من المؤكد أن الكثيرين تمكنوا بالفعل من اللعب بما يكفي مع الفوانيس الشمسية الصينية وخاب أملهم فيها. دعنا نحاول معرفة السؤال: ما سبب انخفاض سطوعها وهل هناك أي شيء يمكنك القيام به حيال ذلك؟

الألواح الشمسية

أولاً ، دعنا نقارن الألواح الشمسية من المصابيح الكهربائية. اخترت ثلاثة مصابيح يدوية ، الأول يأتي من Aliexpress ، والثاني تم شراؤه منذ حوالي 3 سنوات في العالم ، والثالث تم شراؤه هذا العام في Leroy:



كما ستشارك في المقارنة ثلاث لوحات شمسية بأحجام Aliexpress 56.8x56.8 ملم و 60x65 ملم:



وبطارية شمسية مستديرة قطرها 82 مم:



ليس لدي حمل إلكتروني ، لذلك سأختبر استخدام بطارية بسعة 1600 مللي أمبير / ساعة تم تفريغها مسبقًا ، ثم يتم شحنها إلى 500 مللي أمبير / ساعة. في اختبار تجريبي على مثل هذه البطاريات الثلاث المتطابقة ، واحدة مفرغة بالكامل ونصف مشحونة ومشحونة بالكامل ، لم يختلف الفرق في تيار الشحن بشكل كبير. بالتناوب ، قم بتوصيل جهاز القياس المتعدد بقطع الأسلاك في بطاريات مصباح يدوي وقياس تيار الشحن.

اشترى مصباح يدوي الشمسية على Aliexpress:



اشترى المصباح الشمسي في العالم:


شراء مصباح يدوي يعمل بالطاقة الشمسية في ليروي:



وبالمثل ، نقيس تيار الشحن من الألواح الشمسية ، ونوصلها من خلال اللوح من المصباح الذي مات فجأة تحت قدم شخص ما.

البطارية الشمسية 56.8 × 56.8 مم:



البطارية الشمسية 60x65 مم:



بطارية شمسية بقطر 82 مم:



تم إجراء القياسات كقاعدة مع فاصل زمني لمدة ساعة واحدة ، تم حساب نتائج القياس المفقودة للجداول لشهري يونيو وأغسطس بناءً على ارتفاع الشمس فوق الأفق. يوضح الرسم البياني أدناه القيم المحسوبة للحد الأقصى لشحن البطارية يوميًا:



كما يتبين من الرسوم البيانية ، تتوافق الطاقة المتراكمة يوميًا بواسطة الفوانيس الصينية مع استهلاكها الحالي ، وترد نتائج القياس أدناه في هذه المقالة. وإذا تم تجميع المصباح على أساس الألواح الشمسية مع Aliexpress ، فيمكن زيادة استهلاكه تقريبًا بأمر من الحجم ، ليصل إلى 60 ... 100 مللي أمبير. من الجدير بالذكر أيضًا أن هذا الرسم البياني يعتمد على الظروف المثالية للبطارية الشمسية ، أي غياب الغيوم والتظليل من الأشجار أو المباني. على سبيل المثال ، مصباح يدوي يشحن في مكان مفتوح بتيار 60 مللي أمبير:



عند التظليل من برقوق صغير:



ينتج نصف الشحن الحالي ، والذي يجب أخذه في الاعتبار عند وضع الكشافات على الأرض:



والآن حول الخصائص السلبية للبطاريات المصنوعة من رقائق السيليكون الكريستالية. في معظم الحالات ، تكون هذه البطاريات قاعدة getinax ، حيث يتم توصيل اللوحات الفوتوغرافية عن طريق اللحام باستخدام قضبان التوصيل ومليئة بمركب شفاف قائم على غراء الإيبوكسي. في الصورة ، قضى الفوانيس موسمان:



بمرور الوقت ، من الإشعاع الشمسي ، ينهار سطح البطارية الشمسية ، وعندما يدخل الماء ، يصبح مطليًا باللون الأبيض ، وهو بالطبع ليس له تأثير إيجابي على كفاءة البطارية الشمسية. في الصورة أدناه ، نفس الكشافات بعد موسم آخر:



يمكن أن ينقذ التلميع الموقف ، على سبيل المثال ، باستخدام معجون GOI ، أو في الحالات القصوى ، يمكنك نقع البطارية الشمسية في الماء الدافئ ، ثم تنظيف اللوحة باستخدام فرشاة أسنان قديمة ، ويفضل باستخدام مسحوق الأسنان. فيما يلي صورة لنفس الفوانيس الشمسية بعد التنظيف.



في الصورة ، قضت البطارية من Aliexpress 56.8x56.8 ملم ، موسمين وقضت عدة ساعات في الماء:



نفس البطارية بعد تنظيف الأسنان بالفرشاة:



كما تظهر الممارسة ، فإن الكفاءة بعد استعادة هذا التنظيف بالكامل تقريبًا ، يكون اختبار البطارية الجديدة أقل:



والبطاريات بعد التنظيف:



الفرق هو 5 مللي أمبير فقط ، والذي يمكن أن يُعزى جزئيًا إلى الاختلاف في معلمات الخلايا الشمسية في الدفعة. من الجدير بالذكر أيضًا أن المركب الشفاف المستخدم في هذا النوع من الألواح الشمسية لا يقاوم الكحول والمذيبات وإذا قمت بمسح البطارية الشمسية معها ، يبدأ المركب في الانهيار والتبييض على الفور تقريبًا.

أيضا هناك ألواح شمسية مصنوعة من السيليكون متعدد البلورات مغلفة بالبولي إيثيلين:



كما أظهرت الممارسة ، هذا هو الحل الأكثر عملية ، في الصورة المستخدمة للبطارية في مصباح يدوي يعمل بالطاقة الشمسية لمدة 4 مواسم بالفعل!

المخططات

الآن دعونا نتحدث عن الملء الإلكتروني للفوانيس الشمسية. لن يتم النظر في مخططات المحولات بسبب تعقيد تصنيعها. تم بناء إلكترونيات الجيل الأول من الفوانيس الشمسية على عناصر منفصلة. يتم عرض ثلاث دوائر كلاسيكية في الأشكال أدناه ، وإذا نظرت عن كثب ، يمكنك أن ترى أن عقدة محول التعزيز نفسه متطابقة تقريبًا تمامًا وأن الاختلافات الرئيسية هي فقط في طريقة تحليل الإضاءة وتشغيل مصابيح LED. في الدائرتين الأوليين ، يتم استخدام مقاومات ضوئية إضافية لتحليل الإضاءة ، وفي الدائرة الثالثة ، يتم استخدام البطارية الشمسية مباشرة كمستشعر للضوء ، ويتم توصيل LED بالتوازي مع مكثف مدمج يخفف العواصف ، ولكن المزيد عن ذلك لاحقًا.


مخطط 1


مخطط 2


مخطط 3

تعتمد الفوانيس الشمسية الحديثة بشكل أساسي على الرقائق الصينية لعائلات YX8XXX و QX5252 و ANA618. تنتج الشركات المصنعة المعروفة أيضًا ، على سبيل المثال الثنائيات ، دوائر صغيرة مشابهة ، ولكن نظرًا لحقيقة أنها من المحتمل أن تكلف أكثر بكثير من الدوائر الصغيرة الصينية ، فمن غير المرجح أن نلبيها في الأضواء الكاشفة. بشكل أساسي ، يعلن مصنعو هذه الدوائر المصغرة أن كفاءة الدائرة الدقيقة ليست أسوأ من 85 ٪ ، ويتم تعيين متوسط ​​التيار من خلال LED بواسطة قيمة الحث ، ولكن الشركات المصنعة في أوراق البيانات تطبيعه بشكل مختلف - البعض يعطي متوسط ​​التيار من خلال LED (الدوائر 4 ، 7) ، والبعض الآخر يستخدم الاستهلاك الحالي من البطارية (الدوائر 5 ، 6).

من الضروري أيضًا توضيح أنه في الفوانيس الصينية ، يتم استخدام محاثات من النوع - EC-24:



هذا هو محث منخفض الطاقة وغير مكلف ، مع مقاومة داخلية كبيرة نسبيًا ، مما يقلل بالطبع من كفاءة المحول.




مخطط 4




مخطط 5




مخطط 6




مخطط 7

الفوانيس الشمسية - ما بالداخل؟

أظهر تشريح الجثة أنه في المصباح ، الذي تم شراؤه في العالم ، يتم استخدام رقاقة YX8018:



محاثة 136 μH:



استهلاك مصباح يدوي من مصدر 1.27 فولت هو 6 مللي أمبير:



يستخدم مصباح Leroy شرائح ANA618:



محاثة 210 μH:



استهلاك مصباح يدوي من مصدر 1.27 فولت هو 5 مللي أمبير:



وفي مصباح يدوي من Aliexpress ، يتم استخدام الدوائر المصغرة من نوع اللطخة الصينية الشهيرة:



الحث 342 indH:



استهلاك مصباح يدوي من مصدر 1.27 فولت هو 11 مللي أمبير:



تشير نتائج هذا القياس وإلقاء نظرة سريعة على الجدول المرفق بالمخطط 5 إلى أننا نتعامل مع شريحة QX5252 بدون رقاقة.

بعد تكرار وتعديل المخططات من 1 إلى 3 ، اتضح أنها تعمل بشكل عام ، ولكن خصائصها هي نفسها تقريبًا مثل الصينية ، لكنني أردت المزيد. بعد أن اشتريت الألواح الشمسية للاختبار ، والتي شاركت مع المصابيح الكاشفة في الاختبار ، استقرت أولاً على الاستهلاك الحالي لدوائر المصباح من 60 مللي أمبير ، باستخدام مصابيح LED فائقة السطوع بقطر 5 مم بزاوية تشتت 120 درجة:



لم تنجح محاولات جعل الناشرون كما هو الحال في الفوانيس الصينية ، وجئت إلى هذا التصميم باستخدامه مع المخطط 9:





هذه المصابيح لها عيب - المصدر النقطي خفيف وبالتالي يجب أن تكون ظلال الفانوس غير لامعة ، وظلال شفافة متدرجة من خلال تغطية بورنيش أكريليك أبيض شفاف أو عمل إدخالات من فيلم أبيض. ولكن عندما طاردت بعد السطوع وتحولت إلى تيارات مصباح يدوي من بطاريات من 100 إلى 120 مللي أمبير ، اضطررت أخيرًا إلى التخلي عن 5 ملم من مصابيح LED ، حتى الاتصال المتوازي لست مصابيح LED لم يحفظ:



إن مصابيح LED منخفضة الطاقة غير قادرة ببساطة على العمل بفعالية في ذروة التيارات ، لذلك اضطررت إلى التبديل إلى مجموعات من ثلاثة مصابيح LED بقدرة 0.5 وات بحجم الإطار 5730 والدائرة 8:





بالنظر إلى المستقبل ، ألاحظ أنه مع 5730 LEDs ، على عكس 5 مم ، ليس من الضروري تعتيم ظلال المصباح ، مما يزيد من سطوع المصباح.

في الأشكال 8 ، 9 ، المخططات التي طورتها على أساس المخططات في الأشكال 1 - 3. هذه "خيول العمل" التي أظهرت بالفعل موثوقيتها وبساطتها لمدة 3 مواسم. تم تصميم المخطط 8 للعمل مع مصباح LED من 1 إلى 3 واط أو ثلاثة من 0.5 واط من النوع 5730. وقد تم تصميم المخطط 9 للعمل مع الكشافات - أكاليل تعتمد على مصابيح LED منخفضة الطاقة متجانسة متصلة بالتوازي ، على سبيل المثال نفس المليمتر 5. أساس كلتا الدائرتين هو محول تصاعدي على الترانزستورات VT4 و VT5 والحث L1 ومكثف التغذية المرتدة C4 ومقاوم - قاعدة محدد التيار R7 ومقاوم يحدد تيار التحيز R8. تتطابق هذه الكتلة تقريبًا مع الدوائر الثلاث الأولى. ولكن هناك اختلافات ، هذا هو مكبر الصوت لمستشعر الضوء على الترانزستور VT1 ، مما جعل من الممكن تحقيق إدراج لاحق لمصباح يدوي في الشفق المبكر مقارنة بالدوائر الأصلية. بالإضافة إلى مستشعر الجهد ، الذي يؤدي وظيفة حماية البطارية من التفريغ الزائد العميق ، ويحظر تشغيل محول تعزيز إذا كان الجهد على البطارية أقل من 1.1 فولت. يتم تنفيذ المستشعر على الصمام الثنائي VD2 والترانزستور VT2. إذا كان جهد البطارية أقل من 1.1 فولت ، فسيتم إغلاق تقاطعات PN المتصلة في سلسلة مكونة من الصمام الثنائي VD2 وتقاطع باعث الترانزستور VT2 ، كما سيتم إغلاق الترانزستور VT3 ، مما يسمح بتشغيل محول التعزيز. يحدد المقاوم R4 مستوى التباطؤ في دائرة استشعار الجهد. تقوم المقاومات R7 و R8 بتعيين التيار الذي تستهلكه وحدة محول التعزيز من البطارية. مع هذه التصنيفات ، سيكون الاستهلاك الحالي للدائرة 95 - 120 مللي أمبير بمتوسط ​​تيار من خلال LED حوالي 20 مللي أمبير. قمت بقياس التيار بطريقة غير مباشرة. تم توصيل جهاز مؤشر من مسجل شريط باللوحة الشمسية. توجيه المصابيح على البطارية الشمسية وإيجاد الموضع الذي ينحرف فيه السهم إلى أقصى حد وتذكر موضعه:



ثم نقوم بتوصيل مصابيح LED بمصدر تيار قابل للتعديل. من خلال ضبط التيار من خلال مصابيح LED ، نحقق أن السهم يقف في نفس الوضع كما في القياس السابق:



حصلت على 23 مللي أمبير بجهد 2.8 فولت على LED ، وتبين أن الكفاءة المقاسة بهذه الطريقة غير المباشرة هي 52 ٪ فقط ، وهذا ليس مفاجئًا ، لأن تشبع الترانزستور BC817 السليكون هو 0.6 فولت.


مخطط 8


مخطط 9

عند طلب الترانزستورات لهذه الدائرة ، ضع في اعتبارك أن الترانزستورات BC817 الصينية مع Aliexpress قد لا تعمل بشكل صحيح مع تيار استهلاك يبلغ 50-60 مللي أمبير وانخفاض كفاءة الدائرة. تعمل الترانزستورات لشركات ON Semiconductor أو NXP بشكل طبيعي. تستخدم الدائرة مقاومات ومكثفات خزفية من حجم 0805 ، ومكثفات التنتالوم الإلكتروليتية في عبوة CASE-A بسعة 10 - 47 μF وبجهد تشغيل لا يقل عن 10 فولت. يمكن استبدال الصمام الثنائي 1SS314 بـ LL4148 واسع الانتشار ، الصمام الثنائي 1SS357 مع SS16 وثنائيات شوتكي المماثلة. حجم مغو L1 CD43 100 μH:



يفضل استخدام الترانزستورات BC847 ، BC857 مع المؤشر C ، ولديها أقصى مكاسب من h21E. يجب أن يكون جهد التشغيل للمكثف C5 في الدائرة 9 على الأقل 16 فولت وسعة لا تقل عن 10 ميكروفاراد. عند محاولة تقليله إلى 1 uF (كنت أرغب في استبدال مكثف إلكتروليتي كبير إلى حد ما في الحالة في CASE-A بسيراميك أصغر في حالة 0603) ، بدأت مصابيح LED مقاس 5 مم في الفشل باستمرار بسبب زيادة ضغط نبضات الجهد من المحول ، كان علي أن أعود إلى الأصل القيمة الاسمية. يتم تصنيع الألواح وفقًا لتقنية LUT القياسية ، ويتم استخدام الموصلات الموجودة على اللوحة والبطارية كمفتاح:





اللوحة عالمية للدوائر في الأشكال 8 ، 9. في الصورة ، يتم تجميع اللوحة وفقًا للمخطط 8 (لم يتم تثبيت المكثف C5).

رابط إلى الأرشيف مع الرسوم البيانية ولوحات الدوائر المطبوعة (بتنسيق P-CAD 2006 و pdf.)

أظهر المخطط 10 على رقاقة DIODES ZXLD383 الغريبة والمكلفة نسبيًا نفسه بشكل جيد. مكثف السيراميك C1 السيراميك 0805 ، محث L1 حجم CD43 10 ميكرون. HL1 - تجميع ثلاثة مصابيح LED من النوع 5730. مع التصنيفات المشار إليها ، الاستهلاك الحالي للدائرة هو 100 - 110 مللي أمبير.


النمط 10

في التجميع ، يبدو شيء مثل هذا:





رابط إلى الأرشيف مع الرسوم البيانية ولوحات الدوائر المطبوعة (بتنسيق P-CAD 2006 و pdf.)

وأخيرًا ، أفضل معيار السعر / الجودة على شريحة صينية من أجهزة QX Micro QX5252. مكثف السيراميك C1 0805 ، مغو L1 حجم CD43 22 μH. HL1 - تجميع ثلاثة مصابيح LED من النوع 5730. مع التصنيفات المشار إليها ، الاستهلاك الحالي للدائرة هو 100 - 110 مللي أمبير.

مخطط 11

مجلس الإدارة:





رابط إلى الأرشيف مع الرسوم البيانية ولوحات الدوائر المطبوعة (بتنسيق P-CAD 2006 و pdf.)

من أجل الاهتمام ، تم إجراء الاختبارات باستخدام مقياس فاخر:



النتائج في الجدول:

مصباح يدوي	الاستهلاك الحالي ، مللي أمبير	إنارة KLK
Aliexpress	11	0.9
العالم	6	2.7
ليروي	5	7.58
ZXLD383 (الشكل 10)	112	95
QX5252 (رسم بياني 11)	109	114
مخطط 8	93	101

سأعطي بعض الصور. اختبار مصباح يدوي العالم:



اختبار اللوحة على شريحة QX5252 (المخطط 11):



يبدو لي أن الجميع قد سئموا بالفعل من الأرقام والرسوم البيانية العارية ، لذلك بالنظر إلى المستقبل ، سأوضح كيف في المساء يبدو مصباح يدوي من العالم الواقعي (على اليسار) ومصباح يدوي يعتمد على المخطط 11 (على اليمين):



وسنتحدث عن تصميمات الكشافات بناءً على الرسوم البيانية في المرة القادمة ...