolnita. V nasprotnem primeru obstaja možnost, da se ob praznjenju ena celica izprazni prej kot druga. Ko boste pripravljali luč za prvo uporabo, jo pustite z izklopljenim stikalom S1 najmanj en dan na zelo sončnem vremenu, če pa je oblačno, jo pustite nekaj dni.
Delovanje
Ko je stikalo S1 izklopljeno, razlika potenciala deluje na del vezja, ki ima žarnico.
S pomočjo fotoupora LDR določamo, ali je zunaj tema ali dan. Tekom dneva bo upornost fotoupora LDR majhna, napetost na bazi tranzistorja T1 je nizka in tranzistor ne prevaja. Zaradi tega so izklopljeni tranzistorji T2, T3 in T4 in žarnica ne sveti. Ko pade tema, se upornost LDR-a se zviša, zaradi tega naraste napetost na bazi tranzistorja T1. Ko ta napetost doseže 0,65 V, začne tranzistor T1 prevajati. Zaradi tega tudi tranzistorji T2, T3 in T4 postanejo prevodni in žarnica začne svetiti. T1 dobi tudi dodaten tok preko upora R4 in se pozitivno preklapljanje dogaja, ko se vezje nahaja na »robu«. Temu rečemo histereza. To pomeni, da je meja postavljena tako, da nivo osvetlitve upade malo, preden se luč spet znova vklopi, in obratno. S tem smo dosegli imunost sistema na motnje, katere bi lahko nastale zaradi oblakov, insektov itn.
Luč bo svetila vse dokler je temno ali pa dokler se ne izpraznijo baterije. Kapaciteta polne baterije je okrog 500 mA, kar je dovolj, da bela LED dioda sveti vso noč. Čez zimo se baterije ne bodo napolnile do konca zaradi premalo svetlobe.
Ko se baterije izpraznijo, napetost pade. Ko napetost pade pod 1,25 V, tranzistor T2 in T3 prenehata prevajati, ker sta baza in emitor redno povezana. Zaradi tega se luč izklopi in praznjenje se preneha.
Koliko traja?
NiCd baterije po navadi lahko zdržijo okrog 500 do 1.000 polnjenj in praznjenj. Po dveh ali treh letih neprekinjene uporabe bomo morali NiCd celice zamenjati, kar pa glede na ceno niti ne bo problem.
Povzeto po reviji Infoelektronika
