Освещение от солнечных батарей: для чего нужно, популярные модели, декоративные решения

Альтернативные источники электроэнергии получают все большее распространение. Одним из самых популярных стало использование солнечной энергии для зарядки солнечных батарей.

Устройство и принцип работы светильников на солнечных батареях

Светильник состоит из следующих конструктивных частей.

Солнечная батарея (или панель). Основной элемент светильника, самый дорогой. Панель состоит из фотогальванических ячеек, в которых энергия солнечных лучей преобразуется в электрический ток за счет фотогальванических реакций. Материал электродов используется разный. Именно от них зависит эффективность батареи.

Аккумулятор. Он накапливает электрический ток, который производит панель. Аккумулятор подсоединяется к батарее при помощи специального диода. Диод проводит электричество только в одну сторону. В темное время суток он становится источником энергии для лампочек, а в светлое – питает контроллер и другую автоматику. Обычно используются никель-металлогидридные или никель-кадмиевые аккумуляторы. Они хорошо справляются с многочисленными циклами заряд-разряд.

Источник света. Чаще всего используются светодиодные лампочки. Они расходуют минимальное количество энергии, выделяют мало тепла, долго служат.

Корпус. Все перечисленные компоненты заключены во внешний корпус. Он должен быть устойчивым к прямым солнечным лучам, осадкам, пыли и грязи. Иногда солнечная батарея размещается отдельно, а сам светильник в другом месте. Часто сверху корпуса размещается плафон, который выполняет защитные функции и рассеивает световой поток в пространстве.

Контроллер (выключатель). Прибор, который управляет процессом заряда/разряда. Иногда контроллер выполняет функцию фотореле — отвечает за автоматическое включение света, когда стемнеет. На некоторых моделях имеется ручной выключатель.

Опора светильника. Корпус размещается на металлической опоре: столбе или иной ножке. В зависимости от назначения опора изготавливается разной высоты.

Принцип действия заключается в следующем: солнечные лучи попадают на фотогальванические элементы и преобразуются в электрический ток. Ток через диод поступает в аккумулятор, который накапливает заряд. Днем, когда светло, фотореле (или ручной выключатель) препятствуют разряду аккумулятора. Но с наступлением темноты аккумулятор начинает работать: накопленная днем электроэнергия начинает поступать на источник света. Светодиоды начинают освещать пространство вокруг себя. На рассвете фотореле снова срабатывает, светильник перестает работать.

В солнечный день энергии достаточно для работы светильника в течение 8-10 часов. При заряде в облачный день время работы снижается в несколько раз.

В каких случаях полезно такое освещение

Несомненно, что в южных регионах, где световой день длится долго, а солнце светит часто, освещение на солнечных батареях имеет практическую пользу. Таким образом можно даже освещать дом, дачу или подсобные постройки. При этом за электричество платить не придется.

Также светильники полезны для ландшафтного дизайна, для украшения садов, парков. Они не требуют прокладки кабелей и проводов, красиво выглядят,  исправно светят.

Освещение от солнечных батарей – популярный способ подсветки автодорог и улиц.

Разновидности источников света на солнечных батареях

Единой классификации светильников не существует. Приборы на солнечных батареях делят по нескольким параметрам на разные группы.

По материалу, из которого изготовлен корпус ламп, выделяют:

• пластиковые;
• металлические с лакокрасочным защитным покрытием (бронза, сталь, другие сплавы);
• деревянные с покрытием против гниения и рассыхания.

Материал, из которого изготавливают плафоны для панелей, тоже отличается у разных ламп:

• гладкие стекла, которые максимально пропускают световой поток;
• рефлекторные стекла (хорошо подходят для местности с рассеянным светом и несолнечной погодой);
• закаленное стекло: прочное, устойчивое к механическим повреждениям.

В зависимости от типа аккумулятора выделяют никель-кадмиевые и никель-металлогидридные фонари. Последние стоят больше, но служат дольше. К тому же никель-металлогидридные аккумуляторы менее ядовиты для окружающей среды, чем никель-кадмиевые.

В зависимости от типа кремния для фотогальванических батарей выделяют:

• Монокристаллические модули. Они получаются методом литья частиц кремния высокой чистоты. В итоге получается темно-синий или черный однородный монокристалл, который нарезают на пластины нужного размера. Модуль вставляется в алюминиевую раму, накрывается противоударным стеклом. Монокристаллы дороже, но более эффективны в пересчете на 1 Вт мощности. Обладают самым высоким КПД (22%) и сроком службы.
• Мультикристаллические модули. Состоят из случайно собранных монокристаллов кремния, легируется фосфором и бором.
• Поликристаллические модули. Представляет собой объединение отдельно взятых кристаллов кремния, имеющих различную форму и ориентацию. Изготавливается методом охлаждения горячего расплава кремния. Имеет голубой и светло-синий цвет. Самые недорогие, но КПД ниже (15-18%). Срок службы меньше, требуется большая площадь батарей.

Кроме описанных кремниевых панелей применяют другие полупроводниковые соединения в виде тонких пленок:  CIGS (материал из меди, индия, галлия и селена), теллурид кадмия, аморфный кремний. Тонкопленочная технология дешевле, больше подходит для работы с рассеянным излучением. Таким батареям не нужен прямой солнечный свет. Однако для выработки одинаковой мощности площадь тонкопленочных батарей в 2-3 раза превышает площадь кремниевых. Их КПД самый низкий (6-15%).

Тонкопленочные панели из аморфного кремния

Тонкопленочные панели из теллурида

Тонкопленочные панели из CIGS

По внешнему виду различают:

• настенные фонари (стоит внимательно отнестись к месту их расположения: оно должно быть с прямыми солнечными лучами);
• подвесные;
• уличные фонари на столбах;
• парковые светильники (характеризуются панелями больших размеров для подсветки в течение нескольких дней);
• наземные (газонные) светильники на невысокой ножке (характеризуются красивым внешним видом, мобильностью);
• декоративные фонари для украшения пространств;
• фонтанные светильники для освещения водоемов (имеют высокий уровень влагозащиты, антикоррозионные свойства).

На что обратить внимание при выборе

Мощность, количество светодиодов

Очень важный параметр. От него зависит уровень освещенности, яркости светильников, их количество, расстояние между ними. Мощность обычно указывается в Ваттах. Как правило, покупатели лучше всего представляют себе мощность более привычных ламп накаливания. Поэтому существуют таблицы с аналогами мощностей светодиодных ламп и ламп накаливания.

Исходя из такой таблицы, не трудно прикинуть, какой мощности необходимы led-лампы для создания подсветки или полноценного освещения.

Степень защиты IP

Указывается на всех электрических приборах. Первая цифра показывает, насколько светильник защищен от проникновения пыли, твердых частиц. Вторая отмечает уровень защиты от влаги, брызг, струй воды.

Для  безопасной работы корпус и батареи должны быть защищены от попадания пыли, влаги. Для уличной установки рекомендуется класс защиты не менее IP44. Чем выше, тем безопасней. Для фонтанных фонарей IP составляет не менее 67.

Тип стекла

Зависит от климата, количества солнечных лучей. Для южных регионов, где солнце – частый гость на небе, можно выбрать панели с гладким стеклом.

Если погода преобладает облачная, то стоит выбрать рефлекторное стекло. Оно позволит максимально использовать рассеянные солнечные лучи для зарядки аккумуляторов.

Закаленное стекло рекомендуется для общественных пространств, чтобы защитить панели от повреждений.

Вид кремния в светильниках

Зависит от эксплуатации. Более дорогие мульти-, монокристиллы подходят для круглогодичного использования. Для дачного летнего использования достаточно поликристаллов.

Если есть возможность установки больших по площади солнечных батарей, то можно пользоваться тонкопленочными. Они недороги, вырабатывают довольно дешевую энергию.

Специалисты сходятся во мнении, что свойства солнечных панелей гораздо сильнее зависят от качества изготовления, чем от типа. Лучше обращать внимание на репутацию производителя для выбора надежного изделия. Хорошо зарекомендовали себя венгерская фирма Novotech, австрийская Globo Lighting и др.

Тип и емкость аккумулятора

Стандартного заряженного аккумулятора емкостью 600-700 мА/час хватит на 8-10 часов работы ночью. Исходя из конкретных потребностей в освещении, можно выбрать как менее емкие батареи, так и более емкие. Для этого обращайте внимание на время работы ламп при полном заряде аккумулятора. Для освещения в течение всей ночи лучше выбирать аккумуляторы с напряжением не менее 3 В.

Тип аккумулятора не играет роли для характеристик светильников: оба вида отличаются стабильной работой при температурах от -50⁰С до +50⁰С. Никель-металлогидридные стоят дороже, но служат несколько дольше. В состав никель-кадмиевого аккумулятора входит экологически ядовитый кадмий, поэтому могут возникнуть трудности с его утилизацией.

Качество контроллеров и дополнительные опции

От контроллеров  зависит срок службы светильников, автономность, другие характеристики. Дополнительные устройства, типа датчика движения, фотореле, позволяют не задумываться о включении и выключении фонарей.

Внешний вид, способ установки

Дизайн важен для декорирования местности.

Способ установки выбирается в зависимости от назначения. Для садовых светильников достаточно ножки, втыкаемой в землю. Более «серьезные» осветительные приборы требуют подвесного монтажа или высокой опоры.

Стоимость

Не стоит экономить на солнечных светильниках. От качества сборки зависит срок службы и характеристики приборов.

Популярные модели и марки светильников на солнечных батареях

С датчиком движения

Удобная опция для освещения объектов, где свет нужен в момент присутствия человека. Датчик движения позволяет включать свет, когда в зону действия сенсора попадает движущийся объект. Если функция становится ненужной, то в большинстве светильников ее можно отключить.

Из популярных моделей с датчиком движения можно назвать китайский фонарь Star Alliance YH0607A-PIR / Sanhoo 2LEDPIR и венгерский светильник Novotech Solar 357413.

Star Alliance YH0607A-PIR / Sanhoo 2LEDPIR

Star Alliance предназначен для настенного крепления, крепеж универсальный. Лампа светит в двух режимах: фоновом и ярком (при появлении движущихся объектов). Фоновый режим можно отключать.

Мощность солнечной панели – 0,4 Вт, емкость аккумуляторов – 400-500 мА*ч, IP44. В зависимости от модели различается количество светодиодов и, соответственно, яркость (от 40 до 150 лм).

Novotech Solar 357413

Наземный светильник с датчиком движения. 28 светодиодов обеспечивают освещение площади равной 5 м². Мощность лампы составляет 2,5 Вт, цветовая температура 3000 К. IP54. Высота светильника – 600 мм. Изготовлен из металла и пластика.

Для дачи

Для красивой подсветки дачных дорожек и декорирования участка можно воспользоваться декоративными светодиодными светильниками «на ножке». Они устанавливаются сразу в грунт. При желании их легко переместить в другое место, а на зиму легко убрать на хранение. Почти все образцы оснащаются фотореле, некоторые датчиками движения. Например, упоминавшийся Novotech Solar 357413 хорошо подойдет для подсветки дорожек. Также пользуются популярностью Globo Lighting Solar 33839, 33271 и многие другие модели.

Globo Lighting Solar 33839

Оригинальный австрийский светильник со встроенным термометром. Корпус металлический, плафон – пластиковый. Световой поток лампы – 270 лм, площадь освещения 0,1 ², IP44. Стойка высотой 37,7 см. Заряда аккумулятора напряжением 3 В хватает на 8 часов непрерывной работы. У светильника есть два режима: ручной и автоматический (с фотореле). Цена около 3100 рублей.

Globo Lighting Solar 33271

Стильный внешний вид, стойка высотой 68 см. Металлический корпус, пластиковый плафон. Площадь освещения  0,1 м², напряжение аккумулятора 1,2 В, мощность лампочки 0,05 Вт, IP44.

Для походов

Для туристов главное – удобство. Фонарь должен быть нетяжелым и негабаритным. Часто солнечная батарея дублируется встроенными аккумуляторами или возможностью заряда от сети 220 В. Хороший представитель кемпинговых фонарей — SX-6800T/GH-5800T. Он недорогой, оснащен 6 светодиодами. Цена около 500 рублей. Заряжается как от сети, так от солнечных батарей. Может подвешиваться или использоваться в руке.

С USB разъемом

Удобная опция для заряда гаджетов от светильника. Часто им освещаются кемпинговые фонари, как например, G-85. Он похож на модель SX-6800T/GH-5800T, но имеет usb-разъем для зарядки электронных устройств. К тому же светить может не только от солнечной батареи и сети 220 В, но и от обычных батареек. 6 светодиодов обеспечивают яркий световой поток. Емкости аккумулятора хватает на 5-9 часов работы. Имеет ручку для подвешивания. Высота регулируется.

Уличные фонари

Уличные светильники мощнее других типов. Они оснащены множеством светодиодов мощностью 0,06 Вт, поэтому светят ярко и на большую площадь. При выборе уличного фонаря стоит отметить мощность аккумулятора (чем мощнее, тем лучше), поверхность плафона (лучше выбирать рифленое стекло).

В качестве примера можно привести модели LC СВЕТЛЯЧОК 4,5 В и Novotech Solar 358020.

Оснащен датчиком движения, фотореле. IP 54. Световой поток 520 лм. Цветовая температура 6000 К. Заряжается за 6-8 часов, полностью заряженный работает до 12 часов. Имеет разные варианты режимов работы. Цена около 1000 рублей.

Настенный светильник, ip54. Мощность лампы 12,4 Вт. Световой поток 500 лм. Цветовая температура 6000 К. Напряжение аккумулятора 3,7 В. Пластиковый корпус.

Достоинства и недостатки таких осветителей

Основные плюсы:

• Экономичность: питание происходит за счет энергии солнца. Не требуются электричество, газ, бензин, другие источники энергии.
• Экологичность: сокращается расход невозобновляемых природных ресурсов. К тому же от солнечного освещения не выделяется вредных веществ (углекислый газ, тепло, окиси других элементов).
• Простой монтаж без дополнительных проводов, кабелей, подключения к электрической сети. Снижается вероятность аварий, связанных с повреждением коммуникаций.
• Мобильность.
• Безопасность: светильники на солнечных батареях безопасны для человека в плане повреждений электричеством. Не требуется заземление.
• Автоматизация.
• Большой выбор и разнообразный дизайн.

Недостатки тоже существуют:

• Зависимость от количества солнечных дней и часов. Короткий световой день или пасмурная погода мешают полностью заряжать аккумулятор.
• Нестабильность светового потока в зависимости от степени разряда аккумулятора.
• Трудности с ремонтом. Аккумуляторы и солнечные батареи практически невозможно починить. В случае неисправности требуется их замена.
• На сильном морозе, жаре возможны сбои в работе аккумуляторов.
• Высокая цена. (сомнительная окупаемость)

Обслуживание и уход за солар-лампами

Уход минимален: периодически протирать от пыли фотоэлементы и плафон светильника. После дождей стоит протирать панели сухой тряпкой.

Перед  отъездом с дачи стоит собрать уличные светильники, очистить их от грязи и положить на хранение на зиму. Аккумулятор, если это возможно, лучше вытащить и хранить отдельно в темном прохладном помещении.

Поиск и устранение неполадок в светильниках на солнечных батареях

Если светильник перестал светить, то проверьте, но окислились ли контакты внутри него. Осторожно разберите корпус, почистите от оксидов контакты батареи и аккумуляторов.

Окисление контактов часто вызывает попадание влаги внутрь, особенно у недорогих приборов. В таком случае после очистки после сборки обработайте стыки корпуса герметиком.

В другом случае источником отказа в работе служит обрыв проводов. В затемненном помещении проверьте места пайки. Если обнаружен обрыв, то прикрепить провод на место можно методом холодной  сварки. Также провод можно поменять полностью и подтянуть контакты.

Если указанные методы не помогли, то стоит проверить аккумулятор на работоспособность. Возможно, он исчерпал свой ресурс и его нужно поменять.

Если не помогла и замена аккумулятора, то батарея пришла в негодность – требуется замена.

Декоративные источники света на солнечных батареях

 

---