Які останні досягнення у галузі сонячних елементів для роботи в умовах поганого освітлення для ліхтарів-пухирців?

Чому сонячні елементи для роботи в умовах слабкого світла є критично важливими для садових ліхтарів-пухнасток

Садове освітлення для кульбаби має працювати в досить складних природних умовах, що вимагає спеціальних рішень на основі сонячної енергії. Більшість таких пристроїв встановлюють у місцях, де й так мало сонячного світла — під деревами або в затінених кутках саду, особливо на півночі, де світловий день короткий. Звичайні кремнієві сонячні елементи працюють у таких умовах неефективно. Коли з'являються хмари або світло стає розсіяним, ефективність стандартних сонячних панелей знижується приблизно наполовину, а іноді й більше. І коли вони не можуть повністю зарядити акумулятори, у людей виходять ліхтарі, які вмикаються надто рано в довгі зимові ночі чи похмурий весняний період.

Квіти одуванчика з їхніми круглими формами насправді ускладнюють збирання енергії. Криві поверхні часто створюють тіні на собі, тому вони отримують приблизно на 30% менше світла, ніж звичайні плоскі панелі. Якщо немає спеціальних сонячних елементів, розроблених для слабкого освітлення, ці естетичні вигини стають проблемою, а не перевагою. Для наступного покоління таких садових ліхтарів виробникам потрібно зосередитися на ефективності роботи в умовах м'якого світла нижче 100 люксів — саме такий рівень буває, коли дерева затінюють більшу частину деннего світла або ввечері. Деякі новіші сонячні елементи все ще можуть забезпечувати ефективність близько 12–15%, навіть у таких затемнених умовах, тоді як звичайні кремнієві елементи практично втрачають працездатність, опускаючись до 5–7%. Це означає, що ліхтарі надійно працюватимуть увесь нічний час, перетворюючи їх із просто прикраси для весни на надійне освітлення, якому можна довіряти протягом усього року в різних частинах подвір'я.

Інновації на основі перовськиту та квантових точок, що підвищують ефективність у малих умовах освітлення

Перовськіти з налаштованою шириною забороненої зони для оптимальної продуктивності за розсіяного світла та умов із освітленістю нижче 100 лк

Причина, чому перовськітні сонячні елементи так добре працюють при слабкому освітленні, полягає в тому, як ми коригуємо їхні властивості забороненої зони. Коли виробники змінюють хімічний склад цих матеріалів, ті стають кращими у генерації електричних зарядів навіть тоді, коли сонячне світло розсіюється, а не потрапляє прямо, як це буває вранці, пізно ввечері або в похмуру погоду. Випробування показали, що перовськіти можуть поглинати на 35-40% більше світлових частинок порівняно зі звичайними кремнієвими панелями за умов освітленості менше 100 лк, що робить їх ідеальними для садових ліхтарів, які мають працювати навіть частково в тіні або протягом зимових місяців. Те, що відрізняє їх від традиційних сонячних технологій, — це здатність стабільно продовжувати виробництво енергії навіть за умов швидких коливань рівня освітленості, що постійно відбувається в садах, де дерева відкидають рухомі тіні, а хмари з'являються й зникають протягом дня.

Квантові точки, чутливі до ІЧ-випромінювання, розширюють спектральне поглинання в затінених середовищах, де світло фільтрується крізь листя

Технологія квантових точок відкриває нові можливості для збирання світла, оскільки вона може захоплювати ті ближні інфрачервоні довжини хвиль, які насправді проникають крізь листя й залишаються достатніми, навіть коли стає темно. Коли ці спеціальні квантові точки інтегровані в світлові панелі у формі кульбаби, вони перетворюють залишкове теплове випромінювання на електроенергію, завдяки чому тривалість роботи ліхтарів збільшується приблизно на 2 години 18 хвилин — згідно з останніми польовими випробуваннями. Це кардинально змінює ситуацію для садових ліхтарів, розташованих під великими деревами або перголами, де звичайні сонячні панелі припиняють працювати всього через чотири години після заходу сонця. Справжнє диво відбувається тоді, коли ці мікрочастинки починають використовувати світло, яке ми навіть не бачимо, забезпечуючи стабільний заряд навіть за повсюдних тіней.

Робота в реальних умовах: збільшення терміну роботи та польове підтвердження

Випробування в скандинавських країнах та на Тихоокеанському Північному Західі: на 42% довше щонічне освітлення порівняно з ліхтарями на основі кремнію

Дослідження, проведені в країнах Скандинавії та на окремих територіях Тихоокеанського північного заходу, де зазвичай буває лише близько 3,5 години пікового сонячного світла щодня, демонструють, як ці нові сонячні елементи, чутливі до слабкого освітлення, працюють поза лабораторними умовами. Під час тестування протягом дванадцяти місяців поспіль, маленькі ліхтарі у формі кульбаб, обладнані панелями з перовськітових матеріалів із квантовими точками, працювали майже на півтори довше, ніж звичайні версії з кремнієвими панелями. Це означає, що вони можуть продовжувати світитися всю ніч навіть під час темних зимових днів, коли природне освітлення протягом більшої частини доби ледве досягає 100 лк. Чому так відбувається? Справа в тому, що покращені панелі здатні збирати більше спектра доступного світла, тому вони краще працюють у похмурий день і навіть уловлюють відблиски від поверхонь. Ми також ретельно перевірили їхній функціонал на узбережжі Орегону, і після цілого року експлуатації в умовах солоного повітря та вологи панелі продовжували виробляти стільки ж енергії, скільки й під час першої установки.

Від лабораторного ККД (23,7%) до врожайності в саду: як стабілізований вихід при слабкому освітленні забезпечує надійність умов із дифузним світлом

Лабораторні дослідження показали, що перовськітні елементи досягають приблизно 23,7% ефективності перетворення потужності за стабільних умов слабкого освітлення. Але найважливішим для повсякденного використання є те, наскільки добре вони зберігають стабільну напругу під час зміни сонячного світла протягом дня. Ліхтарі Dandelion вирішують цю проблему завдяки розумній системі керування живленням, яка запобігає мерехтінню світлодіодів, коли хмари закривають сонце — із чим більшість дешевих сонячних ліхтарів просто не справляються. Ми також зібрали польові дані, які демонструють досить вражаючі результати — приблизно 94% стабільна яскравість протягом різних сезонів. Різниця між літом та зимою становить лише близько 5%, що зовсім непогано, враховуючи погодні коливання. На практиці це означає, що люди отримують надійне освітлення, навіть коли йдуть під деревами або стикаються з ранковим туманом, не маючи потреби постійно щось регулювати. Здатність перетворити чудові лабораторні показники на стабільну роботу з ночі на ніч робить ці ліхтарі ідеальними для садів і доріжок, де люди хочуть мати гарну видимість, не турбуючись про обслуговування.

Синергія дизайну: як геометрія кульбаби покращує збирання світла в умовах слабкого освітлення

кут збирання світла 360° та структура поверхні з самоочищенням, що підвищують ефективність збору опромінення

Сонячні ліхтарики, створені за зразком кульбаб, поєднують мудрість природи з передовими сонячними технологіями, щоб використовувати кожну доступну порцію енергії, навіть якщо умови неідеальні. Їхні округлі форми дозволяють збирати сонячне світло з будь-якого боку, що особливо важливо в садах, де дерева більшу частину дня затінюють прямий сонячний світ. За даними останніх досліджень, такі круглі конструкції здатні поглинати приблизно на 37% більше розсіяного світла порівняно зі звичайними плоскими панелями, що також покращує їхню роботу вночі. Ще один геніальний винахід — спеціальне покриття, яке запобігає осіданню бруду та води на поверхні. Без такого захисту садові моделі часто втрачають від 12 до 18% ефективності щомісяця через забруднення. Уся система залишається чистою без потреби протирати, а також за рахунок вигнутості зменшуються марні відбиття й розсіяне світло спрямовується прямо до сонячних елементів під покриттям. Усе це означає, що такі ліхтарики надзвичайно добре працюють навіть у тіні, при високій вологості чи забрудненому повітрі. Це доводить, що гарний зовнішній вигляд не обов’язково має йти за рахунок реального функціоналу — саме такі рішення чекають нас у майбутньому.

Поширені запитання

Що таке сонячні елементи для роботи в умовах слабкого освітлення?

Сонячні елементи для роботи в умовах слабкого освітлення розроблені для ефективної роботи за мінімального або непрямого сонячного світла, наприклад, під деревами, у похмуру погоду чи в тіні.

Чому перовськітові сонячні елементи кращі для умов слабкого освітлення?

Перовськітові сонячні елементи мають регульовані властивості ширини забороненої зони, що дозволяє їм ефективно генерувати електричні заряди навіть при розсіяному або непрямому сонячному світлі, що ідеально підходить для умов слабкого освітлення.

Як квантові точки допомагають у зборі сонячного світла?

Квантові точки можуть поглинати ближнє інфрачервоне випромінювання, яке проникає крізь листя, дозволяючи їм використовувати світло навіть у тіні та перетворювати його на корисну енергію.

Чому підсонникові садові ліхтарі є ефективними?

Кругла форма підсонникових ліхтарів забезпечує кут збору світла 360° і зменшує тіні, підвищуючи їхню здатність ефективно збирати розсіяне світло.

Як ці сонячні елементи працюють у реальних умовах?

Дослідження показують, що сонячні елементи з низьким рівнем освітлення, встановлені в ліхтарях-пухнастках, забезпечують на 42% довше нічне освітлення порівняно з традиційними кремнієвими ліхтарями, навіть у складних умовах, як-от у скандинавських країнах та на Тихоокеанському північному заході.

Що означає PCE і чому це важливо?

PCE означає ефективність перетворення потужності — це ключовий показник того, наскільки ефективно сонячний елемент перетворює сонячне світло на електричну енергію, особливо за різних умов освітлення.