Dlaczego niektóre modele latarni słonecznych montowanych na słupach przestają działać po jednej zimie?

Jak niskie temperatury zmniejszają pojemność baterii nawet o 50%

Gdy na zewnątrz robi się naprawdę zimno, lampy solarne nie działają tak dobrze, ponieważ reakcje chemiczne zachodzące w bateriach znacznie zwalniają. Baterie litowo-jonowe szczególnie źle radzą sobie przy temperaturach poniżej zera stopni Celsjusza. W okolicach minus 20 stopni baterie te mogą stracić nawet od 40 do 50 procent swojej normalnej pojemności. Dlaczego? Elektrolit wewnątrz staje się gęstszy, co utrudnia jonom przemieszczanie się pomiędzy elektrodami. W efekcie bateria musi pracować znacznie ciężej niż zwykle, przez co szybciej się zużywa i traci swoją żywotność. Weźmy typową lampę solarną zaprojektowaną do świecenia przez 12 godzin w temperaturze pokojowej. W warunkach silnego mrozu większość użytkowników zauważa, że ich lampy świecą jedynie około 6 lub 7 godzin, zanim będą potrzebowały ponownego naładowania.

Baterie litowo-jonowe vs. LiFePO4 w klimatach poniżej zera: porównanie wydajności

Chociaż oba typy baterii charakteryzują się zmniejszoną wydajnością w zimnych klimatach, baterie LiFePO4 (fosforan litowo-żelazowe) działają lepiej niż standardowe modele litowo-jonowe:

Baterie LiFePO4 tolerują również głębsze rozładowania i lepiej odpierają korozję, przez co są o 72% mniej narażone na uszkodzenia po sezonowych wahaniach temperatur w porównaniu z alternatywami litowo-jonowymi.

Martwe lub podatne na korozję baterie jako główna przyczyna awarii systemu

Około dwóch trzecich problemów z bateriami w lampach solarnych w zimie wynika z wilgoci przedostającej się do wnętrza oraz cykli zamrażania i rozmrażania, które tak bardzo nienawidzimy. Co dokładnie się psuje? Para wodna z czasem często powoduje korozję zacisków. Czasem baterie ulegają spuchnięciu, gdy lód tworzy się w uszkodzonych obudowach. Istnieje również zjawisko, w którym baterie tracą zdolność do utrzymywania ładunku, jeśli są wielokrotnie niedoładowywane w okresie zimowym. Dobrą wiadomością jest to, że umieszczenie tych baterii w lepiej uszczelnionych obudowach oraz nałożenie jakiegoś rodzaju powłoki ochronnej przeciw rdzy może znacznie wydłużyć ich żywotność. Testy terenowe pokazują, że baterie poddane takiej obróbce pozostają funkcjonalne o półtora do dwóch lat dłużej w trudnych warunkach zimowych.

Zmniejszone nasłonecznienie i wydajność paneli fotowoltaicznych zimą

Krótsze godziny dzienne i słabe nasłonecznienie ograniczające cykle ładowania

Gdy nadchodzi zima, wszyscy wiemy, co się dzieje z naszymi dniami – stają się coraz krótsze. Ilość światła słonecznego znacznie spada, o około jedną trzecią do połowy mniej niż w miesiącach letnich. Dla lamp ulicznych zasilanych energią słoneczną, stojących w bardziej północnych rejonach, oznacza to, że mogą one otrzymać najwyżej cztery lub pięć godzin dobrej ekspozycji na słońce dziennie. Oznacza to, że akumulatory w tych lampach wyczerpują się szybciej niż powinny zgodnie z ich specyfikacją projektową. Z czasem powstają problemy z prawidłowym ładowaniem, co prowadzi do znacznie szybszego zużycia akumulatorów, niż się oczekuje. W rezultacie ludzie zaczynają doświadczać awarii oświetlenia, mimo że nie powinny one jeszcze występować.

Nadmiar śniegu, brudu i zmniejszona wydajność paneli słonecznych

Gdy śnieg zalega na panelach fotowoltaicznych, może zmniejszyć ich wydajność o połowę lub nawet całkowicie je wyłączyć, aż do momentu usunięcia. Śnieżyce zimowe pozostawiają również brud i lodowy osad, który blokuje od jednej piątej do jednej czwartej promieni słonecznych docierających do paneli. Zamarznięte substancje przywierają do paneli znacznie silniej niż zwykły kurz, dlatego ich czyszczenie wymaga specjalistycznego sprzętu, aby nie spowodować drobnych pęknięć w tych kosztownych ogniwach fotowoltaicznych. Instalacje fotowoltaiczne ustawione pod kątem około 45–60 stopni zazwyczaj odpadają od śniegu lepiej niż panele zamontowane płasko na dachach, szczególnie wtedy, gdy nie są zamknięte w metalowych ramach. Ten nachylenie ma kluczowe znaczenie dla utrzymania produkcji energii w okresie zimowym.

Nieprawidłowa orientacja paneli (nie skierowane na południe) oraz sezonowe problemy z cieniowaniem

Panele słoneczne zamontowane na ścianach skierowanych na wschód lub zachód wytwarzają o około 18 a nawet do 27 procent mniej energii w miesiącach zimowych w porównaniu z tymi skierowanymi na południe, które lepiej przechwytują niskokątne promienie słońca zimowego. Problem ten nasila się również wraz ze zmianami pór roku. Wiecznie zielone drzewa, które tak ładnie wyglądają na naszych posesjach, rzucają znacznie dłuższe cienie zimą, ponieważ słońce znajduje się o około 40 stopni niżej na niebie niż latem. A to ma duże znaczenie. Zgodnie z badaniami przeprowadzonymi w zeszłym roku, około dwie trzecie wszystkich systemów solarnych, które nie działały prawidłowo zimą, miały panele zasłonięte przez co najmniej trzy pełne godziny każdego dnia. Tego rodzaju przeszkody znacząco ograniczają to, czego właściciele domów mogą oczekiwać od swoich inwestycji.

Wnikanie wody, uszkodzenia uszczelnień i niedostateczna odporność na warunki atmosferyczne

Wnikanie wilgoci spowodowane niewystarczającymi klasami ochrony IP oraz wadami uszczelnień

Oświetlenie uliczne solarne wymaga dobrej szczelności, aby przetrwać wszystkie sezonowe zmiany występujące w ciągu roku. Każde urządzenie o stopniu ochrony poniżej IP65 nie nadaje się naprawdę do pracy na zewnątrz, ponieważ istnieje ryzyko przedostania się wilgoci przez nieszczelności, miejsca wejścia kabli lub zużyte uszczelki. Zgodnie z badaniami branżowymi z ubiegłego roku, około sześciu na dziesięć awarii lamp solarnych wynikało z powstawania rdzy w miejscach połączeń lub rozszerzania się akumulatorów z powodu wilgoci wewnątrz. Różnice temperatur nie muszą być nawet duże – wahania rzędu 15 stopni między dniem a nocą mogą powodować wystarczającą ilość skroplin przez mikroskopijne nieszczelności, co przyspiesza korozję metalu. Co się wtedy dzieje? Światła zaczynają działać niestabilnie lub całkowicie przestają funkcjonować po około 8–12 miesiącach, gdy zostaną narażone na warunki zimowe.

Uszkodzenia mechaniczne spowodowane obciążeniem śniegiem, rozwinięciem lodu oraz ekstremalnymi warunkami atmosferycznymi

Zimowe burze naprawdę dodatkowo obciążają konstrukcje lamp solarnych. Gdy śnieg ułoży się w ilości powyżej 30 funtów na cal kwadratowy, zaczyna uginać aluminiowe wsporniki montażowe. A nawet nie wspominając o lodzie rozszerzającym się w szczelinach obudowy – to generuje ciśnienie rzędu 2000 psi, które może faktycznie spowodować pęknięcie przezroczystych plastikowych soczewek. Cykl ciągłego zamrażania i rozmrażania zużywa również uszczelki silikonowe, pozwalając drogowemu soleniu i wodzie z topniejącego śniegu przedostawać się tam, gdzie nie powinny. Lampa solarna bez odpowiedniej ochrony przed lodem lub solidnego wzmocnienia przeciwko wiatrowi ma tendencję do trzykrotnie szybszego awariowania w obszarach, gdzie temperatury utrzymują się poniżej zera przez wiele tygodni. A kiedy występuje nagły upadek temperatury, metalowe części tak bardzo się kurczą, że połączenia lutownicze na płytach obwodów drukowanych po prostu odłamywują się. Większość ludzi nie zauważa tego problemu, dopóki nie przeprowadzi rutynowych kontroli wiosną, gdy wszystko nagle przestaje działać.

Jakość komponentów, doboru systemu i błędy projektowe

Używanie komponentów niskiej jakości, które ulegają awarii pod wpływem zimowych warunków eksploatacji

Wiele problemów z lampami solarnymi sprowadza się do tego, że producenci idą na skróty w kwestii materiałów, aby zaoszczędzić pieniądze. Obudowy z tworzywa sztucznego mają tendencję do pękania, gdy temperatura spada poniżej zera, około 14 stopni Fahrenheita. Taniusze uszczelki również nie wytrzymują, pozwalając wodzie przedostawać się do wnętrza, gdzie może uszkodzić elektronikę. Ostatni raport analizujący wyposażenie do odnawialnych źródeł energii z 2022 roku wykazał również ciekawy fakt. Lampy solarnie wyposażone w standardowe, dostępne w sklepach baterie litowe miały prawie trzy razy więcej uszkodzeń w miesiącach zimowych niż modele z komponentami specjalnie zaprojektowanymi do pracy w ekstremalnych temperaturach. Co za tym idzie, nikt przecież nie chce, by oświetlenie ogrodowe przestało działać akurat wtedy, gdy jest najbardziej potrzebne, po długim dniu spędzonym na zewnątrz.

Zbyt małe panele solarnych i niewłaściwie dobrane konfiguracje systemu

Zimowe miesiące wymagają codziennie o około 30–50 procent więcej energii tylko po to, by nadrobić krótsze godziny dziennego światła oraz fakt, że baterie słabo utrzymują ładunek w warunkach mrozu. Wiele lamp solarnych w zimie działa nieprawidłowo, ponieważ są wyposażone w panele zbyt małe jak na ich potrzeby. Spójrz na większość obecnych modeli – każdy produkt z panelem o mocy poniżej 15 watów, próbujący zasilać diodę LED o mocy 12 watów? Taka kombinacja rzadko sprawdza się poprawnie w grudniu czy styczniu. Nie wspominając już o regulatorach ładowania. Gdy te urządzenia nie potrafią odpowiednio dostosować napięcia wyjściowego w temperaturach poniżej zera, stan baterii pogarsza się jeszcze szybciej.

Kluczowe wady projektowe: dobór baterii i wielkość paneli do pracy w warunkach zimowych

Skuteczna przygotowanie na zimę wymaga:

• Doboru baterii : Co najmniej 120% pojemności letniej, aby zrekompensować spadek pojemności litowo-jonowej o 20–35% w temperaturze -20°C
• Orientacja panelu : Prawdziwy nachylony na południe kąt 4560° w celu maksymalnego wychwytywania niskiego kąta słońca w zimie
• Zwolnienie : Kontrolery ładowania wtórnego do zapobiegania awariom obwodów spowodowanym nagromadzeniem lodu

Systemy, które ignorują te zasady projektowania, często stoją w obliczu całkowitego wyłączenia po 80-100 cyklach zimowych z powodu nieodwracalnych deficytów energii i degradacji chemicznej.

Praktyki konserwacyjne w celu wydłużenia długowieczności światła po lampie słonecznej

Znaczenie regularnego czyszczenia, inspekcji i proaktywnego konserwacji

Regularna konserwacja naprawdę pomaga zapobiegać spadkom wydajności, które pojawiają się z nadejściem zimy. Czyszczenie paneli fotowoltaicznych raz w miesiącu za pomocą wysokiej jakości chusteczek mikrofibry może zapobiec utracie od jednej czwartej do nawet jednej trzeciej ich sprawności spowodowanej nagromadzeniem brudu. Poprawne sezonowe ustawienie paneli robi ogromną różnicę, gdy godziny dostępności światła dziennego znacznie się skracają. W przypadku baterii ważne jest przeprowadzanie kontroli co trzy miesiące, aby wykryć oznaki korozji lub wilgoci wewnątrz komór. Zaciski należy dokładnie oczyścić dwa razy w roku, by zapewnić prawidłowe przewodzenie prądu. Nie należy również zwlekać z wymianą pokryć soczewek, jeśli zaczną pękać – powinny być natychmiast wymienione. I nie zapominajmy o aktualizacji oprogramowania inteligentnych systemów ładowania przed nadejściem zimnego okresu.

Jak zaniedbania przyspieszają degradację baterii i uszkodzenia systemu

Gdy pomija się regularną konserwację, poszczególne elementy lampy solarnych zaczynają pracować znacznie intensywniej, niż powinny. Brudne panele zmniejszają ilość energii, jaką mogą odebrać, co prowadzi do głębokich rozładowań, powodujących zużycie baterii litowo-jonowych nawet dwa razy szybciej lub jeszcze gorzej. Zaczynające korodować połączenia stają się małymi punktami problemów, gdzie prąd elektryczny napotyka opór podczas przepływu, skracając rzeczywisty czas pracy o od 40% do prawie połowy. Niewielkie pęknięcia w uszczelkach, których nikt nie zauważa, pozwalają wodzie przedostawać się do wnętrza, a to właśnie najczęściej powoduje uszkodzenie płytek sterujących, gdy temperatura spada poniżej punktu zamarzania. Wszystkie te problemy gromadzą się z czasem i zanim ludzie zdążą się obejrzeć, cały system ulega awarii dokładnie wtedy, gdy nadchodzi kolejna zima.

Sekcja FAQ

Dlaczego lampy solarne słabo działają w zimowym okresie?

W warunkach niskich temperatur reakcje chemiczne w bateriach zwalniają, a baterie litowo-jonowe tracą znaczną część pojemności z powodu zagęszczania się elektrolitu, co zmniejsza ich wydajność i żywotność.

Jak akumulatory LiFePO4 porównują się z litowo-jonowymi w zimnym klimacie?

Akumulatory LiFePO4 zachowują większą pojemność, tolerują głębsze rozładowania, są odporne na korozję i wykazują większą stabilność termiczną w porównaniu ze standardowymi bateriami litowo-jonowymi w zimnych klimatach.

Co powoduje awarię systemu w lampach słonecznych w zimie?

Wpływ wilgoci, cykle zamarzania i roztopienia oraz korozja często powodują awarie systemu, a także niewłaściwe uszczelnienie i nieodpowiednie wskaźniki IP.

Jak zmniejszenie promieniowania słonecznego wpływa na efektywność paneli słonecznych w zimie?

Krótsze godziny dzienne i słaba ekspozycja na światło słoneczne zmniejszają cykle ładowania, a panele czasami tracą wydajność z powodu gromadzenia się śniegu i brudu.

Jakie praktyki konserwacyjne mogą wydłużyć żywotność lampy słonecznej?

Regularne czyszczenie, inspekcja, ustawianie i proaktywna konserwacja, a także aktualizacja oprogramowania przed zimną pogodą, są niezbędne do wydłużenia trwałości lampy słonecznej.