De ce eșuează unele modele de lămpi pentru stâlpi solari după un singur sezon de iarnă?

Cum scad temperaturile joase capacitatea bateriei cu până la 50%

Când afară este foarte frig, lămpile solare nu funcționează la fel de bine, deoarece reacțiile chimice din interiorul bateriilor încetinesc semnificativ. Bateriile cu litiu-ion au în mod special probleme când temperatura scade sub zero grade Celsius. La aproximativ minus 20 de grade, aceste baterii pot pierde chiar între 40 și 50 la sută din capacitatea lor normală. Motivul? Electroliții din interior devin mai vâscoși, ceea ce face mai dificilă mișcarea ionilor între electrozi. Ca urmare, bateria trebuie să lucreze mult mai mult decât în mod normal, ceea ce duce la o uzură mai rapidă și la reducerea duratei sale de viață. Luați în considerare o lampă solară tipică, proiectată să ofere 12 ore de lumină la temperatura camerei. În condiții de ger, majoritatea oamenilor observă că lămpile lor funcționează doar 6 sau 7 ore înainte de a avea nevoie de o nouă încărcare.

Baterii cu litiu-ion vs. LiFePO4 în climatul sub-zero: O comparație a performanței

Deși ambele tipuri de baterii înregistrează o eficiență redusă în climatul rece, bateriile LiFePO4 (fosfat de fier și litiu) depășesc modelele standard de litiu-ion:

Bateriile LiFePO4 suportă, de asemenea, descărcări mai profunde și rezistă mai bine coroziunii, fiind cu 72% mai puțin probabil să se defecteze după fluctuațiile sezoniere de temperatură comparativ cu alternativele din litiu-ion.

Baterii morte sau corodate ca principală cauză a defectării sistemului

Aproximativ două treimi dintre problemele bateriilor iarna în lămpile solare apar din cauza umezelii care pătrunde în interior și a ciclurilor constante de îngheț-dezgheț pe care le detestăm cu toții atât de mult. Ce se întâmplă de fapt? Ei bine, vaporii de apă tind să corodeze treptat bornele. Uneori, bateriile se umflă atunci când se formează gheață în interiorul carcaselor deteriorate. Există, de asemenea, acest fenomen prin care bateriile își pierd capacitatea de a reține sarcina electrică dacă sunt supuse la încărcări insuficiente în mod repetat în perioadele reci. Vestea bună este că plasarea acestor baterii în carcase mai bine etanșate și aplicarea unui tip de acoperire protectoră împotriva ruginii pot face ca ele să dureze semnificativ mai mult. Testele în teren arată că bateriile tratate astfel tind să rămână funcționale cu încă un an și jumătate până la doi ani în plus în condiții dificile de iarnă.

Expunere redusă la lumină solară și eficiență scăzută a panourilor solare iarna

Zile mai scurte și expunere slabă la lumină solară, care limitează ciclurile de încărcare

Când vine iarna, știm cu toții ce se întâmplă cu zilele noastre, care devin din ce în ce mai scurte. Lumina solară scade considerabil, poate undeva între o treime și jumătate mai puțin decât cea pe care o avem în lunile de vară. Pentru acele lumini stradale solare care stau înalte în zonele mai la nord, ar putea capta doar aproximativ patru sau cinci ore bune de soare pe zi, cel mult. Asta înseamnă că bateriile din aceste lumini se descarcă mai repede decât ar trebui conform specificațiilor lor de proiectare. În timp, acest lucru creează probleme legate de încărcarea corespunzătoare, ceea ce duce la degradarea bateriilor mult mai devreme decât s-ar fi așteptat. Curând, oamenii încep să observe că luminile lor eșuează atunci când, de fapt, nu ar trebui să se întâmple acest lucru încă.

Acumulare de zăpadă, murdărie și eficiență redusă a panourilor solare

Când zăpada se acumulează pe panourile solare, poate reduce eficiența acestora cu jumătate sau chiar le poate opri complet funcționarea, până când cineva o îndepărtează. Furtunile de iarnă lasă, de asemenea, urme de murdărie și gheață care blochează aproximativ o cincime până la un sfert din razele solare ce ajung la panouri. Substanțele înghețate aderă la panouri mult mai puternic decât praful obișnuit, astfel că încercarea de a le curăța necesită echipamente speciale pentru a preveni microfisurile din celulele solare costisitoare. Instalațiile solare înclinate între 45 și 60 de grade tind să scape mai ușor de zăpadă comparativ cu panourile montate plat pe acoperișuri, mai ales atunci când nu sunt fixate în suporturi metalice. Această înclinare face toată diferența în menținerea producției de energie în lunile reci.

Orientare incorectă a panourilor (neorientate spre sud) și probleme de umbrire sezonieră

Panourile solare instalate pe pereții estici sau vestici tind să producă cu aproximativ 18 până la 27 la sută mai puțină energie în lunile de iarnă, comparativ cu cele orientate spre sud, care captează mai bine soarele de iarnă aflat sub un unghi scăzut. Problema se agravează și din cauza schimbărilor sezoniere. Acei arbori de conifere care arată atât de frumos în curțile noastre aruncă umbre mult mai lungi iarna, deoarece soarele este cu aproximativ 40 de grade mai jos pe cer față de vara. Și acest lucru are o importanță majoră. Conform unor cercetări efectuate anul trecut, aproximativ două treimi din toate sistemele solare care nu au funcționat corespunzător iarna aveau panourile blocate de ceva timp de cel puțin trei ore complete în fiecare zi. Acest tip de obstrucție reduce semnificativ ceea ce proprietarii își pot aștepta de la investiția lor.

Pătrunderea apei, defecte ale etanșării și deficiențe ale rezistenței la vreme

Pătrunderea umidității datorită claselor IP inadecvate și defectelor de etanșare

Luminile stradale solare au nevoie de o etanșare bună pentru a rezista tuturor schimbărilor sezoniere pe care le întâlnim de-a lungul anului. Orice dispozitiv cu o clasă de protecție sub IP65 nu este adecvat în mod real pentru utilizare în aer liber, deoarece permite pătrunderea umidității prin spații libere, cabluri care intră și ies sau garnituri vechi și uzate. Conform unui control din industrie efectuat anul trecut, aproximativ șase din zece luminile solare defecte aveau probleme cauzate de formarea ruginii la conexiuni sau de expansiunea bateriilor din cauza umezelii interne. Diferențele de temperatură nu sunt nici măcar atât de mari uneori – doar o variație de 15 grade de la zi la noapte poate crea suficientă condensare prin scurgeri minuscule pentru a accelera deteriorarea metalică. Ce se întâmplă apoi? Luminile încep să funcționeze imprevizibil sau pur și simplu încetează să mai funcționeze după aproximativ 8-12 luni de expunere la condițiile de iarnă.

Deteriorare fizică datorată încărcăturii de zăpadă, expansiunii gheții și condițiilor meteo extreme

Furtunile de iarnă pun cu adevărat o presiune suplimentară asupra structurilor lămpilor solare. Când zăpada se acumulează peste 30 de lire pe inch pătrat, începe să îndoaie acele suporturi de fixare din aluminiu. Și nici nu mă porni pe gheață care se extinde în crăpăturile carcasei – asta creează o presiune de aproximativ 2.000 psi care poate sparge chiar și lentilele din plastic transparent. Ciclul constant de îngheț și dezgheț deteriorează și etanșările din silicon, permițând sărurilor de carnea și apei de topire să pătrundă acolo unde nu ar trebui. Lămpile solare fără protecție adecvată împotriva gheții sau fără întăriri puternice anti-vânt tind să se defecteze de aproximativ trei ori mai repede în zonele în care temperaturile rămân sub punctul de îngheț timp de săptămâni la rând. Și când apare o scădere bruscă a temperaturii, părțile metalice se contractă atât de mult încât conexiunile de lipit de pe plăcile de circuit se rup pur și simplu. Majoritatea oamenilor nu observă această problemă până fac verificările periodice în primăvară, când totul pare că a încetat să funcționeze.

Calitatea componentelor, dimensionarea sistemului și neglijențele de proiectare

Utilizarea de componente de calitate scăzută care cedează în condiții de stres din timpul iernii

Multe dintre problemele legate de lămpile solare se reduc, de fapt, la producători care fac compromisuri privind materialele pentru a economisi bani. Carcasele din plastic tind să se crăpe când temperaturile scad sub punctul de îngheț, în jur de 14 grade Fahrenheit. De asemenea, acele garnituri ieftine nu rezistă prea bine, permițând apei să pătrundă în interior, unde poate deteriora componentele electronice. Un raport recent despre echipamente pentru energie regenerabilă din 2022 a evidențiat și un alt aspect interesant: luminile solare care folosesc baterii lithium obișnuite, ușor de găsit pe piață, au avut aproape de trei ori mai multe defecțiuni în lunile de iarnă comparativ cu modelele care utilizează componente speciale concepute pentru a rezista la temperaturi extreme. Are sens, de fapt, deoarece nimeni nu își dorește ca iluminatul grădinii să cedeze tocmai atunci când este cel mai necesar, după o zi lungă petrecută afară.

Panouri solare insuficient de mari și configurații ale sistemului neadecvate

Lunile reci necesită zilnic cu 30 până la 50 la sută mai multă energie doar pentru a compensa orele scurte de lumină naturală și deoarece bateriile nu își păstrează sarcina la fel de bine când afară este ger. Multe lumini solare au o performanță redusă iarna, deoarece sunt echipate cu panouri prea mici pentru cerințele lor. Aruncați o privire asupra majorității modelelor disponibile pe piață în prezent — orice model cu mai puțin de 15 wați putere panou care trebuie să alimenteze o lampă LED de 12 wați? Această combinație rareori reușește să facă față cerințelor în decembrie sau ianuarie. Și să nu uităm nici de controlerele de încărcare. Atunci când aceste dispozitive nu pot regla corect tensiunea de ieșire la temperaturi sub zero, situația se agravează în timp pentru durata de viață a bateriei.

Defecte critice de proiectare: Dimensionarea bateriei și a panoului pentru funcționarea în condiții de frig

Iernizarea eficientă necesită:

• Dimensionarea bateriei : Cel puțin 120% din capacitatea de vară pentru a compensa scăderea capacității litiu-ion cu 20–35% la -20°C
• Orientarea panoului : Înclinare orientată strict spre sud la unghiuri de 45–60° pentru a maximiza captarea luminii solare de iarnă cu unghi scăzut
• Redundanță : Controlere secundare de încărcare pentru a preveni defectele circuitelor cauzate de acumularea de gheață

Sistemele care ignoră aceste principii de proiectare se confruntă adesea cu oprirea completă după 80–100 de cicluri de iarnă din cauza deficitelor energetice ireversibile și a degradării chimice.

Practici de întreținere pentru prelungirea duratei de viață a stâlpilor de iluminat solar

Importanța curățării regulate, a inspecțiilor și a întreținerii proactive

Întreținerea regulată ajută cu adevărat la prevenirea scăderilor de performanță care apar atunci când vine iarna. Curățarea panourilor solare o dată pe lună, folosind lavete de microfibră de calitate, poate opri între un sfert și chiar o treime din eficiența lor să dispară din cauza acumulării de murdărie. Așezarea corectă a panourilor în funcție de sezon face o diferență majoră atunci când orele de lumină zilnică se reduc semnificativ. În ceea ce privește bateriile, verificarea lor la fiecare trei luni este destul de importantă, pentru a observa eventualele semne de coroziune sau umiditate în interiorul compartimentelor. Terminalii trebuie curățiți temeinic de două ori pe an pentru a menține o bună conductivitate electrică. Nu sta prea mult dacă vreo carcasă de lentilă începe să arate crăpături, deoarece acestea ar trebui înlocuite imediat. Și, desigur, nu uita să actualizezi software-ul sistemelor inteligente de încărcare înainte ca vremea rece să instaleze.

Cum neglijența accelerează degradarea bateriei și defectarea sistemului

Când întreținerea regulată este ignorată, componentele lămpii solare încep să funcționeze mult mai intens decât ar trebui. Panourile murdare reduc cantitatea de încărcare pe care o pot acumula, ceea ce duce la descărcări profunde care pot deteriora bateriile de ioni de litiu de două ori mai repede sau chiar mai rău. Conexiunile care au început să se corodeze devin puncte problematice unde curentul întâmpină rezistență la trecere, scurtând timpul efectiv de funcționare undeva între 40% și aproape jumătate. Microfisurile neobservate în etanșări permit pătrunderea apei în interior, iar acesta este de obicei motivul pentru care plăcile de control se defectează atunci când temperaturile scad sub punctul de îngheț. Toate aceste probleme se acumulează în timp și, înainte ca oamenii să își dea seama, întregul sistem se defectează tocmai când vine din nou iarna.

Secțiunea FAQ

De ce performanța lămpilor solare este scăzută în vremea rece?

În vremea rece, reacțiile chimice din baterii încetinesc, iar bateriile de ioni de litiu își pierd semnificativ capacitatea din cauza îngroșării electroliților, ceea ce reduce eficiența și durata de viață.

Cum se compară bateriile LiFePO4 cu cele lithium-ion în climat rece?

Bateriile LiFePO4 păstrează o capacitate mai mare, tolerează descărcări mai profunde, rezistă la coroziune și demonstrează o stabilitate termică superioară față de bateriile standard lithium-ion în climat rece.

Ce determină defectarea sistemului în lămpile solare în timpul iernii?

Pătrunderea umidității, ciclurile de îngheț-dezgheț și coroziunea duc adesea la defectarea sistemului, alături de etanșarea necorespunzătoare și clasificări IP insuficiente.

Cum afectează lumina redusă eficiența panourilor solare în timpul iernii?

Orele mai scurte de lumină zilnică și expunerea slabă la soare reduc ciclurile de încărcare, iar panourile pot pierde uneori eficiență din cauza stratului de zăpadă și mizerie acumulată.

Ce practici de întreținere pot prelungi durata de viață a lămpilor solare?

Curățarea regulată, inspecția, alinierea corectă și întreținerea proactivă, precum și actualizarea software-ului înainte de venirea vremii reci, sunt esențiale pentru prelungirea duratei de viață a lămpilor solare.