Фонарь с ионистором и зарядкой от солнечных батарей

Практически любой автономный источник света требует регулярной замены расходуемых компонентов. Исключение составляют некоторые источники тока на основе радиоактивных элементов, применение которых ограничено. Обычному электрическому фонарю требуется регулярная замена элементов питания. Даже если в фонаре используется аккумулятор или аккумуляторная батарея, их ресурс ограничен, поэтому после определённого числа циклов зарядки и разрядки они деградируют и требуют замены. К сожалению, даже просто срок хранения неиспользуемого аккумулятора ограничен. В настоящее время выпускаются ионисторы, которые хотя и не дотягивают по удельной ёмкости запасаемой энергии до аккумуляторов, но всё же серьёзным образом превосходят обычные оксидные конденсаторы. При этом число циклов зарядки и разрядки для ионистора в сравнении с аккумулятором практически неограничено. Так что на основе ионистора достаточной ёмкости можно сделать фонарь с приемлемыми характеристиками.

Схема такого фонаря представлена на рис. 1. Для достижения максимально возможной полной автономности фонарь получает энергию от включённых параллельно солнечных батарей GB1 и GB2. Батарея GB1 имеет габариты 80x55 мм, номинальное напряжение 6 В и номинальную мощность 0,6 Вт.

Рис. 1.

Габаритные размеры батареи GB2 - 60x60 мм, номинальное напряжение - 5,5 В, номинальная мощность - 0,44 Вт. Следует отметить, что параметры батарей указаны ориентировочно, и при изготовлении фонаря следует ориентироваться на предполагаемую конфигурацию используемого корпуса фонаря, в котором планируется размещать солнечные батареи. Для предотвращения разрядки ионистора С1 (серия Green Cap EDLC (DB)) через солнечные батареи при их затенении в цепь батарей GB1 и GB2 включены диоды Шоттки VD1 и VD2. Одним диодом обойтись нельзя, так как при эксплуатации может сложиться ситуация, когда одна из батарей освещена, а вторая находится в тени. Это приведёт к тому, что ЭДС второй батареи сильно упадёт, а значит, освещённая батарея станет источником тока, а затенённая - нагрузкой.

Энергия, преобразованная солнечными батареями из световой в электрическую, запасается в ионисторе C1 с номинальными ёмкостью 500 Ф и напряжением 2,7 В. В положении переключателя, показанном на схеме, параллельно ионистору включён светодиод синего свечения HL1 (GNL-5013UBD-TL). Этот светодиод служит индикатором и ограничителем напряжения на выводах ионистора. По мере зарядки ионистора напряжение на его выводах постепенно увеличивается, и светодиод HL1 должен быть подобран так, чтобы даже при длительном нахождении солнечных батарей под прямыми солнечными лучами напряжение на выводах ионистора не превысило максимально допустимое значение. Кроме этого, ярко светящийся светодиод HL1 служит индикатором полной зарядки ионистора [1].

Для того чтобы переключить фонарь из режима зарядки в рабочий режим, надо переключить двухпозиционный одноклавишный переключатель SA1. Можно применить переключатель на два положения и два направления. Например, MRS-202-3C7 или аналогичный,подходящий по конструкции, дающий возможность одновременно переключать две группы контактов. При переключении в рабочий режим солнечные батареи и светодиод HL1 отсоединяются от плюсового вывода ионистора, а вместо них подключается светодиод белого свечения EL1 (TDS-P001L4U15), который можно включить/выключить с помощью выключателя SA2 (SMRS-101-1C2 или аналогичный). Последовательно с этим светодиодом включён резистор R1 (МЛТ, С2-23).

Рис. 2.

Рис. 3.

Конструктивной основой ионисторного фонаря послужил корпус аккумуляторного светодиодного фонаря "Яркий луч LA-1W", из которого были удалены все внутренние компоненты, кроме светодиодного рефлектора (рис. 2). Для размещения ионистора C1 пришлось удалить часть пластиковых держателей аккумуляторной батареи.

На месте торцевой светодиодной панели и на её крышке были размещены солнечные батареи (рис. 3), которые в режиме зарядки должны быть раскрыты и размещены так, чтобы по возможности лучи солнечного света падали перпендикулярно их поверхности. В рабочем режиме батареи можно сложить для уменьшения габаритов корпуса.

Рис. 4.

Рис. 5.

Переключатель SA1 размещён на том месте, где в фонаре "Яркий луч LA-1W" располагался разъём для подключения сетевого шнура питания, необходимого для питания встроенного зарядного устройства (рис. 4). Клавишный выключатель SA2 размещён в рукоятке фонаря на месте штатного выключателя (рис. 5). Светодиод HL1 установлен на месте штатного светодиодного индикатора, для чего отверстие было рассверлено додиаметра 5 мм (рис. 6). Светодиод EL1 размещён на штатном месте в центре параболического рефлектора (рис. 7).

Рис. 6.

рис. 7.

В этом устройстве потребуется подборка подходящего светодиода HL1, который должен открываться по мере зарядки ионистора и не давать напряжению на ионисторе превысить 2,6...2,7 В после длительной зарядки под прямыми солнечными лучами. Фонарь требует полной зарядки в течение 4...5 ч, хорошо подойдёт залитый солнечным светом подоконник закрытого окна. После этого фонарь может работать непрерывно примерно 2 ч (рис. 8) При этом яркость свечения светодиода EL1 постепенно убывает.

Рис. 8.

Автор: Д. Лекомцев, г. Орёл