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.
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.
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 !
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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 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.
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.
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.
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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