Zakaj nekateri modeli sončnih svetilk za vrtne svetilnike odpovejo že po eni zimski sezoni?

Kako nizke temperature zmanjšajo kapaciteto baterij za do 50 %

Ko je zunaj zelo mrzlo, sončne svetilke ne delujejo tako dobro, ker se kemične reakcije v baterijah precej upočasnijo. Litij-ionske baterije imajo še posebej težave, ko temperature padajo pod nič stopinj Celzija. Pri približno minus 20 stopinjah lahko te baterije izgubijo med 40 in 50 odstotki svoje običajne zmogljivosti. Zakaj? Elektrolit postane bolj gosten, kar naredi težave ionom pri premikanju med elektrodama. Posledično mora baterija delovati veliko teže kot ponavadi, kar pospeši obrabo in skrajša njeno življenjsko dobo. Vzemimo tipično sončno svetilko, ki je ocenjena za 12 ur osvetlitve pri sobni temperaturi. V zamrznjenih razmerah pa večina ljudi ugotovi, da njihove svetilke pred ponovnim polnjenjem svetijo le še približno 6 do 7 ur.

Litij-ionske nasproti LiFePO4 baterije v subnultnih klimatskih razmerah: primerjava zmogljivosti

Čeprav oba tipa baterij kažeta zmanjšano učinkovitost v hladnejših podnebjih, LiFePO4 (lithijsko-železovi fosfati) prekašuje standardne litijeve ionske modele:

Baterije LiFePO4 poleg tega prenesejo globlje izpraznjevanje in bolje upirajo koroziji, zaradi česar so po sezonskih temperaturnih nihanjih za 72 % manj verjetne, da odpovejo v primerjavi z alternativami na osnovi litijevega iona.

Mrtve ali pokončane baterije kot poglavitni vzrok okvare sistema

Približno dve tretjini zimskih težav s baterijami v sončnih svetilkah nastanejo zaradi vlage, ki prodre noter, in zaradi stalnih ciklov zamrzovanja-odmrzovanja, ki jih tako zelo nimamo radi. Kaj se dejansko pokvari? No, vodna para s časom povzroča korozijo priključkov. Včasih se baterije razširijo, kadar se v poškodovanih ohišjih oblikuje led. Obstaja tudi pojav, ko baterije izgubijo sposobnost shranjevanja naboja, če so med hladnimi obdobji večkrat podpolnjene. Dobra novica je, da lahko baterije z daljšo življenjsko dobo dosežemo z bolj tesnimi ohišji in nanosom zaščitnega premaza proti rji. Poljski testi kažejo, da baterije, obravnavane na ta način, ostanejo funkcionalne približno en in pol do dve leti dlje v težkih zimskih razmerah.

Zmanjšan izpostavljenost sončni svetlobi in učinkovitost sončnih panelov pozimi

Krajše dnevne ure in slaba izpostavljenost sončni svetlobi omejujeta cikle polnjenja

Ko pride zima, vsi vemo, kaj se dogaja z našimi dnevi – postajajo vedno krajši. Količina sončne svetlobe se precej zmanjša, dejansko za tretjino ali celo polovico manj, kot jo imamo poleti. Za ulične svetilke, ki delujejo na sončno energijo in stojijo na severnejših lokacijah, to pomeni, da ujamejo največ štiri ali pet dobrih ur sonca na dan. To pomeni, da se baterije v teh svetilkah praznijo hitreje, kot bi morale glede na svoje konstrukcijske specifikacije. Sčasoma to povzroča težave s pravilnim polnjenjem, kar posledično pripelje do prehitrega obrabljanja baterij. Prej ko slej ljudje začnejo opažati, da svetilke odpovejo, čeprav še niso prišle do roka, ko bi to dejansko morale storiti.

Nakopičenje snega, umazanije in zmanjšana učinkovitost sončnih panelov

Ko se sneg usedel na sončne panele, lahko zmanjša njihovo učinkovitost za polovico ali celo popolnoma onemogoči delovanje, dokler kdo ne odstrani snežne odeje. Zimske nevihte pustijo tudi umazanijo in ledeno sled, ki preprečuje približno petini do četrtini sončnih žarkov, da dosežejo panele. Zmrznjene snovi se držijo panelov veliko močneje kot navadna prah, zato je za njihovo čiščenje potrebna posebna oprema, da se preprečijo drobne razpoke v dragih sončnih celicah. Sončne naprave, nameščene pod kotom približno 45 do 60 stopinj, običajno lažje zbijejo sneg kot paneli, nameščeni ravno na strehah, še posebej, kadar niso ovite v kovinske nosilce. Ta naklon naredi veliko razliko pri ohranjanju izhodne moči med hladnimi meseci.

Nepravilna orientacija panelov (ne obrnjeni proti jugu) in senčenje glede na letni čas

Sončne panele, nameščene na vzhodnih ali zahodnih stenah, imajo pozimi tendenco proizvajati približno 18 do celo 27 odstotkov manj električne energije v primerjavi s tistimi, ki so obrnjeni proti jugu in bolje ujamejo sonce pod nizkim kotom. Težava se s sezonskimi spremembami še poslabša. Tiste evergreen drevesa, ki izgledajo tako lepo v naših vrtovih, metejo pozimi veliko daljše sence, ker sonce stoji približno 40 stopinj nižje na nebu kot poleti. In to ima velik pomen. Po podatkih raziskave iz lanskega leta je približno dve tretjini vseh sončnih sistemov, ki pozimi niso delovali pravilno, imelo panele blokirane zaradi ovir vsaj tri polne ure na dan. Takšne ovire resnično zmanjšujejo donosnost, ki si jo lastniki pričakujejo od svoje naložbe.

Vdiranje vode, odpovedi tesnenja in pomanjkljiva odpornost na vreme

Vdiranje vlage zaradi neustreznih IP ocen in napak v tesnilih

Sončne ulične svetilke potrebujejo dobro tesnjenje, da preživejo vse tiste sezonske spremembe, ki jih opazimo skozi leto. Vse, kar je ocenjeno pod IP65, dejansko ni primerno za uporabo na prostem, saj omogoča vdor vlage skozi reže, kable, ki vstopajo in izstopajo, ali obrabljene tesnilne obroče. Po podatkih industrijskega pregleda iz lanskega leta je okoli šest od deset neuspešnih sončnih luči imelo težave s korozijo na priključkih ali raztezanjem baterij zaradi vlažnosti znotraj ohišja. Temperaturne razlike niso celo vedno velike – že nihanje za 15 stopinj med dnem in nočjo lahko povzroči dovolj kondenzacije skozi majhne puščanja, da se pospeši razpad kovinskih delov. Kaj se nato zgodi? Luči začnejo delovati nepredvidljivo ali pa preprosto popolnoma prenehajo delovati približno po 8 do 12 mesecih, ko so izpostavljene zimskim pogojem.

Fizične poškodbe zaradi obremenitve s snegom, širjenja ledu in ekstremnih vremenskih razmer

Zimske nevihte res dodatno obremenijo konstrukcije sončnih svetilk. Ko se sneg nabere več kot 30 funtov na kvadratni palec, začne upogibati aluminijaste nosilce. In naj vam ne začnem pripovedovati o ledu, ki se širi znotraj razpok v ohišju – to ustvari približno 2.000 psi tlaka, kar dejansko lahko poči prozorne plastične leče. Nenehni ciklus zamrzovanja in odmrzovanja prav tako obrablja silikonske tesnila, zaradi česar sol iz cest in tajajoča voda prodrejo v mesta, kjer ne bi smeli biti. Sončne svetilke brez ustreznega zaščite pred ledom ali trdnih vetrnih podpor se v regijah, kjer temperature ostanejo pod lediščem več tednov zapored, pokvarijo približno trikrat hitreje. Poleg tega se med nenadnimi mrzotami kovinski deli toliko skrčijo, da se lotni spoji na tiskanih vezjih preprosto pretrgajo. Večina ljudi tega problema ne opazi, dokler jih spomladi ne opravi rednih pregledov in ugotovijo, da nič več ne deluje.

Kakovost komponent, dimenzioniranje sistema in napake v načrtovanju

Uporaba komponent nizke kakovosti, ki ne zdržijo ob zimskih obremenitvah

Veliko težav s sončnimi svetilkami izhaja dejansko iz tega, da proizvajalci zaradi varčevanja z denarjem uporabljajo poceni materiale. Plastični ohišji se pogosto počijo, ko temperature padajo pod ledišče, okoli 14 stopinj Fahrenheita. Tudi poceni tesnila ne zdržijo dolgo, zato voda prodre noter in poškoduje elektroniko. Nedavno poročilo o opremi za obnovljivo energijo iz leta 2022 je ugotovilo še nekaj zanimivega: sončne luči z navadnimi litijevimi baterijami imajo pozimi skoraj trikrat več okvar kot modeli z lastnimi komponentami, ki so zasnovane za ekstremne temperature. Kar je razumljivo, saj si nihče ne želi, da bi osvetlitev v vrtu odpovedala ravno takrat, ko jo najbolj potrebuje po dolgem dnevu na prostem.

Premajhni sončni paneli in neusklajene konfiguracije sistemov

Hladni meseci zahtevajo vsak dan približno 30 do 50 odstotkov več moči le zato, ker so dnevne ure krajše in ker baterije v zamrznjenem okolju slabše zadržujejo naboj. Mnogi sončni svetilniki pozimi ne delujejo učinkovito, saj imajo panele, ki so preprosto premajhni za zahtevano nalogo. Oglejte si večino modelov na tržišču danes – karkoli, kar ima manj kot 15 vatov moči panela in poskuša poganjati 12-vatno LED žarnico? Ta kombinacija redko uspe do decembra ali januarja. In ne smemo pozabiti niti na naprave za upravljanje polnjenja. Ko te naprave ne morejo ustrezno prilagoditi izhodnega napetosti pri temperaturah pod ničlo, se stanje baterij sčasoma še dodatno poslabša.

Ključne konstrukcijske napake: velikost baterije in panelov za delovanje v hladnem vremenu

Učinkovita priprava na zimo zahteva:

• Velikost baterije : Vsaj 120 % poletne zmogljivosti, da kompenzira padec zmogljivosti litij-ionskih baterij za 20–35 % pri -20 °C
• Orientacija panela : Resničen južni naklon pod kotom 45–60° za maksimalno izkoriščanje nizkega zimskega sončnega svetlobe
• Podvojenost : Sekundarni krmilniki polnjenja za preprečevanje okvar vezij zaradi nabiranja ledu

Sistemi, ki prezirajo ta načela oblikovanja, pogosto doživijo popolno izpadanje po 80–100 zimskih ciklusih zaradi nepopravljivih energetskih primanjkljajev in kemične degradacije.

Vzdrževalna praksa za podaljšanje življenjske dobe svetilk na solarnih stebrih

Pomen rednega čiščenja, pregledovanja in preventivnega vzdrževanja

Redovno vzdrževanje resnično pomaga preprečiti padce učinkovitosti, ki se pojavijo, ko pride zima. Čiščenje sončnih panelov enkrat na mesec s kvalitetnimi mikrovlaknastimi krpi lahko prepreči izgubo učinkovitosti za približno četrtino do tretjine zaradi nabiranja umazanije. Pravilna sezonska poravnava panelov naredi veliko razliko, kadar se svetlobni dnevi močno skrajšajo. Pri baterijah je vsakih tri mesece preverjanje zelo pomembno – paziti je treba na znake korozije ali vlage v posameznih predelkih. Sponke je treba temeljito očistiti dvakrat letno, da se ohrani primerno prevajanje električnega toka. Ne smemo odlašati z menjavo lečnih pokrovov, čeprav pričnejo pokazovati razpoke, saj jih je treba nemudoma zamenjati. In ne pozabimo posodobiti programske opreme za pametne sisteme polnjenja še preden začnejo hladnejša vremena.

Kako zanemarjanje pospešuje degradacijo baterij in okvaro sistema

Ko redno vzdrževanje zanemarimo, deli sončne svetilke začnejo delovati veliko teže, kot bi morali. Umazane plošče zmanjšajo količino naboja, ki ga lahko pridobijo, kar vodi do globokih izpraznitev, ki pospešijo obrabo litij-ionskih baterij približno dvakrat ali celo več. Zakorozirani priključki postanejo majhni problematični točki, kjer elektrika težje prehaja, kar skrajša dejanski čas delovanja za nekaj med 40 % in skoraj polovico. Majhne razpoke, ki jih nihče ne opazi v tesnilih, omogočajo prodor vode v notranjost, kar ob temperaturah pod lediščem najpogosteje povzroči okvaro nadzornih plošč. Vsi ti problemi se sčasoma nabirajo in preden si ljudje to sploh ujamemo, celoten sistem propade ravno ob prihodu zime.

Pogosta vprašanja

Zakaj sončne svetilke v mrzlem vremenu delujejo slabše?

V mrzlem vremenu se kemijske reakcije v baterijah upočasnijo, litij-ionske baterije pa zaradi zgostitve elektrolita znatno izgubljajo zmogljivost, kar zmanjša učinkovitost in življenjsko dobo.

Kako se baterije LiFePO4 primerjajo s litij-ionskimi v hladnih podnebjih?

Baterije LiFePO4 ohranjajo večjo zmogljivost, prenesejo globlje izpraznjevanje, so odporne proti koroziji in kažejo višjo toplotno stabilnost v primerjavi s standardnimi litij-ionskimi baterijami v hladnih podnebjih.

Kaj povzroča okvaro sistema sončnih svetilk pozimi?

Vlažnost, cikli zmrzovanja in odmrzovanja ter korozija pogosto vodijo do okvar sistema, skupaj z neustreznim tesnjenjem in nezadostnimi IP ocenami.

Kako zmanjšano sončno svetlobo vpliva na učinkovitost sončnih panelov pozimi?

Krajše dnevne ure in slaba izpostavljenost soncu zmanjšata cikle polnjenja, pri čemer lahko paneli včasih izgubijo učinkovitost zaradi nakupljanja snega in umazanije.

Katera vzdrževalna dejanja lahko podaljšajo življenjsko dobo sončnih svetilk?

Redno čiščenje, pregled, poravnavo in preventivno vzdrževanje ter posodabljanje programske opreme preden zadene hladno vreme so ključnega pomena za podaljšanje življenjske dobe sončnih svetilk.