Zašto neki modeli svjetiljki za stupove solarnih svjetiljki prestanu raditi nakon jedne zimske sezone?

Kako niske temperature smanjuju kapacitet baterije za čak 50%

Kada vani postane stvarno hladno, solarni svjetiljci ne rade jednako dobro jer se kemijske reakcije unutar baterija znatno usporavaju. Litij-ionske baterije posebno imaju problema kada temperature padnu ispod nule stupnjeva Celzijusovih. Na otprilike minus 20 stupnjeva, ove baterije mogu izgubiti čak 40 do 50 posto svoje normalne kapacitivnosti. Razlog tome je taj što elektrolit postaje gušći, zbog čega je teže ionima pomičati se naprijed-nazad između elektroda. Kao rezultat toga, baterija mora raditi puno više nego inače, što ubrzava njen trošenje i skraćuje njezin ukupni vijek trajanja. Uzmimo tipičan solarni svjetiljak koji pri sobnoj temperaturi osigurava 12 sati svjetlosti. Međutim, u tim uvjetima smrzavanja, većina ljudi primijeti da njihovi svjetiljci traju svega 6 ili 7 sati prije nego što ponovno trebaju napuniti.

Litij-ionske naspram LiFePO4 baterija u klimama ispod nule: Usporedba performansi

Iako oba tipa baterija imaju smanjenu učinkovitost u hladnim klimatskim uvjetima, LiFePO4 (litij-željezni fosfat) ima bolje performanse od standardnih litij-jonskih modela:

LiFePO4 baterije također podnose dublja pražnjenja i bolje otporni su na koroziju, zbog čega su za 72% manje skloni kvaru nakon sezonskih promjena temperature u usporedbi s alternativama na bazi litij-jonskih baterija.

Mrtve ili korodirane baterije kao vodeći uzrok kvara sustava

Otprilike dvije trećine problema s baterijama tijekom zime u solarnim svjetiljima nastaju zbog prodora vlage i onih neprestanih ciklusa smrzavanja-odmrzavanja koje toliko mrzimo. Što se zapravo događa? Pa, vodena para s vremenom uzrokuje koroziju priključaka. Ponekad se baterije napušteno kad se led formira unutar oštećenih kućišta. Postoji i pojava kod koje baterije gube sposobnost zadržavanja naboja ako se tijekom hladnijih razdoblja stalno nedovoljno pune. Dobra vijest je da ugradnja ovih baterija u bolje zatvorena kućišta i nanošenje neke vrste zaštitnog premaza protiv rđe može znatno produlžiti njihov vijek trajanja. Poljski testovi pokazuju da baterije tretirane na ovaj način ostaju funkcionalne dodatnih jedan i pol do dva godine u teškim zimskim uvjetima.

Smanjeni izloženost sunčevom svjetlu i učinkovitost solarnih ploča tijekom zime

Kraće dnevne sate i loša izloženost sunčevom svjetlu ograničavaju cikluse punjenja

Kada dođe zima, svi znamo što se događa s našim danima koji postaju sve kraći. Količina sunčeve svjetlosti znatno opada, zapravo čak za trećinu ili polovicu manje nego što dobivamo tijekom ljetnih mjeseci. Za solarne ulične svjetiljke postavljene na sjevernijim lokacijama, one mogu uhvatiti svega četiri ili pet sati dobrog sunca dnevno, najviše. To znači da se baterije unutar ovih svjetiljki prazne brže nego što bi trebale prema svojim tehničkim specifikacijama. Tijekom vremena to uzrokuje probleme s punjenjem, što na kraju dovodi do znatno bržeg trošenja baterija nego što se očekivalo. Ubrzo, ljudi počinju primjećivati kvarove svjetiljki koje još nisu trebale prestati raditi.

Snijeg, nakupljanje prljavštine i smanjena učinkovitost solarnih ploča

Kada se snijeg istaloži na solarnim panelima, može smanjiti njihovu učinkovitost za pola ili čak potpuno ih isključiti dok netko ne očisti snijeg. Zimske oluje također ostavljaju prašinu i ledeni ostatak koji blokiraju otprilike jednu petinu do jedne četvrtine sunčevih zraka koje dosežu panele. Zamrznuti ostaci drže se panela puno gore nego obična prašina, pa čišćenje zahtijeva posebnu opremu kako bi se spriječile pukotine na skupim solarnim ćelijama. Solarni sustavi postavljeni pod kutom od 45 do 60 stupnjeva obično otpuštaju snijeg bolje nego paneli položeni ravno na krovovima, pogotovo ako nisu okvirani metalnim nosačima. Taj nagib čini veliku razliku u održavanju izlazne snage tijekom hladnijih mjeseci.

Neispravna orijentacija panela (nije okrenuto prema jugu) i problemi s usjenjivanjem tijekom godišnjih doba

Solarni paneli postavljeni na istočnim ili zapadnim zidovima obično proizvode oko 18 do čak 27 posto manje energije tijekom zimskih mjeseci u usporedbi s onima okrenutima prema jugu, koji bolje hvataju sunce pod niskim kutom tijekom zime. Problem se pogoršava i s promjenama godišnjih doba. Zimzeleni stupovi koji izgledaju tako lijepo u našim dvorištima bacaju znatno duže sjene tijekom zime jer je sunce oko 40 stupnjeva niže na nebu u odnosu na ljetne mjesece. A to ima veliki značaj. Prema istraživanju provedenom prošle godine, otprilike dvije trećine svih solarnih sustava koji nisu ispravno radili tijekom zime imali su panele blokirane nečim najmanje tri puna sata svakog dana. Takve prepreke znatno smanjuju ono što vlasnici kuća mogu očekivati od svoje investicije.

Prodiranje vode, kvarovi brtvljenja i nedostaci otpornosti na vremenske uvjete

Prodiranje vlage zbog nedovoljnih IP ocjena i nedostataka u brtvljenju

Solarne ulične svjetiljke trebaju dobro zaptivanje kako bi preživjele sve one promjene u godišnjim dobima koje se pojavljuju tijekom godine. Sve što ima ocjenu ispod IP65 zapravo nije pogodno za vanjsku uporabu jer otvara vrata problemima s prodorom vlage kroz pukotine, kabelske priključke ili istrošene brtve. Prema industrijskoj provjeri prošle godine, oko šest od deset neispravnih solarnih svjetiljki imalo je problema s korozijom na spojevima ili proširenjem baterija zbog unutarnje vlažnosti. Razlike u temperaturi ponekad nisu ni velike – samo 15 stupnjeva između dana i noći može uzrokovati dovoljno kondenzacije kroz sitne curenja da ubrza razaranje metala. Što se tada događa? Svjetiljke počinju nepravilno raditi ili jednostavno prestanu funkcionirati potpuno nakon otprilike 8 do 12 mjeseci kada su izložene zimskim uvjetima.

Fizička oštećenja uslijed opterećenja snijegom, širenja leda i ekstremnih vremenskih uvjeta

Zimske oluje stvarno dodatno opterećuju konstrukcije solarnih svjetiljki. Kada se snijeg nakupi preko 30 funti po četvornom inču, počinje savijati one aluminijaste nosače. A da ne govorimo o ledu koji se širi unutar pukotina kućišta – to stvara tlak od oko 2.000 psi koji zapravo može puknuti prozirne plastične leće. Stalni ciklus smrzavanja i odmrzavanja troši i silikonske brtve, omogućavajući ulasku soli s cesta i taline u mjesta gdje ne bi trebali. Solarna svjetla bez odgovarajuće zaštite od leda ili čvrstog vjetra pokvare se otprilike tri puta brže u područjima gdje temperature ostaju ispod točke smrzavanja tijekom tjedana. A kad dođe do naglog padanja temperature, metalni dijelovi se toliko skupljaju da se lemljene veze na pločama krugova jednostavno prelome. Većina ljudi ne primijeti ovaj problem sve dok ne obave redovne provjere u proljeće, kada izgleda da sve prestaje raditi.

Kvaliteta komponenti, dimenzioniranje sustava i propusti u projektiranju

Korištenje komponenti lošije kvalitete koje ne izdrže zimske uvjete

Mnogi problemi s solarnim svjetiljkama zapravo se svode na to da proizvođači štede na materijalima kako bi uštedjeli novac. Plastični kućišta se često puknu kada temperature padnu ispod točke smrzavanja, otprilike na 14 stupnjeva Fahrenheita. Također, jeftini brtveni spojevi nisu dovoljno otporni i dopuštaju vodi da prodre unutra, gdje može oštetiti elektroniku. Nedavno izvješće o opremi za obnovljivu energiju iz 2022. godine otkrilo je nešto zanimljivo: solarna svjetla s uobičajenim litij-ionskim baterijama imala su gotovo triput više kvarova tijekom zimskih mjeseci u usporedbi s modelima koji koriste posebne komponente namijenjene za ekstremne temperature. To je razumljivo, jer nitko ne želi da mu rasvjeta u vrtu prestane raditi baš kada je najpotrebnija nakon dugog dana provedenog vani.

Premali solarne ploče i neusklađene konfiguracije sustava

Hladni mjeseci zahtijevaju svakodnevno oko 30 do 50 posto dodatne energije samo kako bi se nadoknadile kraće dnevne svjetlosti i zato što baterije ne zadržavaju naboj jednako dobro kada je vani smrznuto. Mnoga solarna svjetla na kraju loše rade tijekom zime jer dolaze s panelima koji su jednostavno premali za zahtjeve koje moraju ispunjavati. Pogledajte većinu modela dostupnih na tržištu danas – bilo koji uređaj s manje od 15 vata snage panela koji pokušava pogoniti LED žarulju od 12 vata? Takva kombinacija rijetko uspijeva pravilno obaviti posao do prosinca ili siječnja. A nemojmo zaboraviti ni na regulatore punjenja. Kada ovi uređaji ne mogu pravilno prilagoditi izlazni napon pri temperaturama ispod nule, to samo pogoršava stanje baterije tijekom vremena.

Ključne konstrukcijske mane: veličina baterije i panela za rad u hladnim uvjetima

Učinkovita zimska priprema zahtijeva:

• Veličina baterije : Najmanje 120% ljetne kapacitete kako bi se nadoknadila smanjena kapaciteta litij-ionskih baterija od 20–35% pri -20°C
• Orijentacija panela : Pravi južni nagib pod kutem od 45–60° za maksimalno iskorištavanje sunčeve svjetlosti niskog kuta tijekom zime
• Redundancija : Sekundarni kontroleri punjenja za sprečavanje kvarova u krugu uzrokovanih taloženjem leda

Sustavi koji zanemaruju ova načela dizajna često se potpuno zaustave nakon 80–100 zimskih ciklusa zbog nepovratnih energetskih manjkavosti i kemijske degradacije.

Prakse održavanja za produljenje vijeka trajanja svjetiljki na solarnim stubovima

Važnost redovitog čišćenja, pregleda i proaktivnog održavanja

Redovno održavanje zaista pomaže u sprečavanju gubitka učinkovitosti koji se pojavljuje kada dođe zima. Čišćenje solarnih ploča jednom mjesečno kvalitetnim mikrovlaknastim krpama može spriječiti gubitak od čak jedne četvrtine do čak jedne trećine njihove učinkovitosti zbog nakupljanja prljavštine. Ispravno usmjeravanje ploča tijekom godine čini veliku razliku kada se svjetlo dana toliko skrati. Kada je riječ o baterijama, važno je provjeravati ih svaka tri mjeseca, tražeći znakove korozije ili vlage unutar odjeljaka. Stezaljke je potrebno temeljito očistiti dvaput godišnje kako bi se osiguralo pravilno provođenje električne struje. Također nemojte oklijevati zamijeniti leće čim se pojave pukotine, jer ih treba odmah zamijeniti. I ne zaboravite ažurirati softver za pametne sustave punjenja prije nego što dođe hladno vrijeme.

Kako zanemarivanje ubrzava degradaciju baterije i kvar sustava

Kada se redovito održavanje zanemari, dijelovi solarne lampe počinju raditi puno teže nego što bi trebali. Prljavi paneli smanjuju količinu punjenja, što dovodi do dubokih pražnjenja koje troše litij-jonske baterije možda dvostruko brže ili čak gore. Poveznice koje su počele korodirati postaju male probleme gdje se struja bori proći, skraćivanje stvarnog vremena rada negdje između 40% i gotovo pola. Male pukotine koje nitko ne primjećuje u pečatima puštaju vodu da se ušulja unutra, i to je ono što obično dovodi do pada kontrolnih ploča kada temperatura padne ispod točke smrzavanja. Svi ti problemi se gomilaju s vremenom, i prije nego što ljudi to znaju, cijeli njihov sustav se sruši baš kao što se zima ponovo vraća.

FAQ odjeljak

Zašto solarne lampe loše rade u hladnom vremenu?

U hladnom vremenu kemijske reakcije u baterijama usporavaju se, a litijum-jonske baterije znatno gube kapacitet zbog zgušćavanja elektrolita, što smanjuje učinkovitost i trajanje.

Kako se baterije LiFePO4 uspoređuju s litij-ionskim u hladnim klimama?

Baterije LiFePO4 zadržavaju veći kapacitet, podnose dublja pražnjenja, otporne su na koroziju i pokazuju veću termičku stabilnost u usporedbi sa standardnim litij-ionskim baterijama u hladnim klimama.

Što uzrokuje kvar sustava solarnih svjetiljki tijekom zime?

Prodiranje vlage, ciklusi smrzavanja i odmrzavanja te korozija često dovode do kvarova sustava, uz nepropisno brtvljenje i nedovoljne IP ocjene.

Kako smanjeno sunčeve svjetlost utječe na učinkovitost solarnih ploča tijekom zime?

Kraće dnevne sate i loša izloženost svjetlosti smanjuju cikluse punjenja, a ponekad ploče gube učinkovitost zbog nataloženog snijega i prljavštine.

Koje praktike održavanja mogu produžiti vijek trajanja solarnih svjetiljki?

Redovito čišćenje, provjera, poravnanje i proaktivno održavanje, uz nadogradnju softvera prije dolaska hladnog vremena, ključni su za produženje vijeka trajanja solarnih svjetiljki.