Як працює світильник на сонячній батареї?

Існування сучасної цивілізації неможливо уявити без електрики. Воно використовується у всіх сферах людської діяльності. Звичайно, були часи, коли електрика ще не була винайдена, але наскільки обмежені можливості людини тієї епохи. Сьогодні припинення енергозабезпечення навіть на мінімальний час призводить до повного паралічу життєдіяльності людини. А що говорити про віддалені регіони, куди ще не дотяглися лінії електропередач? Це виправдовує численні та давні спроби вчених використати безкоштовну енергію сонця для отримання електрики. Від випадкового виявлення французьким фізиком А. Беккерелем в 1839 явища фотогальванічного ефекту і винаходу в 1873 першого фотоелектричного осередку до початку комерційного виробництва сонячних батарей в другій половині двадцятого століття було десятки відкриттів. Зате сьогодні пристрої, що перетворюють сонячне світло на електрику, все наполегливіше входять у наш побут і є прекрасною альтернативою централізованому енергопостачанню.

Існують цілі міста, які повністю забезпечують свою потребу в електриці, перетворюючи сонячну енергію. У Україні її освітлювальні прилади на сонячних батареях часто використовуються в заміських і приватних будинках. Такий тип світильників застосовується на автомагістралях, міських вулицях та інших важкодоступних для підведення електрики місцях.

Як працює світильник на сонячній батареї?

Основою світильника, що забезпечує його функціональність, є сонячна батарея. На сьогоднішній день це його найдорожча складова частина. Сонячна панель є набір фотогальванічних осередків, які під впливом сонячного світла виробляють електричний струм з використанням фотоелектричного ефекту.

Конструкція виконана із двох шарів кремнієвих напівпровідників з різною провідністю. При нагріванні сонячним світлом верхнього «сонячного» шару, який виступає як катод, електрони з атомів кремнію «вибиваються» фотонами світла. Після чого вони перетікають до атомів нижньої пластини, яка є анодом. З нижньої пластини електрони рухаються сполучними провідниками через акумулятор, заряджаючи його, і повертаються у верхню пластину.

Залежно від будови кремнієвих кристалів розрізняють три типи фотоелементів для сонячних панелей:

• полікристалічні;
• монокристалічні;
• аморфні.

Виробництво полікристалічних панелей є найменш витратним, але такі фотоелементи мають низький коефіцієнт корисної дії при перетворенні енергії світла в електрику. Монокристалічні фотоелементи відрізняються максимальним ККД в 25%. В цьому випадку кристали кремнію мають менше граней, що дозволяє електронам переміщатися з більшою швидкістю. Вартість таких батарей, відповідно, вища, зате для вироблення однакової кількості електроенергії використовується менша площа фотоелементів, ніж у разі застосування полікристалічних моделей. Для виробництва аморфних панелей потрібно кілька разів менше кремнію, ніж виробництва кристалічних аналогів. При цьому вони здатні виробляти електроенергію за недостатнього освітлення, тому вважаються більш ефективними в регіонах з невеликою кількістю сонячних днів.

Наступний важливий елемент у складі сонячної батареї – акумулятор. Він призначений для накопичення енергії, яку виготовляє панель. Зазвичай використовуються нікель-металогідридні або нікель-кадмієві моделі, які витримують велику кількість циклів заряду-розряду.

Для виключення перезаряджання акумулятор до складу світильника входить контролер заряду. Залежно від рівня заряду він здійснює підключення або відключення сонячної панелі. Контролер може виконувати функцію автоматичного включення світла з настанням сутінків. У деяких моделях ця опція дублюється механічним вимикачем. Більш складні типи пристрою здатні контролювати максимальний рівень потужності.

До переліку елементів сонячної панелі може входити інвертор – перетворювач постійного струму змінний. Забезпечити захист системи від можливих стрибків напруги покликаний стабілізатор.

Джерела світла у світильниках на сонячних батареях найчастіше виготовляються з використанням світлодіодів. Вони споживають невелику кількість енергії, не нагріваються та мають тривалий гарантійний термін експлуатації.

Всі перелічені компоненти розміщуються в корпусі, стійкому до впливу прямих сонячних променів, атмосферних опадів та пилу. Іноді конструктивно сонячна батарея розміщується окремо від світильника.

Переваги та недоліки світильників на сонячних батареях

Для того щоб знати, як правильно вибрати світильник на сонячній батареї, потрібно грамотно оцінити їх переваги і недоліки.

Це обладнання має такі переваги перед звичайними світильниками.

• Автономність. Немає необхідності прокладати дроти від центральної електромережі до світильника. Світильники на сонячних батареях не потребують регулярної заміни батарейок.
• Компактність. Побутові моделі таких освітлювальних приладів мають незначну вагу, малими розмірами та універсальним кріпленням, що дозволяє переміщати їх без спеціальної техніки.
• Економічність. Немає потреби платити за електрику. Світлодіодні лампи, що використовуються в сучасних світильниках, мають тривалий термін експлуатації.
• Простота та легкість монтажу. При встановленні світильників не потрібні спеціальні професійні навички та спеціальні інструменти.
• Електро- та пожежобезпека. Устаткування не підключається до електромережі. У процесі експлуатації виключається можливість контакту з електричною начинкою приладу, а лампи не нагріваються.

Важливо враховувати як плюси, а й мінуси цього освітлювальних елементів.

• Залежність функціонування від кліматичних чинників. Чим більша географічна широта, тим коротший світловий день. Кількість сонячних днів у більшості регіонів нашої країни також невелика. Сонячні батареї можуть не добирати енергії для повної зарядки акумулятора та ефективної роботи ліхтарів у нічний час. Використовувати такі світильники доцільно лише влітку.
• Нестабільний рівень висвітлення. Під час роботи яскравість ламп поступово знижується у міру розряду акумулятора. Особливо це помітно під час довгих ночей.
• Імовірність збоїв у роботі світильника в екстремальних погодних умовах. При надмірних морозах можуть виникати проблеми з функціонуванням акумуляторних батарей, а в сильну спеку не виключено перегрівання та виходу з ладу напівпровідників.
• Підвищені вимоги до обслуговування. Сонячні панелі в процесі експлуатації можуть засмічуватись, що призведе до зниження продуктивності світильників. У разі виходу з ладу акумулятора або світлодіодної лампи ремонт не є доцільним. Виріб доведеться утилізувати та замінювати.

Як правильно вибрати світильник на сонячній батареї?

При влаштуванні освітлення перш за все потрібно проаналізувати технічні характеристики моделі, що сподобалася, щоб зрозуміти яку площу і наскільки яскраво може висвітлити прилад. Це безпосередньо впливає на потрібну кількість світильників та на відстань між ними. Не всі можуть відразу розібратися в номінальній потужності світлодіодних ламп, тому зазвичай в паспорті світильника вказується відповідне число для аналогічної лампи розжарювання.

Покупці, які добре вчили фізику в школі, можуть спробувати по довідникам перевести вати потужності в люкси, люмени на метр чи фоти. Для маркування доріжок або садових об’єктів, а також декором використовуються прилади невеликої потужності, що забезпечують освітленість до 100 Лм. Для повноцінного освітлення ділянки території підбираються світильники з потужнішими лампами, що гарантують значення від 700 Лм і вище.

Для тривалої та надійної експлуатації світильники на сонячних батареях повинні мати корпус та плафон, захищені від пилу та вологи. Про ступінь захисту від впливу зовнішніх факторів говорить індекс IP, вказаний у паспорті приладу. Для вуличних ліхтарів значення індексу має бути не нижче за IP44.

Також слід приділити увагу матеріалу, з якого виготовлено прилад. Найчастіше це ударостійкий пластик, алюміній, бронза або нержавіюча сталь. Такі світильники не покриваються іржею та зберігають зовнішній вигляд тривалий час. При виборі приладу матеріалу корпусу прийнято орієнтуватися на концепцію ландшафтного дизайну та умови експлуатації світильника. Світильник може мати і дерев’яний корпус, але його доведеться періодично обробляти захисними засобами.

При покупці світильника на сонячній батареї слід звернути увагу на параметри акумулятора, яким укомплектовано прилад. Чим більша ємність, тим довше працюватиме світильник уночі і довше заряджатиметься у світлий час доби.

Як додаткові опції світильники можуть мати у своєму складі датчики, що відстежують рівень освітленості та датчики об’єму, що реагують на рух. Ці елементи забезпечують раціональні витрати заряду акумуляторної батареї, автоматично включаючи освітлення з приходом темряви і відключаючи вранці. Також прилад буде вмикатися, реагуючи на наближення об’єкта, що рухається, і відключатися через деякий час.

Враховуючи різні принципи встановлення, світильники можна класифікувати за такими групами.

• Ґрунтові. Такі світильники мають невелику висоту і монтуються на стійці із загостреним кінцем, яка просто встромляється в ґрунт. Вони ідеально підходять для маркування доріжок або підсвічування квітників і без особливих зусиль можуть переноситись в інше місце.
• Світильники-стовпи. Моделі з висотою стійки понад 1,5 метри. Через свою масивність вимагають деяких земляних робіт під час встановлення. Є світильники для встановлення на дорожню плитку, асфальт чи інше тверде покриття. Стійка в цьому випадку має фланець на нижньому кінці.
• Світильники для вертикальних поверхонь. Монтуються на стіну чи паркан. Асортимент моделей вражає різноманітністю стилів – від класичного газового міського ліхтаря до моделей у стилі хай-тек.
• Підвісні світильники. Сюди входять моделі із кріпленням до стелі, виносної балки та навіть до дерев. Застосовуються як декоративне підсвічування зон відпочинку та альтанок.
• Світильники, що вбудовуються. Монтуються всередину вертикальних чи горизонтальних поверхонь. Ідеально підходять для підсвічування сходів на рівні щаблів.
• Декоративні світильники. Виглядають як казкові фігурки для ландшафтного декору.

Правила встановлення

Грамотний вибір місця встановлення світильника на сонячній батареї – це запорука його тривалої експлуатації із заявленими виробником параметрами.

Головне завдання полягає у забезпеченні максимальної освітленості протягом світлового дня. Навіть незначна тінь, що падає на поверхню напівпровідникової панелі, не дозволяє батареї заряджатися повністю і, зрештою, позначається на роботі акумулятора. Вибирайте максимально відкрите місце без високих дерев, чагарників та будов, що відкидають тінь. У цьому випадку ви зможете повною мірою оцінити всю красу світильника.

Як увімкнути світильник на сонячній батареї?

У роздрібних мережах світильники повинні продаватися з повністю зарядженою акумуляторною батареєю. При тривалому зберіганні, навіть якщо прилад не вмикався на короткий час і не стояв на полиці, акумулятор все одно втратить частину заряду. Щоб продовжити термін експлуатації та зберегти паспортні параметри ємності, бажано спочатку виконати цикл розрядки, а потім зарядити до максимального значення.

Сонячна енергія – це енергія майбутнього. Вибираючи освітлення з фотопанелями, ви вибирайте незалежність та екологічність. Обладнайте світло на дачі або у дворі котеджу та оцініть можливості таких світильників.