Lampe solaire à LED à monter soi-même

Les lampes solaires offrent de nombreux avantages et sont donc très appréciées. Nous vous montrons la technique qui se cache derrière ces lampes solaires intelligentes et comment fabriquer votre propre lampe solaire pour le jardin ou la terrasse. 

Qu'est-ce qu'une lampe solaire à LED à fabriquer soi-même ?

Récolter quelque chose, puis la stocker en vue d'une utilisation ultérieure est un concept totalement dépassé. Ce qui a parfaitement fait ses preuves par le passé avec les denrées alimentaires, et ce depuis des milliers d'années, fonctionne dans notre monde moderne sans problème même pour la chaleur et la lumière. Mais ce n'est pas tout ! Cela fonctionne également à petite échelle et à moindre coût.

 

Car depuis que les LED ont évolué pour devenir un éclairage performant, il est possible de créer soi-même une belle lampe LED solaire avec un module solaire, un petit accu et un peu d'électronique.

 

Les lampes LED solaires créées soi-même offrent les mêmes avantages que les lampes de jardin solaires disponibles dans le commerce :

Sans grand investissement d'installation et sans frais de de fonctionnement, les lanternes à monter soi-même fournissent un éclairage agréable et discret. Et le tout de façon entièrement automatique. 

Les lampes de jardin solaires sont en vente presque partout.

Et cerise sur le gâteau : contrairement aux lampes de jardin solaires prêtes à l'emploi, vous êtes libre de suivre votre inspiration pour concevoir vos propres lampes LED solaires. N'attendez plus ! Fabriquez votre lampe solaire avec un design original pour le jardin, le balcon et la terrasse ! 

De quels composants avez-vous besoin pour fabriquer des lampes solaires à LED ?

Le principe de fonctionnement d'une lampe solaire à fabriquer soi-même est très simple et, de ce fait, cette lampe se compose de quelques composants :

Module solaire

Le module solaire convertit les rayons du soleil en courant électrique qui est stocké dans un accu. Le module solaire sert en même temps d'indicateur de luminosité et permet de savoir si l'éclairage peut déjà être activé. Étant donné que seul un accu à cellule unique doit être rechargé, un module solaire avec une tension de 2 V est amplement suffisant. 

Accumulateur

Puisque le module solaire ne délivre qu'une puissance limitée en raison de sa taille, de nombreuses lampes solaires sont dotées d'un accu NiMH 1,2 V de type LR6 disponible dans le commerce. L'accu sert à stocker le courant du module solaire et à alimenter les LED pendant la nuit. 

Ampoules

En raison de l'énergie limitée consommée par une lampe solaire, les LED se sont révélées être la solution d'éclairage parfaite. Elles nécessitent peu d'électricité et convertissent une grande partie de l'énergie électrique en lumière. De plus, elles sont extrêmement robustes et ont une très longue durée de vie

Circuit électronique

Afin que le passage du courant s’effectue correctement du module solaire vers l'accu et, plus tard, de l'accu vers la LED, un petit circuit électronique doit être utilisé. Mais ce circuit électronique peut en faire davantage. Nous expliquons, dans le chapitre suivant, le principe de fonctionnement de ce circuit intelligent. 

Corps de lampe

Du bocal traditionnel de grand-mère au pot de conserve en verre actuel avec fermeture à vis : vous avez libre choix parmi de nombreuses options possibles et imaginables pour adopter le boîtier adapté pour votre lampe de jardin solaire à monter.

Votre choix n’est pas seulement limité à la taille et à la forme de votre lampe solaire. Avec les couleurs adéquates, un peu d’accessoires de décoration et un soupçon de créativité, une simple lampe en verre devient en un rien de temps un ravissant objet design.

Mais attention : 
Sachant que la lampe solaire est utilisée à l'extérieur, il faut impérativement que le système électronique soit bien protégé de l'humidité.

Du film coloré est une solution rapide pour apporter de la couleur.

Comment fonctionne une lampe LED ?

Le coeur électronique d'une lampe solaire est le système électronique de commande, se présentant sous la forme d’un petit circuit intégré (CI). Ces CI peuvent comporter l'inscription ANA618, CL0116, YX8018 ou QX5252F. Le fonctionnement des différents CI est en règle générale à peu près identique mis à part l'affectation des broches ainsi que les caractéristiques techniques

Descriptif du fonctionnement

À l'aide d'un circuit QX5252F, le fonctionnement peut s’expliquer simplement :

Lorsque le soleil éclaire le module solaire (SOL), le courant généré par le module solaire est chargé dans l'accu (AK) (voir triangles rouges sur le schéma A).

Une diode Schottky dans le circuit QX5252F veille à ce qu’aucun courant ne puisse être délivré par l'accu à la la cellule solaire dans l'obscurité. 

La tension appliquée à l'accu (en fonction de l'état de charge, env. 0,9 à 1,4 V) passe en même temps par la bobine (L) pour parvenir à la diode électroluminescente (D). Toutefois, le niveau de tension n'est pas suffisant pour allumer la LED. 

Le schéma A montre la structure schématique du circuit d'une lanterne solaire à LED. Les flèches rouges indiquent le passage du courant lorsque l'accu est en charge. 

Au crépuscule, lorsque le module solaire ne délivre plus aucune tension, le circuit intégré QX5252F active la LED. Pour cela, la jonction LX est mise à la masse (GND pour Ground = terre) par l’intermédiaire d’un transistor à effet de champ interne. Le courant, qui passe à présent par la bobine L et le CI à la masse, génère immédiatement un champ magnétique dans la bobine (voir schéma B). 

Le schéma B montre la circulation du courant (triangles rouges) lorsque le transistor est conducteur dans le circuit QX5252F. La LED (D) étant, à ce moment précis, mise en court-circuit, elle ne peut donc pas s'allumer. 

Le schéma C montre la circulation du courant (triangles rouges) lorsque le transistor bloque la circulation dans le circuit QX5252F. Le courant passe maintenant par la LED (D). 

Dès que le champ magnétique est créé, le transistor bloque à nouveau le passage du courant dans le circuit QX5252F. Puisque le courant est déconnecté brutalement à travers la bobine, le champ magnétique de la bobine s’annule également tout aussi rapidement. Ce champ magnétique, en s’annulant, génère (induit) dans la bobine (L) un pic de tension, qui s’ajoute à la tension existante dans l'accu. La bobine agit à ce moment-là quasiment comme une source de tension supplémentaire, branchée en série avec l'accu. La tension totale qui en résulte est maintenant suffisante pour allumer brièvement la LED (D) (voir schéma C).

Ce type de circuit est appelé « convertisseur élévateur » par les spécialistes.

Puisque l’objectif n’est pas de faire scintiller brièvement les LED mais qu’elles s’allument en continu, le processus de commutation décrit ci-dessus est répété des dizaines de milliers de fois par seconde. Grâce à la très haute fréquence de commutation, on a visuellement l’impression que la LED est allumée constamment.

A l’aube, si la cellule solaire délivre encore suffisamment de tension, la LED s’éteint et l’accu se recharge pour la nuit suivante. 

Déconnexion de sécurité intégrée

Un système interne de contrôle de tension du QX5252F éteint la LED lorsque l'accumulateur est presque totalement déchargé et évite ainsi une décharge profonde de l'accu en mode éclairage, qui risque de l’endommager. 

De quoi se compose une lampe solaire à LED ?

En principe, ce n'est pas un problème de se procurer séparément les composants ci-dessus. Recourir à un kit à monter est une solution simple et économique car il comprend tous les composants électroniques nécessaires à la construction. Il offre également l'avantage que tous les composants sont compatibles entre eux et que le circuit prêt à l'emploi fonctionne sans problème.

Un exemple intéressant de kit de lampe solaire est le kit à souder "Lampe dans bocal à cornichons" de la société Sol Expert. 

Particularités du circuit

Avant de procéder à l’assemblage, il est préférable de jeter un coup d’oeil au schéma électrique. Outre le circuit de lampe solaire standard précité, ce kit présente d'autres spécificités

1. Pour l'éclairage, trois LED (D1 à D3) sont utilisées, lesquelles sont activées/désactivées par l'interrupteur J6 (marche/arrêt). Lorsque l'accu est déchargé, il est possible d’arrêter la fonction d'éclairage jusqu'à ce que l’accu soit à nouveau complètement rechargé. 

2. Le kit dispose de deux bobines (L1 avec 220 μH et L2 avec 56 μH), qui sont activées en alternance par l'interrupteur J1 (N&B). En raison des différentes inductances, différents courants de LED sont induits. La bobine L1 génère un courant LED de 15 mA et est conçue pour un fonctionnement économique en hiver. La bobine L2 génère un courant LED de 50 mA et s’utilise pour l’été.

3. Le module solaire est également raccordé à une LED verte (D4) et à une résistance série (R1). Lorsque l'interrupteur J4 (TEST) est ouvert, en cas de soleil, le courant passe du module solaire à la résistance en série et à la LED. Le bon fonctionnement du module solaire peut ainsi être vérifié

Montage du circuit

Jusqu'à la cellule solaire, tous les composants nécessaires sont montés sur une carte centrale. Cette solution est séduisante car tous les composants ont leur place fixe et ne sont pas raccordés par un câblage volant.

Puisque les composants à monter ont chacun leur place, il n’existe aucun risque de confusion. Même les débutants en électronique n’auront aucun problème lors de la réalisation du circuit, à la condition de respecter à la lettre les instructions de montage détaillées du fabricant.

En raison de son montage simple et clair, ce kit convient parfaitement aux écoles ou aux centres de formation.

Les lampes LED solaires sont un sujet d'un abord facile, clair et pratique. En même temps, cela vous permet de réaliser vos premiers pas en soudage

Le kit est clair et comprend tous les éléments nécessaires.

Important : 
Lors du soudage, le fer à souder, l'étain à souder et les composants à souder deviennent très chauds : adoptez des mesures de précaution pour éviter toute brûlure ! Les enfants et les adolescents ne doivent réaliser les travaux de soudage que sous la surveillance d'un adulte. 

      

Veillez à respecter la polarité correcte des composants. 

Lors du soudage des LED, il faut respecter la polarité.

Lors du montage des quatre LED, il convient de respecter la polarité. Sachant que les LED ne laissent passer le courant que dans un sens, elles ne s’allumeront pas si elles sont soudées à l'envers sur la carte.

Pour ce faire, les LED présentent une patte de connexion plus courte côté cathode ou bien le corps de LED est aplati de ce côté.

Remarque :

Un mauvais montage n’a, en règle générale, aucune conséquence négative pour une LED. Elle n'est donc pas endommagée. Pour un bon fonctionnement, chaque LED doit être soudée séparément et intégrée correctement. 

Montage dans un bocal en verre

Comme nous l’avons déjà évoqué, il est possible d’intégrer les lampes dans différents « corps de lampe ». Les étapes suivantes présentent le montage du système électronique dans un bocal en verre.


Etape 1 :

Une fois les emplacements des trous (pour entretoises) de la carte reportés sur le couvercle de la conserve, vous pouvez percer les trous. 


Etape 2 :

Après le perçage, les trous sont ébarbés proprement. Le trou pratiqué au milieu est particulièrement important car les fils du module solaire passent par là. 


Etape 3 :

Les entretoises sont insérées de l'extérieur vers l'intérieur à travers le couvercle de la conserve. Des crans de sûreté latéraux permettent de stabiliser les entretoises.


Etape 4 :

Les fils de raccordement sont soudés au module solaire. La borne plus (+) est raccordée avec le fil rouge et la borne moins (-) est raccordée avec le fil noir. 


Etape 5 :

Les fils de raccordement du module solaire sont guidés à travers le trou central pratiqué dans le couvercle. Les extrémités des entretoises servent de points d'appui au module solaire. 


Etape 6 :

Comme la lampe de jardin est utilisée de préférence à l'extérieur, le module solaire doit être collé sur son pourtour avec de la colle à chaud de manière à le rendre étanche.

Remarque : 
Si vous utilisez un bocal avec couvercle en verre, le module solaire doit être fixé à l'intérieur du couvercle en verre. Pour cela, trois à quatre points de colle suffisent. Il n'est pas nécessaire de coller de façon étanche le pourtour. Les têtes des entretoises sont ensuite collées au dessous du module solaire. 


Etape 7 :

Le passage de câbles ainsi que les entretoises sont également scellés avec de la colle à chaud. L'humidité ne doit pas ensuite pénétrer à l'intérieur de la lampe depuis l'extérieur. 


Etape 8 :

Les fils de raccordement du module solaire sont connectés au circuit imprimé équipé. Là encore, il faut respecter la polarité.


Etape 9 :

L’unité couvercle/module solaire ainsi formée est à présent prête pour un contrôle de bon fonctionnement conformément aux instructions du fabricant.


Etape 10 :

Une fois que le verre a été nettoyé, le couvercle peut être vissé avec le module solaire. La lampe solaire de jardin est prête à l'emploi. 

Touche personnelle pour la décoration finale

Pour la décoration de la lampe, vous pouvez utiliser les matériaux les plus divers. Par exemple, il est du plus bel effet de recouvrir le fond en verre avec des éléments décoratifs correspondant à la saison ou bien d’entourer les LED de films de couleur pour qu’elles diffusent une lumière colorée.

Le verre peut être décoré de l'extérieur avec des peintures pour fenêtre ou de l'intérieur à l’aide de bombes de peinture aérosol du commerce. Laissez libre cours à votre créativité. 

Quelles pannes peuvent survenir sur les lampes solaires ?

La lampe solaire ne fonctionne pas.

Si une lampe solaire ne fonctionne pas, il est souvent utile de procéder à un contrôle visuel. Il convient d'abord de vérifier que le module solaire est encore clair ou a déjà un aspect laiteux. Le remplacement d’une cellule solaire blanchie (couleur laiteuse) n’est malheureusement pas rentable car les cellules solaires sont souvent introuvables ou bien plus chers que des lampes complètes.

Il convient ensuite de contrôler les contacts de l’accu. Sachant que les lampes sont exposées aux intempéries, elles peuvent être sujettes à la corrosion.

Si les contacts sont corrects, le câblage doit être vérifié. Souvent les fils fins, notamment ceux reliant le circuit électronique à la cellule solaire et à l’accu, se cassent directement au niveau des points de soudure.

Une autre cause de panne est éventuellement imputée à d’anciens interrupteurs de fonctionnement présentant un faux contact.

Si le contrôle visuel ne donne pas de résultats exploitables, vous devez mesurer la tension au niveau de l’accu et de la cellule solaire (orientée vers le soleil) au moyen d’un multimètre. Si les résultats ne sont pas significatifs, il convient de vérifier le courant de court-circuit de la cellule solaire ou bien le courant de charge de l'accu.

La lampe solaire s'allume brièvement.

C’est un signe indiquant que l’accu est déchargé. Il suffit souvent de régénérer l’accu dans un chargeur. Pour ce faire, l'accu est chargé et déchargé plusieurs fois jusqu'à ce qu'il atteigne la pleine puissance. Ainsi, il est possible de contrôler ou de nettoyer les contacts de l’accu et du pack d’accus. 

La lampe solaire ne s'allume pas la nuit mais en plein jour.

Dans ce cas, le passage du courant vers l’accu est interrompu. Le courant délivré par la cellule solaire passe directement par les LED. Causes possibles : contacts d'accu oxydés, accu à haute impédance ou bien rupture de fil ou problème de soudure au niveau du compartiment de l'accu.

En résumé :

Les pannes survenant sur les lampes de jardin solaires sont souvent décelables rapidement et peuvent être résolues facilement. Particulièrement si on a compris les principes techniques et quand on est un peu bricoleur. Et comme la plupart des pannes sont dues à de l'humidité infiltrée, il est possible d’offrir une seconde vie à de nombreuses lampes de jardin à moindre frais.

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