Sicherlich haben es viele schon geschafft, genug mit chinesischen Solarlaternen zu spielen und von ihnen enttäuscht zu sein. Lassen Sie uns versuchen, die Frage herauszufinden: Was ist der Grund für ihre geringe Helligkeit und können Sie etwas dagegen tun?
Sonnenkollektoren
Vergleichen wir zunächst die Sonnenkollektoren der Taschenlampen. Ich habe drei Taschenlampen ausgewählt, die erste kam von Aliexpress, die zweite wurde vor ungefähr 3 Jahren im Globe gekauft und die dritte wurde dieses Jahr in Leroy gekauft:
Außerdem werden drei Solarmodule mit Aliexpress-Größen von 56,8 x 56,8 mm und 60 x 65 mm am Vergleich teilnehmen:
Und eine runde Solarbatterie mit einem Durchmesser von 82 mm:
Ich habe keine elektronische Last, daher werde ich einen Akku mit einer Kapazität von 1600 mA / h testen, der zuvor entladen und dann auf 500 mA / h aufgeladen wurde. In einem Test mit drei identischen Batterien, von denen eine vollständig entladen, halb geladen und vollständig geladen war, unterschied sich der Unterschied im Ladestrom nicht signifikant. Alternativ können Sie das Multimeter an den Kabelbruch der Taschenlampenbatterien anschließen und den Ladestrom messen.
Auf Aliexpress gekaufte Solar-Taschenlampe:
Im Globus gekaufte Solartaschenlampe:
In Leroy gekaufte Solar-Taschenlampe:
In ähnlicher Weise messen wir den Ladestrom von Sonnenkollektoren, indem wir sie über die Platine der Taschenlampe verbinden, die vorzeitig unter dem Fuß eines anderen gestorben ist.
Solarbatterie 56,8x56,8 mm:
Solarbatterie 60x65 mm:
Solarbatterie mit einem Durchmesser von 82 mm:
Die Messungen wurden in der Regel im Abstand von einer Stunde durchgeführt, die fehlenden Messergebnisse für die Tabellen für Juni und August wurden anhand der Sonnenhöhe über dem Horizont berechnet. Die folgende Grafik zeigt die berechneten Werte der maximalen Batterieladung pro Tag:
Wie aus den Grafiken ersichtlich ist, stimmt die von chinesischen Laternen pro Tag akkumulierte Energie mit ihrem Stromverbrauch überein, dessen Messergebnisse unten in diesem Artikel angegeben sind. Und wenn die Taschenlampe mit Aliexpress auf der Basis von Sonnenkollektoren zusammengebaut wird, kann ihr Verbrauch um fast eine Größenordnung auf 60 ... 100 mA erhöht werden. Es ist auch erwähnenswert, dass dieses Diagramm auf idealen Bedingungen für eine Solarbatterie basiert, nämlich dem Fehlen von Bewölkung und Schatten von Bäumen oder Gebäuden. Zum Beispiel eine Taschenlampe, die an einem offenen Ort mit einem Strom von 60 mA aufgeladen wird:
Beim Beschatten einer kleinen Pflaume:
Es erzeugt die Hälfte des Ladestroms, der beim Aufstellen von Taschenlampen auf dem Boden berücksichtigt werden muss:
Und nun zu den negativen Eigenschaften von Batterien aus polykristallinen Siliziumwafern. In den meisten Fällen handelt es sich bei diesen Batterien um eine Getinax-Basis, auf der Fotoplatten durch Löten mit Sammelschienen verbunden und mit einer transparenten Verbindung auf Epoxidkleberbasis gefüllt werden. Auf dem Foto haben die Laternen zwei Jahreszeiten gedient:
Mit der Zeit kollabiert die Oberfläche der Solarbatterie aufgrund von Sonneneinstrahlung, und wenn Wasser eindringt, wird es weiß beschichtet, was sich natürlich nicht positiv auf den Wirkungsgrad der Solarbatterie auswirkt. Auf dem Foto unten die gleichen Taschenlampen nach einer anderen Saison:
Das Polieren kann die Situation retten, z. B. mit GOI-Paste, oder in extremen Fällen können Sie die Solarbatterie in warmem Wasser einweichen und dann die Plaque mit einer alten Zahnbürste oder besser mit Zahnpulver reinigen. Unten sehen Sie ein Foto derselben Solarlaternen nach der Reinigung.
Auf dem Foto verbrachte der Akku von Aliexpress 56,8 x 56,8 mm zwei Saisons und mehrere Stunden im Wasser:
Dieselbe Batterie nach dem Bürsten:
Wie die Praxis zeigt, ist die Effizienz nach einer solchen Reinigung fast vollständig wiederhergestellt, der Test einer neuen Batterie ist geringer:
Und die Batterien nach der Reinigung:
Der Unterschied beträgt nur 5 mA, was teilweise auf die Variation der Parameter von Solarzellen in einer Charge zurückzuführen ist. Es ist auch erwähnenswert, dass die transparente Verbindung, die in dieser Art von Solarmodulen verwendet wird, nicht gegen Alkohol und Lösungsmittel beständig ist. Wenn Sie die Solarbatterie damit abwischen, beginnt die Verbindung fast sofort zu kollabieren und weiß zu werden.
Es gibt auch Sonnenkollektoren aus polykristallinem Silizium, die mit Polyethylen laminiert sind:
Wie die Praxis gezeigt hat, ist dies die praktischste Lösung. Auf dem Foto ist die Batterie bereits 4 Jahre lang in einer provisorischen Solar-Taschenlampe verbraucht!
Schemata
Lassen Sie uns nun über die elektronische Befüllung von Solarlaternen sprechen. Schemata für Transformatoren werden aufgrund der Komplexität ihrer Herstellung nicht berücksichtigt. Die Elektronik der Solarlaternen der ersten Generation wurde auf diskreten Elementen aufgebaut. In den folgenden Abbildungen sind drei klassische Schaltkreise dargestellt. Wenn Sie genauer hinschauen, können Sie feststellen, dass der Knoten des Aufwärtswandlers selbst nahezu identisch ist und die Hauptunterschiede nur in der Art und Weise bestehen, wie das Licht analysiert und die LEDs mit Strom versorgt werden. In den ersten beiden Schaltkreisen werden zusätzliche Fotowiderstände verwendet, um die Beleuchtung zu analysieren, und im dritten Schaltkreis wird die Solarbatterie direkt als Lichtsensor verwendet, und die LED wird parallel zu einem integrierten Kondensator geschaltet, der Überspannungen glättet, aber dazu später mehr.
Schema 1
Schema 2
Schema 3Moderne Solarlaternen basieren hauptsächlich auf chinesischen Chips der Familien YX8XXX, QX5252 und ANA618. Renommierte Hersteller wie Dioden stellen solche Mikroschaltungen ebenfalls her. Aufgrund der Tatsache, dass sie wahrscheinlich erheblich mehr kosten als chinesische Mikroschaltungen, ist es unwahrscheinlich, dass wir sie jemals in Taschenlampen treffen. Grundsätzlich erklären die Hersteller dieser Mikroschaltungen, dass der Wirkungsgrad der Mikroschaltungen nicht schlechter als 85% ist. Der durchschnittliche Strom durch die LED wird durch den Wert des Induktors festgelegt, aber die Hersteller in Datenblättern normalisieren ihn unterschiedlich - einige geben den durchschnittlichen Strom durch die LED an (Schaltungen 4, 7), andere verwenden den Stromverbrauch der Batterie (Schaltungen) 5, 6).
Es sollte auch klargestellt werden, dass in chinesischen Laternen Induktivitäten vom Typ EC-24 verwendet werden:
Dies ist eine kostengünstige Induktivität mit geringer Leistung und einem relativ großen Innenwiderstand, was natürlich den Wirkungsgrad des Wandlers verringert.
Schema 4
Schema 5
Schema 6
Schema 7Solarlaternen - was ist drin?
Eine Autopsie ergab, dass in der Taschenlampe, die im Globe gekauft wurde, der YX8018-Chip verwendet wird:
Induktivität von 136 μH:
Der Verbrauch einer Taschenlampe aus einer Quelle von 1,27 Volt beträgt 6 mA:
Die Leroy-Taschenlampe verwendet den ANA618-Chip:
Induktivität von 210 μH:
Der Verbrauch einer Taschenlampe aus einer Quelle von 1,27 Volt beträgt 5 mA:
Und in der Taschenlampe von Aliexpress wird die berühmte chinesische Mikroschaltung vom Fleckentyp verwendet:
342 μH Induktivität:
Der Verbrauch einer Taschenlampe aus einer Quelle von 1,27 Volt beträgt 11 mA:
Die Ergebnisse dieser Messung und ein kurzer Blick auf die Tabelle in Schema 5 legen nahe, dass es sich um einen chipless QX5252-Chip handelt.
Nach erfolgreicher Wiederholung und Anpassung der Schemata 1 - 3 stellte sich heraus, dass sie im Großen und Ganzen betriebsbereit sind, ihre Eigenschaften jedoch in etwa denen der chinesischen entsprechen, aber ich wollte mehr. Nachdem ich zum Testen Sonnenkollektoren gekauft hatte, die zusammen mit den Taschenlampen an den Tests teilnahmen, entschied ich mich zunächst für den Stromverbrauch von Taschenlampenschaltungen von 60 mA unter Verwendung von Superbright-LEDs mit einem Durchmesser von 5 mm und einem Streuwinkel von 120 Grad:
Versuche, Diffusoren wie bei chinesischen Laternen herzustellen, waren erfolglos, und ich kam zu diesem Entwurf, indem ich ihn zusammen mit Schema 9 verwendete:
Diese LEDs haben einen Nachteil: Die Punktquelle ist Licht, und daher mussten die Laternenschirme matt und transparent sein, indem sie mit durchscheinendem weißem Acryllack überzogen oder Einsätze aus einem weißen Film hergestellt wurden. Aber als ich der Helligkeit nachjagte und von Batterien mit 100 - 120 mA auf Taschenlampenströme umstellte, musste ich 5-mm-LEDs komplett aufgeben, selbst die Parallelschaltung von sechs LEDs sparte nicht:
Low-Power-LEDs können bei Spitzenströmen einfach nicht effektiv arbeiten, daher musste ich auf Baugruppen mit drei 0,5-Watt-LEDs der Baugröße 5730 und Schaltung 8 umsteigen:
Mit Blick auf die Zukunft stelle ich fest, dass bei den 5730-LEDs im Gegensatz zu 5 mm die Taschenlampenschirme nicht mattiert werden müssen, was wiederum die Helligkeit der Taschenlampe erhöht.
In den Abbildungen 8, 9 sind die von mir auf der Grundlage der Schemata in den Abbildungen 1 bis 3 entwickelten Schemata „Arbeitspferde“, die bereits seit drei Jahreszeiten ihre Zuverlässigkeit und Unprätentiösität bewiesen haben. Schema 8 ist für die Verwendung mit einer 1 - 3-Watt-LED oder drei 0,5-Watt-LED 5730 ausgelegt. Schema 9 ist für die Verwendung mit Taschenlampen ausgelegt - Girlanden, die auf parallel geschalteten homogenen LEDs mit geringer Leistung basieren, beispielsweise mit denselben 5 Millimetern. Die Basis beider Schaltungen ist ein Aufwärtswandler an den Transistoren VT4, VT5, der Induktivität L1, dem Rückkopplungskondensator C4, der Widerstands-Strombegrenzer-Basis R7 und einem Widerstand, der den Vorspannungsstrom R8 einstellt. Dieser Block ist fast vollständig identisch mit den ersten drei Schaltkreisen. Es gibt jedoch Unterschiede, dies ist der Verstärker des Lichtsensors am Transistor VT1, der es ermöglichte, eine spätere Einbeziehung der Taschenlampe in der frühen Dämmerung im Vergleich zu den ursprünglichen Schaltungen zu erreichen. Sowie ein Spannungssensor, der die Funktion des Schutzes der Batterie vor einer tiefen Überentladung erfüllt und den Betrieb eines Aufwärtswandlers verhindert, wenn die Spannung an der Batterie unter 1,1 Volt liegt. Der Sensor ist auf einer VD2-Diode und einem VT2-Transistor implementiert. Wenn die Batteriespannung unter 1,1 Volt liegt, werden die beiden durch die Diode VD2 und den Emitterübergang des Transistors VT2 in Reihe geschalteten PN-Übergänge sowie der Transistor VT3 geschlossen, so dass der Aufwärtswandler eingeschaltet werden kann. Der Widerstand R4 stellt den Hysteresepegel der Spannungssensorschaltung ein. Die Widerstände R7, R8 stellen den Strom ein, den die Aufwärtswandlereinheit von der Batterie verbraucht. Mit diesen Nennwerten beträgt die Stromaufnahme der Schaltung 95 - 120 mA bei einem durchschnittlichen Strom durch die LED von etwa 20 mA. Ich habe den Strom indirekt gemessen. Ein Zeigergerät von einem Kassettenrekorder wurde an das Solarpanel angeschlossen. Richten Sie die LEDs auf die Solarbatterie und suchen Sie die Position, in der der Pfeil maximal abweicht, und merken Sie sich die Position:
Dann verbinden wir die LEDs mit einer einstellbaren Stromquelle. Durch Einstellen des Stroms durch die LEDs erreichen wir, dass der Pfeil an derselben Position wie bei der vorherigen Messung steht:
Ich habe 23 mA bei einer Spannung von 2,8 V an der LED. Es stellt sich heraus, dass der mit dieser indirekten Methode gemessene Wirkungsgrad nur 52% beträgt, was nicht überraschend ist, da die Sättigung Uke des BC817-Siliziumtransistors 0,6 Volt beträgt.
Schema 8
Schema 9Beachten Sie bei der Bestellung von Transistoren für diese Schaltung, dass chinesische BC817-Transistoren mit Aliexpress bei einem Verbrauchsstrom von 50-60 mA und einem geringen Schaltungswirkungsgrad möglicherweise nicht richtig funktionieren. Transistoren von ON Semiconductor- oder NXP-Firmen arbeiten normal. Die Schaltung verwendet Widerstände und Keramikkondensatoren der Größe 0805, Tantal-Elektrolytkondensatoren in einem CASE-A-Gehäuse mit einer Kapazität von 10 - 47 μF und einer Betriebsspannung von mindestens 10 Volt. Die 1SS314-Diode kann durch die weit verbreitete LL4148, die 1SS357-Diode mit SS16 und ähnliche Schottky-Dioden ersetzt werden. Induktor L1 Größe CD43 100 μH:
Die Transistoren BC847, BC857 werden am besten mit dem Index C verwendet, sie haben eine maximale Verstärkung von h21E. Die Betriebsspannung des Kondensators C5 in Schaltung 9 sollte mindestens 16 Volt und eine Kapazität von mindestens 10 Mikrofarad betragen. Beim Versuch, es auf 1 uF zu reduzieren (ich wollte im Fall von CASE-A einen ziemlich großen Elektrolytkondensator im Fall 0603 durch eine kleinere Keramik ersetzen), fielen 5-mm-LEDs aufgrund eines nicht belasteten Spannungsanstiegs vom Konverter ständig aus, ich musste zum Original zurückkehren Nennwert. Die Karten werden nach Standard-LUT-Technologie hergestellt, die Anschlüsse auf der Karte und der Batterie werden als Schalter verwendet:
Die Platine ist universell für die Schaltkreise in den Abbildungen 8, 9. Auf dem Foto ist die Platine gemäß Schema 8 zusammengebaut (Kondensator C5 ist nicht installiert).
Link zum Archiv mit Diagrammen und Leiterplatten (im P-CAD 2006- und PDF-Format)Schema 10 auf einem exotischen und relativ teuren DIODES ZXLD383-Chip zeigte sich recht gut. Keramikkondensator C1 Keramik 0805, Induktor L1 Größe CD43 10 μH. HL1 - Montage von drei LEDs vom Typ 5730. Bei den angegebenen Nennwerten beträgt die Stromaufnahme der Schaltung 100 - 110 mA.
Muster 10In der Montage sieht es ungefähr so aus:
Link zum Archiv mit Diagrammen und Leiterplatten (im P-CAD 2006- und PDF-Format)Und schließlich das optimalste Preis- / Leistungskriterium für einen chinesischen Chip von QX Micro Devices QX5252. Keramikkondensator C1 0805, Induktor L1 Größe CD43 22 μH. HL1 - Montage von drei LEDs vom Typ 5730. Bei den angegebenen Nennwerten beträgt die Stromaufnahme der Schaltung 100 - 110 mA.
Schema 11Vorstandssitzung:
Link zum Archiv mit Diagrammen und Leiterplatten (im P-CAD 2006- und PDF-Format)Aus Gründen des Interesses wurden Tests mit einem Luxometer durchgeführt:
Ergebnisse in der Tabelle:
| Taschenlampe | Verbrauchsstrom, mA | Beleuchtung, KLK |
| Aliexpress | 11 | 0,9 |
| Globus | 6 | 2.7 |
| Leroy | 5 | 7.58 |
| ZXLD383 (Abbildung 10) | 112 | 95 |
| QX5252 (Abbildung 11) | 109 | 114 |
| Schema 8 | 93 | 101 |
Ich werde ein paar Fotos geben. Globe Taschenlampentest:
Board-Test auf dem QX5252-Chip (Schema 11):
Es scheint mir, dass sich alle schon mit bloßen Zahlen und Diagrammen gelangweilt haben. Mit Blick auf die Zukunft werde ich zeigen, wie am Abend eine echte Taschenlampe vom Globus (links) und eine Taschenlampe nach Schema 11 (rechts) aussehen:
Und über die Designs von Taschenlampen basierend auf den obigen Diagrammen werden wir das nächste Mal sprechen ...