Солнечные батареи, фонари и светильники для освещения участка

Отношение к альтернативным источникам энергии в нашей стране постепенно начинает меняться. Еще несколько лет назад это воспринималось как причуда, теперь, все большее количество людей начинают собирать информацию о том, как можно сэкономить на счетах за коммунальные услуги. Одно из интересных направлений — уличное освещение на солнечных батареях. Можно ли на этом деле сэкономить, сказать сложно — зависит от многих факторов. Но сделать освещение от солнечной энергии можно. Даже двумя способами.

Содержание статьи

1 Как можно организовать уличное освещение на солнечных батареях
2 Расчет системы
- 2.1 Находим мощность и количество солнечных батарей
- 2.2 Аккумуляторы
- 2.3 Выбор контроллера
- 2.4 Пример расчета системы
- 2.5 Цена вопроса
3 Уличное освещение на светильниках/фонарях с солнечными батареями
- 3.1 Устройство светильников/фонарей на солнечных элементах
- 3.2 Внешний вид и материал
- 3.3 Как выбрать по техническим параметрам
- 3.4 Условия эксплуатации

Как можно организовать уличное освещение на солнечных батареях

Освещение на улице — сложная система и делится она на несколько составляющих:

Охранное освещение, которое должно работать всегда, так как от него зависит безопасность. Как правило, это ограда, калитка/ворота, иногда — участок перед домом.
Дежурное освещение — включается периодически, при необходимости. Например, подъездная дорожка должна освещаться, когда по ней едет машина или идет человек; баня — если в ней кто-то парится; сарай, к которому надо подойти в темное время суток.

Уличное освещение на солнечных батареях: отличное место для размещения солнечных батарей
Декоративное. Подсветка декоративных элементов, кустов, деревьев, фрагментов здания. Работает обычно вечером, на ночь отключается.
Функциональное. Чаще всего — это подсветка основных дорожек (от калитки- к дому, от дома — к гаражу и т.п.). Режим работы может быть — с вечера до утра, а может — только вечером и по мере необходимости (при позднем возвращении домой).

Не обязательно все части есть в любом уличном освещении частного дома, но все они могут быть. Большая часть этой системы, или даже вся она, может быть переведена на питание от солнечных батарей. Причем уличное освещение на солнечных батареях можно сделать двумя способами:

Первый — устанавливать светильники и фонари с собственными вмонтированными батареями. Этот способ не требует больших затрат, но надежность его невелика. Каждый такой светильник снабжен собственной небольшой солнечной панелью и аккумулятором, который запасает энергию на протяжении светового дня. Мощность батареи и емкость аккумулятора малы. При нормальном заряде запаса энергии хватает на 10-14 часов работы, а в непогоду — как повезет. Может хватит на час работы. Потому такая система освещения от солнца может быть использована на не очень важных участках. Например, их можно ставить для декоративной подсветки участка, сада, огорода.

Автономные светильники на солнечных батареях
Второй способ организации уличного освещения на солнечных батареях — это целая система. Потребуются солнечные батареи определенной емкости, к ним — аккумулятор, который запасет электроэнергию на период пасмурной погоды. Чтобы аккумуляторы не выходили из строя при превышении количества энергии в солнечные дни, нужен контроллер заряда аккумулятора. Все это — недешевые устройства. Зато, при правильном расчете, освещение участка от солнечных батарей будет гарантированным.

Так выглядит система солнечного освещения участка

Выгодно ли использовать солнечные батареи для освещения участка? Ответ можно дать только в каждом конкретном случае. Эффективность гелиосистем очень сильно зависит от региона и количества солнечных дней. А экономическая выгода (окупаемость) — от тарифов на электроэнергию.

Расчет системы

Если уличное освещение на солнечных батареях решено сделать надежным — с аккумуляторами, прежде всего, надо заменить все лампы и фонари на светодиодные, работающие от 12 В. Почему именно так? Потому что аккумуляторы выдают постоянное напряжение, и некоторая их часть, как раз 12 В. Можно от этой системы питать и лампы на 220 В, но понадобится еще инвертор, преобразующий 12 В в 220 В. А это — дополнительные расходы. Потому целесообразно подобрать именно такие светильники, фонари и лампы.

Состав системы уличного освещения со светильниками на 220 В : нужен еще инвертор

Находим мощность и количество солнечных батарей

Чтобы система была надежной, необходимо рассчитать мощность солнечных батарей и емкость аккумуляторов, которые ее будут обеспечивать. Порядок расчета такой:

Найти мощность всей нагрузки (посчитать мощность всех ламп).

Высчитать самый длительный период работы освещения.

На основании этих данных рассчитать, сколько энергии в сутки необходимо на работу оборудования (перемножить найденные цифры).

Найти самый низкий уровень инсоляции в году (среднемесячный) в вашем регионе. В России обычно это декабрь месяц.

Чем больше солнечных дней в году в регионе, тем выгоднее переход на солнечную энергию

Узнать, производительность солнечных батарей в вашем регионе. Для этого надо умножить найденный уровень инсоляции на среднюю эффективность солнечных батарей (берут эффективность 17%, то есть надо умножить на 0,17). В результате вы узнаете, какое минимальное количество энергии будет выдавать квадратный метр батареи в вашем регионе.

На основании найденной цифры высчитать какой площади солнечные батареи потребуются для производства нужного количества энергии. Для этого цифру, которую нашли в 3 пункте, разделить на минимальную производительность квадратного метра солнечных батарей (результат расчетов 5 пункта).

Далее — дело за выбором солнечных батарей. Выбираете, узнаете их площадь, считаете количество штук. Их общая площадь должна быть не меньше той, что вы наши. Желательно даже иметь запас, так как всегда бывают периоды с худшими характеристиками чем средние.

Аккумуляторы

Надо еще рассчитать емкость аккумуляторов, которые должны обеспечить энергией светильники на случай длительной непогоды. Тут тоже потребуются данные синоптиков. Но уже нужен будет самый длительный период плохой погоды. Также для расчета нужен дневной расход энергии на поддержание работоспособности (3 пункт в предыдущем разделе).

Расчет несложный. Дневной расход умножаем на количество дней непогоды. Получаем тот запас, который должны обеспечивать аккумуляторы. Далее надо искать аккумуляторы с подходящими характеристиками. Только брать надо с 30-40% запасом по емкости, так как полный разряд сокращает срок эксплуатации аккумуляторов. Потому нежелательно их сильно разряжать.

Аккумуляторы для солнечных батарей — есть разного размера и параметров

Иногда производители указывают только возможный запас энергии, который выражается в А/ч (ампер часах). Эту величину можно перевести в Вт/часы, если умножить на напряжение работы аккумулятора (указывается в характеристиках). Например, аккумулятор Ventura GP 12-26 — напряжение 12 В, емкость 26 А*ч. Перевести в ватт-часы можно так 12 В * 26 А*ч = 312 Вт*ч.

Выбор контроллера

Начнем с того, чтобы разобраться, для чего нужен контроллер в этой системе. Если подключить солнечную батарею напрямую к аккумулятору, при поступлении электроэнергии он начнет заряжаться. При достижении предельного напряжения заряда (зависит от типа аккумулятора и его температуры), его надо отключить. Если контроллера нет, это надо делать вручную. Если отключить не вовремя, это приведет к закипанию электролита, сокращению срока службы аккумулятора. Так что контроллер нужен.

Контроллеры солнечных батарей бывают трех типов:

ONN/OFF. Отслеживает величину заряда. При достижении предельного напряжения (для 12 Вольтовых батарей это 17 В), он просто отключит источник заряда. Этот вариант контроллера самый дешевый, но он имеет существенный недостаток. На самом деле, при достижении предельного напряжения, батарея заряжена далеко не полностью, а только на 90%. Постоянный недозаряд приводит к сокращению ее срока службы.
PWM контроллер. После достижения предельного напряжения он не отключает батарею. При помощи преобразования он понижает напряжение до требуемого значения и еще пару часов дозаряжает аккумулятор.
MPPT контроллер. Как и PWM он полностью заряжает аккумулятор, но делает это быстрее (при равных условиях) за счет использования всей мощности солнечной батареи.

Выбор контроллера — по его возможностям

На самом деле выбор контроллера солнечных батарей прост: лучший вариант — MPPT, неплохой — PWM. На крайний случай подойдет и ONN/OFF, но его лучше не использовать.

При выборе контроллера надо также обратить внимание чтобы он мог подстраивать параметры системы в зависимости от температуры аккумулятора. Для этого в нем должен быть тепловой датчик. Он может быть встроенный или выносной. Выносные показывают более корректные данные, потому отдавайте предпочтение таким моделям.

Пример расчета системы

Чтобы расчет системы солнечного освещения на улице был понятнее, приведем пример. Надо обеспечить энергией светильники общей мощностью 10 Вт, напряжением 12 В. Самый продолжительный рабочий период — 14 часов, самый низкий уровень инсоляции в году 1.21 kWh/m2/day. Расчет такой:

Находим необходимое количество энергии в день: 10 Вт * 14 часов = 140 Вт*ч в сутки.
Производительность солнечных батарей в самый худший месяц в году — 1.21 kWh/m2/day * 0,17 = 0,2057 кВт в сутки. То есть, в сутки квадратный метр батареи с такими параметрами будет выдавать около 200 Ватт электроэнергии. Так что батареи можно брать именно с метровой площадью — как раз будет некоторый запас для худших условий.

Выбор параметров и составных частей зависит от условий работы и требуемой производительности
Определяем требуемую емкость аккумулятора. Пусть самый длительный период плохой погоды — 8 дней. Тогда энергии надо запасать: 140 Вт*ч в сутки * 8 дней = 1120 Вт*ч. Если брать по минимуму, то аккумуляторная батарея должна иметь емкость 100 Ач, но этого будет не всегда достаточно. А конкретно — в осеннее длительное ненастье или зимой в холодную и пасмурную погоду. Потому лучше брать аккумулятор на 150 А*ч или даже на 200 А*ч.

При подборе оборудования можно даже смотреть на большие номиналы аккумуляторных батарей и большую производительность или площадь СБ. Иногда, как ни парадоксально, более производительное оборудование стоит меньше. А еще, не факт, что через некоторое время вам не захочется добавить нагрузку к системе. Так что запас пригодится.

Цена вопроса

Уличное освещение на солнечных батареях в таком исполнении — затея недешевая. Например, для приведенного примера расчета можно выбрать следующее оборудование:

Поликристаллическая солнечная батарея 250 Вт, производства Chinaland Solar Energy. Стоимость 15160 рублей.
Контроллер заряда Tracer MPPT (100 В), 20 А, 12/24 В, производства Beijing Epsolar Technology. 8640 рублей.
Гелевая аккумуляторная батарея GX12-150, 150 Ач, GEL, производства Delta — 21230 рублей или GX12-200, 200 Ач GEL стоит 26160 рублей.

Итого оборудование обходится в сумму чуть больше 45 тыс. рублей. Но еще нужны будут кронштейны для установки солнечной батареи (2-3 тыс. рублей), герметичные разъемы и специальные провода для СБ (это еще 1-2 тыс рублей). Затея действительно недешевая.

Для полного перевода уличного освещения на солнечную энергию требуется большое количество батарей…

Как можно уменьшить затраты? Приобрести оборудование отечественного производства непосредственно у производителей. Например, батареи можно купить у Зеленоградского Телеком СТВ, инверторы и контроллеры — у МАП «ООО Микро Арт». Еще вместо специальных аккумуляторов покупают автомобильные на 12 В, они имеют не такие характеристики, их надо чаще менять, но стоят значительно дешевле. Даже с учетом того, что их надо менять раз в 2-3 года. При таких условиях затраты уличное освещение на солнечных батареях может стоить в два раза меньше.

Уличное освещение на светильниках/фонарях с солнечными батареями

Если использовать фонари или светильники на солнечных батареях со встроенными аккумуляторами, никакое другое оборудование не требуется. Но система получается недостаточно надежной, чтобы делать, например охранное освещение. Зато такие светильники очень просто устанавливать, не требуется их подключать к источникам питания. Они полностью автономны. То есть, не требуется прокладка кабелей, соединяющих источники света в одну систему, а это — приличная статья расходов и большой объем работ.

Уличное освещение на солнечных батареях — на разные вкусы, разного назначения

Устройство светильников/фонарей на солнечных элементах

Светильник на солнечных батареях имеет практический такое же устройство, как описанная в предыдущем пункте система: есть панель с гелиопреобразователями, небольшая аккумуляторная батарея и мини-контролер. Все это — компактно укомплектовано в корпус.

Батарея, в зависимости от конструкции и мощности лампы, может быть смонтирована на верхней части плафона (как на небольших садовых солнечных светильниках) или вынесена чуть в сторону (так обычно делают на фонарях с мощными лампами, так как нужна значительная мощность заряда).

Устройство фонарей на солнечных элементах

Рядом с корпусом или внутри него располагается аккумуляторная батарея. Есть они двух типов: более дешевые модели оснащаются никель-кадмиевыми элементами (обозначаются NI-CD), в более дорогих ставят обычно никель-металл-гидридные (обозначение NI-MN). Чтобы лампы светили дольше, лучше приобретать светильники с аккумуляторами второго типа. Но стоят они дороже. Так как обычно сделаны из более дорогих материалов, собраны более качественно.

Внешний вид и материал

Первое, на что придется обратить внимание — на внешнее оформление. Есть очень много разных форм и стилей, так что можно найти солнечный фонарь на любой вкус. Но, по опыту, чем проще форма, тем надежнее он работает. Дело в том, что для нормальной работы корпус светильника должен быть герметичен, чего при сложной форме добиться сложно. Потому уличное освещение на солнечных батареях лучше делать с использованием фонарей лаконичной формы.

Корпус и ножка светильника изготавливаются из металла или пластика. Пластиковые модели — самые дешевые, в большей частью их изготавливают в Китае, причем чаще всего они освещают только сами себя, быстро выходят из строя. Рассчитывать на более-менее длительный срок эксплуатации не стоит.

Фонари на солнечных батареях для освещения двора частного дома, дачи, сада

Фонари на солнечных элементах, сделанные из металла стоят, значительно дороже. Но такое наружное освещение на солнечных батареях более долговечное. Металл может быть — окрашенная сталь, алюминиевый сплав, нержавеющая сталь (блестящая или матовая, черненная). Тут используются более дорогие материалы, более качественные светодиоды и солнечные элементы. Цены, правда, тоже значительно выше.

Как выбрать по техническим параметрам

После того, как определились с внешними параметрами, надо углубляться в технические тонкости. Прежде всего обратите внимание на мощность светильника, тип и емкость аккумуляторной батареи. Нормальные производители указывают количество светодиодов и их общую яркость. Чем больше мощность светильника, тем большую площадь он будет освещать. Но при этом должна быть более мощный аккумулятор — чтобы обеспечить требуемое время работы.

В описании товара или на коробке изделия нормальный производитель указывает всю нужную информацию

Нормальные светильники могут работать по 8-10 часов (при полном заряде). Но такая продолжительность свечения нужна не всегда — когда ночи короткие, работать уличное освещение может 5-6 часов, а то и меньше. Для того чтобы освещение на работало «вхолостую», в фонари встраиваются датчики освещенности. Довольно полезная опция, так что на нее тоже обращаем внимание.

Условия эксплуатации

Многие фонари и светильники для уличного освещения на солнечных батареях имеют серьезный недостаток: они плохо переносят морозы. Как правило, это фонари дешевого и среднего ценового диапазона. Если их эксплуатировать при температуре ниже +25°C, их срок службы значительно снижается. Еще быстрее они выходят из строя, если работают при минусовых температурах. Так что такие светильники пригодны только для дачи — на время дачного сезона. Учтите, что не все производители об этом предупреждают. Информацию часто приходится запрашивать дополнительно.

Высота фонарей на солнечных батареях может быть разной. Это уже более солидные «морозоустойчивые» модели

Если уличное освещение на солнечных батареях должно работать круглый год, ищите «морозоустойчивые» модели. Они есть, но в более высоком ценовом диапазоне. В них используются морозоустойчивые солнечные элементы и аккумуляторы, выполнены они из стали. Соответственно — стоят дороже.