Человечество уже очень давно не ложится спать с заходом солнца. Удлинить световой день нам сперва помогал свет факела, свечи или газового рожка. Затем на смену пришло электричество. Теперь при взгляде с орбиты теневая сторона нашей планеты светится как новогодняя елка огнями больших городов и малых населенных пунктов. Но подобное благо приводит к безвозвратной потере не возобновляемых ресурсов и росту тарифов за электроэнергию. По замыслу ученых и инженеров ситуацию должна кардинально поменять альтернативная и в частности солнечная энергетика. Отличительной особенностью последней является автономность, как электростанция дизельная, то есть солнечные батареи позволяют организовать электроснабжение отдельного загородного дома, а сегодня даже отдельного светильника.
Конструктивно подобная автономная осветительная система как светильник на солнечной батарее состоит из четырех основных компонентов: источника света, солнечной батареи, аккумуляторной батареи и блока управления.
В зависимости от типа светильники комплектуются одним или несколькими (модуль) светодиодами повышенной яркости (light emitting diode - LED). Светодиодный модуль благодаря низкому энергопотреблению и высокому КПД преобразования электрической энергии в световую является одним из наиболее экономичных источников света. Его работа в темное время суток обеспечивается аккумуляторной батареей, которая, в свою очередь, заряжается при дневном свете от солнечной батареи, в светлое время суток преобразующей энергию падающих на нее фотонов солнечного света в электроток. Весь этот круговорот превращений света в электричество и обратно осуществляется под «присмотром» блока управления, руководящего «подчиненными»: контроллером, управляющим процессом заряда/разряда аккумуляторной батареи и включения/выключения LED-модуля согласно сигналам от датчика освещенности (фотоэлемента); инвертором, преобразующий постоянный ток в переменный и другими системами для обеспечения различных режимов работы светильника.
Представленные сегодня на рынке светильники на солнечных батареях можно разделить на два больших класса – уличные и садовые.
Уличные светильники на солнечных батареях предназначены для полноценного ночного освещения дорог, тротуаров, парковых аллей, приусадебных участков, парковок, АЗС и т.д. При их изготовлении используются солнечные батареи на основе монокристаллического или поликристаллического кремния с высоким коэффициентом преобразования (13 – 17%). Гелиевые аккумуляторы глубокого цикла, которые представляют собой усовершенствованный вариант свинцово-кислотных батарей, позволяют светильнику работать на одной зарядке до четырех дней. LED-модуль из десятков светодиодов обеспечивает освещенность, аналогичную стандартной лампе накаливания в 150 – 1200 Вт. Довольно часто для более рационального использования подобные светильники комплектуются датчиком движения с радиусом действия в несколько метров. До срабатывания датчика их светимость понижена для экономии заряда аккумулятора. Как правило, корпус светильника изготавливается из металла и обладает высокой степенью защиты от вредных воздействий окружающей среды.
Очевидным преимуществом подобных светильников является отсутствие в необходимости подключения к линии электроснабжения и соответственно оплаты за потребляемую электроэнергию, экологичность, длительный срок эксплуатации (до 10 лет), простота установки и обслуживания. Поэтому неудивительно, что они пользуются все возрастающей популярностью в Японии, Австралии, Индии, Китае, США и странах Европы (Франции, Греции, Великобритании, Швейцарии, Бельгии, Австрии, Германии и др.). Поставщики предлагают Вашему выбору продукцию компаний EPS Soltec (Австрия), Greenshine New Energy (США), GEO-Technik GmbH (Германия), ActivaSun (Франция), ПАТ «Квазар» (Украина, часть комплектующих из США и Германии) и широкий спектр китайских фирм Bode Lighting Equipment, Guangzhou Poem of Light Energy Technology, Yacas Technology, Qingdao Jiaoyang Lamping, DMX LED Lights и т.д.
Но есть у этих светильников и один существенный недостаток – высокая стоимость (в зависимости от модели и производителя от 750 до 3000 евро и выше). К тому же надо учитывать, что наличие аккумулятора ограничивает морозоустойчивость светильника, допуская эксплуатацию при температурах, как правило, не ниже –20 –15 °С. Есть правда модели «выдерживающие» и мороз в –30 °С, но и цена у них соответствующая. Помимо этого, солнечная батарея нуждается в достаточном потоке солнечного света, что может существенно повлиять на длительность периода эффективной эксплуатации на протяжении года. Поэтому перед решением об установке подобный светильник нужно тщательно учитывать возможные ограничения и потери, обусловленные климатическими и другими факторами, характерными для Вашего загородного участка.
Садовые светильники на солнечных батареях служат элементами ландшафтного дизайна приусадебного участка и призваны создавать определенное настроение в опустившейся на него ночной темноте. Свет подобных светильников неяркий и рассеянный, поэтому использовать их можно для маркировки садовых дорожек, бассейнов и т.д., но не для полноценного освещения.
У подобных светильников небольшая тонкопленочная солнечная батарея наклеивается с внутренней стороны защитной пластины. Если пластина изготовлена из оргстекла, то со временем ее прозрачность снижается и попадающий на солнечную батарею поток света уменьшается. Светильники из защитной пластиной из стекла прослужат дольше.
Блок управления садового светильника упрощен до минимума – микросхема при помощи фотоэлемента включает/выключает питание светодиода в ночное время, а также защищает аккумуляторную батарею от глубокого разряда или перезарядки и повышает в несколько раз напряжение аккумулятора до необходимого для питания светодиодов значения. В садовых светильниках чаще всего используется один белый светодиод повышенной яркости. LED-модуль из нескольких светодиодов или цветных светодиодов используются реже.
В подобных светильниках используются Ni-Cd или Ni-MH (никель-металлгидридные) аккумуляторные батареи напряжением от 1,2 до 3,6 В. Это, как правило, аккумуляторы стандартных типоразмеров ААА, АА, CP или SC, которые используются в различных бытовых электроприборах (пульты, радиотелефоны и т.п.) и их можно свободно приобрести в точках продажи элементов питания. При необходимости они подзаряжаются от бытового зарядного устройства. Менять аккумуляторы в светильниках по возможности следует раз в год. В простых моделях без выключателя между аккумулятором и контактной пластинкой размещают специальный диэлектрический вкладыш – стартовую полоску, которую необходимо удалять перед установкой на участке.
Заряда аккумуляторной батареи хватает на 8 – 10 часов ночной работы. При этом в дневное время необходимо обеспечивать беспрепятственное падение солнечного света на батарею, то есть она не должна попадать в тень. Осенью при уменьшении интенсивности солнечного освещения и сокращении светового дня солнечная батарея становится не в состоянии полностью зарядить аккумулятор и время работы светильника сокращается. На зиму садовые светильники обычно снимают и хранят в помещении. Но модели с Ni-Cd аккумулятором в большинстве случаев могут пережить зиму в «поле» и даже при определенных условиях светится ночами, поскольку у аккумуляторных батарей такого типа рабочей является температура до -15 °С, а хранения – до -20 °С, но заряжать их при минусовых температурах не рекомендуется. Ni-MH аккумуляторы не предназначены для работы и хранения на морозе. Перед длительными перерывами между эксплуатацией аккумуляторы обоих типов следует зарядить и для уменьшения саморазряда хранить в прохладном месте, например в холодильнике (но не в морозилке).
Поскольку садовые светильники на солнечных батареях являются не только элементом системы освещения, но и декоративными элементами оформления участка, производители предлагают широкое разнообразие их форм и размеров – как классических столбиков и «гвоздиков», так и различных фигурок зверей, цветов, насекомых, сказочных персонажей и т.д. Имеются в продаже даже водоплавающие светильники в виде мыльных пузырей или лилий. Изготавливают их из пластика, полистоуна (искусственного камня), керамики или металла. Стоимость таких светильников колеблется от несколько евро за китайский ширпотреб до десятков евро за качественные изделия западноевропейских фирм (Франция, Австрия, Германия). Стоимость дизайнерские высококачественных светильников, например металлических фигур австрийской фирмы Globo, может и до нескольких сот евро доходить. Приобретая садовые светильники на солнечных батареях необходимо также не забывать, что мобильность и простота установки, к сожалению, подразумевает и большую долю вероятности их воровства с Вашего участка.
