Автономное электричество от солнечных батарей

Положительные и отрицательные стороны использования солнечных батарей

Преимущества фотоэлектрического источника питания:

электроснабжение без дополнительных эксплуатационных затрат;
самостоятельное выполнение монтажа;
длительный срок службы рабочих пластин.

Недостатки:

зависимость от географического расположения;
снижение эффективности (мощности) в пасмурную погоду;
необходимость регулярной очистки загрязненной поверхности.

Для отопления в северных регионах России такое преобразование не подходит. Кроме высокой цены, следует учитывать низкую инсоляцию. Совершенствование процессов производства уменьшает издержки. Новые технологии увеличивают КПД солнечных панелей.

Плюсы и минусы таких приборов

Эти приборы уличного освещения имеют самый большой список характеристик, которые значительно превосходят обычные фонари. Самыми значимыми из них являются следующие критерии:

Экономичность, не требует финансирования;
Разнообразие видов и стилей оформления позволяет изделию органично вписываться в любой ландшафтный стиль;
Изготовление из самых необычных материалов, таких как ротанг, бамбук, бронза, стекло;
Автономность, включение-выключение светильников осуществляются автоматически и не требует присутствия человека;
Длительные сроки эксплуатации;
Устойчивость к агрессивному воздействию окружающей среды;
Абсолютная безопасность для окружающих, так как не требуется подключение к электросети;
Широкий диапазон мощностей и освещение территории до 10 м в диаметре.

Однако несмотря на массу положительных черт у светильников на солнечных батареях имеются некоторые недостатки. К ним следует отнести:

Невозможность ремонта в большинстве случаев;
Сбои при отрицательных температурах;
Плохое качество заряда в дождливую погоду.

Но все же даже при этих недостатках уличные фонари этого класса, светодиодные гирлянды на солнечных батареях – это идеальный вариант освещения. Они способны преобразить обстановку в любом саду. Уникальный дизайн таких изделий позволяет обычный участок превратить в сказочное пространство, причем освещение его осуществляется без дополнительных финансовых затрат.

Что говорят о потребители

Появление альтернативных источников энергии позволило значительно сократить финансовые затраты на электричество. Сегодня для того чтобы сделать свой участок уютным в любое время суток достаточно установить на нем солнечное светодиодное освещение. Большое разнообразие форм, размеров, способов крепления дают возможность применения изделия в любом месте, как открытого, так и закрытого пространства, чего невозможно было достичь, используя обычные светильники.

Выбор фонарей для уличного освещения

Количество осветительных приборов автономного действия на прилавках магазинов нередко ставит в тупик. Солнечные лампы, предлагающиеся пользователям, имеют различные параметры, размеры, уровень мощности и прочие особенности. Выбрать оптимальный вариант довольно сложно, тем более, что в продаже немало изделий из стран Юго-Восточной Азии, полагаться на качество и соответствие заявленным характеристикам которых рискованно

Рассмотрим наиболее важные показатели, на которые следует обращать внимание в первую очередь:

Мощность

Значение мощности светильника в значительной степени зависит от его конструкции. Большинство пользователей неплохо ориентируется в параметрах ламп накаливания, но наиболее эффективные светодиодные конструкции имеют совсем другие показатели.

Если появляются сомнения, следует уточнить степень яркости у продавца.

Класс защиты и материал корпуса

Светильники на солнечных батареях для дачи, участка частного дома или коттеджа, других мест установки, имеют одну общую особенность — они работают в условиях улицы. Для того, чтобы обеспечить должную работоспособность и долговечность, светильник должен быть защищен от внешних воздействий. Необходимо выбирать фонари в прочных и герметичных корпусах из надежного и стойкого материала. Оптимальный вариант — алюминий или ударопрочный пластик.

Вид и способ монтажа

Способ монтажа светильника определяет его возможности — площадь освещения, степень приема солнечных лучей и т.п. Существуют разные варианты:

Грунтовый монтаж. Как правило, это уличные светильники для загородного дома на солнечных батареях, которые устанавливаются вдоль дорожек, возле лестниц, входов или иных местах, требующих подсветки. Для установки чаще всего используется штырь, прикрепленный к стойке фонаря, который просто втыкают в почву.
Настенный монтаж. Установка на вертикальные поверхности, стены, деревья, заборы и т.п.
Подвесные модели. Вариантов установки масса, любые балки, сучья, горизонтальные перекладины.
Встраиваемые конструкции. Они устанавливаются так, чтобы плоский плафон составлял единую плоскость с опорной конструкцией. Применяются для освещения ступенек, парапетов, опор столбов и т.д.
Декоративные светильники. Украшают и оформляют ландшафт участка.

Оптимальный вариант каждый выбирает исходя из собственных предпочтений, возможностей и необходимости.

Плюсы и минусы

Основные достоинства приборов на солнечных элементах для освещения уличного пространства это:

Абсолютная автономность — любой источник света обладает собственной электростанцией — солнечными батареями;
Мобильность — так как приборы освещения могут служить и в качестве украшения придомовой территории, их легко можно было убрать и перенести на другое место;
Возможность самостоятельных монтажных работ — весь комплекс работ по установке и подключению осветительных приборов можно выполнить самостоятельно без помощи профессиональных электриков.
Небольшие размеры — отпадает потребность в наличии спецтехники для перевозки оборудования;
Простота настройки — время включения и отключения светильников производится в автоматическом режиме;
Электробезопасность — все элементы, обеспечивающие работу, могут быть помещены в одном корпусе со светильником, что исключает поражение человека электрическим током;
Возможность использования таких светильников как элемент декора придомовой зоны.

Но есть и минусы:

На эффективную работу светильников очень сильно влияют такие внешние факторы как погода. В пасмурные дни сильно снижается эффективность подзарядки внешних накопителей электричества;
Продолжительность работы в большей мере зависит от качества и емкости аккумуляторов. А сами накопители с течением времени теряют свою емкость и выходят из строя;
Зависимость от температуры окружающего воздуха. При минусовых значениях температуры окружающего воздуха длительная работа аккумулятора невозможна;
За счет своей мобильности небольшие светильники могут украсть злоумышленники;
Необходимость поддерживать приборы освещения и солнечную панель в чистоте. Грязь и пыль очень сильно снижают эффективность работы.

Как самостоятельно выбрать солнечные батареи для дома

При выборе солнечных панелей необходимо ориентироваться (в общем) на следующие критерии:

мощность (рассчитывается для каждого индивидуально) и КПД;
категорию качества;
нужный вариант энергообеспечения дома (режим работы электростанции);
число солнечных дней по региону (позволяет определиться с периодом окупаемости и эффективностью гелиопанели);
срок эксплуатации и гарантийного обслуживания;
размер имеющейся площади под монтаж батарей.

Гелиопанели по качеству делятся на 4 уровня, которые отличаются долговечностью:

Grade A – высококачественные. Они теряют не больше 5 % от мощности с течением времени .
Grade В – среднего качества. Теряют до 30 % первоначальной мощности.
Grade В – низкокачественные. Мощность снижается на 30 и более процентов.
Grade D – это поломанные фотоэлементы. Идут (главным образом )на переплавку.

Предпочтение желательно отдавать классу Grade А. Но стоят такие модули дорого.

Солнечная электростанция может понадобиться для работы в таких режимах:

Аварийном (на время сбоев в сетевом электроснабжении). Для выбора панели нужно будет подсчитать потребление электроприборов, необходимых при отключении подачи энергии.
Базовом (полная замена питания от сети). Понадобится провести расчет суточного потребления.
Дневном.
В режиме обеспечения работы только некоторых электроприборов.

В зависимости от необходимого режима работы находится комплектация электростанции по требуемому оборудованию и его характеристикам. Что значительным образом отображается на затратах.

Число солнечных дней можно узнать из карты освещенности. Их может оказаться недостаточно для выработки системой необходимого количества энергии, ее окупаемости.

Принцип работы солнечных батарей

Солнечные батареи считаются очень эффективным и экологически чистым источником электроэнергии. В последние десятилетия данная технология набирает популярность по всему миру, мотивируя многих людей переходить на дешевую возобновляемую энергию. Задача этого устройства заключается в преобразовании энергии световых лучей в электрический ток, который может использоваться для питания разнообразных бытовых и промышленных устройств.

Правительства многих стран выделяют колоссальные суммы бюджетных средств, спонсируя проекты, которые направлены на разработку солнечных электростанций. Некоторые города полностью используют электроэнергию, полученную от солнца. В России эти устройства часто используются для обеспечения электроэнергией загородных и частных домов в качестве отличной альтернативы услугам централизованного энергоснабжения. Стоит отметить, что принцип работы солнечных батарей для дома достаточно сложный. Далее рассмотрим подробнее, как работают солнечные батареи для дома подробно.

Как было сказано раньше, принцип работы заключается в эффекте полупроводников. Кремний является одним из самых эффективных полупроводников, из известных человечеству на данный момент.

При нагревании фотоэлемента (верхней кремниевой пластины блока преобразователя) электроны из атомов кремния высвобождаются, после чего их захватывают атомы нижней пластины. Согласно законам физики, электроны стремятся вернуться в свое первоначальное положение. Соответственно, с нижней пластины электроны двигаются по проводникам (соединительным проводам), отдавая свою энергию на зарядку аккумуляторов и возвращаясь в верхнюю пластину.

Технические характеристики

Устройство солнечной батареи довольно простое, и состоит из нескольких компонентов:

Непосредственно фотоэлементы / солнечная панель;
Инвертор, преобразовывающий постоянный ток в переменный;
Контроллер уровня заряда аккумулятора.

Аккумуляторы для солнечных батарей купить следует с учетом необходимых функций. Они накапливают и отдают электроэнергию. Запасание и расход происходит в течение всего дня, а ночью накопленный заряд только расходуется. Таким образом, происходит постоянное и непрерывное снабжение энергией.

Чрезмерная зарядка и разрядка батареи укорачивает ее эксплуатационный срок. Контроллер заряда солнечной батареи автоматически приостанавливают накопление энергии в аккумуляторе, когда он достиг максимальных параметров, и отключают нагрузку устройства при сильной разрядке.

(Tesla Powerwall – аккумулятор для солнечных панелей на 7 КВт – и домашняя зарядка для электромобилей)

Сетевой инвертор для солнечных батарей является самым важным элементом конструкции. Он преобразовывает полученную от солнечных лучей энергию в переменный ток различной мощности. Являясь синхронным преобразователем, он совмещает выходное напряжение электрического тока по частоте и фазе со стационарной сетью.

Фотоэлементы могут соединяться как последовательно, так и параллельно. Последний вариант увеличивает параметры мощности, напряжения и тока и позволяет устройству работать, даже если один элемент потеряет функциональность. Комбинированные модели изготовлены с использованием обеих схем. Эксплуатационный срок пластин около 25 лет.

Плюсы и минусы приборов на солнечных батареях

Как и любые устройства, солярная светотехника имеет свои преимущества и недостатки, о которых лучше узнать заранее.

Достоинства аккумуляторных светильников

Главным плюсом подобных устройств является их экономичность: поскольку для функционирования изделий не требуется электричество, газ, керосин или иные источники энергии, расходы на освещение значительно снижаются.

Средства, затраченные на покупку солнечных фонарей, можно быстро вернуть за счет экономии на регулярных платежах за электричество

Помимо этого, к числу достоинств такой светотехники можно отнести:

Экологичность. Применение солнечной энергии позволяет сократить расходование невозобновляемых природных ресурсов (природного газа, нефти, угля). К тому же осветительные приборы на солярных батареях не выделяют вредных веществ и не наносят вреда атмосфере Земли.
Удобный монтаж. Благодаря автономной работе солнечные светильники не требуют подключения к проводам, установки кабеля, подсоединения к сети. Это обеспечивает комфортную эксплуатацию устройств, исключая аварийные ситуации, которые часто возникают из-за обрывов проводов.
Мобильность. Фонари можно свободно перемещать внутри границ дачного участка или за его пределами.
Полную безопасность в работе. Светильники, работающие от солнечных аккумуляторов, можно трогать, не опасаясь удара электротоком.
Автоматический режим работы. Приборы не нуждаются в принудительном включении и выключении: при помощи контроллера свет зажигается сразу же с наступлением темноты и гаснет при появлении солнца.
Большой выбор. Ассортимент осветительных устройств чрезвычайно велик. В продаже можно найти разнообразные модели, различающиеся по мощности, размерам, форме, дизайну, цвету.

Однако у подобной светотехники есть и свои минусы.

Недостатки осветительных приборов

К числу слабых мест подобных конструкций относится:

Зависимость от активности солнца. Короткий световой день осенью либо зимой, а также пасмурная погода могут помещать фонарям добрать нужное количество солнечного света, из-за чего их заряда хватит лишь на небольшой срок (4-5 часов).
Сложность ремонта. Аккумуляторы светильников не подлежат починке, из-за чего неисправные приборы чаще всего требуют замены.

Несмотря на то, что некоторые модели рассчитаны на работу в температурном промежутке от -50 до +50о С, зимой часто возможны сбои в работе аккумуляторов, собирающих и хранящих вырабатываемую гелиоустройствами энергию.

Виды солнечных батарей

Кроме размера и мощности, панели отличаются способом, которым изготавливаются из кремния отдельные элементы.

Элементы из монокристаллического кремния

Элементы солнечных батарей, изготовленные из монокристаллического кремния, имеют форму квадрата с закругленными углами. Это связано с технологией изготовления:

из расплавленного кремния высокой степени очистки выращивается кристалл цилиндрической формы;
после остывания у цилиндра обрезаются края, и основание из круга принимает форму квадрата с закругленными углами;
получившийся брусок разрезается на пластины толщиной 0,3 мм;
в пластины добавляются бор и фосфор и на них наклеиваются контактные полоски;
из готовых элементов собирается ячейка батареи.

Готовая ячейка закрепляется на основании и закрывается стеклом, пропускающим ультрафиолетовые лучи или ламинируется.

Такие устройства отличаются самым высоким КПД и надежностью, поэтому устанавливаются в важных местах, например, в космических аппаратах.

Фотоэлементы из мульти-поликристаллического кремния

Кроме элементов из цельного кристалла, есть устройства, в которых фотоэлементы изготавливаются из поликристаллического кремния. Технология производства похожа. Основное отличие в том, что вместо кристалла круглой формы используется прямоугольный брусок, состоящий из большого количества мелких кристаллов различных форм и размеров. Поэтому элементы получаются прямоугольной или квадратной формы.

В качестве сырья берутся отходы производства микросхем и фотоэлементов. Это удешевляет готовое изделие, но ухудшает его качество. Такие устройства имеют меньший КПД – в среднем 18% против 20–22% у монокристаллических батарей. Однако вопрос выбора достаточно сложный. У разных производителей цена одного киловатт мощности монокристаллических и поликристаллических панелей может быть одинаковой или в пользу любого вида устройств.

Фотоэлементы из аморфного кремния

В последние годы распространение получили гибкие батареи, которые легче жестких. Технология их изготовления отличается от технологии изготовления моно- и поликристаллических панелей – на гибкую основу, обычно стальной лист, напыляются тонкие слои кремния с добавками до достижения необходимой толщины. После этого листы разрезаются, к ним приклеиваются токопроводящие полоски и вся конструкция ламинируется.

КПД таких батарей примерно в 2 раза меньше, чем у жестких конструкций, однако, они легче и более прочные за счет того, что их можно сгибать.

Такие приборы дороже обычных, но им нет альтернативы в походных условиях, когда основное значение имеет легкость и надежность. Панели можно нашить на палатку или рюкзак, и заряжать аккумуляторы во время движения. В сложенном виде такие устройства похожи на книгу или свернутый в рулон чертеж, который можно поместить в футляр, напоминающий тубус.

Кроме зарядки мобильных устройств в походе, гибкие панели устанавливаются в электромобилях и электросамолетах. На крыше такие приборы повторяют изгибы черепицы, а если в качестве основы использовать стекло, то оно приобретает вид тонированного и его можно вставить в окно дома или теплицу.

Схема и устройство фонарей

Конструкция осветительных приборов на солнечных батареях очень проста. Здесь используется принцип преобразования энергии солнечных лучей в электрическую путем фотогальванической реакции. Энергия фотонов передается электронам кремниевой пластины, в результате чего образуется постоянный электрический ток.

Солнечный фонарь состоит из следующих составных частей:

Встроенная солнечная батарея – основная часть прибора освещения. Фотоэлектрический модуль на полупроводниках отвечает за трансформацию энергии солнечного света в электроэнергию. В современных солнечных батареях может использоваться не только кремний, но и другой полупроводниковый материал. От этого зависит мощность батареи, а значит и стоимость светильника.
Аккумулятор (элемент, где происходит накопление электрической энергии) соединен с солнечной панелью при помощи диода, способного проводить электроэнергию лишь в одну сторону.
Блок освещения. В садовых светильниках применяют светодиодный осветительный элемент. Он расходует энергию наиболее экономно, практически не нагреваясь.
Удобный, эстетичный корпус. Сюда заключены все рабочие элементы светильника. Основные его свойства – устойчивость к воздействию окружающий среды (ультрафиолету, влаге, высоким и низким температурам). Над корпусом размещают защитный плафон, способствующий рассеиванию светового потока.
Контроллер или выключатель. Садовые светильники могут переключаться в режимы «включено-выключено» вручную (часть моделей управляется в дистанционном режиме). Современные модели содержат фотореле, и тогда процесс включения-выключения осуществляется автоматически. Для более экономного расходования заряда, некоторые модели оборудуют датчиками движения.
Опора светильника является, одновременно, декоративным элементом и определяет, на какой высоте будет располагаться осветительный прибор.

Схема устройства солнечной лампы:

В светлое время суток выключатель (или фотореле) находится в позиции «выключено»

На рассвете осветительный блок выключается, снова начинает работать миниэлектростанция «солнечная батарея – аккумулятор». Мощность батареи зависит от ее площади и ограничивается размерами светильника.

В садовых осветительных устройствах используются батареи, преимущественно, пленочного типа.

Дополнительная информация здесь.

Где чаще всего используются солнечные батареи

Сфера применения солнечных батарей огромна. Уже сейчас их с успехом используют для электроснабжения частных и многоквартирных домов, хозяйств, в том числе для освещения и обогрева теплиц, построек, освещения придомовой территории, питания приборов.

Чаще всего про автономное электроснабжение задумываются в следующих случаях:

Если местность не электрифицирована, солнечные панели для частного дома обойдутся намного дешевле, чем использование жидкотопливных генераторов.
В сельской местности нередко отключают электричество, и люди буквально остаются без света. Включив автономное электроснабжение, можно жить в привычном комфорте длительное время, тем более, что в комплекте с солнечными панелями всегда идет аккумулятор.
В многоквартирных домах солнечные модули также применяются в качестве резервных, а также существуют проекты, предусматривающие использование солнечной энергии для горячего водоснабжения.

Выбор светильников на солнечных батареях

Из-за огромного разнообразия представленных на рынке светильников с солнечными батареями довольно просто потеряться при выборе нужной вам модели

Поэтому мы рассмотрим наиболее актуальные критерии выбора, на которые стоит обратить внимание, чтобы купленное оборудование удовлетворяло ваши ожидания

Мощность

Определяет интенсивность освещения территории и пространства, но с учетом конструктивных особенностей источника. Как уже говорилось, наиболее эффективными являются светодиодные лампы за счет идеального соотношения вырабатываемого светового потока к расходуемой мощности

Поэтому обращайте внимание не только на мощность, но и на уровень освещенности, так как слабые модели предназначены для подсветки дорожек, а наиболее мощные для общего освещения прилежащих территорий и загородных участков. Если вы собираетесь использовать лампы накаливания или люминесцентные, стоит учитывать соотношение мощности и светового потока между ними

Таблица: соответствие мощности в Вт для разных типов ламп

Светодиодные	Люминесцентные	Накаливания
1	3	15
3	7	35
5	11	50
7	15	70
9	19	90
12	25	120
15	31	150
18	36	180

Класс защиты

Данный параметр определяет устойчивость прибора освещения к воздействию внешних факторов. В паспортных данных он обозначается как аббревиатура IP с двумя цифрами, первая из которых обозначает степень защищенности от мелких пылинок и мусора, а вторая указывает герметичность светильника и устойчивость к проникновению влаги. Оптимальным вариантом считаются устройства уличного освещения с классом защиты от IP44 и выше. Конкретный параметр лучше подбирать в соответствии с климатическими особенностями местности, в которой будет устанавливаться фонарь на солнечных батареях.

Материал корпуса

Корпус может изготавливаться из металла, дерева, полимера и стекла. В зависимости от модели, существуют как изделия из одного материала, так и комбинированные. Выбирая конкретный аппарат освещения на солнечных батареях, лучше исходить из практичности модели – материал корпуса для уличных или садовых фонарей обязательно должен быть прочным и устойчивым к механическим воздействиям. Если это декоративные модели, расположение которых существенно ограничивает к ним доступ, можно устанавливать светильники со стеклянным плафоном.

Вид и способ монтажа

По виду и способу монтажа светильники уличного освещения подразделяются на такие категории:

Грунтовые – используются для освещения дорожек, декоративной подсветки, ориентиров. Особенностью таких моделей является погружной штык, который заглубляется в грунт, позволяя зафиксировать устройство. Отличаются длиной ножки и высотой расположения плафона.
Настенный светильник — применяется как для декоративной подсветки, так и для освещения придомовой зоны. Сложность установки заключается в грамотном выборе положения по отношению к сторонам света, чтобы солнечная батарея максимально продолжительно находилась на свету.
Подвесные – могут располагаться на любых конструктивных элементах хоть с жесткой фиксацией (балки, кронштейны и т.д.), хоть с гибкой (тросы, растяжки и прочие). П
Встраиваемые — образуют единую конструкцию с какими-либо элементами постройки или дизайна (ступеньки, столбы, садовые дорожки и т.д.)

Особенности фонарей на солнечной батарее

Светильники на солнечных батареях функционируют за счет накопления энергии солнечного света. Днем они находятся в режиме зарядки аккумулятора, а вечером и ночью, наоборот, отдают свет для освещения уличных, парковых или садовых дорожек. Собираются такие приборы из нескольких элементов.

Корпус и крепление служат опорой и защитой «начинки» фонариков.
Солнечная панель является преобразователем для солнечной энергии в электрическую.
Лампа со светодиодами служит источником света. Причем она может быть предназначена для подачи «холодного» или «теплого» освещения. Встречаются модели с попеременной сменой цвета.
Контролер выполняет надзор за работой осветительного прибора, а также скорость зарядки/разрядки фонаря. Именно от этого элемента зависит, насколько хорошо будет функционировать аккумулятор.

Большинство современных моделей садовых фонариков для дачи оснащаются специальными датчиками. К примеру, при смене светового дня на вечернее время суток, светильник сам включится благодаря встроенному датчику освещенности. А чтобы приборы не тратили зря заряд, в них монтируют датчики движения, благодаря которым фонари включаются при приближении людей и выключаются при их отсутствии.

Накопленной энергии из фонарика может хватить на 8-10 часов освещения. Но это при достаточном количества солнечного света, осенью и зимой цифра значительно ниже. Светодиод способен прослужить до 60 000 часов, правда, аккумулятор может выйти из строя раньше данного срока.

Среди достоинств фонариков на солнечных батарейках стоит отметить следующие:

экономичность, ведь энергию для работы они вырабатывают сами;
простой монтаж;
мобильность, такие фонари достаточно просто переставить или убрать на хранение;
наличие датчиков позволяет приборам самостоятельно включаться и отключаться;
ассортимент диодных фонарей очень большой и предлагает разнообразие форм и размеров;
долгий срок эксплуатации;
безопасность в использовании;
экологичность.

Но садовые осветительные приборы не лишены и недостатков.

Чувствительность. От переохлаждения аккумулятора в зимний период могут происходить сбои в работе.
Большая часть поломок не устраняется.
Их работа (мощность) зависит от погодных условий. Если недостаточно солнечного света, то это напрямую скажется на времени работы фонарика. К тому же, их нельзя устанавливать в тени.
Поскольку владелец тратит всего несколько минут на установку фонарика, то воришке понадобится еще меньше времени, чтобы присвоить прибор себе.
Мощность светильника на солнечной батарейке в разы уступает обычным фонарикам, поэтому и используются они в качестве локальных или декоративных подсветок.

Но даже такие недостатки не отпугивают потенциальных покупателей, и спрос на светодиодные уличные фонари, по статистике, только растет.

Автономное электричество и освещение на солнечных батареях: преимущества и особенности использования для дома

Положительные и отрицательные стороны использования солнечных батарей

Плюсы и минусы таких приборов