Автономное уличное освещение на солнечных батареях
При массе плюсов уличное освещение при помощи отдельных светильников на солнечных батареях имеет существенный недостаток: запас энергии в аккумуляторах мизерный. После пасмурного дня его хватает всего на несколько часов. В ясный солнечный день «лишняя» энергия пропадает, так как емкость аккумулятора ограничена и он не в состоянии принять больше. Проблему можно решить, если поставить мощную солнечную батарею, подключить к ней аккумулятор и светильники. В этом случае использовать можно любые светодиодные светильники, которые могут работать от 12 В.
Схема устройства автономного уличного освещения от солнечных батарей
Светотехнические характеристики
К светотехническим характеристикам относится уровень ослепления и распределение света. В зависимости от характеристики распределения света осветительные приборы делятся на такие виды:
Прямые. Для помещений, имеющих высокие потолки (6 м и выше), а также со стенами и перекрытиями, которые плохо отражают свет, оптимально применять промышленные настенные светильники или потолочные, имеющие концентрированное распределение света.
Рассеивающие. Дают достаточно глубоко рассеянный свет. Обычно используются в административных и учебных помещениях, а также лабораториях.
Преимущественно прямые. Так же, как и прямые, дают более четко направленный свет, но и немного рассеивают его. Хороший выбор для помещений, в которых стены и потолок хорошо отражают свет.
Устройство светильника на солнечных батареях
Конструктивно приборы уличного освещения состоят из таких элементов:
- Корпус – может иметь различную форму, размеры и способ установки, оснащается кронштейном для подвешивания или опорной конструкцией для установки в грунт;
- Источник освещения – за счет малого расхода и неприхотливости в работе чаще всего устанавливаются светодиодные лампы;
- Плафон – включает в себя рассеиватель для направления светового потока и внешнюю крышку для предотвращения воздействия атмосферных факторов на сам светодиодный светильник;
- Аккумуляторная батарея – предназначена для накопления электрической энергии от солнечных лучей для последующего расхода на освещение в темное время суток;
- Солнечный модуль – используется для преобразования солнечной энергии в электрическую с целью ее дальнейшей передачи к потребителю;
- Датчик освещенности – реагирует на смену времени суток и включает или отключает питание светодиодных фонарей.
Рис. 1: светильник с датчиком движения
Принцип действия
Любое устройство уличного освещения работает по такому принципу: Солнечные лучи, попадая на фотоэлементы генерируют выработку электрической энергии, которая через диод VD поступает на клемму аккумуляторной батареи и эмиттер транзистора, как показано на рисунке ниже.
Рис. 2: принципиальная схема уличного освещения на солнечных батареях
В светлое время суток датчик освещенности под воздействием естественного освещения выступает в роли токоограничивающего резистора, запирающего цепь питания светодиодной панели. С наступлением темноты фотоэлемент перестает генерировать электроэнергию, но за счет диода VD накопленная в емкости аккумулятора электроэнергия не растрачивается на обратный разряд.
Это простейшая схема работы, на практике существуют приборы уличного освещения с более сложной автоматикой и логикой работы, а также устройства с инвертором для преобразования постоянного напряжения в переменное.
Места использования
В зависимости от места размещения и выполняемых задач устройства уличного освещения подразделяются на такие категории:
- парковые фонари – обеспечивают светом большие территории, имеют высокую ножку с подставкой внизу.
- уличные фонари – предназначены для освещения улиц, подвешиваются или монтируются на столбы и опоры, конструктивные элементы зданий и т.д.
- для подсветки беседок, террас, веранд и других полуоткрытых построек, расположенных на улице.
- садовые фонарики для освещения дорожек – являются не только указателями тротуара, но и создают достаточную видимость, чтобы ориентироваться на них в темноте.
- декоративные – предназначены для украшения придомовых и садовых участков.
Ремонт неисправностей
Наиболее частые причины поломок, ведущих к прекращению функционирования светильника, таковы:
- Из-за недостаточной герметичности корпуса окислились контакты. Для устранения неполадки модель разбирают, зачищают контакты на полюсах аккумулятора и блоке питания.
- Оборвались провода. После разборки проверяют целостность проводов и мест пайки. При обнаружении неполадки, места пайки восстанавливают путем холодной пайки, а при обрыве проводов производят их замену.
- Аккумулятор пришел в негодность. Если аккумулятор сел, то единственный выход поменять его, купив новый.
- Батарея пришла в негодность. Производится замена батареи.
После того, как причина поломки устранена, прибор собирают, обрабатывая стыки корпуса герметиком.
О ремонте в деталях тут.
Инструкция по замене батареи:
Как устроен типичный светодиодный светильник
Конечно, все они выглядят по-разному.
В коробке находится сам светильник в сборе, отдельно две «ноги» — короткая и длинная. Еще есть пластиковый черный наконечник, который втыкается в землю, и инструкция.
Наличие двух «ножек» очень удобно. Ведь кому-то захочется «посадить» светильник прямо на поверхность почвы. Тогда подойдет короткая трубка. Кому-то захочется приподнять лампу над поверхностью. Тогда используется длинная. Во всяком случае, не придется сразу что-то отпиливать или искать подходящий удлинитель. Такая забота о потребителе всегда приятна.
Сам шар не стеклянный, а пластмассовый. Это облегчает конструкцию и делает ее более безопасной. Правда, стекло в отличие от пластика не царапается, но тогда изделие стоило бы дороже.
Плюсы и минусы
К преимуществам уличного освещения на солнечных батареях относят:
- Полная автономность – каждый уличный фонарь не зависит ни от исправности электрической сети, ни от состояния других осветительных элементов, устанавливаемых на участке;
- Мобильность — осветительные приборы на солнечных батареях не нуждаются в стационарном размещении, благодаря отсутствию питающих проводов их можно переносить с одного места на другое по желанию владельца.
- Простота монтажа – всю работу по установке и настройке можно выполнить своими руками без привлечения специалистов.
- Компактные размеры – позволяют быстро перемещать их в нужную точку, не требуют привлечения спецтехники для перевозки и доставки.
- Регулируемые параметры – обеспечивают возможность настройки времени и параметров включения и отключения уличных светильников в автоматическом режиме без участия человека.
- Высокая степень электробезопасности – за счет отсутствия питающих проводов и электрических соединений исключается угроза травмирования людей электротоком.
Также все устройства на солнечных батареях представлены в широком ассортименте, что позволяет использовать их в качестве декоративных элементов для обустройства дизайна участка.
К недостаткам наружного освещения на солнечных батареях относятся:
- Зависимость автономного освещения от внешних факторов – в пасмурную погоду и при выпадении осадков в значительной мере снижается интенсивность зарядки аккумулятора, из-за чего падает производительность.
- Длительность работы зависит от емкости аккумулятора, которая с течением времени уменьшается.
- Неустойчивость работы – яркость электрических ламп меняется от начала работы приборов освещения до момента отключения по мере разрядки источника электроэнергии.
- Под воздействием высокой и низкой температуры аккумуляторы дают сбой в работе.
- За счет мобильности некоторые приборы уличного освещения на солнечных батарейках могут демонтироваться злоумышленниками без лишних усилий.
- Требуют постоянного ухода – при засорении солнечных панелей или при выпадении значительного слоя осадков снижается производительность, из-за чего поверхность должна периодически очищаться.
Для устранения недостатков приборов освещения уже разработаны и внедряются различные меры: подключение мощных аккумуляторов, объединение всех приборов на солнечных батареях в единую систему, использование выделенных солнечных электростанций для питания и другие. Но такие действия, в свою очередь, значительно снижает мобильность и вносит свои коррективы в их работу.
Цены на комплекты
Комплектация светильников на фотоэлектрических панелях может быть самой различной, в зависимости от технических требований. По этой причине существует и достаточно широкий разброс цен на них. Примерная стоимость такова:
- простая облегченная конструкция малой мощности – от 25 000 руб. (приобретается для дачи, сада или освещения рекламных щитов на солнечных батареях);
- усиленный вариант с антивандальным ящиком большой мощности – 60 000 – 75 000 руб. за единицу (устанавливается в парках, на автостоянках и т.д.).
Таким образом, комплект из 15 фонарей для промышленной площадки на 500 м2 обойдется владельцам примерно в 1 млн. рублей. Такое же количество светильников для собственного сада – гораздо дешевле, около 325 тыс. рублей.
Выбор светильников для уличного освещения на солнечных батареях
Мощность
При устройстве освещения необходимо учитывать, сколько света может давать светильник. От этого зависит количество светильников и расстояние, на котором их необходимо устанавливать друг от друга. В технических характеристиках обычно указывается мощность в ваттах, а в случае со светодиодными светильниками она мало о чем говорит.
Пример технических характеристик уличного светильника на солнечных батареях
Чтобы понять уровень освещенности, можно сравнить с аналогом обычной лампы накаливания — их мощность нам более-менее понятна, а также можно перевести этот показатель в Люмы (Лм) — единицы измерения освещенности. Так реально можно оценить насколько эффективной будет именно этот светильник.
Таблица соответствия мощности светодиодных ламп и освещенности
Как понимаете, модели с мощностью 1 Вт дают не так уж и много света — примерно как 20 Вт лампа накаливания, потому использовать их можно только для подсветки или маркировки участка — обозначения дорожек, подсветки беседок и т.д.
Класс защиты и материал корпуса
Чтобы уличное освещение на солнечных батареях работало долго и надежно, необходимо чтобы корпус и световой блок (плафон) имели защиту от попадания пыли и влаги. Желательно чтобы класс защиты был не ниже IP44 (больше цифры — это хорошо, меньше — плохо).
Расшифровка цифр в классе защиты
Также стоит обратить внимание на материал из которого изготовлены светильники. Обычно это специальный ударопрочный пластик или металл
Если «металл» — отличный от нержавеющей стали или алюминия, предпочтение лучше отдать пластикам. Они точно не ржавеют и длительное время сохраняют хороший внешний вид.
Вид и способ монтажа
По способу монтажа светодиодные уличные светильники делят на несколько групп:
- Установка в грунт. Это группа светильников на ножках разной высоты — от 20-30 см до метра и выше. Их установка чрезвычайно проста — они просто втыкаются в грунт в нужном месте. Самая обширная группа — светильники просто втыкаются в грунт
- Светильники-столбы. Как правило, это более высокие модели с высотой ножки от 1,5 метров и выше. Они тоже могут устанавливаться грунт, но требуют уже более серьезных мер по установке — имеют большую высоту и вес. Придется делать лунку, вставлять в нее столб, засыпать грунтом и уплотнять его. Есть модели для установки на твердое покрытие — плитки, асфальта и т.д. Солнечные светильники на высоких столбах
- Настенные светильники на солнечных батареях. Есть в разных стилях — от классического «фонарного» дизайна, до моделей в современном стиле. Монтироваться могут на стену, забор, заборные столбы. Настенные варианты смотрятся декоративно
- Подвесные. Вариантов тоже немало — есть модели, которые можно крепить к потолку, балке и т.п., а есть которые можно развесить на ветках. Для разных целей и условий
- Встраиваемые в грунт, дорожки, лестницы. Очень практичные модели, которые позволяют осветить даже лестницы, причем подсвечивают не сверху, как обычно, а на уровне ступеней. Интересное и практичное решение — при таком варианте свет не слепит глаза, а освещенность остается хорошей. Подсветка лестниц — удобно, экономно и красиво
- Декоративные. Выполнены в виде различных фигурок. В дневное время они выглядят как обычный декор, в ночное дополнительно еще излучают свет. Монтажа в данном случае нет — просто ставят светильник в предназначенное для него место. В декоративные фигурки тоже встроены солнечные батареи
Выбор уличных светильников на солнечных батареях для уличного освещения действительно велик. По стилю, размерам, цене ассортимент большой, так что можно выбрать.
Различные варианты монтажа
С точки зрения технического оснащения существует два основных варианта конструкций осветительных устройств на автономном питании.
1 вариант – для фонарей в зонах общей доступности. При установке в парках, на автостоянках или улицах конструкции необходимо придавать большую прочность и оснащать ее антивандальной защитой. Высота опор таких фонарей обычно составляет от 5 и более метров, а ящик для защиты тяжелого оборудования вынуждает делать столбы толще и прочнее.
2 вариант – светильники в защищенных от посторонних зонах. Очевидно, что освещению для дачи, дома или собственного сада на солнечных батареях не грозят вандалы, способные украсть аккумулятор или сломать крепления просто ради развлечения. Поэтому конструкция «домашних» конфигураций может быть изящней, легче и меньше. Да и обойдется она дешевле.
С точки зрения мощности батарей вариантов также два.
1 вариант – незначительная мощность. Используется там, где включение ламп происходит только эпизодически, на короткое время, либо в местах, где в значительной яркости нет необходимости.
2 вариант – большая мощность. Требуется для установок, предназначенных для улиц или площадок значительной площади с обязательным условием работы ночью и в плохую погоду. Отличительные черты этих конструкций следующие:
- массивные опоры, способные при большой высоте столба и весе антивандальных ящиков для АКБ свыше 30-35 кг выдерживать сильные ветры, ливень и град без угрозы падения;
- если вспомогательное оборудование размещается под землей, для него обеспечивается надежная защита от влаги.
Первый, «домашний» вариант удобней с точки зрения обслуживания. Второй удлиняет срок службы АКБ за счет меньшего перепада температур и не требует установки опор повышенной прочности. По этой причине его чаще используют для промышленного освещения на солнечных батареях.
Места использования
В зависимости от места размещения и выполняемых задач устройства уличного освещения подразделяются на такие категории:
- парковые фонари – обеспечивают светом большие территории, имеют высокую ножку с подставкой внизу.
- уличные фонари – предназначены для освещения улиц, подвешиваются или монтируются на столбы и опоры, конструктивные элементы зданий и т.д.
- для подсветки беседок, террас, веранд и других полуоткрытых построек, расположенных на улице.
- садовые фонарики для освещения дорожек – являются не только указателями тротуара, но и создают достаточную видимость, чтобы ориентироваться на них в темноте.
- декоративные – предназначены для украшения придомовых и садовых участков.
