Aleksandry Śląskiej 15B, 04-957 Warszawa

Instalacja elektryczna 12V w domku dla dzieci lub letniskowym

Z okazji zbliżającego się dnia dziecka, temat trochę może mniej elektryczny, ale być może bardziej inspirujący dla tych, którzy z elektryką mają na co dzień niewiele wspólnego, a rozważają wykonanie podobnej instalacji SELV 12V w domku letniskowym lub (w ramach dodatkowej atrakcji) w domku dla dzieci.

Z okazji zbliżającego się dnia dziecka, temat trochę może mniej elektryczny, ale być może bardziej inspirujący dla tych, którzy z elektryką mają na co dzień niewiele wspólnego, a rozważają wykonanie podobnej instalacji SELV 12V w domku letniskowym lub (w ramach dodatkowej atrakcji) w domku dla dzieci.

Jakiś czas temu, zbudowałem dzieciakom w ogrodzie domek do zabawy – duży, piękny, zielony. Lecz pojawił się problem podczas zabaw w długie wieczory i ew. nocowania w ciepłe letnie miesiące – ciemność. W namiocie lub domku posadowionym niewiele ponad gruntem w zasadzie nie stanowiło by to problemu, ale poruszanie się na wysokości ponad 1,5m, schodzenie i wchodzenie po drabinach czy linach w nocy jest zwyczajnie niebezpieczne.

Dodatkowym atutem przemawiającym za wykonaniem takiej instalacji była wygoda korzystania z tej atrakcji  w dłuższym wymiarze czasowym (bądź co bądź na „świeżym powietrzu”), również w te bardziej pochmurne, ciemniejsze i deszczowe dni – także w okresie jesiennym, gdy wieczory stają się długie, a temperatura zachęca jeszcze do tego typu aktywności.

Naturalnie, podziw i zachwyt własnych dzieci, dzieci sąsiadów oraz kolegów i koleżanek dzieci ze szkoły/przedszkola … bezcenne ! 😀 Choć przyznam szczerze, że akurat to, wyjątkowo szybko przemija.

Początkowo, z uwagi na stosunkowo wysokie ceny niskonapięciowych paneli fotowoltanicznych (PV), rozważałem tylko 3 (a w zasadzie 2) opcje:

  1. instalację opartą tylko na akumulatorze 12V, okresowo doładowywanym ręcznie, przez podłączenie prostownika na przedłużaczu (zewnętrzne, „ogrodowe” gniazda ~230V miałem relatywnie blisko)
  2. instalację zasilaną linią napowietrzną bezpośrednio z domu, ze starego zasilacza ATX lub prostownika
  3. jakieś połączenie obu powyższych opcji np. przez kontroler ładowania/zasilacz do paneli/solarów lub zasilacz buforowy

Zasilanie ze starego zasilacza ATX wyglądało wyjątkowo kusząco, bo mamy od razu dostępne klika napięć użytecznych: +3.3V, +5V i +12V ale niestety w połączeniu z linią napowietrzną obarczone było poważnymi wadami, a przede wszystkim:

  • zasilacz podaje stabilizowane napięcie +12V więc nie naładujemy nim akumulatora (a przynajmniej nie bez dodatkowej przetwornicy step-up), który do ładowania potrzebuje napięcia z zakresu 13,6 – 14,5 (a najlepiej żeby to było >15V + kontroler ładowania)
  • linia napowietrzna, to jednak coś co wisi w otwartej przestrzeni i jest podatne na wyładowania atmosferyczne lub przepięcia indukowane (co prawda można się przed tym zabezpieczać lub ograniczać ryzyko, ale to znowu są komplikacje i niepotrzebne koszta)
  • odległość pomiędzy domem i domkiem dla dzieci nie jest może ogromna, ale jednak aby wyeliminować spadki i w efekcie umożliwić wykorzystanie tych najniższych napięć (+3.3V i +5V) należało by zastosować gruby przewód wielożyłowy, a tego najprawdopodobniej nie przebolała by moja Żona.

Z pomocą przyszedł mi Kuzyn, który nabył okazyjnie niskonapięciowy panel fotowoltaniczny (PV) na jakiejś aukcji i podarował go w prezencie mojemu Synowi … i sprawa się wyjaśniła – rozpoczęliśmy budowę ekologicznej i praktycznie bezobsługowej instalacji 12V off-grid, która zasilana jest wprost ze słońca, a rezerwę mocy i zasilanie w ciemnościach zapewnia jej akumulator. W ciągu dnia akumulator pracuje buforowo – gdy jest słońce i występuje nadwyżka energii na panelach, to jest doładowywany, w nocy lub gdy potrzeba więcej energii za dnia jest rozładowywany, a gdy zaś sam panel (ok. 20W) jest w stanie pokryć obciążenie, to nie uczestniczy w przepływie energii i pozostaje naładowany. Nad całością instalacji czuwa zwykły – tani i prosty kontroler ładowania PWM (nie żaden MPPT).

Naturalnie, jak na elektryka przystało, cała instalacja musiała zostać spięta i wyposażona w majestatyczną (prawie, że barokową) rozdzielnicę – takie małe „centrum sterowania światem” z wieloma niepotrzebnymi wskaźnikami … prawie jak w elektrowni z przełomu XIX i XX wieku (swoją drogą polecam wizytę z dzieciakami w EC1 w Łodzi). Oczywiście nie jest to atrapa, wszystko jest podłączone i działa, tyle tylko, że stanowi bardziej gadżet lub element ozdobny, niż faktycznie niezbędny … ale czego nie robi się dla własnych dzieci ?! 😉

Wszystkie elementy instalacji starałem się upchnąć gdzieś w mało widocznych zakamarkach lub pod podłogą, mając na uwadze, że jej dostępne elementy (zwłaszcza mocowania) bardzo szybko padły by ofiarą (najczęściej) przypadkowej dewastacji … w końcu to przecież ma być dla dzieci, a z ich delikatnością, ostrożnością, wyważeniem i zapamiętywaniem instrukcji słownych bywa różnie.

Za punkt honoru wziąłem sobie także możliwość wykorzystania i podłączenia (prawie) wszystkich popularnych, (nie tylko) dziecięcych lampek IKEA czy ozdób na USB, co oczywiście wymagało trochę zachodu i kombinowania, ale ostatecznie się udało. Jeśli chodzi o starsze lampki na ~11,5V (AC) lub +12V (DC) z małymi żarnikami halogenowymi (np. niebieski grzybek, ledwie widoczny z prawej strony na zdjęciu poniżej) to jest to po prostu złącze typu cinh/RCA (bardzo popularne w sprzęcie audio-video z lat 90′ ale często nadal wykorzystywane), na które wystarczy podać napięcie bezpośrednio z wyjścia kontrolera ładowania – zazwyczaj będzie to przedział 11,1V – 14,4V i (nie tylko) dla lampki taka tolerancja/zakres napięć jest w zupełności wystarczający.

Nowsze lampki LEDowe, z początku energooszczędnej rewolucji (np. różowa, gięta z podstawką, widoczna poniżej) również korzystały z używanego i spotykanego wcześniej standardu, a mianowicie ze złącza głośnikowego starego typu (DIN 41529/WG-2), szczególnie popularnego we wzmacniaczach audio z lat 70′-80′ (np. JVC, polskie UNITRA, itp.), które projektanci z IKEA postanowili zasilić napięciem stałym (DC) +4V (ale diody są wyjątkowo nieliniowym odbiornikiem, więc całkiem dobrze świecą też na +3.3V z zasilacza ATX).

W pierwszym przypadku (niebieski grzybek/żarnik halogenowy/złącze RCA) polaryzacja (czyli który to plus, a który minus) nie ma znaczenia (i chyba fabrycznie lampka była zasilana przetwornicą AC z trapezową „sinusoidą”), więc można obrać dowolną – u mnie jest plus (+) w środku i minus (-) na zewnątrz. Natomiast w drugim przypadku (różowa, gięta lampka LED ze złączem głośnikowym DIN 41529/WG-2) już tak łatwo nie jest, ale polaryzację złącza można sprawdzić na dostarczonej przetwornicy zwyczajnym i tanim multimetrem cyfrowym – zdaje się, że duży płaski jest minus (-), a mniejszy, okrągły to plus (+) … ale głowy nie dam!

Z biegiem czasu i postępem technologicznym, projektanci z mojej „ulubionej” firmy zaczęli robić lampki LED na USB – również giętkie i dosyć podobne to tych wcześniejszych (różowych z podstawką), tyle że mniejsze (i bez podstawki) – zakończone wtykiem USB. Od początku zakładałem, że w domku będzie można podłączać gadżety, telefony i tablety na USB, więc nie było to dla mnie zaskoczeniem, a zasilanie +5V w złączu USB to obecnie standard prawie wszystkich urządzeń niewielkiej mocy – standard pierwotnie zakładał 500mA czyli 2.5W przy napięciu 5V, ale ładowarki smartfonów szybko poniosły poprzeczkę do 1A/5W, a nawet 2A/10W (niestety z uwagi na spadki napięcia na kablu i połączeniach, rzadko kiedy można z tego skorzystać, tzn. bez podnoszenia napięcia, jak to przykładowo robi ładowarka zgodna ze standardem Quick Charge od wersji 2.0).

Dopełnieniem uniwersalności połączeń było wstawienie do puchy z gniazdkami wysokoprądowego (10A) złącza zapalniczki samochodowej oraz upchnięcie tego wszystkiego w jednym przewodzie wielożyłowym (5×2,5 mm2). W efekcie otrzymaliśmy uniwersalną puchę przyłączeniową dla dziecięcych lampek i akcesoriów z bezpiecznymi napięciami zasilania:

  • 12V niestabilizowane: gniazdo RCA/cinh i gniazdo zapalniczki
  • 5V stabilizowane: gniazdo USB zasilane z przetwornicy step-down
  • 4V stabilizowane: stare gniazdo głośnikowe DIN 41529/WG-2 zasilane z osobnej przetwornicy step-down

Nie mogło zabraknąć również możliwości dalszej rozbudowy systemu – w przypadku niewielkich obciążeń świetnie sprawdzą się standardowe złącza elektroniczne PIN (np. takie jak do podłączania wentylatorów/wiatraczków na płycie głównej komputera).

Do sterowania wystarczą popularne „pstryczki” – przełączniki dźwigniowe (tak jak ten na zdjęciu) lub kołyskowe, a za ich mocowanie mogą posłużyć zwykłe połączenia ciesielskie („blachy”).

Oświetlenie w postaci różnego rodzaju lampek podłączanych do gniazd to jedno, ale przecież w takim domku bez większych przeszkód można (a nawet należy) wykonać „normalne” oświetlenie główne. Skorzystałem tutaj z gotowych gniazd/podstaw ceramicznych MR11/MR16 pod małe żarniki halogenowe, ale wyposażyłem je w LEDowe zamienniki … tzn. można włożyć tam żarnik halogenowy, który na pewno będzie tańszy, ale w drewnianym domku dla dzieci miałoby to 2 zasadnicze wady:

  1. żarnik halogenowy pożera ok. 5-8x więcej mocy/prądu przy tej samej jasności świecenia, a zasoby mamy dosyć mocno ograniczone przez akumulator
  2. żarnik halogenowy bardzo się rozgrzewa (mocniej niż zwykła żarówka – mimo wszystko, ten prąd w większości idzie na ciepło), co stanowiłoby dodatkowe zagrożenie pożarowe lub wymagałoby zastosowania innych – osłoniętych, większych i droższych opraw

Domek z założenia miał być także przystosowany dla dzieciaków do spania w ciepłe lenie noce, a więc musiał zostać wyposażony w dodatkowe – niewielkiej jasności i mocy – oświetlenie nocne. Tutaj wpadł mi do głowy pomysł, aby pociąć i zastosować niewielkiej długości paski taśmy LED, przykleić je do aluminiowego kątownika i skierować ku górze. Światło rozproszone i odbite od sufitu na pewno będzie słabsze i przyjemniejsze dla oka, ale niestety w nocy okazało się nadal zbyt intensywne, aby zasnąć oraz mogło oślepiać przy przebudzeniu i włączeniu. Rozwiązaniem tych (jakże „trudnych” i „poważnych”) problemów stała się taśma LED UV, a dodatkowo pozwoliła spojrzeć na sufit i wystrój wnętrza domku z zupełnie innej, kosmicznej wręcz perspektywy ! 😀