Ни для кого не секрет, что солнечная энергия — самая доступная и безопасная. Излучаемые с поверхности Солнца световые волны с помощью современных технологий превращаются в электричество, которое успешно применяется для питания различных приборов и устройств. Пример тому — уличное освещение на солнечных батареях.
История изобретения
В физических справочниках можно найти сведения о том, что первые солнечные элементы появились в 1954 году, когда известные ученые Пирсон и Фуллер создали первую кремниевую батарею. Однако история их применения уходит в далекий 1839 год, когда француз Антуан Беккерель открыл фотогальванический эффект, а в 1880 году американский ученый Чарльз Фриттс собрал первую селеновую батарею.
Превратить солнечную энергию в электричество позволило покрытие селена слоем золота. КПД был небольшим, но изобретение — великим, так как до него ни у кого в этой области ничего подобного не получалось. К сожалению, его открытие было забыто. Альберт Эйнштейн в 1905 году окончательно прояснил суть фотоэффекта, дав ему научное объяснение, и именно за это он и получил в 1921 году Нобелевскую премию.
С момента создания кремниевой батареи в 1954 году ученые США и России продолжали исследования. С 1958 года солнечные батареи стали использоваться в космических аппаратах. Приборы все время совершенствовались, и в 70-е годы удалось добиться 10% КПД. Активное использование солнечной энергии началось только в 80-е годы. Первая электростанция, которая работала на возобновляемом источнике, была построена в 1985 году в Крыму и имела мощность, равную мощности первого ядерного реактора.
За 10 лет от нее удалось получить 2 миллиона киловатт электроэнергии. Однако стоимость была высокой, и в 90-е годы ее закрыли. В это время началось активное строительство СЭС в США. Во многих странах мира разработаны программы по использованию солнечной энергии. Например, в Германии был реализован проект «Тысяча крыш», по которому более 2 тысяч домов оборудовали фотогальваническими установками.
В США принята программа «Миллион солнечных крыш». Во всем мире получают распространение «солнечные дома», в том числе и в России. В Алтайском крае и Оренбургской области в 2014 году были построены такие же электростанции мощностью в 5 мегаватт. И хотя в нашей стране солнечная энергия используется в основном для уличного освещения и в бытовых приборах, все большее количество людей в частном порядке приобретает мини-электростанции, которые полностью окупают себя в течение 10−12 лет.
Технические характеристики садовых фонарей
Купив садовый участок и оформляя интерьер, владелец всегда задумывается об освещении. Электричество стоит дорого, поэтому сейчас все чаще стали приобретать автономные уличные светильники на солнечных батареях. Их можно использовать для обозначения дорожки к туалету, месту отдыха, к бассейну, или с помощью освещения выделить определенные места в саду: подсветка на пруду, украшение беседки и т. д. Устроены они несложно и состоят из следующих компонентов:
Светодиодная лампа, дающая разные оттенки свечения.- Солнечная батарея, которая преобразует световую энергию в электрический ток.
- Аккумулятор, накапливающий напряжение днем и отдающий его ночью.
- Контроллер заряда.
- Фотоэлемент в виде кристаллического кремния, необходимый для автоматического включения и выключения.
- Корпус и детали крепежа.
Кроме необходимых элементов, светильники могут быть с различными звуковыми эффектами. Плафон фонаря изготавливается из разного стекла, в зависимости от этого и цена может отличаться. Закаленное стекло самое прочное. Садовые светильники, оснащенные солнечными элементами, работают по определенному принципу: световые лучи с помощью батареи превращаются в электрический ток, который заряжает аккумулятор в течение дня.
Как только начинает темнеть, срабатывает фотоэлемент, и начинается рассеянное свечение. С рассветом фотоэлемент размыкает цепь и выключает фонарь. В основном светильники имеют небольшую мощность, и в холодное время года ее не хватает на всю ночь. Повышенной работоспособностью отличаются LED-фонари, которые вместе с датчиком движения решают эту проблему.
Виды светильников на солнечных батареях
Современное освещение городов и поселков представлено не только электрическим освещением, но и разными видами светильников, работающих на солнечной энергии. Эти экологически безопасные и экономически выгодные приборы используют для освещения городских улиц, газонов, парковых дорожек, мест отдыха, приусадебных участков.
Уличные фонари на солнечных батареях используют для таких мест, где сложно провести линии электропередач. Они не могут полностью заменить основное освещение, но незаменимы при обозначении ступенек, дорожек, клумб, бассейнов, деревьев, террас.
Применение каждого из них зависит от типа устройства. Настенный светильник устанавливается на вертикальной поверхности — стене дома, беседки, на заборе. Он укрепляется на такой высоте, чтобы лучи солнца освещали его весь световой день.
Парковый фонарь массивный по объему, ставится на опору, оснащен мощными светодиодами, которые могут работать без подзарядки трое-четверо суток. Обычно их располагают на автобусных остановках, в парках, на автостоянках, пешеходных переходах.
Ночные садовые фонари высотой от 30 см до нескольких метров применяются для освещения дорожек на приусадебном участке, скамеек, памятников. Работают они зимой и летом. Газонные светильники используются для подсветки газонов, клумб. Они невелики по размеру, поэтому при необходимости их всегда можно убрать или перенести в другое место.Декоративные светильники тоже небольшие, ими декорируют кусты, деревья, стены.
Преимущества и недостатки
Положительных сторон у светильников на солнечных батареях гораздо больше, чем недостатков. Главное преимущество — это безопасность для человека: отсутствует угроза поражения током. Следующий плюс, не менее важный — экономичность, которая в первый же месяц их использования окажет благотворное влияние на кошелек. Эти светильники можно установить в любом месте и перенести при необходимости. При монтаже не требуется обеспечивать заземление или тянуть провода.
Несомненным преимуществом является то, что при отсутствии или сбое электроэнергии освещение будет гарантировано. Удобно и то, что отключаются они автоматически. Работа светильников осуществляется в диапазоне температур от -50° до +50°, поэтому нет необходимости убирать их на зиму. Батареи работают на внутренних ресурсах, и им не нужно какое-либо топливо извне.
Этим световым приборам практически не грозит износ, в обслуживании они тоже не нуждаются, достаточно вытирать пыль с рабочей поверхности. В отличие от электрических ламп их можно использовать до 25 лет. Материалы, применяемые при их изготовлении, соответствуют всем требованиям экологической безопасности, не выбрасывают вредных веществ в окружающую среду.
Несмотря на определенное удобство, красивый дизайн и безопасность, такие светильники имеют и ряд недостатков:
Цена качественной продукции класса «Премиум» еще довольно высока — в пределах 250 $.- Повышенная чувствительность к любому виду грязи. В особо запыленных местах требуется регулярное очищение устройств. Та же процедура потребуется и после сильного снегопада или дождя.
- В некоторых регионах нашей страны, где бывает мало теплых дней, энергию солнца использовать нерационально.
- Понижение эффективности в освещении. Пластины полупроводников, из которых состоят солнечные батареи, с течением времени утрачивают необходимые свойства, и их КПД снижается.
- Непереносимость высоких температур. При нагреве свыше +100°С светильники могут стать неработоспособными. Под палящими лучами солнца потребуется система охлаждения (например, вентилятор), на работу которой потребуется дополнительная энергия.
Современные ученые, разрабатывая улучшенные технологии, уверены в том, что все перспективы будущей цивилизации связаны с развитием производства и применения энергии солнечных лучей. По подсчетам экологов, если на 10% территории Сахары наложить солнечные панели, то на Земле отпадет необходимость в атомных электростанциях, которые крайне опасны в случае аварии.
