Уличное освещение на солнечных батареях: путь развития и усовершенствования
Солнечные батареи в дизайне освещения — все гениальное просто
Гелиоэнергетика, в которой активно задействован солнечный потенциал, все шире замещает традиционные источники энергии, что позволяет экономить энергетические ресурсы, необходимые на производстве и в быту. Солнечные батареи уже оправдали себя, как надежная альтернатива электроснабжения жилых кварталов и промышленных комплексов в США, Японии, Германии.
Поэтому многие высокоразвитые страны пошли дальше, и сегодня уже не в диковинку уличное освещение на солнечных батареях в большинстве европейских стран. На самом деле все началось с фотогальванического эффекта, который был открыт еще в 1839 году благодаря французскому физику Александру Эдмону Беккерелю. Конечно, даже о подобии солнечных батарей на тот момент говорить было рано и, возможно, это открытие так и осталось бы незадействованным, но американский ученый Чарльз Фриттс собрал первый прототип батареи, основу которого составил селен, покрытый тончайшим слоем золота. Это позволило преобразовать солнечную энергию в электричество, коэффициент полезного действия которой не превышал 1%, но это было огромное достижение науки. В последующие десятилетия работу ученых в этом направлении вряд ли можно назвать интенсивной, она то возобновлялась, то приостанавливалась. Не остался в стороне от данной темы и Альберт Эйнштейн, чьи достижения в области изучения особенностей внешнего фотоэффекта были отмечены Нобелевской премией в 1921 году. Хотя величина этого имени связана больше с теорией относительности. Используя все тот же фотоэффект, советским физикам в 30-е годы удалось «добыть» электрический ток, но КПД по-прежнему оставлял желать лучшего (не более 1%). И лишь в 1953 году американец Джеральд Персон путем многочисленных опытов пришел к выводу, что кремний гораздо чувствительней к солнечному свету, чем селен. Таким образом, КПД удалось повысить до 6%. Начиная с 1957 года, солнечные батареи на основе кремния впервые были установлены на космических спутниках. Работа по их совершенствованию уже не останавливалась и к 70-м годам КПД уже достиг 10%. Эффективность их работы была на лицо и, если на первых космических аппаратах стоимость киловатт-часа была 500 долларов, то теперь она снизилась до 100. Надо сказать, что до начала 90-х годов дальнейшие активные разработки в этом направлении были свернуты или значительно сокращены по причине дороговизны кремния. Хотя он и является вторым по распространенности элементом на Земле, но встречается только в виде окиси, извлечение из которой чистого кремния весьма проблематично. Однако стоимость кВтч все же была снижена до 50 долларов за счет использования более дешевых кремниевых плат. 1995 год ознаменовался активизацией дальнейших исследований в этой области и стремлением многих государств снизить себестоимость энергии, получаемой от солнца до уровня ископаемого электричества. В результате КПД увеличился до 15%, а стоимость кВтч достигла 15 долларов. 2006-2007 годы стали очередными вехами в дальнейшем развитии солнечных батарей. Американские ученые разработали уникальную технологию, позволяющую уловить большее количество солнечного света. Российские физики-ядерщики создали батарею, работающую на новом веществе — гетероэлектрике, себестоимость фотоэлемента которой гораздо ниже, и такая конструкция способна улавливать энергию солнца и звезд вне влияния погоды. А японцы запустили в действие новую крупную солнечную электростанцию. Солнечные батареи прошли сложный путь развития и усовершенствования. Предназначавшиеся первоначально разработки для космической аппаратуры, перестали быть роскошью и используются сегодня как уличное освещение для комфорта граждан. Пока ученые мужи и государственные службы думают, как сэкономить ресурсы в масштабах страны, так, чтобы солнечное электричество привело к уменьшению АЭС, оно эффективно применяется для освещения улиц, парков, садовых участков частного сектора. Уличный светильник накапливает в аккумуляторе электрический заряд, который производит солнечная батарея, а затем генерирует в темное время суток. Несмотря на различия во внешнем дизайне, все они имеют стандартное устройство: Сегодня светодиодное освещение на солнечных батареях — это уже просто и привычно, хотя все гениальное просто. Фотоэлектрический современный модуль мал и компактен, зато КПД увеличился по сравнению с приборами прошлого века в 2 раза. В простоте конструкции и есть главное преимущество солнечных батарей. Отсутствие каких бы то ни было подвижных деталей, делает прибор мало уязвимым. Батареи не нуждаются в топливе, в профилактическом обслуживании, им не страшны механические травмы. Но срок эксплуатации все-таки ограничен определенными рамками. Это зависит от размера панели. Модели, обеспечивающие парковое освещение, прослужат до 25 лет, а бытовые в 2 раза меньше. В автономный светильник встроена никель-кадмиевая батарея с мощностью 600-700 МА/час. Максимальный срок службы такого аккумулятора 15 лет. Светодиодное устройство на основе нескольких светодиодов LED мощностью 0, 06 W способны прослужить 100 тысяч часов. Это значит, что при эксплуатации в течение дня по 8-10 часов, такой светодиод прослужит 27 лет. Плафон, как правило, изготавливается из пылеводонепроницаемого материала, поэтому никакие атмосферные осадки ему не страшны. Так как предназначение светильника освещение улицы, опора, к которой предстоит крепиться плафону, производится из прочного долговечного материала, не боящегося коррозии и устойчивого к ветру. Парковые светильники изготавливаются из нержавеющей стали. Декоративные разновидности, в зависимости от внешнего оформления могут быть из бамбука, ротанга, стекла, бронзы или стали. Срок службы ламп уличного освещения с применением солнечных батарей зависит еще от солнечного излучения. Чем интенсивнее, тем дольше. В облачную, пасмурную погоду это от силы 3-5 часов, а при максимальной солнечной зарядке до 10 часов в сутки. Есть модели, которые способны генерировать свет в течение 5 дней даже в пасмурную погоду. Экономия освещения большой площади парковой зоны или автодорожного полотна очевидна, поскольку это дает возможность снизить расходы на прокладку кабеля или сократить протяженность линий электропередач. И еще одно немаловажное преимущество — экологичность. Солнечные батареи безопасны для окружающей среды и технологии, применяемые в изготовлении остальных составных частей светильника, соответствуют всем экологическим нормам. Автономная установка дает тоже свои плюсы — не нужно контролировать уровень заряда батареи и можно обеспечить освещение в любой точке сада. Минусов гораздо меньше, и сопряжены они в основном с наличием солнца. В регионе с коротким световым днем и большим количеством пасмурных и дождливых дней освещение будет тусклым и менее эффективным. Холодная погода приводит иногда к сбою аккумулятора. Но и длительная жара тоже нежелательна. Дело в том, что хрупкие фотоэлементы закрываются пластиком или стеклом, которые, с одной стороны, выполняют защитные функции, а с другой приводят к перегреву полупроводникового прибора. Это может не только снизить эффективность, но и вывести из строя осветительный прибор. Поэтому иногда требуется организовать дополнительную систему охлаждения. Сравнительно невысокий КПД объясняется избирательностью солнечных батарей к преобразованию энергии, требующей определенной частоты излучения. В одной полосе это может быть эффективно, а в другой практически бесполезно. Причем излишки, превышающие допустимый уровень, как раз и оказывают вредное воздействие на фотопреобразователь. Некачественное защитное стекло может пагубно сказаться на эффективности солнечной батареи. Защитное стекло хоть и предохраняет от попадания влаги и пыли внутрь прибора, но нуждается в поддержании чистоты. Внешнее загрязнение будет препятствовать поглощению солнечного света, а значит, скажется на интенсивности освещения в темное время суток. Процедуре очистки следует подвергать поверхность после ветра, поднимающего пыль, после снегопада и других неблагоприятных погодных явлений. К недостаткам можно отнести и снижение КПД с течением срока службы, хотя за весь период эксплуатации эта разница составляет максимум 10%. Уличное освещение на солнечных батареях стало настолько популярно, что часто выполняет не только практическое назначение, но еще и играет существенную роль в ландшафтном дизайне, украшая альпийские горки, искусственные водоемы, газоны и беседки. Поэтому производители предлагают сегодня великое множество решений, как преобразить свой двор после захода солнца. Чтобы легче было осуществить выбор, можно условно подразделить уличные осветительные приборы на солнечной батарее по способу их установки: Переносной подвесной фонарь пользуется особой популярностью, но его недостаток в том, что если он крепится на стену, нужно выбрать днем такое место для него, что солнечные лучи попадали на него. Удобны низкие газонные светильники, которые легко удаляются в случае необходимости стрижки травы. Они лишены проводов, в которых легко запутаться и не способны ударить током. Более мощный фонарь на штативе обеспечит уличное освещение площади в радиусе от 5 до 10 метров. Некоторые садоводы устанавливают такое освещение даже возле некоторых грядок, что благотворно влияет на рост и развитие овощей. Декоративное же оформление не поддается никакой классификации, поскольку это зависит от фантазии дизайнера и всевозможных стилей оформления сада. Подвесной фонарь может быть выполнен в форме оригинального воздушного лампиона, который подвешивается к ветке дерева или подобием старинного фонаря с крючком для подвесного горшка с цветами. Рукотворный пруд принято украшать забавными фигурками для сада, которые одновременно выполняют функцию ночной подсветки. Освещение зоны беседки или террасы может быть выполнено в форме подвесных изящных ламп-бра, а прилегающая к дому территория с перголой увешана целой гирляндой. Для декоративной подсветки характерно разноцветное не очень яркое свечение на солнечных батареях, а с целью полноценного освещения следует приобрести лампы большей мощности. Главное, чтобы освещение не было нагромождением разноплановых светильников, а гармонично вписывалось в выбранный стиль общего дизайна приусадебного участка. Уход за уличными светильниками на солнечных батареях несложен. Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что их нужно размещать в незатененных местах сада и периодически удалять с поверхности пыль, грязь и последствия снегопада зимой. Приобретая светильник для использования в уличном освещении, следует обратить внимание на маркировку на поверхности упаковки, где указывается степень защиты плафона. Это буквы IP и цифры. Большая величина цифры соответствует более высокой степени защиты. Автономная лампа, предназначена для переноса, должна вывешиваться на солнце для зарядки аккумуляторной батарее. Если день пасмурный, то на это уйдет больше времени. Все, что нужно для светильника на солнечных батареях, — это всего лишь немного солнца.
А начиналось все так
Принципы работы интеллектуального освещения улиц
Веские доводы в пользу преимуществ
А есть ли недостатки?
Разновидности уличных светильников
Инструкция по установке и эксплуатации