Aktualisiert: 13.04.2022 | Lesedauer: 11 Minuten
Solarleuchten sind bei vielen Menschen sehr beliebt. Das ist bei genauer Betrachtung nicht verwunderlich. Denn in Gärten, Grundstücken, Beeten oder sogar auf Terrassen und Balkonen sorgen Solarlampen für einedezente,aber trotzdemBlick erhaschendeIllumination.
Doch nicht nur das. Der Aufbau und die Inbetriebnahme sind denkbar einfach. Denn es müssen keine Kabel verlegt oder Anschlüsse erstellt werden. Einfach auspacken, aufstellen und fertig. Deshalb haben wir bei Conrad diesbezüglich ein sehr umfangreiches Angebot für unsere Kunden zusammengestellt.
Aber es gibt noch weitere gute Gründe, der für die cleveren Leuchten sprechen. Die Technik ist mittlerweile soweit ausgereift, dass die Leuchten hervorragend funktionieren und laufende Betriebskosten fallen auch keine an.
Doch das Beste: Bei der umweltfreundlichen Gartenbeleuchtung sind Sie nicht nur auf fertige Produkte von der Stange angewiesen. Wir erklären Ihnen, welche Technik hinter den pfiffigen Solarlampen steckt und wie einfach Sie Ihre eigene DIY (do it yourself) Leuchte mit Solar selber bauen.
Was ist eine LED-Solarleuchte zum selber bauen?
Welche Komponenten werden für LED-Solarleuchten benötigt?
Wie funktioniert eine LED-Solarleuchte?
Wie wird eine LED-Solarleuchte aufgebaut?
Welche Fehler können bei Solarleuchten auftreten?
Zusammenfassung
Das Prinzip, etwaszu erntenund für späte Zeitenzu konservierenist uralt. Was sich bei Lebensmitteln seit Jahrtausenden bestens bewährt hat, funktioniert in unserer modernen Welt problemlos auch mitWärme und Licht. Doch nicht nur das! Es funktioniert zudem imkleinen Maßstabundohne großen Aufwand.
Denn seit sichLEDs zu lichtstarken Leuchtmittelngemausert haben, kann man mit einem kompakten Solarmodul, einem kleinen Akku und etwas Elektronik die schönstenSolar LED-Leuchten selber bauen.
Dabei bieten dieselbstgebauten DIY Solar LED-Leuchtendiegleichen Vorteile, wie diehandelsüblichen Solar-Gartenleuchten:
Ohne großen Installationsaufwand und ohne laufende Betriebskosten sorgen die Selbstbaulaternen für eine angenehm dezente Beleuchtung. Und das komplett vollautomatisch.
Doch das Allerbeste: Im Gegensatz zu fertigen Gartenleuchten mit Solar stehen Ihnen bei derGestaltungIhrerselbstgebauten Solar LED-Leuchtenalle Möglichkeiten offen. Bauen Sie sich für Garten, Balkon und Terrasse Ihre individuelle Solar betriebene Lampe imunverkennbaren Design.
DasFunktionsprinzip einer Eigenbau-Solarleuchte ist recht einfach und darumbesteht eine selbstgebaute Leuchte aus wenigen Bauteilen:
Solarmodul
/experimentier-solarmodul.jpg?x=420&cdx=420&cdy=350&cox=0&coy=0 "LED Solarleuchten selber bauen » Technik & Aufbau erklärt (3)")
DasSolarmodulwandelt dieSonnenstrahlen in elektrischen Strom.Gleichzeitig dient das Solarpanel als Indikator dafür, ob die Beleuchtung schon eingeschaltet werden kann. Da lediglich ein einzelliger Akku geladen werden muss, reicht ein Solarmodul mit einer Spannung von 2 V vollkommen aus.
Speicherakku
Da das Solarmodul aufgrund seiner Größe nur eine begrenzte Leistung liefert, sind viele Solarleuchten mit einemhandelsüblichen 1,2 V NiMH-Akkuder Bauform Mignon ausgestattet. Der Akku dient dazu, denStrom des Solarpanels zu speichernund nachts dieLEDs zu versorgen.
Leuchtmittel
Aufgrund derbegrenzten EnergieeinerSolar-Leuchtehaben sichLEDsalsperfekte Lichtquelleherauskristallisiert. Sie benötigen nur wenig Strom und wandeln einenGroßteil der elektrischen Energie in Lichtum. Zudem sind sie ausgesprochenrobustund sehrlanglebig.
Elektronik
Damit derStromflussvom Solarmodul in den Akku und später vom Akku in die LEDsrichtig erfolgt, muss einekleine Schaltung bzw. Elektronikeingesetzt werden. Doch diese Elektronikkann und macht nochdeutlichmehr. Wie die clevere Schaltung funktioniert, verraten wir im nachfolgenden Kapitel.
Leuchtengehäuse
Von Omas nostalgischemEinmachglasbis hin zum handelsüblichenKonservenglasmit Schraubverschluss – Bei derAuswahl eines geeigneten Gehäusesfür Ihre selbstgebaute Solar Gartenleuchte stehen Ihnenalle erdenklichen Optionen offen.
Doch nicht nur Größe und Form Ihrer Leuchte sind frei wählbar.
Mit dengeeigneten Farben oder bunten Folien, etwasDeko-Zubehörund ein wenigKreativitätwird eine schlichte Glaslampe im Handumdrehen zumcoolen Designobjekt.
Doch aufgepasst:
Da die Solarleuchte im Außenbereich eingesetzt wird, muss man unbedingt darauf achten, dass dieElektronik gut vor Feuchtigkeit geschütztist.
Daselektronische Herzstückeiner LED-Solarlampe ist die Steuerelektronik, die als kleinerintegrierter Schaltkreis(IC = Integrated Circuit) aufgebaut ist. Diese ICs können die AufschriftANA618, CL0116; YX8018oder auchQX5252Faufweisen. DieFunktionder ICs ist im Regelfallannähernd identisch, aber diePinbelegungals auch dietechnischen Datensind unterschiedlich.
Laden bei Sonnenschein
Die Skizze A zeigt den Aufbau der Schaltung einer LED-Solarlaterne. Die roten Pfeile deuten den Stromfluss beim Laden des Akkus an.
Anhand einesQX5252Flassen sich die Schaltung und die Funktionsweise recht einfach erklären:
Wenn dieSonneauf das Solarmodul (SOL)scheint, wird dervom Solarmodul erzeugte Stromin denAkku(AK)geladen(siehe rote Dreiecke in Skizze A).
EineSchottky-Diodeim QX5252F sorgt dafür, dass bei Dunkelheit kein Strom aus dem Akku zurück in die Solarzelle fließen kann.
Die amAkku anliegende Spannung(je nach Ladezustand ca. 0,9 bis 1,4 V) wird gleichzeitig über die Spule (L) zurLeuchtdiode(D) geleitet. Allerdings ist dieHöhe der Spannung nicht ausreichend, um die LED zum Leuchten zu bringen.
Leuchten bei Dunkelheit (Aufbau des Spulenfeldes)
Die Schaltskizze B zeigt den Stromverlauf, wenn der Transistor im QX5252F leitend ist.
In derDämmerung, wenn dasSolarmodul keine Spannungmehr liefert, schaltet das IC QX5252F die LED ein.
Dazu wird derAnschluss LXüber einen internen Feldeffekt-Transistorgegen Masse(GND für Ground)geschaltet.
DerStrom (siehe rote Dreiecke in Skizze B), der nun über dieSpule (L)und dasIC gegen Masse fließt, bautin der Spuleunverzüglichein Magnetfeldauf.
Da in diesem Moment die LED (D) über den Transistor im IC QX5252F kurzgeschlossen ist, kann sie nicht leuchten.
Leuchten bei Dunkelheit (Einschalten der LED)
Die Schaltskizze C zeigt den Stromverlauf (rote Dreiecke), wenn der Transistor im QX5252F sperrt.Die Spule wirkt dadurch kurzzeitig als weitere Spannungsquelle, wodurch die LED (D) leuchtet.
Sobald dasMagnetfeld der Spule (L) aufgebaut ist,sperrt der Transistorim QX5252F wieder.Da derStromdurch die Spule somitschlagartig abgeschaltetwird, bricht auch dasMagnetfeld der Spuleebenso schnell zusammen.
Dieseszusammenbrechende Magnetfeld erzeugt(induziert) in der Spule (L) eineSpannungsspitze, die sichzur vorhandenen Akkuspannung addiert.
Die Spule wirkt in diesem Moment quasi alszusätzliche Spannungsquelle, die mit dem Akku in Serie geschaltet ist.Die dadurch entstehendeGesamtspannungist nun hoch genug, umdie LED(D)kurzzeitig aufleuchtenzu lassen (siehe Skizze C).
Der Fachmann bezeichnet dieses Schaltungskonzept als Stepup-Wandler.
Da die LED abernicht nur kurzzeitig aufflackernsonderndauerhaft leuchtensoll, wird der oben beschriebene Schaltvorgangmehrere Zehntausend Mal pro Sekundewiederholt. Durch die sehrhohe Schaltfrequenzentsteht der optische Eindruck einergleichmäßig leuchtenden LED.
Wenn bei Tagesanbruch dieSolarzellewieder genügendSpannung liefert, wird dieLED ausgeschaltetund derAkkufür die nächste Nachtgeladen.
Sicherheitsabschaltung inklusive
Eineinterne Spannungsüberwachungim QX5252F schaltet die LED bei fast leerem Akku ab undverhindertdadurch eine schädlicheTiefentladung des Akkusim Leuchtbetrieb.
Grundsätzlich ist es kein Problem, sich die oben aufgeführtenKomponenteneinzeln bei Conrad Electroniczu besorgen.Dabei haben Sie den Vorteil der individuellen Auslegung und ob sie weiße LEDs oder vielleicht lieber rote LEDs als Lichtquelle nutzen möchten. Allerdings sollten fundierte Grundkenntnisse im Umgang mit Elektronikbauteilen vorhanden sein.Einfacherund auchkostengünstigerist es jedoch, auf einenBausatzoder Set zurückzugreifen, der alle zum Bau benötigten Elektronikkomponenten beinhaltet. Dies bietet zudem den großen Vorteil, dass alleBauteile aufeinander abgestimmtsind und die fertige Schaltungproblemlos funktioniert.Ein interessanter Vertreter aus der Solarlampen-Bausatzfraktion ist derLötbausatz „Gurkenglaslampe“von der Firma Sol Expert.
Besonderheiten der Schaltung
Bevor es an den Aufbau geht, lohnt es sich, einenBlick aufden Schaltplanzu werfen. Zu der bereits erwähnten Standard-Solarlampenschaltungweist dieser Bausatz noch weitereBesonderheitenauf:
1.Zur Beleuchtung werdendrei LEDs(D1 bis D3) genutzt, die über den Schalter J6 (E/A) ein- und ausgeschaltet werden. So kann man bei leerem Akku dieLeuchtfunktion abschalten, bis der Akku wieder voll aufgeladen ist.
2.Der Bausatz verfügt überzwei Spulen(L1 mit 220 µH und L2 mit 56 µH), die mit dem Schalter J1 (S/W) wechselseitig eingeschaltet werden. Aufgrund der unterschiedlichen Induktivitäten werden unterschiedliche LED-Ströme induziert.Die Spule L1 erzeugt einen LED-Strom von 15 mA und ist für den sparsamen Winterbetrieb gedacht. Die Spule L2 erzeugt einen LED-Strom von 50 mA und ist im Sommerbetrieb zu verwenden.
3.Am Solarmodul ist noch einegrüne LED(D4) und ein Vorwiderstand (R1) angeschlossen. Wenn der Schalter J4 (TEST) geöffnet wird, fließt bei Sonnenschein der Strom des Solarmoduls über den Vorwiderstand und die LED. So kann die korrekteFunktion des Solarmoduls geprüftwerden.
Aufbau der Schaltung
Bis auf die Solarzelle werdenalle benötigten Komponentenauf einerzentralen Platineaufgebaut. Diese idee hat den Charme, dass alle Bauteile ihren festen Platz haben und nicht mit einer „fliegenden Verdrahtung“ verbunden werden müssen.
Da dieAnzahl dereinzubauendenBauteilerecht überschaubar ist, besteht so gut wie keineVerwechslungsgefahr. Selbst Elektronikeinsteiger werden beim Aufbau der Schaltung keine Probleme haben. Vorausgesetzt,Sie halten sich exakt an die ausführliche Aufbauanleitung des Herstellers.
Aufgrund deseinfachen und übersichtlichen Aufbauseignetsich dieser Bausatz auch ideal fürSchulen oder Ausbildungsbetriebe.
Das ThemaSolar LED-Leuchten lässt sich so leicht, anschaulich und auch praxisorientiert vermitteln. Zudem können dabei auch gleich dieersten Löterfahrungengesammeltwerden.
Der Bausatz ist überschaubar und beinhaltet alle erforderlichen Teile.
Wichtig:
Da beim Löten der Lötkolben, das Lötzinn und auch die verlöteten Bauteile sehr heiß werden, ist entsprechende Vorsicht geboten. Kinder und Jugendliche sollten nur unter Aufsicht von Erwachsenen die erforderlichen Lötaufgaben durchführen.
Auf die richtige Polung der Bauteile achten
Beim Einbau der vierLEDsist auf dierichtige Polungzu achten. Da LEDs denStrom nur in eine Richtungdurchlassen, werden sie kein Licht abgeben, wenn sie verkehrt in die Platine eingelötet werden.
Dazu haben die LEDs auf derKathode einen kürzeren Anschlussdrahtbzw. dasLED-Gehäuseist auf dieser Seiteabgeflacht.
Hinweis:
Der verkehrte Einbau hat im Regelfall keine negativen Folgen für die LED. Sie wird dadurch nicht beschädigt. Für die korrekte Funktion muss die LED lediglich ausgelötet und wieder richtig eingebaut werden.
Einbau in ein Konservenglas
Wiebereits erwähnt ist der Einbau in die unterschiedlichsten „Lampengehäuse“möglich. Die nachfolgenden Bauschritte zeigen den Einbau der Elektronik in einKonservenglas
Schritt 1:
Übertragen Sie mit Hilfe der Platine die Löcher für die Abstandshalter auf den Verschlussdeckel. Die Löcher werden mit einem 2 mm Bohrer vorgebohrt und anschließend mit einem 5 mm Bohrer erweitert.
Schritt 2:
Nach dem Bohren werden die Löcher sauber entgratet. Dies ist bei dem Loch in der Mitte besonders wichtig, da hier die Kabel des Solarmoduls durchgeführt werden.
Schritt 3:
Die Abstandshalter werden von außen nach innen durch den Dosendeckel geschoben. Seitliche Rastnasen stellen sicher, dass die Abstandshalter nicht wieder herausfallen.
Schritt 4:
Am Solarmodul werden die Anschlussdrähte angelötet. Der Plus-Anschluss (+) wird mit dem roten Kabel und der Minus-Anschluss(-)wird mit dem schwarzen Kabel verbunden.
Schritt 5:
Die Anschlusskabel des Solarmoduls werden durch die zentrale Bohrung im Deckel geführt. Die Köpfe der Abstandshalter dienen als Auflagepunkte für das Solarmodul.
Schritt 6:
Da die Gartenlampe vorzugsweise außen eingesetzt wird, muss das Solarmodul ringsum mit Heißkleber festgeklebt und abgedichtet werden.
Hinweis:
Fall Sie ein Einmachglas mit einem Deckel aus Glas verwenden, muss das Solarmodul innen an dem Glasdeckel befestigt werden. Dazu reichen drei bis viel Klebepunkte. Eine wasserdichte Rundumverklebung ist nicht erforderlich. Die Köpfe der Abstandshalter werden dann an die Unterseite des Solarmoduls geklebt.
Schritt 7:
Die Kabeldurchführung sowie die Abstandshalter werden ebenfalls mit Heißkleber versiegelt. Von außen darf später keine Feuchtigkeit ins Innere der Lampe dringen.
Schritt 8:
Die Anschlusskabel des Solarmoduls werden mit der bestückten Platine verbunden. Auch hier muss wieder auf die Polung geachtet werden.
Schritt 9:
Die fertig aufgebaute Solar Deckel-Einheit kann nun entsprechend den Herstellervorgaben auf die korrekte Funktion geprüft werden.
Schritt 10:
Nachdem das Glas gereinigt wurde, kann der Deckel mit Solarlicht aufgeschraubt werden. Die Leuchte für den Garten ist nun fertig.
Persönliche Note bei der finalen Gestaltung
Für die Ausgestaltung der Lampe können nun die unterschiedlichsten Materialien verwendet werden.
Besonders reizvoll ist es, wenn der Glasboden mit saisonalen Deko-Elementen abgedeckt wird oder die LEDs durch bunte Folien strahlen.
Das Glas kann aber auch von Außen mit Fensterfarben gestaltet oder von Innen mit Farbsprühdosen aus dem Baumarkt lackiert werden.
Lassen Sie Ihrer Kreativität freien Lauf.
Die Solarleuchte funktioniert nicht.
Wenn eine Solarlampe kein Licht abgibt, hilft eine optische Prüfung oftmals schnell weiter. Zunächst ist zu prüfen, ob das Solarmodul noch klar oder bereits milchig ist. Der Austausch einer milchigen Solarzelle rechnet sich leider nicht, da die Zellen oft nicht zu bekommen oder teurer als komplette Lampen sind. Als nächstes müssen die Akkukontakte geprüft werden. Da die Lampen der Witterung ausgesetzt sind kann es hier leicht zu Korrosionen kommen. Sind die Kontakte in Ordnung muss die Verkabelung geprüft werden. Oft brechen die dünnen Drähte, welche die Elektronik mit der Solarzelle und den Akku verbinden, unmittelbar an den Lötstellen ab.
Eine weitere Fehlerquelle sind eventuell vorhandene Funktions-Schalter, die keinen richtigen Kontakt aufweisen.Wenn die Sichtprüfung keine brauchbaren Ergebnisse liefert, müssen mit einem Multimeter die Spannung am Akku und an der Solarzelle (bei Ausrichtung zur Sonne) gemessen werden. Sollten die Ergebnisse nicht aussagekräftig sein ist der Kurzschlussstrom der Solarzelle bzw. der Ladestrom des Akkus zu prüfen.
Die Solarleuchte leuchtet nur kurz.
Dies ist ein klassisches Zeichen dafür, dass der Akku nicht fit ist. Hier reicht es oftmals schon aus, den Akku in einem Ladegerät zu regenerieren. Dazu wird der Akku mehrmals geladen und entladen, bis er wieder die volle Leistung aufweist. In diesem Zusammenhang kann man gleich die Kontakte des Akkus und der Akkubox prüfen bzw. reinigen. Bei einem Austausch des Akkus muss der Akku-Typ beachtet werden. Neben den üblichen Ni-MH Akkus setzen Hersteller mittlerweile auch Li-Ion Akkus ein.
Die LED in der Solarlampe leuchtet nicht nachts sondern bei Sonnenschein.
In diesem Fall ist der Stromfluss zum Akku unterbrochen. Der Strom von der Solarzelle fließt stattdessen direkt über die LED. Die Ursache können oxidierte Akkukontakte, ein hochohmiger Akku oder ein abgebrochenes Kabel bzw. eine kalte Lötstelle am Akkuschacht sein.
Fehler bei Solar-Gartenleuchten lassen sich oft schnell erkennen und einfach beheben. Besonders dann, wenn man die Technik verstanden hat und ein wenig Talent zum Basteln entwickelt. Und da die meisten Fehler aufgrund einwirkender Feuchtigkeit entstehen, kann man vielen Gartenleuchten ohne großen Aufwand ein zweites Leben schenken.
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