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

Из чего состоит

Солнечная панель представляет собой жесткое прямоугольное основание того или иного размера, на котором размещены отдельные ячейки – фотоэлементы. Для механической защиты и защиты от окружающей среды вся конструкция помещается в рамку и закрывается стеклом. Поскольку элементы очень хрупкие, с обеих сторон они дополнительно защищены полимерной подложкой, причем верхняя обязательно прозрачная.

Устройство солнечных панелей

На рисунке цифрами обозначены:

  • 1 – жесткое основание;
  • 2 – полимерная подложка;
  • 3 – рама;
  • 4 – защитное стекло;
  • 5 – ячейки фотоэлементов.

Каждая из ячеек является маленьким генератором, преобразующим свет (необязательно солнечный) в электрическую энергию. Для получения нужных выходных напряжения и тока фотоэлектрические ячейки электрически соединяются между собой тем или иным способом.

Как работает солнечная батарея?

Основой фотоэлемента является кристалл кремния. Соединения кремния очень распространены в природе. Самый известный – это оксид кремния или песок. Кристалл кремния можно упрощенно назвать большой песчинкой.

На полученные пластины кремния нанесён с одной стороны слой бора, а с другой ─ фосфора.

В местах контакта кремниевой пластины с бором имеется избыток электронов. На другой стороне по границе кремниевой пластины с фосфором недостаёт электронов. Там образуются «дырки», как их принято называть. Такую стыковку границ с избыточным количеством электроном и их недостатком называют p-n переходом.

Мощность одного фотоэлектрического элемента маленькая, а напряжение составляет около 0,5 вольта. Поэтому их последовательно объединяют в батареи по 36 штук, чтобы получить на выходе 18 вольт. Это хватит для того, чтобы зарядить аккумулятор 12 вольт. 

Стоит отметить, что полностью отказаться от электричества из централизованных сетей не получиться. Но после установки солнечной батареи можно будет сэкономить на коммунальных расходах.

Что касается установки солнечных батарей, то здесь следует отметить следующие моменты:

  • Устанавливать панели нужно на южной стороне крыши, фасада или на участке стороной на юг;
  • Угол наклона соответствует значению широты вашего региона;
  • Рядом не должно быть объектов, отбрасывающих тень на солнечные батареи;
  • Поверхность панелей нужно регулярно очищать от грязи и пыли;
  • Желательно использовать системы с отслеживанием положения солнца.

Исправление дефектов

Для экономии средств ремонтные работы проводятся самостоятельно. К подобным неисправностям относят:

Выход из строя лампы. Этот элемент конструкции имеет фиксированный срок эксплуатации. Провести его замену можно самостоятельно, для чего нужно правильно выбрать тип лампы.

Рекомендуется для замены приобретать те же лампы, что использовались ранее, но подбирают и иной вариант исполнения. Лампы классифицируются по мощности.

Установить лампу с большим показателем энергопотребления в некоторых случаях нельзя, так как повышение этого показателя чаще всего приводит к увеличению габаритных размеров колбы.

  • Корпус и защитные стекла получают повреждение при механическом и ином воздействии в ходе эксплуатации. Провести замену корпуса или отдельных элементов можно самостоятельно, но проблема заключается в подборе подходящих деталей.
  • Предохранители, элементы электропитания.

В некоторых случаях модель оснащена специальным предохранителем, который срабатывает при перепадах напряжения и других изменениях показателей электричества.

При скачке напряжения есть вероятность выхода из строя ламп или других элементов конструкции. Производители создают модели с отсеком для быстрой замены предохранителя.

Другие элементы электропитания самостоятельно заменить можно только при наличии теоретических знаний о работе конструкции и навыков выполнения работы по замене электрических элементов.

Иные элементы заменить самостоятельно или отремонтировать нельзя, к примеру, линзы и зеркала не восстановить после их повреждения, так как при механическом воздействии они трескаются и разбиваются.

Большая стоимость определяет то, что проще купить новый светильник, нежели провести ремонт старого.

Кол-во блоков: 18 | Общее кол-во символов: 20055
Количество использованных доноров: 4
Информация по каждому донору:

  1. https://cdelct.ru/vidy/street/ulichnye-svetilniki-na-solnechnyh-batareyah.html: использовано 2 блоков из 5, кол-во символов 2530 (13%)
  2. https://agronomu.com/bok/7045-vybiraem-ulichnye-svetilniki-dlya-dachi.html: использовано 5 блоков из 8, кол-во символов 3134 (16%)
  3. https://vash.market/dom-i-dacha/osveshhenie/ulichnoe-osveshhenie/prozhektory-i-ulichnye-svetilniki/prozhektory-i-ulichnye-svetilniki-harakteristiki-osobennosti-vybora-i-ekspluatatsii.html: использовано 10 блоков из 10, кол-во символов 13872 (69%)
  4. http://GeneratorVolt.ru/alternativnye-istochniki/preimushhestva-svetilnikov-na-solnechnykh-batareyakh.html: использовано 1 блоков из 5, кол-во символов 519 (3%)

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.

Плюсы и минусы

Любое техническое устройство обладает достоинствами и недостатками, так в отношении солнечных прожекторов можно с уверенностью констатировать, что:

Плюсами использования данных устройств являются:

  1. Универсальность, способность выполнить освещение различного назначения (местное, подсветка, значительные площади),
  2. Простота монтажа и обслуживания.
  3. Автономность работы, не требующая прокладки сетей электроснабжения.
  4. Способность работать и управлять освещением в автономном режиме.

К недостаткам можно отнести следующие:

  1. Мощность устройств, не позволяет освещать значительные площади.
  2. Зависимость работы от погодных условий, при которых может быть недостаточный заряд аккумуляторов (осадки, отсутствие солнечных лучей).

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.

Покупаем светильник на солнечных батареях

На современном рынке выбор светильников для работы на придомовой территории довольно велик. Не трудно и растеряться от такого разнообразия.

Мы подскажем, на что следует обратить внимание в первую очередь

Мощность

От того насколько мощным будет источник света зависит и площадь освещаемого пространства. Современные реалии таковы, что покупатель уже знает преимущества светодиодных ламп. Для моделей, которые будут использоваться для подсветки дорог или художественного оформления сада мощные модели не нужны.

Для того чтобы лучше ориентироваться людям на машинах на территории загородных участков есть более мощные модели.

Чтобы облегчить ориентирование среди всего многообразия лампочек мы собрали в одну таблицу все лампочки:

  • светодиодные;
  • люминесцентные;
  • лампы накаливания.

И сгруппировали их по мощности:

Класс защиты

Так как предполагается, что наши светильники будут использоваться на улице, то параметр “Класс защиты” показывает насколько наш светильник защищён от воздействий внешней среды.

Нам важна характеристика прибора по классу IP.

Из таблицы хорошо видно, что для уличных светильников оптимальным будет класс защиты IP44, но можно и выше, а стоить будет дороже.

Но таблица только помогает подобрать нужный прибор с нужным классом защиты. А, вообще говоря, нужно сначала ориентироваться на климатические особенности местности, где этот фонарь будет установлен.

Материал корпуса

Вот тут трудно давать советы. Нет, конечно, чтобы наружное освещение больших территорий служило долго, нужнее прочные и долговечные материалы.

А если это декоративные светильники, то их корпус может быть изготовлен из чего угодно — металл, пластик, стекло да даже дерево. Тут важнее сами солнечные батареи. Они должны быть качественными.

Виды светильников и способы установки

Как уже говорилось, разнообразие светильником большое.

По виду и способу монтажа они разделяются на:

  1. Грунтовые — в основном используются для оформления садовых тропинок, подсветки, как элемент декорации или ориентир. Длину и высоту ножек можно подобрать по своему вкусу.
  2. Настенные — очень выгодно выделяют участок стены. Может применяться и как элемент подсветки придомовой зоны.
  3. Подвесные — можно подвесить в любом месте придомовой территории. Монтировать либо на цепях, или на тросе и тому подобное.
  4. Встраиваемые — углубляются в элемент конструкции. Служат как подсветка садовых дорожек или мест парковки.

Условия эксплуатации приборов

Оборудуя территорию садового участка осветительными приборами, каждый хозяин рассчитывает, что все они прослужат долго и сохранят презентабельный вид. Для этого необходимо четко соблюдать требования по эксплуатации.

Нельзя размещать рядом с водоемами светильники, не предназначенные для установки на участке с большой влажностью. Только плавающие фонари имеют высокую герметичность, позволяющую им контактировать с водой.

Работа светильников полностью зависит от попадания солнечных лучей на поверхность батареи, поэтому приборы необходимо регулярно протирать от пыли.

По завершении сезонных работ до наступления зимних холодов, фонари убирают в помещение, извлекают аккумулятор и оставляют до весны при комнатной температуре.

Грамотно подобранные осветительные приборы украшают фасады, дорожки и водоемы и придают садовому участку особое очарование и уют.

Принцип работы

Все прожекторы на солнечных батареях работают одинаково. В течение дня панель накапливает энергию и заряжает аккумулятор. Она снабжена фотоэлектрическими элементами с высокой чувствительностью, которые могут вырабатывать ток даже в условиях пасмурной погоды. Как только естественное освещение на улице снижается до «критического» уровня, у автономного прожектора срабатывает реле, дающее ему команду включения. Когда солнечные панели не могут обеспечить светильник достаточной мощностью, он питается от аккумулятора. В ночное время суток светодиодное освещение работает только от АКБ.

Если АКБ заряжена полностью, ее хватает на время от 3 до 12 часов непрерывной работы. При этом, время зависит от особенностей конструкции и мощности устройства. Что касается контроллера, у него есть еще одна функция. Он не допускает того, чтобы батареи были полностью разряжены, и в случае падения напряжения на их клеммах отключает светодиодный прожектор.

Стоимость светильников и их установки

Как уже упоминалось выше, стоимость светодиодных светильников колеблется в широком диапазоне. Это обычно от 2 до 250$. Верхний предел, разумеется, весьма относительный, поскольку всегда можно найти устройства и по более высокой цене. Все зависит от личных потребностей и материальных возможностей покупателя.

Расходы на установку в большинстве случаев отсутствуют. Исключение составляют варианты, когда необходимо установить высокопроизводительную стационарную систему. В таких ситуациях неизбежны расходы на покупку дополнительных материалов и оплату услуг специалиста.

Виды солнечных батарей

В настоящее время солнечные батареи представлены несколькими вариантами в зависимости от типа их устройства, и от материала, из которого изготовлен фотоэлектрический слой.

I. Классификация по типу их устройства:

  1. 1. Гибкие;
  2. 2. Жёсткие.

II. В зависимости от материала, из которого изготовлен фотоэлектрический слой выделяют:

  1. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из кремния. Они в свою очередь бывают монокристаллическими, поликристаллическими и аморфными. Монокристаллические панели достаточно дорогой вариант, но они отличаются высокой мощностью. Поликристаллические дешевле, чем монокристаллические панели. Такие панели медленней теряют свою эффективность с увеличением сроков службы, а так же при нагревании. Аморфные представлены в основном тонкопленочными панелями. Такое устройство солнечной батареи позволяет генерировать солнечный свет, даже в плохих погодных условиях;
  2. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из теллурида кадмия;
  3. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из селена;
  4. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из полимерных материалов;
  5. Из органических соединений;
  6. Из арсенида галлия
  7. Из нескольких материалов одновременно.

Основные типы, которые получили распространение, это многопереходные кремниевые фотоэлементы.

Другие материалы не получили широкого распространения в связи с большой стоимостью.

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.

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.

Как сделать садовый светильник на солнечных батареях

В саду, на даче, на приусадебном участке вечером должно быть освещение. Но как быть, если электроэнергия стоит дорого, нет возможности протянуть кабель на участке, а в темноте много не погуляешь.

В этом случае можно купить или собрать своими руками светильник на солнечных батареях. Он достаточно хорошо освещает территорию вокруг, не требует подключения к централизованной электросети, к тому же выпускаемые модели очень красивы и создают уютное и комфортное освещение.

Такой уличный светильник для сада лучше всего установить на открытом месте, чтобы он мог заряжаться от солнечного света. В конструкцию встроен фотоэлемент, который преобразует солнечную энергию в электрическую, а она, в свою очередь, накапливается на аккумуляторах, установленных в электрической цепи.

Чтобы экономить энергию батареи, в светильники устанавливаются не обычные лампы накаливания, а светодиодные, за счет чего накопленной за день энергии вполне хватает для освещения территории в ночное время.

Отличие моделей на солнечных батареях от обычных

  1. Такую конструкцию можно установить в любом месте, так как для нее не требуется тянуть провода от электросети.
  2. Светильники такого вида полностью безопасны для здоровья окружающих.
  3. Используя различные модели, можно создать великолепный дизайн ландшафта.
  4. Одним из главных преимуществ этих конструкций является то, что они экономят электроэнергию.
  5. Для зарядки батареи достаточно дневного света, причем заряжаются они даже при пасмурной погоде.

После того, как конструкция надежно укреплена, она начинает собирать заряд на аккумуляторы через фотоэлемент. Эта конструкция рассчитана так, чтобы с наступлением сумерек она подключалась автоматически.

От того, какой мощности установлены светодиодные лампы, зависит время работы осветительного прибора. В среднем оно составляет 6-10 часов.

Чаще всего в продающихся моделях установлены светодиоды белого цвета.

При желании светильник можно модернизировать и установить разноцветное освещение, которое придаст оригинальности приусадебному участку.

Изготовление своими руками

Такое произведение ручной работы великолепно украсит любой приусадебный участок, сделает ландшафт оригинальным и неповторимым.

Что же нам понадобится для сборки? Прежде всего, нужны аккумуляторы с минимальной емкостью 1500 мА/ч, у которых на выходе клемм напряжение 3,7 В.

Лучше всего приобретать «пальчиковые» модели Ni-MH, потому что за дневное время аккумулятор емкостью 3000 мА/ч все равно не успевает зарядиться полностью. Для полной зарядки такого устройства достаточно 8 часов дневного света.

Для того чтобы аккумулятор заряжался, в магазине радиодеталей нужно купить солнечную панель напряжением 5,5 В/200 мА. Также понадобятся резисторы 47-56 Ом, диод КД243А (КД521) или диод 1N4001/7/ 1N4148, транзистор КТ361Г (КТ315) или 2N3906.

Электрическая схема светильника на солнечной батарееТакже понадобится плата, которая вытравливается по определенной схеме.

Покупая светодиоды, можно брать на каждый светильник по 1 штуке мощностью 3Вт или по несколько мощностью 1-1,5 Вт, а в качестве отражателя можно использовать компактный диск.

Собрав такую конструкцию, можно в 2,5-3 раза сэкономить.

Как модернизировать готовый светильник

Купив садовый светильник на солнечной батарее в магазине, можно сделать его доработку, поменяв обычные белые светодиоды на цветные. В некоторых случаях такие светильники не приспособлены на такую замену и через 1-1,5 часа освещение может стать тусклым и погаснуть.

Чтобы такого не произошло, в цепь необходимо последовательно встроить сопротивление 40-50 Ом. Для этого на плате перерезается дорожка и впаивается резистор 5мА. Полностью собранный светильник можно установить на улице, возле дома, на садовых дорожках.

Такими конструкциями можно украшать клумбы, рокарии. По отзывам людей, установивших такие светильники на своих приусадебных участках, все модели позволяют сэкономить довольно большое количество электроэнергии.

Практически все, кто украсил свои территории такими светильниками или прожекторами, говорят, что ландшафт невероятно преобразился и стал намного красивее.

Смотрите видео, в котором объясняется, как просто можно сделать садовый светильник на солнечной батарее своими руками:

teplo.guru

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий