1.7　太陽能庭院燈

說起庭院燈，大家的腦海里馬上就會浮現(xiàn)出居民小區(qū)里的路燈或花園、草坪上的夜間照明燈等。其實(shí)一些有私家花園、屋頂花園或庭院的住戶，也可以安裝外形美觀的庭院燈。

動手制作一盞（或多盞）如圖1-61所示的太陽能庭院燈，把它像題圖那樣布置在庭院或花園、草坪上，用于夜晚的弱光照明和裝飾環(huán)境，既時(shí)尚美觀、實(shí)用有趣，又節(jié)能環(huán)保。其最大特點(diǎn)是不需要連接市電電源，安裝非常方便，且不需要付電費(fèi)。每晚天黑后這種庭院燈會自動點(diǎn)亮，早上天亮后又自動熄滅，省心、省錢。

1.7.1　工作原理

太陽能庭院燈的電路如圖1-62所示，它由太陽能電池板BP、鎳氫電池G、超高亮度發(fā)光二極管VD2以及晶體三極管VT1、VT2等構(gòu)成的光控開關(guān)電路組成。

白天，太陽光照射到太陽能電池板BP上，BP表面即發(fā)生光伏效應(yīng)，其兩端輸出一定功率的電能，通過隔離二極管VD1后，給鎳氫電池G充電。此時(shí)，并接在太陽能電池板BP兩端的分壓電阻器R1、R2亦有電流通過，R2兩端電壓降大于0.65V，晶體三極管VT1獲得合適偏流而導(dǎo)通，VT2因基極和發(fā)射極被VT1短路而處于截止?fàn)顟B(tài)，超高亮度發(fā)光二極管VD2無電不發(fā)光。夜晚，太陽能電池板BP因無光照射而停止輸出電能，晶體三極管VT1失去偏壓而截止，VT2通過電阻器R3從鎳氫電池G兩端獲得足夠偏流而導(dǎo)通，超高亮度發(fā)光二極管VD2即通電自動發(fā)光。

以上過程周而復(fù)始，鎳氫電池G即白天被充電、夜晚自動放電，而超高亮度發(fā)光二極管VD2則白天熄滅、晚上點(diǎn)亮，從而實(shí)現(xiàn)了無人控制自動照明。

電路中，太陽能電池板BP既作為光-電轉(zhuǎn)換器件為鎳氫電池G充電，又作為光傳感器控制電子開關(guān)電路工作，一物兩用，既簡化了電路，又降低了成本。晶體二極管VD1為隔離二極管，它只允許太陽能電池板BP對鎳氫電池G充電，不允許鎳氫電池G反過來通過太陽能電池板BP放電（無光照時(shí)），更不允許鎳氫電池G 通過分壓電阻器R1和R2放電，使光控開關(guān)電路失效——超高亮度發(fā)光二極管VD2永遠(yuǎn)無法點(diǎn)亮。

1.7.2　元器件選擇

該制作總共用了11個(gè)電子元器件，其實(shí)物集體照如圖1-63所示。

BP選用開路電壓4.56V、短路電流達(dá)70mA、外形尺寸是60mm×60mm×3mm的單晶硅太陽能電池板，其構(gòu)成如圖1-64所示。該產(chǎn)品由8片面積為52mm×5.5mm的單晶硅片串聯(lián)組成，出廠時(shí)已貼附在環(huán)氧基板上，并在表面封涂了一層多酚樹脂加以保護(hù)；板的背面焊引出兩根塑料軟電線，其中紅色為電池的正極引線，黑色為電池的負(fù)極引線。一般來講，其他尺寸或規(guī)格的太陽能電池板，只要開路電壓達(dá)到4.5V、短路電流達(dá)到70mA，均能夠代替使用。

太陽能電池板的功率輸出能力與其面積大小密切相關(guān)，面積越大，在相同光照條件下的輸出功率也越大。太陽能電池板的優(yōu)劣主要由開路電壓和短路電流這兩項(xiàng)指標(biāo)來衡量。業(yè)余測試方法是：參見本書前面圖1-58，將太陽能電池板放在太陽光直射的環(huán)境下，用萬用表測出兩端輸出電壓，即可認(rèn)為是開路電壓；再將萬用表直接跨接在太陽能電池板兩端測出輸出電流，即認(rèn)為是短路電流。

晶體管VT1、VT2均選用9014（集電極最大允許電流ICM=0.1A，集電極最大允許功耗PCM=310mW）或3DG8型硅NPN小功率三極管，要求電流放大系數(shù)β≥100。

VD1用1N4148型硅開關(guān)二極管；VD2宜用?5mm或?10mm散射型超高亮度黃色發(fā)光二極管，其典型正向工作電壓為1.8～1.95V（工作電流為20mA時(shí)測試），最大工作電壓為2.5V，外形和引腳極性識別方法跟普通發(fā)光二極管完全一致。需要向讀者說明的是：超高亮度白色發(fā)光二極管不適合在這里應(yīng)用，因?yàn)樗牡湫凸ぷ麟妷焊哌_(dá)2.8～3.6V，而鎳氫電池G的供電電壓只有2.4V，所以將白色發(fā)光二極管接入電路后是不會被點(diǎn)亮發(fā)光的。

R1～R3全部采用RTX-1/8W型碳膜電阻器，標(biāo)稱阻值依次為22kΩ、100kΩ和2kΩ。

G用兩節(jié)HR6型（5號）、公稱電壓1.2V、容量≥600mAh的鎳氫電池串聯(lián)而成，為方便安裝應(yīng)配上合適的塑料電池架。G也可用兩節(jié)5號、容量≥600mAh的鎳鎘電池串聯(lián)而成，但由于鎳鎘電池存在較為嚴(yán)重的記憶效應(yīng)，實(shí)際使用效果遠(yuǎn)不如鎳氫電池。

1.7.3　動手制作

整個(gè)太陽能庭院燈的制作，可劃分成電路板的制作、外殼的選配、燈體的組裝、電路的檢測與調(diào)試四大步驟來完成，現(xiàn)分步介紹如下。

第一步，電路板的制作

如圖1-65所示為該太陽能庭院燈的印制電路板接線圖。注意：銅箔及焊接面朝讀者，元器件在印制電路板的背面。印制電路板實(shí)際尺寸約為55mm×18mm，可用刀刻法制作而成。如圖1-66（a）所示是已制成的印制電路板實(shí)物圖，如圖1-66（b）所示是焊接好元器件（注意：太陽能電池板BP暫不焊接）的印制電路板實(shí)物圖。

第二步，外殼的選配

業(yè)余條件下制作成功太陽能庭院燈的最大難點(diǎn)，在于無法獲得既美觀、又實(shí)用的外殼，尤其是理想的燈罩。筆者費(fèi)了很大的精力和時(shí)間，通過用多種材料對比試驗(yàn)，終于找到了一種比較滿意的方案：采用如圖1-67所示的市售容量為1.5L的飲料空瓶進(jìn)行加工改造，其大小合適、瓶體塑料無色透光性較好、改造后的形狀比較美觀，從而較好地解決了這一難題。飲料瓶的加工改造及整體裝配示意圖如圖1-68所示，具體加工流程如下。

首先，按圖1-69所示對飲料瓶進(jìn)行加工改造。具體可對照圖1-68（a）所給定的尺寸，在飲料空瓶上用鉛筆或小刀畫出兩根同心圓切割線，用剪刀截掉瓶體中間一段不用，使保留的瓶底座部分能夠正好套在瓶口部分。

其次，按照圖1-70所示，給飲料瓶蓋裝上一段外徑約16mm、長約80cm的電工用UPVC阻燃型硬塑料穿線管（建材商店有售），作為燈體支撐插桿。具體可先按圖1-70（a）所示，將所選塑料管的一端扣壓在飲料瓶蓋的中間位置，用鉛筆沿管口在瓶蓋上畫出一個(gè)圓圈；再按圖1-70（b）所示，用加熱的電烙鐵頭沿所畫圓圈的里側(cè)（注意：保持2mm距離）“切割”出小圓孔；按圖1-70（c）所示，用小尖嘴鉗頭用力“鉆”小圓孔（要點(diǎn)：一邊用力往小圓孔里頂小尖嘴鉗，一邊不停地旋轉(zhuǎn)尖嘴鉗），使小圓孔的口徑擴(kuò)大至鉛筆所畫出的圓圈；接著按圖1-70（d）所示，將塑料管一端插入瓶蓋所開的圓孔；按圖1-70（e）所示，用熱熔膠粘固瓶蓋里外與塑料管的接合處，使塑料管和制成以后的燈體能夠通過擰緊的瓶蓋牢固為一體。

最后，按照圖1-71所示，將塑料管的另一端用鋒利的美工刀削割成斜截面，以便在實(shí)際使用中能夠很容易地插進(jìn)泥土中去。

第三步，燈體的組裝

首先，按照圖1-72所示，在飲料瓶的底座上固定并密封太陽能電池板BP。具體可按圖1-72（a）所示，在飲料瓶底的中心位置處用電烙鐵燙開一個(gè)穿線小孔；按圖1-72（b）所示，從外向里穿入太陽能電池板BP的兩根引線；按圖1-72（c）所示，用熱熔膠（如無熱熔膠槍可直接用電烙鐵加熱熱熔膠棒）將太陽能電池板BP粘固在底座外面。為了防止使用中雨水浸濕內(nèi)部電路板等，太陽能電池板BP的引線入口處及其板體四周均應(yīng)全部用熱熔膠密封起來才行。

或許有的讀者要問：為何不將太陽能電池板BP直接裝入燈罩內(nèi)呢？這樣不但安裝起來省事，而且有效解決了雨水淋濕問題。原因是：盡管這樣太陽能電池板BP能夠工作，但實(shí)踐證明塑料燈罩對光線具有反射和吸收作用，將會影響太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，所以不推薦這種安裝方案。

接下來，按照圖1-73所示，在飲料瓶的底座內(nèi)固定印制電路板和塑料電池架（用于裝鎳氫電池G）。具體可按圖1-73（a）所示，在分清太陽能電池板兩根引線的正、負(fù)極極性后，將線頭正確焊接在印制電路板上；按圖1-73（b）所示，用熱熔膠將塑料電池架和印制電路板粘固在飲料瓶的底座內(nèi)；為了美觀，可按圖1-73（c）和圖1-73（d）所示，在飲料瓶底座的內(nèi)壁襯上?86mm×50mm的有色硬卡紙圈，使人從外邊看不到里面的電路部分。

最后，進(jìn)行燈體組裝。按照圖1-74（a）所示，將兩節(jié)充有電的鎳氫電池G放入飲料瓶底座腔內(nèi)的電池架上去，并按圖1-74（b）所示，將飲料瓶的底座部分套在瓶口部分。組裝好的燈體如圖1-74（c）所示。

第四步，電路的檢測與調(diào)試

裝配成的太陽能庭院燈，只要元器件質(zhì)量有保證，焊接無誤，電路無需任何調(diào)試，便可投入使用。當(dāng)白天用手（或黑布等）完全蒙住太陽能電池板BP時(shí)，燈內(nèi)超高亮度發(fā)光二極管VD2會自動發(fā)光；手拿開時(shí)即會自動恢復(fù)熄滅狀態(tài)，這可用來判斷和檢驗(yàn)太陽能庭院燈的工作是否正常。

如果發(fā)生天還沒有完全黑或陰雨天燈就亮的現(xiàn)象，可通過適當(dāng)減小電阻器R1的阻值來加以調(diào)整；反之，如果天黑了燈還不亮，可通過適當(dāng)加大電阻器R1的阻值來加以調(diào)整。如果燈始終發(fā)光，說明不是晶體三極管VT1的引腳接反，便是所用管子的電流放大系數(shù)β值太小，應(yīng)予以糾正或換用β值大的管子一試；如果燈始終不發(fā)光，可重點(diǎn)檢查晶體三極管VT2、超高亮度發(fā)光二極管VD2的引腳是否接反，電阻器R3是否開路等，并予以排除。

1.7.4　投入使用

該太陽能庭院燈發(fā)光時(shí)工作電流實(shí)測約為20mA。一般晴天充上電后，連續(xù)照明一個(gè)晚上是沒有任何困難的。在連續(xù)晴天后遇到一天陰雨天，可正常照明不中斷；如果遇到數(shù)日陰雨天，鎳氫電池G會充電不足，當(dāng)它供電電壓下降至2V以下時(shí)，超高亮度發(fā)光二極管VD2會自動停止發(fā)光，從而避免了鎳氫電池G過放電。實(shí)驗(yàn)證明，對于容量是600mAh的鎳氫電池G，在充足電后可連續(xù)點(diǎn)亮VD2長達(dá)30h。

使用時(shí)，將太陽能庭院燈插在院子或花園、草坪的泥土上，注意避開遮擋太陽光的物體或花木，做到白天太陽光盡可能長時(shí)間地直射到燈頂面的太陽能電池板即行。如圖1-75所示是筆者在自家四合院內(nèi)實(shí)際使用時(shí)的效果圖。由于太陽能電池板上落有灰塵等時(shí)，會影響光-電轉(zhuǎn)換效率，所以還要注意定期做好清潔工作。