Прожектора на солнечных батареях: устройство и принцип работы, преимущества применения

Во сколько обойдутся детали

В дешевых китайских светильниках стоимостью около 500 руб. используется всего один светодиод, чего явно недостаточно. Более того, напряжение аккумулятора составляет 1,5 В, именно поэтому свет очень тусклый.

Чтобы не тратить время зря, рекомендуется собирать светильники с оптимальной конфигурацией, в которую входят:

Элементы	Цена	Кол-во	Общая стоимость
Солнечные модули Eco-Source 52х19 мм	675 руб. за 40 шт. (на 4 светильника)	1 компл.	675,00 руб.
Аккумулятор SONY HR03 (1,2 В 4300 мАч)	885 руб. за 12 шт. (на 4 светильника)	1 компл.	885,00 руб.
Светодиоды BL-L513UWC	10 руб./шт.	12 шт.	120,00 руб.
Резистор СF-100 (1 Вт 33 Ом)	1,8 руб./шт.	12 шт.	21,60 руб.
Транзистор 2N4403	6 руб./шт.	4 шт.	24,00 руб.
Диод 1N5391	2,5 руб./шт.	4 шт.	10,00 руб.
Резистор CF-100 (1 Вт 3,6 кОм)	1,9 руб./шт.	4 шт.	7,60 руб.
Итого:			1743,20 руб.

Выходит, что для сборки одного качественного светильника нужно комплектующих примерно на 435 руб. Но из этих же деталей, докупив последние 3 позиции, можно сделать 12 аналогов дешевых китайских светильников.

Как устроены солнечные батареи?

Основу солнечной батареи составляет полупроводниковый фотогенератор, преобразующий энергию лучей солнца в постоянный электрический ток.

Далее постоянный электрический ток при помощи инвертора преобразуется в переменный. Именно на нем и работают вся бытовая техника.

Солнечные панели освещаются неравномерно из-за облачной погоды и смены времени суток. Поэтому необходимо использовать аккумулятор, который будет компенсировать вырабатываемую энергию.

Он будет накапливать электричество и отдавать его в сеть при отсутствии солнца на небе. Для организации нормальной работы аккумулятора применяется контроллер, который следит за степенью заряженности батареи.

Преимущества применения солнечных батарей на крыше здания:

почти неиссякаемый и бесплатный источник энергии;

не вредит окружающей среде;

достаточно простое обслуживание;

можно получать электроэнергию в местах, где нет централизованных электрических сетей;

есть возможность комбинировать нескольких источников электропитания. Другими словами, в солнечную погоду можно использовать солнечные батареи, а в облачную применять обычный источник электроэнергии;

оборудование быстро самоокупается.

Крыша из солнечных батарей имеет следующие недостатки:

сравнительно высокая стоимость оборудования для получения энергии;

коэффициент полезного действия небольшой;

Но с развитием технологий эти недостатки постоянно ликвидируются.Если на южный склон крыши установить солнечные батареи, то выработка электроэнергии способна достигать триста киловатт в месяц.

Устройство и принцип работы солнечных панелей

Принцип работы солнечной батареи

Первый вопрос, который волнует владельцев частных домов: «Как работает солнечная батарея для электроснабжения?». Давайте разбираться. Принцип функционирования заключается в эффекте полупроводников. Кремний отлично справляется с этой задачей

Однако важно понять, как возникает эффект полупроводников при нагревании панелей

Фотоэлементы являются полупроводниками. А любой полупроводник — это такой тип материала, в атомарной структуре которого либо есть лишние электронные пары, либо их нет. Исходя из этого можно классифицировать полупроводник как материал, состоящий из двух слоев с разной проводимостью. Именно они и выступают в качестве катода (n) и анода (p) при подключении полупроводника (а в нашем случае фотоэлемента) в электрическую цепь.

Затем электроны переходят в цепь и проходя через нагрузку (аккумулятор) накапливают энергию, которая в свою очередь может быть потрачена на освещение, обогрев или работу тех или иных электроприборов.

Принцип работы солнечной электростанции для жилого дома

Разумеется, один фотоэлемент вырабатывает сравнительно небольшое количество энергии, поэтому солнечная батарея для частного дома должна быть многофункциональной. Это модули из множества фотоэлементов, объединенных в общую цепь – панель.

Также важно помнить, как правильно крепить модуль на крышу дома. Размещать панели нужно на хорошо освещенном участке, на балконе, веранде или прилегающей территории. Размещать панели нужно на хорошо освещенном участке, на балконе, веранде или прилегающей территории

Размещать панели нужно на хорошо освещенном участке, на балконе, веранде или прилегающей территории.

Рассмотрим устройство солнечных батарей. В панели каждый фотоэлемент крепится в своей ячейке, чтобы была возможность легкой замены в случае поломки или выхода из строя отдельных блоков разной мощности. Сама конструкция для защиты от факторов окружающей среды, а также механического или иного физического воздействия покрывается прочной пластмассовой пластиной или каленым защитным стеклом.

Достоинства

У автономного освещения есть очень много плюсов, которые можно назвать весомыми аргументами для установки на даче или возле частного дома:

• Автономная работа, при которой светильники не нужно подключать к сети.
• Автоматическое включение и выключение встроенными датчиками.
• Не нуждаются в тщательном постоянно уходе. Нужно всего лишь время от времени очищать фотоэлементы и сам светильник от загрязнений.
• Долгий срок службы. Такой светильник может продержаться у вас очень долго (более 10 лет), если оно хорошего качества.
• Не приносят никакого вреда окружающей среде. Этот тип солнечного освещения работает от низкого напряжения и является совершенно безопасным, поэтому не может нанести никакого ущерба.
• По надобности можно легко убрать и поставить обратно, так как легко установить.
• Легкая установка, без каких било трудностей.
• Экономия энергии.

Устройство

Осветительные приборы в течение светового дня накапливают энергию от солнца, а в ночное время используют её же для освещения территория. Это происходит благодаря следующим элементам:

1. Солнечной панели, которая является сердцем фонаря: ведь здесь производится преобразование солнечной энергии в электрическую.
2. Накопительному аккумулятору: собранная во время светового дня энергия расходуется в тёмное время суток.
3. Светодиодной лампочке – непосредственному источнику света. Она может иметь разные типы свечений: тёплое и холодное. Бывают также элементы с переменным свечением.
4. Контроллеру для регулирование работы лампа, зарядки аккумулятора. Качественный контроллер даёт гарантию хорошей работы аккумулятора.
5. Корпусу и элементам крепежа.

Кроме перечисленных элементов светильники могут иметь датчики освещенности, они самостоятельно включают лампы при наступлении сумерек. При отсутствии таких датчиков приборы нужно включать и отключать ручным способом. Для экономии электроэнергии полезно оснащать устройства датчиками движения.

В обычных садовых моделях применяются батареи, имеющие небольшую ёмкость, в этом случае накопленной энергии достаточно для работы в течение 8-10 часов в условиях долгого солнечного дня, например, летом. Осенью ночи гораздо длиннее, поэтому в такой момент помогает датчик движения. Срок службы светодиодных элементов составляет примерно 60 тыс. часов, однако аккумулятор нужно заменять раньше.

Особенности выбора и установки

Для максимальной эффективности работы светильник на солнечных батареях нужно устанавливать в месте максимального контакта с Солнцем. Так он будет накапливать больше энергии, постоянно вырабатывать ток и заряжать аккумуляторные батареи. Не стоит ставить его в тень. Если позволяют условия, лучше сразу выбрать модель, у которой солнечная панель расположена отдельно от основного источника света.

Отличный вариант — светильник, у которого панель и корпус с лампой соединены между собой длинным проводом. В этом случае и батарее, и светильнику можно обустроить лучшие места, где оба элемента будут работать исправно и эффективно.

Также существует прожектор на солнечной батарее с датчиком движения. Выбирая такую модель, не помешает знать о том, что принцип ее работы ничем не отличается от светильников, которые оснащены контроллером. Как только срабатывает фотореле, датчик движения начинает управлять функцией LED.

Общие характеристики и доступность приобретения

Оборудование не наносит вреда окружающей среде и обеспечивает стабильное питание без скачков напряжения. И, главное, поставляет бесплатную энергию: за которую не приходят коммунальные счета.

Внешний вид солнечных панелей мало изменился, после их изобретения, чего не скажешь о внутренней «начинке» 

Солнечная модуль преобразовывает свет в электрическую энергию, генерируя постоянный ток. Площадь панелей может достигать нескольких метров. Когда необходимо увеличить мощность системы, увеличивают количество модулей. Их эффективность зависит от интенсивности солнечного света и угла падения лучей: от местоположения, сезона, климатических условий и времени суток. Чтобы грамотно учитывать все эти нюансы, монтаж должны выполнять профессионалы.

Виды модулей:

Монокристаллические.

Состоят из силиконовых ячеек, преобразующих солнечную энергию. Отличаются компактными размерами. По своей производительности это до недавнего времени самая эффективная (КПД до 22 %) солнечная батарея для дома. Комплект (цена его одна из дорогостоящих) обойдется от 100 тыс. рублей.

Поликристаллические.

В них используется поликристаллический кремний. Они не так эффективны (эффективность до 18%), как монокристаллические фотоэлементы. Зато их стоимость существенно ниже, поэтому они доступны широким слоям населения.

Аморфные.

Имеют тонкопленочные фотоэлементы на основе кремния. Уступают моно и поликристаллам по выработке энергии, но и стоят дешевле. Их преимуществом является способность функционировать при рассеянном и даже слабом освещении.

Гетероструктурные.

Современные и наиболее эффективные на сегодняшний день солнечные модули, обладающие КПД 22-25% (на протяжении всего срока службы!). Эффективно работают как в облачную погоду, так и при высоких температурах).

В России единственным производителем модулей по этой технологии является компания «Хевел», которая входит в пятерку мировых производителей, выпускающих гетероструктурные солнечные модули.

НТЦ компании в 2016 году запатентовал собственную технологию создания гетероструктурных модулей и сейчас её активно развивает.

Гетероструктурные солнечные панели «Хевел» 

• Инвертор, который преобразует постоянный ток в переменный.
• Аккумуляторная батарея. Она не только накапливает энергию, но и нивелирует перепады напряжения, когда меняется уровень освещенности.
• Контроллер зарядного напряжения аккумулятора, режима зарядки, температуры и других параметров.

В магазинах можно приобрести как отдельные компоненты, так и целые системы. При этом мощность устройств определяется исходя из конкретных потребностей.

Функционирование, виды преобразователей и их сравнительная энергоэффективность

Преобразователи или инверторы являются ключевыми компонентами солнечных батарей. Они трансформируют постоянный ток, вырабатываемый модулем в переменный напряжением 220 В, который необходим для работы электрических приборов. Инверторы имеют мощность от 250 до 8000 Вт. При покупке рекомендуют учитывать самую высокую нагрузку на сеть и соотносить напряжение и мощность. Оптимальными считаются параметры: 12 вольт и 600 ватт, 24 Вольт при 600-1500 Ватт, 48 Вольт, если мощность больше 1500 Ватт.

Инвертор, на принципиальной схеме работы солнечных батарей

Разновидности преобразователей

• Автономный. Перед тем как выбрать инвертор, надо определить, какие приборы будут от него питаться, и подсчитать их общую максимальную мощность в единицу времени. Рекомендуется взять мощность инвертора несколько больше. Некоторые бытовые электроприборы при включении создают резкое увеличение напряжения, из-за которого устройство может выйти из строя.
• Синхронный. Они накапливают энергию, а излишки передают в электрическую сеть. В случае недостатка электричества, выработанного системой, преобразователь «позаимствует» его из общей сети. Применение модели синхронного типа позволит избежать перебоя в энергоснабжении.
• Многофункциональные устройства объединили в себе преимущества первого и второго вида.

Какой фонарь лучше выбрать для сада

Принцип работы фонаря на солнечной батарее прост: в течение дня они накапливают солнечную энергию в батарее, в темное время суток выдают ток и питают лампочки. Подобрать оптимальную модель для своего сада или дачи позволят рекомендации специалистов, о которых расскажем далее.

Тип устройства

Уличные фонари бывают разных видов.

• Настенные. Крепятся стационарно: над окном, на фасадах, двери или другой входной группе. Красиво и эффективно подсвечивают дом, но несут мало пользы для освещения пространства вокруг. Также требуют размещения только на солнечной стороне.
• Грунтовые. Встраиваются прямо в грунт. Практичны, решают большинство задач по освещению, служат украшением ландшафта. Из минусов – не подходят для общественных мест, необходима установка антивандальных винтов.
• Парковые. Отличаются повышенной надежностью конструкции, влагостойкостью. Могут работать несколько дней без солнечной энергии. Из минусов – тяжелые, габаритные.
• Газонные. Самые простые, компактные. Не требуют особых навыков при установке. Также служат украшением дорожек, клумб. Светодиоды внутри конструкции потребляют мало энергии, однако быстро перегорают.

Перед покупкой определитесь, какая разновидность фонарей подходит саду, выполнит ли она поставленную задачу.

Дизайн, тип корпуса

Лучший материал – алюминий. Отличается легкостью, морозоустойчивостью. Пластик тоже легкий, однако может не выдержать низкие температуры. Из нержавеющей стали чаще всего делают фонари, предназначенные для общественных мест. По форме фонарики бывают трех типов.

• Шаровидные. Подходят для освещения двора, крыльца, веранды, другой входной группы.
• Конусообразные, прямоугольные. Подходят для эстетической подсветки фасада дома, беседки, веранды.
• Цилиндрические. Красиво смотрятся на газонах, садовых дорожках, въездах.

Степень защиты

Обозначается буквами IP и цифрами, соответствующими тому или иному уровню защиты от пыли, влаги. Оптимальный параметр наблюдается в моделях с показателями IP от 44 и выше.

Емкость аккумулятора

Не всегда одной батареи хватает питать лампочку всю ночь. Для этого случая устанавливают дополнительный аккумулятор. Однако не спешите приобретать дорогую модель с увеличенной емкостью батареи. Если вы проживаете в регионе, где больше пасмурных дней, чем солнечных, аккумулятору просто неоткуда будет брать энергию. Переплата станет неоправданной.

Датчик движения

Полезная функция, позволяющая экономить заряд батареи. Лампочка включается только тогда, когда между движущимся объектом и датчиком будет определенное расстояние. Подобные модели обычно устанавливают на садовые дорожки, входную группу или при въезде в гараж.

Как устроен этот светильник

Светодиодные светильники на солнечных батареях еще называют гелиопрожекторами. В них применяют только светодиодные лампы. В зависимости от конструкции прожектора лампа может быть одна либо несколько. Устройство состоит из нескольких частей, каждая из которых выполняет определенную функцию:

• собственно, источник света. Он выглядит в виде прочного корпуса. Внутри корпуса находится стекло или система линз с рефлектором. Рефлектор — зеркальная поверхность, отражающая свет. Зеркальная поверхность прожектора собирает световые лучи и задает им нужное направление движения. Также внутри находится светодиод (LED). Корпус может быть сделан из разных материалов. Его прочность зависит от класса защиты и места, где планируют устанавливать светильник,
• солнечная панель. Это несколько элементов, задача которых — накопление и преобразование энергии Солнца в электрическую, с возможностью использования постоянного тока. Он необходим для исправного функционирования светодиодных ламп и регулярной зарядки аккумуляторов,
• АКБ. Электроэнергия, которая поступает от модуля, накапливается аккумулятором. Накопленная энергия обеспечивает работу светодиодных ламп в вечернее и ночное время, а также в условиях недостатка естественного света. В этом — уникальность освещения на солнечных батареях и его экономичность. Мощность прожектора может быть больше или меньше — следовательно, количество аккумуляторов варьируется. Некоторые модели оснащены несколькими АКБ, что позволяет обеспечить их бесперебойную работу в условиях пасмурной погоды,
• контроллер. Его задача — контролировать исправность работы прожектора с солнечной батареей. Простой пример контроллера — фотореле. Его еще называют датчиком освещения. Он оценивает уровень естественного света. Если его достаточно, контроллер отключает светодиодные лампы. Кроме простого фотореле, уличный светильник может быть оснащен более сложным устройством. Например, есть контроллеры, с помощью которых программируют время работы светодиодных ламп. Также они помогают контролировать своевременный заряд и разряд аккумуляторов. Для сложного освещения (декоративная подсветка архитектурных фасадов или реклама) были разработаны программируемые виды контроллеров. Кроме включения и выключения светодиодных ламп, они могут влиять на цветовую гамму света и его интенсивность.