Как устроены светильники на солнечных батареях?

Схема устройства и принцип работы

Светодиодные светильники на солнечной батарее приобретают все большую популярность. Это связано прежде всего с удобством их монтажа и эксплуатации. Кроме того, новые технологии позволяют производить более компактные аккумуляторные батареи большой емкости. Соответственно, уменьшаются габариты осветительных устройств, а время их непрерывной работы увеличивается.

Ниже Вы можете посмотреть типовую структурную схему светильника:

Электрическая часть осветительного прибора состоит из 4 основных компонентов:

1. Солнечная панель – преобразует лучистую энергию в электрическую и заряжает аккумулятор.
2. Аккумуляторная батарея – накапливает электроэнергию и отдает ее светоизлучающим диодам.
3. Светодиоды – служат источниками светового потока.
4. Контроллер – управляет всеми рабочими процессами, в том числе зарядом/разрядом АКБ в пределах допустимых значений.

Дополнительно светильники могут комплектоваться датчиком движения и сенсором освещенности. В таком варианте они включаются и выключаются автоматически. Либо по факту обнаружения движущегося объекта, либо изменения уровня естественного освещения (день/ночь).

Для работы светильников не требуется подключение к электросети 220 Вольт. Соответственно, нет необходимости в прокладке линий электропитания. Светотехническое оборудование функционирует полностью автономно и независимо от общей осветительной системы.

Солнечная панель поглощает солнечный свет и вырабатывает постоянное напряжение величиной примерно 3-5 Вольт. От этого напряжения заряжается АКБ, емкость которого варьируется в зависимости от конкретной модели. С наступлением темноты аккумулятор начинает питать подключенные к нему светодиоды и постепенно разряжается. Время полного разряда зависит от емкости АКБ и мощности нагрузки.

Плюсы светильников с солнечной батареей:

• Полная автономность работы.
• Простота монтажа без времязатратной прокладки линий питания.
• Возможность установки в любом нужном месте.
• Возможность перемещения в другую локацию за минимальное время.
• Лучшая электробезопасность.

Минусы:

• Зависимость от уровня солнечного освещения.
• Ухудшение работоспособности в пасмурные дни.
• Низкая эффективность в регионах с малым количеством солнечных дней.
• Небольшая мощность и яркость.
• Снижение яркости свечения по мере разряда аккумуляторной батареи.
• Необходимость периодической очистки солнечной панели от грязи.
• Неработоспособность при низких температурах.

Особенности солнечных панелей и аккумуляторов

Солнечная панель является наиболее дорогостоящим элементом осветительных приборов. Высокая стоимость обусловлена сложностью изготовления этого устройства. Панель состоит из множества фотогальванических ячеек, которые генерируют постоянный ток под воздействием лучистой энергии Солнца.

Конструкция каждой ячейки напоминает двухслойный “пирог” из кристаллов кремния с различной проводимостью каждого слоя. Фотоны света “выбивают” электроны из верхнего слоя (катода). Свободные электроны движутся к нижнему слою (аноду), создавая электрический ток. Генерируемый ток проходит по электрической цепи через аккумуляторную батарею и заряжает ее до номинального значения.

Чем больше базовых ячеек в панели и, соответственно, большее ее приемная площадь, тем больший ток генерируется, и большее напряжение выдается в нагрузку.

В светильниках обычно применяются три типа фотоэлектрических панелей:

• Поликристаллические – недорогое решение с низким коэффициентом полезного действия (менее 20%). Требует большой площади фотоэлементов.
• Монокристаллические – улучшенный вариант с более оптимальной обработкой кристаллов кремния, позволяющий уменьшить площадь панели. КПД достигает 25%. Цена изделий значительно выше.
• Аморфные (тонкопленочные из аморфного кремния) – новейшая технология, требующая значительно меньшего расхода кремния. Главным достоинством является способность генерации оптимума электроэнергии в условиях минимальной освещенности. КПД может достигать 45%. Существенный минус – высокая стоимость.

При выборе светильника необходимо обращать особое внимание на тип используемого аккумулятора. Поскольку между разнотипными АКБ имеются серьезные отличия.

Никель-кадмиевые (NiCd)

Продолжительный период эксплуатации. Типовая емкость до 700 мА/ч. Напряжение 1,2 Вольта. Сравнительно быстрая зарядка. Из-за эффекта памяти требуется полностью разрядить АКБ перед началом использования. Плохая экологичность из-за наличия кадмия.

Никель-металл-гидридные (Ni-MH)

Отличаются повышенной емкостью до 900 мА/ч и напряжением до 3,2 Вольта. Выдерживают 1000 циклов заряда/разряда. Безопасны для окружающей среды. Отсутствует эффект памяти.

Литий-железо-фосфатные (LiFePO4)

На сегодняшний день это лучшая разновидность литий-ионных аккумуляторных батарей. Они быстрее заряжаются и медленнее разряжаются. Выходное напряжение 3,2 В остается практически неизменным до исчерпания всего заряда. Обладают повышенной устойчивостью к низким и высоким температурам. Без проблем работают в температурном диапазоне от минус 20 до плюс 40 градусов. Отличаются лучшей термической и химической стабильностью. Способны выдерживать в среднем 6000 зарядных/разрядных циклов. Экологически безопасны.

Виды светильников

Вполне очевидно, что осветительные устройства, получающие энергию от Солнца, можно применять только на улице. Естественное и искусственное освещение внутри помещений не обеспечивает генерации достаточного количества электроэнергии солнечной панелью.

Рассмотрим основные варианты светильников, работающих от солнечных батарей:

1. Со встроенной солнечной панелью.

Самое распространенное исполнение автономных осветительных приборов.

2. С выносной панелью.

В этом варианте можно установить светильник в затененном месте, например, на веранде. А панель разместить в другом месте, открытом для солнечного света.

3. С датчиком движения и освещенности.

Очень удобное решение: автоматическое включение осветительного прибора при появлении человека или с наступлением темноты. В первом случае светильник отключается автоматически через 15-30 секунд после прекращения движения. Во втором – автоматически выключается утром, обнаружив изменение уровня освещенности.

4. Ландшафтные грунтовые.

Используются для подсветки садовых дорожек, клумб с цветами, газона. Источник света закреплен на заостренном стержне, который втыкается в землю.

5. Столбики болларды.

Предназначены для подсветки асфальтированных парковых дорожек и аллей. Стандартная высота от 50 до 150 см.

6. Фасадные (настенные).

Устанавливаются на фасаде зданий накладным способом. Подсвечивают фасадную часть дома и прилегающую территорию. Также используются для освещения веранды и беседок.

7. Подвесные.

Подвешиваются на веранде, дереве, в беседке и т.п. Благодаря их автономности применяются для освещения мест проведения пикника, вечеринки на открытом воздухе, зоны приготовления барбекю и шашлыка. Пользуются популярностью у туристов для подсветки палатки.

8. С креплением на столб или любую вертикальную опору.

Это более мощное светотехническое оборудование, дающее яркий световой поток. Оно используется для освещения участков территории возле загородных домов и других объектов, где важное значение имеет автономность светильников.

9. Светодиодные прожекторы.

Применяются в стационарном варианте для освещения территории, забора (ограждения) и различных объектов. Кроме того, устанавливаются для архитектурной и ландшафтной подсветки.

Фото примеры