Jak zapewnić oświetlenie tablicy informacyjnej w miejscu gdzie jest utrudniony dostęp do sieci energetycznej?

Taki problem jest bardzo częsty na niektórych terenach. Dostęp do linii energetycznej jest tam albo utrudniony, albo niemożliwy. Istnieje rozwiązanie tego problemu.

ROZWIĄZANIE:

Potrzebne będą:

• Moduł fotowoltaiczny lub zestaw modułów, zwany też baterią słoneczną
• Akumulator – może być zwykły samochodowy na 12V
• Regulator ładowania akumulatora – w wersji z włącznikiem zmierzchowym.
• Lampki z białymi diodami LED – np. rowerowe zmodyfikowane
• Konstrukcja nośna, do której powyższe urządzenia są przymocowane

Jak to będzie działało?

Sterowaniem całego systemu zajmuje się specjalny regulator ładowania. Do niego są podłączone; moduł, akumulator, odbiorniki – tj. lampki. Miejsce i polaryzacja podłączenia jest oznaczone na obudowie.

• Gdy jest DZIEŃ, moduł zamienia energię świetlną promieniowania słonecznego na prąd elektryczny. Ten prąd poprzez regulator ładowania płynie do akumulatora, gdzie jest magazynowany. Regulator dba o to, by akumulator nie został przeładowany. Do regulatora są podłączone też lampki LED, które jednak nie świecą, bo ich nie włączył regulator, bo jest jasno.
• Gdy jest NOC, moduł nie produkuje prądu, bo nie jest oświetlony. Ten stan (jest ciemno) rozpoznaje regulator i jest to dla niego sygnał do włączenia lampek. Jak długo będą świeciły lampki? Regulator je WYŁĄCZY w dwóch przypadkach;
  1. gdy wróci dzień a więc rano lub
  2. gdy w akumulatorze skończy się zmagazynowany prąd, by nie uszkodzić akumulatora

Na jak długo wystarczy prądu w akumulatorze?

Zależy to od mocy modułu fotowoltaicznego, pojemności akumulatora, poboru prądu przez lampki no i oczywiście od pory roku. Zostanie to pokazane na poniższym przykładzie.

Dość często spotykanym poborem prądu przez białe lampki LED – rowerowe, jest ok. 100 mA. Jeśli zastosuje się moduł o mocy ok. 40-50W/12V, to można spodziewać się, że wczesną wiosną, jesienią wyprodukuje on średnio w ciągu całego dnia ok. 10-12 Ah. Zakładam, że jest on ustawiony w miejscu, gdzie nie ma cienia np. drzew, jest skierowany na południe i ustawiony pod kątem ok. 50-60 st. od poziomu. Zakładając, że lampka świeci przez 12 godz. (noc jesienią lub wiosną), to pobierze ona z akumulatora 12h x 0,1A = 1,2 Ah. Oznacza to, że mając do dyspozycji 12Ah, można ich podłączyć 12 / 1,2 =10 szt. Ale lampki te są na napięcie 6V, tak więc w rzeczywistości będzie 20 szt. Rozstawiając je przykładowo co 20 cm, można oświetlić odcinek o długości 400 cm.

W lecie (czerwiec) będzie prądu za dużo ale w zimie (grudzień) zabraknie, bo mniej energii świetlnej dociera a noce są dłuższe. Co wtedy? Są praktycznie dwa rozwiązania:

• Zwiększyć moc zainstalowanego modułu, praktycznie dwukrotnie.
• Zdecydować się na to, by lampki gasły – były wyłączane przez regulator – nad ranem. Jak wcześnie będą wyłączane zależy nie tylko od bliskości do najkrótszego dnia w roku ale też od położenia geograficznego. Źle będzie na północy Polski bo jesienią jest częste zachmurzenie, zdecydowanie lepiej jest na południu – góry. W górach długo w zimie leży śnieg, który jako biały odbija światło słoneczne, co zdecydowanie poprawia wydajność dzienną modułów.

Powyższe szacunki można potraktować jako przykład do zaprojektowania własnej instalacji.

Jak długo będzie pracowała taka instalacja?>

Instalacja taka jest zbudowana w wielu elementów o różnej trwałości. Do najtrwalszych należą elementy elektroniczne, jak diody, tranzystory, układy scalone, w tym płytki modułów fotowoltaicznych. Większość producentów modułów stacjonarnych (pokrytych szkłem) daje 10-25 letnią gwarancję na moc. Oznacza to, że taki moduł np. po 10 latach straci nie więcej niż 10 % swojej nominalnej mocy, czyli naprawdę długo. Przecież mając 90% początkowej wydajności produkuje on dalej prąd.
Najsłabszym ogniwem są akumulatory. Dla ołowiowych można szacować ich żywotność na 3-5 lat, chociaż dla niektórych typów i producentów nawet 10 lat. Po tym okresie trzeba będzie akumulator wymienić.

Jeśli chodzi o wydajność i niezawodność, trzeba uwzględnić jeszcze jeden czynnik. Chodzi o zasłanianie modułu. Jeśli na modułach zalega śnieg, leżą liście lub inne zanieczyszczenia, to one bardzo zmniejszają ich produktywność. Szczególnie wrażliwe na częściowe zasłanianie są moduły z krzemu krystalicznego. Chodzi o to, że są one zbudowane z połączonych w szereg płytek krzemu i zasłonięcie tylko kilku płytek, powoduje efekt zbliżony do całkowitego zasłonięcia modułu. Znacznie mniej wrażliwe są moduły zbudowane np. z krzemu amorficznego, gdyż trudniej zasłonić pasek biegnący przez całą szerokość-wysokość modułu. Dlatego bardzo ważnym jest utrzymywanie modułu w czystości, czemu sprzyja prawie pionowe ich ustawienie.

Najczęstszą przyczyną niesprawności układu jest pogarszanie się kontaktu na stykach. Dlatego dobrze jest przynajmniej 1 - raz do roku, najlepiej przed zimą, sprawdzić i zakonserwować instalację, gdyż zima jest najgorszym okresem jeśli chodzi o wydajność.

Możliwe modyfikacje urządzenia

• Zamiast białych lampek LED można zastosować pojedyncze różnokolorowe diody LED, z których układa się napisy. Są one wkładane w otwory w tablicy i łączone szeregowo – równolegle dla uzyskania 12V. Daje to ładny i bardzo czytelny efekt wizualny, chociaż wymaga dużego nakładu pracy
• Zamiast dopuszczać do gaśnięcia nad ranem lampek, napisów z kolorowych LED, można zaprojektować układ tak, by od jesieni poprzez zimę do wiosny świecenie odbywało się z przerwami np. 1 sek. świecenie, 2-3 sek. przerwa, co znacznie oszczędza energię. To przełączanie na okres zimowy można połączyć z coroczną konserwacją.
• Może się zdarzyć, że układ będzie źle reagował na sygnał, dzień-noc. Tak może być, gdy moduł postawimy blisko szosy i będzie on oświetlany światłem reflektorów samochodowych. Wtedy światła samochodowe mogą być odczytywane błędnie jako -DZIEŃ - i lampki będą wyłączane. Włącznik zmierzchowy jest tak zaprojektowany, że wyłącza światła ze zwłoką, by unikać tego efektu. Jednak, jeśli będzie to występowało i będzie niedopuszczalne, to można przeregulować czułość włącznika zmierzchowego. Jednak, jeśli i to nie wystarczy, to do sterowania włączaniem lampek trzeba będzie zbudować osobne urządzenie, sterowane fotorezystorem skierowanym w przeciwną stronę niż szosa.