На дворе август, а это значит, что конец лета уже не за горами. Поэтому особенно важно было успеть написать этот материал. Мы просто не можем закончить еще одно лето без него, вы же понимаете! Итак, сегодня мы поговорим о светильниках на солнечных батареях, тех самых, которые днем аккумулируют энергию нашего прекрасного солнышка, а ночью освещают ваш участок абсолютно бесплатно. Для начала рассмотрим, как работают такие устройства
Как работают светильники на солнечной батарее
Наверное, вопросы альтернативных источников энергии волновали человека всегда. И даже до появления источников традиционных. Первым существенным шагом к солнечным батареям стало обнаружение А. Беккерелем фотогальванического эффекта в 1839 году. В 1873 году свет увидела первая фотоэлектрическая ячейка. После целого ряда исследований и открытий в этой области производство солнечных батарей было поставлено на поток, и сегодня ими мало кого можно удивить. Панели таких устройств можно увидеть на крышах частных домов, на фонарях автомагистралей и даже на полях — здесь речь уже о полноценных солнечных электростанциях. Уличные светильники для частных участков также обзавелись подобным способом питания достаточно давно. Как же они добывают энергию?
Итак, на корпусе прибора мы можем видеть особую панель (чаще всего она черного цвета). Она состоит из двух кремниевых полупроводников, у которых разная степень проводимости. Верхний слой здесь выступает в качестве катода. Когда он нагревается солнечными лучами, фотоны света начинают вытеснять электроны из атомов кремния. Электроны эти притягиваются к атомам нижней панели, являющейся в данном случае анодом. Далее «путь» электронов лежит через провода к аккумулятору. Проходя через него, они заряжают устройство, а потом возвращаются назад в верхнюю пластинку. Проще говоря, днем панели собирают энергию Солнца, потом она копится в аккумуляторе и расходуется для освещения в темное время суток.
Для особо любознательных мы опишем все основные детали батареи чуть подробнее. Начнем с солнечных панелей. Всего их бывает три вида.
Поликристаллические. Самые дешевые и имеют неоднородную структуру. Последнее связано с тем, что такие панели делаются не из одного большого кристалла, а из множества маленьких, а также имеют некоторое количество инородных примесей. Энергоэффективность таких элементов редко превышает 18%. Срок службы — более 20 лет. То есть, они в состоянии пережить источник света, который питают.
Монокристаллические. Их производство обходится дороже. Они произведены из одного монолитного кристалла, поэтому структура у них однородная, без примесей и лишних граней. Это увеличивает скорость движения электронов, а следовательно, и энергоэффективность. Она составляет около 22%. В случае с осветительными приборами это важно потому, что тот же объем энергии, что и у поликристаллических панелей, можно получить с помощью монокристаллической меньшей площади. Это — ключевое достоинства таких панелей для компактных устройств. Срок службы здесь — уже более 30 лет.
Аморфные. Достаточно специфический тип деталей, но не сказать о них было бы упущением. Их производят с использованием меньшего количества кремния, они служат до 20 лет и часто достаточно быстро теряют энергоэффективность (потри в среднем достигают 10–40% в первые два (!) года эксплуатации. Однако у них есть одно важное достоинство — для выработки энергии им требуется существенно меньше света, нежели поликристаллическим и монокристаллическим моделям. Это значит, что такие панели неоценимы в регионах с малым количеством солнечных деньков.
Вторая важнейшая деталь солнечной батареи — аккумуляторная часть. Здесь скапливается энергия, полученная солнечными панелями, чтобы потом «запитать» наш фонарь. В современных устройствах принято использовать никель-кадмиевые и никель-металлогидридные типы аккумуляторов, которые рассчитаны на огромное количество циклом заряда-разряда. Также в конструкцию светильника бывают включены инвертор для преобразования переменного тока в постоянный и стабилизатор, предохраняющий от скачков напряжения.
Плюсы и минусы использования светильников на солнечных батареях
Как и у любого другого прибора, у осветительной техники с фотоэлементами есть свои достоинства и недостатки. Чтобы понять, действительно ли вам необходимо купить светильник на солнечной батарее, рекомендуем ознакомиться с полным их списком. Итак, к несомненным плюсам можно отнести следующие.
- Независимость от центрального электроснабжения и сторонних источников питания. Такой светильник продолжит работать, если у вас отключат свет, а также не пострадает от перебоев в сети.
- Отсутствие необходимости в проводах. Этот плюс логично «вытекает» из предыдущего. Вам не нужно копать грунт или штробить стены для прокладки проводов. Просто установите светильник на стену, дорожку или в грунт.
- Экономичность. Вам не нужно оплачивать потребляемую прибором энергию — Солнце снабжает нас ей абсолютно бесплатно.
- Компактные размеры. Большинство светильников с солнечной батареей очень компактны, несмотря на присутствие в корпусе аккумулятора. Не будем забывать, что светодиоды в современных моделях потребляют мало энергии, поэтому и большой по емкости и размерам аккумулятор им зачастую не нужен.
- Безопасность. Так как устройство не подключено к сети с высоким напряжением, вероятность пожара из-за короткого замыкания сводится к нулю. Вся электрическая начинка прибора надежно скрыто в герметичном корпусе.
- Достаточно большой срок службы. Этого вопроса мы касались в части, посвященной видам солнечных панелей. Большинство из них служат десятилетиями, а аккумуляторы могут выдержать сотни циклов заряда и разряда.
Однако такие светильники не лишены и недостатков. Их тоже немало.
Зависимость от активности Солнца. Жители не каждого региона могут позволить себе экономить энергию с помощью солнца. В их краях дневное светило попросту недостаточно активно. Использование панелей аморфного типа, упомянутых выше, решает проблему, но лишь отчасти.
Освещение не так стабильно, как хотелось бы. По мере падения уровня заряда в аккумуляторе яркость свечения снижается. Когда ночи более-менее длинные, вы заметите этот эффект особенно явственно.
Ограниченная емкость аккумулятора. Это тоже важно учитывать. Чаще всего «солнечные» светильники не способны работать 24/7.
В экстремальных погодных условиях светильник может сбоить. Сильные морозы могут влиять на функционирование аккумуляторов, а жара, как известно, пагубно сказывается на самих светодиодах. Что же до солнечных панелей, то они, как правило, рассчитаны на работу при температуре от -40 °С до + 80 °С. За их «здоровье» волноваться точно не стоит.
Может возникнуть необходимость в квалифицированном обслуживании. Солнечные панели могут засоряться и иногда просто протереть их недостаточно. Если прекращает работать аккумулятор или светодиоды, то ремонтировать изделие нет особого смысла — его нужно утилизировать.
Под занавес коснемся такого спорного момента, как экологичность светильников (и вообще приборов) на солнечной батарее. Казалось бы, все просто — мы не тратим электроэнергию, стало быть, не вредим экологии. Но не все так просто. Во-первых, для производства солнечных панелей используется большое количество высокотоксичных химикатов, что отнюдь не на пользу воздуху, водоемам, флоре и фауне. Аккумуляторы, к слову, тоже содержат достаточно вредных для всего живого элементов. Во-вторых, просто сознательные граждане не станут выбрасывать поврежденную или вышедшую из строя панель в первый попавшийся мусорный бак. Сознательные граждане будут сдавать такие отходы на утилизацию в специализированные пункты. Часто к таким пунктам можно приравнять особые контейнеры для бытовой техники. Выбросить отработавшие свое элементы солнечных батарей туда вполне допустимо.
