Чому деякі сонячні лампи з роз'ясом на стовпі зникають після однієї зимової сезони?

Як низькі температури зменшують ємність акумуляторів до 50%

Коли на вулиці стає дуже холодно, сонячні лампи працюють гірше, оскільки хімічні реакції всередині акумуляторів значно уповільнюються. Літій-іонним акумуляторам особливо важко, коли температура опускається нижче нуля градусів Цельсія. Приблизно при мінус 20 градусах ці акумулятори можуть втратити від 40 до 50 відсотків своєї звичної ємності. Чому? Електроліт всередині стає густішим, іонам важче рухатися між електродами. У результаті акумулятору доводиться працювати набагато більше, ніж зазвичай, що призводить до швидкого зносу та скорочення терміну служби. Візьмемо типову сонячну лампу, яка при кімнатній температурі світить 12 годин. У таких морозних умовах більшість людей помічають, що їхні лампи працюють лише 6–7 годин, після чого потрібна чергова підзарядка.

Літій-іонні та LiFePO4 акумулятори в умовах нижче нуля: порівняння продуктивності

Хоча обидва типи акумуляторів мають знижену ефективність у холодному кліматі, акумулятори LiFePO4 (літій-залізо-фосфатні) працюють краще, ніж стандартні моделі на основі літій-іонної технології:

Акумулятори LiFePO4 також краще витримують глибоке розряджання і корозію, що робить їх на 72% менш схильними до виходу з ладу після сезонних коливань температури порівняно з літій-іонними аналогами.

Мертві або зкородовані акумулятори як основна причина виходу системи з ладу

Приблизно дві третини проблем із батареями в сонячних ліхтарях взимку виникають через потрапляння вологи та постійні цикли заморожування-відтавання, які нам так набридли. Що саме відбувається не так? Пар вологи з часом руйнує контакти. Іноді батареї розпухають, коли всередині пошкоджених корпусів утворюється лід. Існує також явище, коли батареї втрачають здатність утримувати заряд при багаторазовому недозаряді під час холодного періоду. Добра новина в тому, що розміщення таких батарей у краще герметизованих корпусах та нанесення певного захисного покриття від іржі може значно подовжити їхній термін служби. Польові випробування показують, що оброблені таким чином батареї залишаються працездатними на півтора-два роки довше в складних зимових умовах.

Зниження інтенсивності сонячного світла та ефективності сонячних панелей взимку

Скорочена тривалість світлового дня та погана інсоляція, що обмежує цикли зарядки

Коли настає зима, всі ми знаємо, що наші дні стають коротшими та коротшими. Кількість сонячного світла значно зменшується — приблизно на третину або навіть на половину менше, ніж у літні місяці. Для вуличних ліхтарів із сонячним живленням, встановлених у більш північних регіонах, доступне сонячне світло може становити усього чотири-п'ять годин на день. Це означає, що акумулятори всередині таких ліхтарів розряджаються швидше, ніж передбачено технічними характеристиками. З часом це призводить до проблем із заряджанням, що спричиняє значно ранніше зношування акумуляторів, ніж очікувалося. Невдовзі люди починають помічати, що їхні ліхтарі виходять з ладу тоді, коли цього ще не мало статися.

Накопичення снігу, бруду та зниження ефективності сонячних панелей

Коли сніг осідає на сонячні панелі, це може знизити їхню ефективність від половини до повного вимкнення, доки хтось не прибере його. Зимові бурі також залишають бруд та крижану плівку, яка блокує приблизно від однієї п'ятої до чверті сонячних променів, що потрапляють на панелі. Замерзлі речовини прилипають до панелей набагато сильніше, ніж звичайний пил, тому для їх очищення потрібне спеціальне обладнання, щоб уникнути мікротріщин у цих дорогих сонячних елементах. Сонячні установки, розташовані під кутом близько 45–60 градусів, краще скидають сніг, ніж панелі, встановлені горизонтально на дахах, особливо коли вони не мають металевих опор. Цей нахил має велике значення для підтримки виробництва електроенергії в холодні місяці.

Неправильна орієнтація панелей (не на південь) та сезонні проблеми затінення

Сонячні панелі, встановлені на східних або західних стінах, взимку виробляють приблизно на 18 і навіть до 27 відсотків менше енергії порівняно з тими, що орієнтовані на південь, які краще уловлюють низьке зимове сонце. Проблема посилюється зі зміною сезонів. Хвойні дерева, які так гарно виглядають на наших ділянках, викидають значно довші тіні взимку, оскільки сонце перебуває приблизно на 40 градусів нижче над горизонтом, ніж улітку. І це має велике значення. Згідно з дослідженням, проведеним минулого року, приблизно дві третини всіх сонячних систем, що неправильно працювали взимку, мали панелі, заблоковані чимось принаймні на три повні години щодня. Такі перешкоди серйозно зменшують те, на що можуть розраховувати власники будинків від своїх інвестицій.

Проникнення води, відмова ущільнень та недостатня стійкість до погодних умов

Проникнення вологи через недостатній ступінь IP захисту та дефекти ущільнення

Сонячні вуличні ліхтарі потребують якісного ущільнення, щоб витримувати всі ті сезонні зміни, які спостерігаються протягом року. Будь-що з індексом нижче IP65 насправді не підходить для експлуатації на відкритому повітрі, оскільки створює ризик проникнення вологи через зазори, місця входу кабелів або старі зношені ущільнення. Згідно з даними перевірки галузі минулого року, близько шести з десяти несправних сонячних ліхтарів мали проблеми із утворенням іржі на з'єднаннях або розширенням акумуляторів через внутрішню вологу. Іноді перепади температур навіть не такі великі — достатньо коливання на 15 градусів від дня до ночі, щоб через дрібні витоки утворювалася конденсація, яка прискорює руйнування металу. Що відбувається потім? Ліхтарі починають працювати нестабільно або взагалі припиняють працювати приблизно через 8–12 місяців після початку експлуатації в зимових умовах.

Фізичні пошкодження від навантаження снігом, розширення льоду та екстремальних погодних умов

Зимові бурі справді додають навантаження конструкціям сонячних ліхтарів. Коли сніг накопичується понад 30 фунтів на квадратний дюйм, він починає вигинати алюмінієві кріпильні скоби. І не згадуйте навіть про розширення льоду всередині тріщин корпусу — це створює тиск близько 2000 psi, який може реально потрібати прозорі пластикові лінзи. Постійний цикл замерзання та відтавання також руйнує силіконові ущільнення, дозволяючи дорожній солі та талій воді потрапляти туди, де їм не місце. Сонячні ліхтари без належного захисту від льоду чи міцних вітрозахисних кріплень зазвичай виходять з ладу приблизно втричі швидше в районах, де температура тримається нижче точки замерзання протягом кількох тижнів поспіль. А ще, коли раптово різко холодніє, метали стискаються настільки, що припої на друкованих платах просто ламаються. Більшість людей помічають цю проблему лише під час планового огляду навесні, коли раптом виявляється, що нічого не працює.

Якість компонентів, розмір системи та помилки в проектуванні

Використання компонентів низької якості, які виходять з ладу під дією зимових навантажень

Багато проблем із сонячними ліхтарями насправді пов'язані з тим, що виробники економлять на матеріалах, щоб зекономити гроші. Пластикові корпуси схильні тріскатися, коли температура опускається нижче точки замерзання, близько 14 градусів за Фаренгейтом. А дешеві ущільнення також погано витримують навантаження, пропускаючи воду всередину, де вона може пошкодити електроніку. Нещодавній звіт про обладнання для відновлюваних джерел енергії, опублікований у 2022 році, виявив цікавий факт. Сонячні ліхтарі зі звичайними літій-іонними акумуляторами мали майже втричі більше поломок у зимові місяці, ніж моделі зі спеціальними компонентами, розробленими для екстремальних температур. Це цілком логічно, адже ніхто не хоче, щоб освітлення в саду виходило з ладу саме тоді, коли воно найбільше потрібне після довгого дня на вулиці.

Недостатньо великі сонячні панелі та невідповідні конфігурації системи

Холодні місяці вимагають на 30–50 відсотків більше енергії щодня лише для компенсації коротшого світлового дня, а також тому, що акумулятори гірше тримають заряд при морозній погоді. Багато сонячних ліхтариків працюють неефективно взимку, оскільки їхні панелі просто надто малі для виконання необхідних завдань. Подивіться на більшість сучасних моделей — будь-що з потужністю панелі менше 15 ват, що намагається живити 12-ватну світлодіодну лампу? Така комбінація рідко працює належним чином у грудні чи січні. І не варто забувати про контролери заряду. Коли ці пристрої не можуть правильно регулювати вихідну напругу при температурах нижче нуля, це лише погіршує стан акумулятора з часом.

Критичні конструктивні недоліки: розмір акумулятора та панелей для роботи в холодну погоду

Ефективна підготовка до зими вимагає:

• Розмір акумулятора : Щонайменше 120% літньої ємності, щоб компенсувати зниження ємності літій-іонних акумуляторів на 20–35% при -20°C
• Орієнтація панелей : Істинне південне нахилання під кутами 45–60° для максимальної виручки слабкого зимового сонячного світла
• Відставка : Додаткові контролери заряду для запобігання виходу з ладу електричних кіл через накопичення льоду

Системи, які ігнорують ці принципи проектування, часто повністю виходять з ладу після 80–100 зимових циклів через незворотні енергетичні дефіцити та хімічну деградацію.

Практика технічного обслуговування для продовження терміну служби ліхтарів на сонячних батареях

Важливість регулярного очищення, огляду та проактивного технічного обслуговування

Регулярне обслуговування справді допомагає запобігти падінню продуктивності, яке відбувається з настанням зими. Очищення сонячних панелей раз на місяць за допомогою м’яких ганчірок з мікрофібри високої якості може запобігти втраті приблизно чверті, а то й третини їхньої ефективності через накопичення бруду. Правильне сезонне вирівнювання панелей має велике значення, коли години денного світла значно скорочуються. Для акумуляторів важливо проводити перевірку кожні три місяці, щоб вчасно помітити ознаки корозії чи вологи всередині відсіків. Клеми потрібно ретельно очищати двічі на рік, щоб забезпечити належну електропровідність. Також не варто чекати, якщо почнуть з’являтися тріщини на будь-яких кришках лінз — їх слід негайно замінити. І, звичайно, не забувайте оновлювати програмне забезпечення систем розумної зарядки перед настанням холодів.

Як недбале ставлення прискорює деградацію акумуляторів і вихід системи з ладу

Коли ігнорують регулярне обслуговування, деталі сонячних ліхтарів починають працювати значно наполегливіше, ніж потрібно. Брудні панелі зменшують кількість заряду, який вони можуть отримати, що призводить до глибоких розрядів, які можуть зносити літій-іонні акумулятори вдвічі швидше або ще гірше. З'єднання, які почали корозувати, стають невеликими проблемними місцями, де електриці важко проходити, скорочуючи фактичний час роботи десь на 40% або майже наполовину. Невеликі тріщини, яких ніхто не помічає у герметиках, дозволяють воді потрапити всередину, і саме це зазвичай призводить до виходу з ладу контрольних плат, коли температура опускається нижче точки замерзання. Усі ці проблеми накопичуються з часом, і раніше, ніж люди це усвідомляють, уся їхня система виходить з ладу саме тоді, коли знову настає зима.

Розділ запитань та відповідей

Чому сонячні ліхтари погано працюють у холодну погоду?

У холодну погоду хімічні реакції в акумуляторах сповільнюються, а літій-іонні акумулятори суттєво втрачають ємність через загущення електролітів, що зменшує ефективність і термін служби.

Як батареї LiFePO4 порівнюються з літій-іонними в холодних кліматах?

Батареї LiFePO4 зберігають більший заряд, витримують глибші розряди, стійкі до корозії та мають вищу термічну стабільність порівняно зі стандартними літій-іонними батареями в холодних кліматах.

Що призводить до виходу з ладу сонячних ліхтарів під час зими?

Проникнення вологи, цикли заморожування-відтавання та корозія часто призводять до відмов системи, а також неналежне ущільнення та недостатній ступінь IP.

Як зменшення кількості сонячного світла впливає на ефективність сонячних панелей взимку?

Скорочений день і погане освітлення зменшують цикли зарядки, а панелі іноді втрачають ефективність через накопичення снігу та бруду.

Які заходи з технічного обслуговування можуть продовжити термін служби сонячних ліхтарів?

Регулярне очищення, перевірка, налаштування та проактивне обслуговування, а також оновлення програмного забезпечення перед настанням холодів, є необхідними для продовження терміну служби сонячних ліхтарів.