LED Solarleuchte selber bauen
Solarleuchten bieten viele Vorteile und sind deshalb sehr beliebt. Wir zeigen Ihnen welche Technik hinter den cleveren Solarlampen steckt und wie Sie Ihre eigene Leuchte mit Solar für den Garten oder die Terrasse bauen.
Das Prinzip, etwas zu ernten und für späte Zeiten zu konservieren ist uralt. Was sich bei Lebensmitteln seit Jahrtausenden bestens bewährt hat, funktioniert in unserer modernen Welt problemlos auch mit Wärme und Licht. Doch nicht nur das! Es funktioniert zudem im kleinen Maßstab und ohne großen Aufwand.
Denn seit sich LEDs zu lichtstarken Leuchtmitteln gemausert haben, kann man mit einem kompakten Solarmodul, einem kleinen Akku und etwas Elektronik die schönsten Solar LED-Leuchten selber bauen.
Dabei bieten die selbstgebauten Solar LED-Leuchten die gleichen Vorteile, wie die handelsüblichen Solar-Gartenleuchten:
Ohne großen Installationsaufwand und ohne laufende Betriebskosten sorgen die Selbstbaulaternen für eine angenehm dezente Beleuchtung. Und das komplett vollautomatisch.
Handelsübliche Solar-Gartenleuchten sind fast überall zu sehen
Doch das Allerbeste: Im Gegensatz zu fertigen Gartenleuchten mit Solar stehen Ihnen bei der Gestaltung Ihrer selbstgebauten Solar LED-Leuchten alle Möglichkeiten offen. Bauen Sie sich für Garten, Balkon und Terrasse Ihre individuelle Solar betriebene Lampe im unverkennbaren Design.
Das Funktionsprinzip einer Eigenbau-Solarleuchte ist recht einfach und darum besteht eine selbstgebaute Leuchte aus wenigen Bauteilen:
Solarmodul
Das Solarmodul wandelt die Sonnenstrahlen in elektrischen Strom, der in einem Akku geladen wird. Gleichzeitig dient das Solarmodul als Indikator dafür, wie hell es ist und 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 einem handelsüblichen 1,2 V NiMH-Akku der Bauform Mignon ausgestattet. Der Akku dient dazu, den Strom des Solarmoduls zu speichern und nachts die LEDs zu versorgen.
Leuchtmittel
Aufgrund der begrenzten Energie einer Solar-Leuchte haben sich LEDs als perfekte Lichtquelle herauskristallisiert. Sie benötigen nur wenig Strom und wandeln einen Großteil der elektrischen Energie in Licht um. Zudem sind sie ausgesprochen robust und sehr langlebig.
Elektronik
Damit der Stromfluss vom Solarmodul in den Akku und später vom Akku in die LEDs richtig erfolgt, muss eine kleine Elektronik eingesetzt werden. Doch diese Elektronik kann und macht noch deutlich mehr. Wie die clevere Schaltung funktioniert, verraten wir im nachfolgenden Kapitel.
Leuchtengehäuse
Von Omas nostalgischem Einmachglas bis hin zum handelsüblichen Konservenglas mit Schraubverschluss – Bei der Auswahl eines geeigneten Gehäuses für Ihre selbstgebaute Solar Gartenleuchte stehen Ihnen alle erdenklichen Optionen offen.
Doch nicht nur Größe und Form Ihrer Solarleuchte sind frei wählbar. Mit den geeigneten Farben, etwas Deko-Zubehör und ein wenig Kreativität wird eine schlichte Glaslampe im Handumdrehen zum coolen Designobjekt.
Doch aufgepasst:
Da die Solarleuchte im Außenbereich eingesetzt wird, muss man unbedingt darauf achten, dass die Elektronik gut vor Feuchtigkeit geschützt ist.
Ein wenig bunte Folie bringt im Handumdrehen Farbe ins Spiel.
Das elektronische Herzstück einer LED-Solarlampe ist die Steuerelektronik, die als kleiner integrierter Schaltkreis (IC = Integrated Circuit) aufgebaut ist. Diese ICs können die Aufschrift ANA618, CL0116; YX8018 oder auch QX5252F aufweisen. Die Funktion der ICs ist im Regelfall annähernd identisch, aber die Pinbelegung als auch die technischen Daten sind unterschiedlich.
Funktionsbeschreibung
Anhand eines QX5252F lässt sich die Funktionsweise recht einfach erklären:
Wenn die Sonne auf das Solarmodul (SOL) scheint, wird der vom Solarmodul erzeugte Strom in den Akku (AK) geladen (siehe rote Dreiecke in Skizze A).
Eine Schottky-Diode im QX5252F sorgt dafür, dass bei Dunkelheit kein Strom aus dem Akku zurück in die Solarzelle fließen kann.
Die am Akku anliegende Spannung (je nach Ladezustand ca. 0,9 bis 1,4 V) wird gleichzeitig über die Spule (L) zur Leuchtdiode (D) geleitet. Allerdings ist die Höhe der Spannung nicht ausreichend, um die LED zum Leuchten zu bringen.
Die Skizze A zeigt den schematischen Aufbau der Schaltung einer LED-Solarlaterne. Die roten Pfeile deuten den Stromfluss beim Laden des Akkus an.
In der Dämmerung, wenn das Solarmodul keine Spannung mehr liefert, schaltet das IC QX5252F die LED ein. Dazu wird der Anschluss LX über einen internen Feldeffekt-Transistor gegen Masse (GND für Ground) geschaltet. Der Strom, der nun über die Spule L und das IC gegen Masse fließt, baut in der Spule unverzüglich ein Magnetfeld auf (siehe Skizze B).
Die Schaltskizze B zeigt den Stromverlauf (rote Dreiecke), wenn der Transistor im QX5252F leitend ist. Da in diesem Moment die LED (D) kurzgeschlossen ist, kann sie nicht leuchten.
Die Schaltskizze C zeigt den Stromverlauf (rote Dreiecke), wenn der Transistor im QX5252F sperrt. Der Strom fließt nun über die LED (D).
Sobald das Magnetfeld aufgebaut wurde, sperrt der Transistor im QX5252F wieder. Da der Strom durch die Spule dadurch schlagartig abgeschaltet wird, bricht auch das Magnetfeld der Spule ebenso schnell zusammen. Dieses zusammenbrechende Magnetfeld erzeugt(induziert) in der Spule (L) eine Spannungsspitze, die sich zur vorhandenen Akkuspannung addiert. Die Spule wirkt in diesem Moment quasi als zusätzliche Spannungsquelle, die mit dem Akku in Serie geschaltet ist. Die dadurch entstehende Gesamtspannung ist nun hoch genug, um die LED (D) kurzzeitig aufleuchten zu lassen (siehe Skizze C).
Der Fachmann bezeichnet dieses Schaltungskonzept als Stepup-Wandler.
Da die LED aber nicht nur kurzzeitig aufflackern sondern dauerhaft leuchten soll, wird der oben beschriebene Schaltvorgang mehrere Zehntausend Mal pro Sekunde wiederholt. Durch die sehr hohe Schaltfrequenz entsteht der optische Eindruck einer gleichmäßig leuchtenden LED.
Wenn bei Tagesanbruch die Solarzelle wieder genügend Spannung liefert, wird die LED ausgeschaltet und der Akku für die nächste Nacht geladen.
Sicherheitsabschaltung inklusive
Eine interne Spannungsüberwachung im QX5252F schaltet die LED bei fast leerem Akku ab und verhindert dadurch eine schädliche Tiefentladung des Akkus im Leuchtbetrieb.
Grundsätzlich ist es kein Problem, sich die oben aufgeführten Komponenten einzeln zu besorgen. Einfacher und auch kostengünstiger ist es jedoch, auf einen Bausatz zurückzugreifen, der alle zum Bau benötigten Elektronikkomponenten beinhaltet. Dies bietet zudem den großen Vorteil, dass alle Bauteile aufeinander abgestimmt sind und die fertige Schaltung problemlos funktioniert.
Ein interessanter Vertreter aus der Solarlampen-Bausatzfraktion ist der Lötbausatz „Gurkenglaslampe“ von der Firma Sol Expert.
Besonderheiten der Schaltung
Bevor es an den Aufbau geht, lohnt es sich, einen Blick auf den Schaltplan zu werfen. Zu der bereits erwähnten Standard-Solarlampenschaltung weist dieser Bausatz noch weitere Besonderheiten auf:
1. Zur Beleuchtung werden drei LEDs (D1 bis D3) genutzt, die über den Schalter J6 (E/A) ein- und ausgeschaltet werden. So kann man bei leerem Akku die Leuchtfunktion abschalten, bis der Akku wieder voll aufgeladen ist.
2. Der Bausatz verfügt über zwei 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 eine grüne 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 korrekte Funktion des Solarmoduls geprüft werden.
Aufbau der Schaltung
Bis auf die Solarzelle werden alle benötigten Komponenten auf einer zentralen Platine aufgebaut. Das hat den Charme, dass alle Bauteile ihren festen Platz haben und nicht mit einer „fliegenden Verdrahtung“ verbunden werden müssen.
Da die Anzahl der einzubauenden Bauteile recht überschaubar ist, besteht so gut wie keine Verwechslungsgefahr. Selbst Elektronikeinsteiger werden beim Aufbau der Schaltung keine Probleme haben. Vorausgesetzt, es wird sich exakt an die ausführliche Aufbauanleitung des Herstellers gehalten.
Aufgrund des einfachen und übersichtlichen Aufbaus eignet sich dieser Bausatz auch ideal für Schulen oder Ausbildungsbetriebe.
Das Thema Solar LED-Leuchten lässt sich so leicht, anschaulich und auch praxisorientiert vermitteln. Zudem können dabei auch gleich die ersten Löterfahrungen gesammelt werden.
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 Einlöten einer LED ist auf die Polung zu achten.
Beim Einbau der vier LEDs ist auf die richtige Polung zu achten. Da LEDs den Strom nur in eine Richtung durchlassen, werden sie nicht leuchten, wenn sie verkehrt in die Platine eingelötet werden.
Dazu haben die LEDs auf der Kathode einen kürzeren Anschlussdraht bzw. das LED-Gehäuse ist auf dieser Seite abgeflacht.
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
Wie bereits erwähnt ist der Einbau in die unterschiedlichsten „Lampengehäuse“ möglich. Die nachfolgenden Bauschritte zeigen den Einbau der Elektronik in ein Konservenglas
Schritt 1:
Nachdem die Löcher für die Abstandshalter von der Platine auf den Dosendeckel übertragen wurden, können die Löcher gebohrt werden.
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 Einweckglas mit Glasdeckel 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 Solarleuchte für den Garten ist 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 Solarleuchte nicht funktioniert 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.
Die Solarleuchte leuchtet nicht nachts sondern bei Sonnenschein.
In diesem Fall ist der Stromfluss zum Akku unterbrochen. Der Strom von der Solarzelle fließt statt dessen direkt über die LED. Die Ursache können oxidierte Akkukontakte, ein hochohmiger Akku oder ein abgebrochenes Kabel bzw. eine kalte Lötstelle am Akkuschacht sein.
Zusammenfassung:
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.