Prečo sa niektoré modely solárnych svietidiel po jednej zimnej sezóne zlyhávajú?

Ako nízke teploty znížia kapacitu batérie až o 50 %

Keď je vonku veľmi zima, solárne lampy nefungujú tak dobre, pretože chemické reakcie vo vnútri batérií výrazne spomaľujú. Batérie typu lithium-ion sa obzvlášť zhoršujú, keď teplota klesne pod nulu stupňov Celzia. Okolo mínus 20 stupňov môžu tieto batérie stratiť až 40 až 50 percent svojej normálnej kapacity. Dôvod? Elektrolyt vo vnútri zhrubne, čo spôsobuje, že iónom je ťažšie pohybovať sa medzi elekódami. V dôsledku toho batéria musí pracovať oveľa viac ako zvyčajne, čo ju rýchlejšie opotrebúva a skracuje jej životnosť. Vezmite si typickú solárnu lampu určenú na 12 hodín svietenia pri izbovej teplote. Pri týchto mrazivých podmienkach však väčšina ľudí zistí, že ich lampa vydrží pred opätovným nabíjaním len asi 6 alebo 7 hodín.

Lithium-ion vs. LiFePO4 batérie v podmorských podmienkach: Porovnanie výkonu

Aj keď obe typy batérií majú v chladnejších podmienkach zníženú účinnosť, LiFePO4 (lítovo-železo-fosfát) dosahuje lepší výkon ako štandardné lítio-iontové modely:

Batérie LiFePO4 tiež vyhovujú hlbším vybíjaniam a lepšie odolávajú korózii, čo znamená, že sú o 72 % menej náchylné na poruchu po sezónnych kolísaniach teploty v porovnaní s alternatívami na báze lítio-iontových batérií.

Mŕtve alebo skorózované batérie ako hlavná príčina porúch systému

Približne dve tretiny problémov s batériami v období zimy pri solárnych lampách vzniknú preniknutím vlhkosti dovnútra a kvôli neustálym cyklom zmrazovania a rozmrazovania, ktoré tak veľmi nesnášame. Čo sa vlastne pokazí? Nuž, vodná para postupne koroduje svorky. Niekedy sa batérie rozšíria, keď sa vo poškodených skrinkách vytvorí ľad. Okrem toho existuje aj jav, pri ktorom batérie strácajú schopnosť udržať si náboj, ak sa opakovane nedobijajú počas obdobia chladu. Dobrou správou je, že umiestnenie týchto batérií do lepšie uzatvorených skriňok a nanášanie nejakej ochrannnej povrchovej úpravy proti hrdzi môže výrazne predĺžiť ich životnosť. Poľné testy ukazujú, že batérie ošetrené týmto spôsobom zostávajú funkčné približne o jeden a pol až dva roky dlhšie v náročných zimných podmienkach.

Znížené vystavenie slnečnému svetlu a účinnosť solárnych panelov v zime

Krátke svetlé hodiny a slabé vystavenie slnečnému svetlu obmedzujúce nabíjacie cykly

Keď príde zima, všetci vieme, čo sa deje s našimi dňami – stávajú sa čoraz kratšími. Množstvo slnečného svetla výrazne klesá, dokonca o tretinu až polovicu vo porovnaní s letnými mesiacmi. Pre osvetlenie na uliciach napájané solárnou energiou, ktoré stojí ďalej na severe, môže znamenať to, že denne zachytia najviac len štyri až päť hodín slnka. To znamená, že batérie vo týchto svetlách sa vybíjajú rýchlejšie, ako by mali podľa svojich konštrukčných špecifikácií. Postupom času to spôsobuje problémy s dostatočným nabitím, čo vedie k rýchlejšiemu opotrebovaniu batérií, než sa očakáva. Čoskoro ľudia začnú pozorovať, že ich svetlá prestávajú fungovať, hoci by ešte vôbec nemali.

Nánosy snehu, nečistôt a znížená účinnosť solárnych panelov

Keď sa na solárne panely nasadá sneh, môže znížiť ich účinnosť až o polovicu alebo úplne vypnúť, kým niekto sneh neodstráni. Zimné búrky tiež zanechávajú špiny a ľadový nános, ktorý blokuje približne jednu pätinu až štvrtinu slnečných lúčov dopadajúcich na panely. Zamrznuté nečistoty sa držia na paneloch oveľa horšie ako bežný prach, preto na ich odstránenie je potrebné špeciálne vybavenie, aby nedošlo k malým trhlinám v týchto drahých solárnych článkoch. Solárne inštalácie umiestnené pod uhlom približne 45 až 60 stupňov sa zbavujú snehu lepšie ako panely namontované rovno na strechách, najmä vtedy, keď nie sú v rámových kovových podperách. Tento sklon robí veľký rozdiel pri udržiavaní výkonu počas chladných mesiacov.

Nesprávna orientácia panelov (nie smerom na juh) a sezónne problémy so zatienením

Solárne panely inštalované na východných alebo západných stenách majú tendenciu vyrobiť v zimných mesiacoch približne o 18 až dokonca 27 percent menej energie v porovnaní s tými, ktoré sú orientované na juh a lepšie zachytávajú slnko pod nízkym uhlom. Problém sa zhoršuje aj v dôsledku sezónnych zmien. Tie vždyzelené stromy, ktoré vyzerajú tak pekne v našich záhradách, vrhajú v zime oveľa dlhšie tieňe, pretože slnko stojí približne o 40 stupňov nižšie na oblohe v porovnaní s letom. A to má veľký význam. Podľa niektorých výskumov z minulého roku približne dve tretiny všetkých solárnych systémov, ktoré nefungovali správne cez zimu, mali panely zakryté niečím aspoň tri celé hodiny každý deň. Takéto prekážky výrazne znížia to, čo si majitelia domov môžu očakávať od svojich investícií.

Vniknutie vody, poruchy tesnenia a nedostatky odolnosti voči počasiu

Vniknutie vlhkosti spôsobené nedostatočnými IP triedami ochrany a chybami v tesnení

Slnečné uličné osvetlenie potrebuje dobré tesnenie, aby prežilo všetky tieto sezónne zmeny, ktoré sa počas roka vyskytujú. Akýkoľvek stupeň ochrany nižší ako IP65 nie je v skutočnosti vhodný na vonkajšie použitie, pretože to len zvyšuje riziko vniknutia vlhkosti cez medzery, miesta vstupu a výstupu káblov alebo opotrebované tesnenia. Podľa priemyselného prieskumu z minulého roku malo približne šesť zo desiatich pokazených slnečných svietidiel problémy s koróziou na spojoch alebo s rozšírením batérií kvôli vlhkosti vo vnútri. Rozdiely teplôt nie sú niekedy ani tak veľké – stačí teplotný rozdiel 15 stupňov medzi dňom a nocou, aby cez malé netesnosti vznikol kondenz, ktorý urýchľuje degradáciu kovov. Čo sa potom stane? Svietidlá začnú nefunkčne blikať alebo úplne prestanú pracovať približne po 8 až 12 mesiacoch od vystavenia zimným podmienkam.

Mechanické poškodenie spôsobené zaťažením snehom, rozširovaním sa ľadu a extrémnymi poveternostnými podmienkami

Zimné búrky skutočne zvyšujú zaťaženie konštrukcií solárnych lamp. Keď sa sneh nahromadí viac ako 30 libier na štvorcový palec, začne ohýbať hliníkové montážne konzoly. A ani sa mi nezačínajte pýtať na ľad, ktorý sa rozširuje vo trhlinách skrine – to vyvíja tlak okolo 2 000 psi, ktorý dokáže skutočne prasknúť priehľadné plastové objektívy. Cyklus neustáleho mrazu a rozmrazovania tiež opotrebováva silikónové tesnenia, čo umožňuje cestnej soli a taviacej sa vode dostať sa do miest, kde nemajú byť. Solárne lampy bez vhodnej ochrany proti ľadu alebo dostatočného vetropolného upevnenia sa v oblastiach, kde teploty zostávajú pod bodom mrazu po týždne, pokazia približne trikrát rýchlejšie. A keď príde náhla mrazivá vlna, kovové časti sa tak zmršťujú, že spoje cievok na doskách plošných spojov jednoducho prasknú. Väčšina ľudí si tento problém nevšimne, až kým v jarnej sezóne nevykonajú pravidelné kontroly a zistia, že nič už nefunguje.

Kvalita komponentov, dimenzovanie systému a chyby v návrhu

Použitie komponentov nízkej kvality, ktoré zlyhávajú pri zimnom zaťažení

Veľa problémov so slnečnými lampami v skutočnosti súvisí s tým, že výrobcovia šetria na materiáloch, aby ušetrili peniaze. Plastové krabice majú tendenciu prasknúť, keď teplota klesne pod bod mrazu, približne okolo 14 stupňov Fahrenheita. A tie lacné tesnenia tiež nevydržia dlho, čím umožnia vode dostať sa dovnútra, kde môže poškodiť elektroniku. Nedávna správa o vybavení pre obnoviteľné zdroje energie z roku 2022 odhalila tiež niečo zaujímavé. Solárne svietidlá s bežnými lithiovými batériami zo sortimentu mali takmer trojnásobne viac porúch počas zimných mesiacov v porovnaní s modelmi, ktoré používajú špeciálne komponenty navrhnuté na prevádzku za extrémnych teplôt. Vlastne to dáva zmysel, keď nikto nechce, aby mu práve vtedy, keď je vonku najviac potrebné, po dlhom dni strávenom vonku zlyhala osvetlenie v záhrade.

Príliš malé solárne panely a nesprávne nakonfigurované systémy

Studené mesiace vyžadujú každý deň približne o 30 až 50 percent viac energie len na kompenzáciu kratších svetlých hodín a pretože batérie si pri mrazivom počasí udržia náboj horšie. Mnoho solárnych osvetľovacích zariadení v zime neplní svoju funkciu správne, pretože sú vybavené panelmi, ktoré sú jednoducho príliš malé na to, čo od nich vyžadujú. Stačí sa pozrieť na väčšinu modelov dnes na trhu – akýkoľvek zariadenie s menej ako 15 wattami výkonu panela, ktoré má prevádzkovať 12-wattovú LED žiarovku? Takáto kombinácia zriedkavo spoľahlivo funguje už v decembri alebo januári. A nemali by sme zabudnúť ani na nabíjacie regulátory. Ak tieto zariadenia nedokážu správne upraviť výstupné napätie pri teplotách pod bodom mrazu, postupom času to ešte viac zhoršuje životnosť batérií.

Kritické konštrukčné nedostatky: Veľkosť batérie a panelov pre prevádzku za chladného počasia

Účinná zimná príprava vyžaduje:

• Veľkosť batérie : Najmenej 120 % letnej kapacity na kompenzáciu poklesu kapacity lítium-iónových batérií o 20–35 % pri -20 °C
• Orientácia panelu : Pravý južný sklon pod uhlom 45–60° pre maximalizáciu zachytávania nízkeho zimného slnečného svetla
• Redundancia : Sekundárne nabíjacie regulátory na predchádzanie výpadkom obvodov spôsobených námrazou

Systémy, ktoré ignorujú tieto princípy navrhovania, často čelia úplnému výpadku po 80–100 zimných cykloch kvôli nezvratným energetickým stratám a chemickému rozpadu.

Údržbové postupy na predĺženie životnosti osvetlenia na solárnych lampových stožiaroch

Dôležitosť pravidelného čistenia, kontroly a preventívnej údržby

Pravidelná údržba skutočne pomáha zabrániť poklesom výkonu, ktoré nastávajú, keď príde zima. Čistenie solárnych panelov raz za mesiac pomocou mikrovlákenných utierok vysokj kvality môže zabrániť strate až jednej štvrtiny až jednej tretiny ich účinnosti kvôli hromadeniu sa nečistôt. Správne sezónne nastavenie panelov robí veľký rozdiel, keď sa denné svetelné hodiny tak skracujú. Pri batériách je dôležité ich kontrolovať každé tri mesiace, aby ste včas zaznamenali príznaky korózie alebo vlhkosti vo vnútri komôr. Termíny je potrebné dôkladne vyčistiť dvakrát ročne, aby sa zabezpečilo správne vedenie elektriny. Nečakajte, ak sa na niektorých krytkách šošoviek objavia praskliny, pretože by mali byť vymenené hneď. A nezabudnite ani na aktualizáciu softvéru inteligentných nabíjacích systémov ešte predtým, ako príde zima.

Ako zanedbávanie zrýchľuje degradáciu batérií a poruchy systému

Keď sa pravidelná údržba zanedbá, časti solárnych svietidiel začnú pracovať oveľa ťažšie, než by mali. Špinavé panely znižujú množstvo nabíjania, čo vedie k hlbokým výbojom, ktoré opotrebujú lítium-iónové batérie možno dvakrát rýchlejšie alebo ešte horšie. Spojenia, ktoré sa začali korodovať, sa stávajú malými problémovými miestami, cez ktoré sa elektrická energia snaží prejsť, čím sa skráti skutočný čas prevádzky na 40% až takmer na polovicu. Malé trhliny, ktoré nikto nevšimne, umožňujú príchodu vody dovnútra a to zvyčajne spôsobuje, že sa rozpadnú kontrolné dosky, keď teplota klesne pod bod mrazu. Všetky tieto problémy sa časom hromadia a skôr ako si to ľudia uvedomia, celý ich systém sa zrúti, keď sa zima opäť začne.

Číslo FAQ

Prečo slnečné lampy nefungujú v chladnom počasí?

V chladnom počasí sa chemické reakcie v batériách spomalijú a lithium-iónové batérie výrazne strácajú kapacitu kvôli zhrubneniu elektrolytov, čo znižuje účinnosť a životnosť.

Ako sa batérie LiFePO4 porovnávajú s lítiovými iónovými v chladných podmienkach?

Batérie LiFePO4 uchovávajú väčší objem, vydržia hlbšie vybíjanie, odolávajú korózii a preukazujú vyššiu tepelnú stabilitu v porovnaní so štandardnými lítiovými iónovými batériami v chladných podmienkach.

Čo spôsobuje poruchy systému solárnych lamp počas zimy?

Prenikanie vlhkosti, cykly zmrazovania a rozmrazovania a korózia často vedú k poruchám systému spolu s nevhodným tesnením a nedostatočnými stupňami ochrany IP.

Ako ovplyvňuje znížené množstvo slnečného svetla účinnosť solárnych panelov v zime?

Krátky denný svetelný režim a slabé vystavenie slnečnému žiareniu znižujú nabíjacie cykly, pričom panely niekedy strácajú účinnosť kvôli nánosom snehu a špiny.

Aké postupy údržby môžu predĺžiť životnosť solárnych lamp?

Pravidelné čistenie, kontrola, nastavenie a preventívna údržba, spolu s aktualizáciou softvéru pred nástupom chladného počasia, sú nevyhnutné na predĺženie životnosti solárnych lamp.