Miért hibásodnak meg egyes napelemes lámpaoszlop modellek már egy tél után?

Hogyan csökkentik az alacsony hőmérsékletek az akkumulátor-teljesítményt akár 50 százalékkal

Amikor kint igazán hideg van, a napelemes lámpák teljesítménye jelentősen csökken, mivel a belső akkumulátorokban lejátszódó kémiai reakciók lelassulnak. A lítium-ion akkumulátorok különösen nehezen működnek null fok alatti hőmérsékleten. Körülbelül mínusz 20 foknál ezek az akkumulátorok akár 40–50 százalékkal is kevesebbet tudhatnak tárolni a normál kapacitásukból. Ennek oka az, hogy az elektrolit sűrűbbé válik, nehezebbé téve az ionok mozgását az elektródok között. Ennek eredményeképpen az akkumulátornak sokkal keményebben kell dolgoznia a szokásosnál, ami gyorsabb elhasználódáshoz és rövidebb élettartamhoz vezet. Vegyünk egy tipikus napelemes lámpát, amely szobahőmérsékleten 12 órás világításra van méretezve. Ilyen fagypont alatti körülmények között azonban a legtöbb ember tapasztalata szerint a lámpák csak kb. 6–7 óráig működnek, mielőtt újratöltésre lenne szükségük.

Lítium-ion vs. LiFePO4 akkumulátorok fagypont alatti klímában: Teljesítményösszehasonlítás

Bár mindkét akkumulátor-típus hatásfokcsökkenést mutat hideg éghajlaton, a LiFePO4 (lítium-vas-foszfát) jobban teljesít, mint a hagyományos lítium-ion akkumulátorok:

A LiFePO4 akkumulátorok továbbá jobban ellenállnak mélyebb kisüléseknek és a korróziónak, emiatt 72%-kal kisebb az esélye meghibásodásra szezonális hőmérséklet-ingadozások után, mint a lítium-ion alternatíváknál.

Elhalt vagy korróziós akkumulátorok a rendszer meghibásodásának egyik fő oka

A napelemes lámpák téli akkumulátorproblémáinak körülbelül kétharmada a nedvesség behatolásából és a folyamatos fagyasztási-olvadási ciklusokból adódik, amelyeket annyira utálunk. Mi is történik pontosan? Nos, az idő múlásával a vízgőz korróziót okozhat a kapcsolókon. Néha az akkumulátorok feldagadnak, ha jég képződik a megsérült házak belsejében. Emellett van egy jelenség, amikor az akkumulátorok elveszítik töltés-tartási képességüket, ha hideg időszakok alatt ismételten alul töltődnek. A jó hír az, hogy ha ezeket az akkumulátorokat jobban lezárt tokokba helyezzük, és valamilyen rozsdamentes védőréteget viszünk fel rájuk, az jelentősen meghosszabbíthatja élettartamukat. Terepi tesztek azt mutatják, hogy ilyen módon kezelt akkumulátorok körülbelül másfél-két évvel tovább maradnak működőképesek kemény téli körülmények között.

Csökkent napsütéses kitettség és a napelemek hatékonysága télen

Rövidebb nappalok és rossz napsütéses kitettség, amely korlátozza a töltési ciklusokat

Amikor eljön a tél, mind tudjuk, mi történik azzal, hogy a napjaink egyre rövidebbek lesznek. A napsütés mennyisége jelentősen csökken, akár egyharmadról vagy felére is csökkenhet az őszinél kapott értékhez képest. Azoknál a napelemes utcai lámpáknál, amelyek északabbra helyezkednek el, a napi hasznos napsugárzás időtartama legfeljebb négy-öt órára korlátozódhat. Ez azt jelenti, hogy ezekben a lámpákban lévő akkumulátorok hamarabb merülnek le, mint ahogy azt a tervezési specifikációk megengednék. Idővel ez töltési problémákat okoz, ami végül az akkumulátorok sokkal gyorsabb elhasználódásához vezet, mint amire számítani lehetett volna. Hamarosan az emberek már olyan lámpáikat látják meghibásodni, amelyek valójában még nem lenne szabad, hogy elromoljanak.

Hó, kosz felhalmozódása és csökkent napelem-hatékonyság

Amikor hó rakódik a napelemekre, azok hatásfokát akár felére is csökkentheti, vagy teljesen leállíthatja addig, amíg valaki le nem takarítja. A téli viharok továbbá szennyeződést és jéges réteget hagynak maguk után, amely megközelítőleg ötödétől negyedéig blokkolja a napelemekhez érkező napfényt. A megfagyott anyagok sokkal jobban tapadnak a panelekhez, mint a rendes por, így a tisztításukhoz speciális felszerelésre van szükség, hogy elkerüljék a drága napelemcellák apró repedéseit. A körülbelül 45–60 fokos szögben elhelyezett napelemrendszerek jobban lerázzák a havat, mint a laposan a tetőkre szerelt panelek, különösen akkor, ha nincsenek fémtartó keretbe foglalva. Ez a dőlésszög jelentős különbséget jelent a teljesítmény fenntartásában a hideg hónapok alatt.

Helytelen paneltájolás (nem déli tájolás) és szezonális árnyékolási problémák

A keleti vagy nyugati falra szerelt napelemek téli hónapokban körülbelül 18 százalékkal, sőt akár 27 százalékkal is kevesebb energiát termelnek, mint a déli irányba nézők, amelyek jobban kihasználják az alacsony beesési szögű téli napot. A probléma a szezonális változásokkal egyre súlyosbodik. Az örökzöld fák, amelyek nyáron olyan jól mutatnak a kertünkben, télen jóval hosszabb árnyékot vetnek, mivel a nap állása körülbelül 40 fokkal alacsonyabban van, mint nyáron. Ez pedig nagyon sokat számít. Egy tavaly elvégzett kutatás szerint az összes olyan napelemrendszer közül, amelyek télen nem megfelelően működtek, körülbelül kétharmadánál a napelemeket naponta legalább három teljes órában valamilyen akadály takarta. Ilyen mértékű takarás jelentősen csökkenti azt, amit a tulajdonosok a befektetésüktől reálisan elvárhatnak.

Víz behatolás, tömítési hibák és időjárásállósági hiányosságok

Páratartalom-behatolás hiányos IP besorolás és tömítési hibák miatt

A napelemes utcai lámpáknak jó tömítettségre van szükségük ahhoz, hogy kibírják az évszakok váltakozását, amelyeket évente átélünk. Minden olyan termék, amely IP65 alatti besorolású, gyakorlatilag alkalmatlan a kültéri használatra, mivel a réseken át bejuthat a nedvesség, a kábelek behúzásánál problémák adódhatnak, vagy elöregedett, elkopott tömítések miatt keletkezhet gond. Egy tavalyi iparági felmérés szerint a meghibásodott napelemes lámpák körülbelül hatból tíz esetében rozsdásodás jelentkezett a csatlakozóknál, illetve akkumulátorok duzzadása figyelhető meg a belső páratartalom miatt. Néha a hőmérséklet-különbségek sem olyan drasztikusak – mindössze 15 fokos ingadozás napközben és éjszaka is elegendő lehet ahhoz, hogy apró szivárgásokon keresztül kondenz lecsapódjon, és felgyorsítsa a fémalkatrészek romlását. Mi történik ezután? A lámpák egyre inkább rendszertelenül működnek, vagy egyszerűen teljesen meghibásodnak, miután körülbelül 8–12 hónapon át ki voltak téve a téli viszonyoknak.

Mechanikai sérülések a hótól, jégduzzadástól és extrém időjárási körülményektől

A tél elemei komoly terhelést jelentenek a napelemes lámpák szerkezetére. Amikor a hó több mint 30 font/négyzethüvelyk (kb. 208 kg/m²) terhelést jelent, az elkezdi meghajlítani az alumínium rögzítőtartókat. Ne is beszéljünk arról, ha jég képződik a házazat repedéseiben – ez körülbelül 2000 psi nyomást fejt ki, amely akár széttörheti a műanyag lencséket is. A folyamatos fagyás-olvadás ciklus továbbá elkopasztja a szilikon tömítéseket is, így az útsó és az olvadékvíz bejuthat oda, ahol nem lenne szabad. A megfelelő jégvédelemmel vagy erős szélrögzítéssel nem rendelkező napelemes lámpák kb. háromszor gyorsabban hibásodnak meg olyan területeken, ahol a hőmérséklet hetekig fagypont alatt marad. És amikor hirtelen lehűlés következik be, a fémdarabok annyira összehúzódnak, hogy a forrasztott kapcsolatok a nyomtatott áramkörökön egyszerűen eltörnek. A legtöbb ember ezt a problémát csak tavasszal veszi észre, amikor rutinszerű ellenőrzést végez, és minden leáll.

Alkatrészminőség, Rendszerméretezés és Tervezési Hibák

Alacsony minőségű alkatrészek használata, amelyek a téli terhelés hatására meghibásodnak

A napelemes lámpák sok problémája valójában arra vezethető vissza, hogy a gyártók az anyagoknál spórolnak, hogy pénzt takarítsanak meg. A műanyag házak hajlamosak repedni, amikor a hőmérséklet a fagypont alá csökken, körülbelül 14 Fahrenheit-fok környékén. Ezek a olcsó tömítések sem tartják magukat jól, és lehetővé teszik a víz bejutását, ahol tönkretehetik az elektronikát. Egy 2022-ben készült jelentés, amely a megújuló energiaberendezéseket vizsgálta, érdekes dolgot állapított meg. A hagyományos, polcon kapható lítiumakkumulátorral rendelkező napi világítók majdnem háromszor több hibával küzdöttek a téli hónapokban, mint azok a modellek, amelyek extrém hőmérsékletekre tervezett speciális alkatrészekkel rendelkeztek. Teljesen érthető is, hiszen senki sem szeretné, hogy a kert világítása épp akkor hagyjon cserben, amikor a leghosszabb nap után a leginkább szüksége lenne rá.

Túl kicsi napelemek és nem megfelelő rendszerkonfigurációk

A hideg hónapokban napi 30-50 százalékos többletenergia szükséges, hogy kompenzáljuk a rövidebb nappal töltött órákat, és mert az akkumulátorok nem tartják meg a töltésüket, amikor kint fagy. Sok napelem télen nem működik jól, mivel a panelek egyszerűen túl kicsik ahhoz, amit el kell végezniük. Nézzünk meg a legtöbb modellt a mai piacon - bármi, aminek kevesebb mint 15 watt paneltel rendelkező ereje van, megpróbál egy 12 wattos LED izzót működtetni? Ez a kombináció ritkán végzi a munkát megfelelően decemberben vagy januárban. És ne feledkezzünk meg a töltővezérlőkről sem. Amikor ezek a készülékek nem tudják megfelelően módosítani a feszültségüket nulla alatti hőmérsékleten, az idővel csak rontja a helyzetet az akkumulátor élettartamával.

Kritikus tervezési hibák: Az akkumulátor és a panelek mérete hideg időjárási működéshez

A hatékony téli betakarítás megköveteli:

• Az akkumulátor mérete : A nyári kapacitás legalább 120%-a a lítium-ion-üzemanyagok 20-35%-os kapacitáscsökkenésének kompenzálására -20°C-on
• A panel orientációja : Igazi déli dőlésszög 45–60° között a téli alacsony beesési szögű napfény maximális kihasználása érdekében
• Elbocsátás : Másodlagos töltésvezérlők, amelyek megakadályozzák az áramkör meghibásodását jégfelhalmozódás miatt

Azok a rendszerek, amelyek figyelmen kívül hagyják ezeket a tervezési elveket, gyakran teljes leállást szenvednek 80–100 téli ciklus után visszafordíthatatlan energiahiány és kémiai degradáció következtében.

Karbantartási gyakorlatok a napelemes lámpaoszlopok élettartamának meghosszabbítása érdekében

A rendszeres tisztítás, ellenőrzés és proaktív karbantartás fontossága

A rendszeres karbantartás segít megfékezni a téli teljesítménycsökkenést. A nappanel havonta egyszer tisztítása jó minőségű mikrovállalatos ruhával megakadályozhatja, hogy a hatékonyságuk negyede, talán akár harmada eltűnjön a szennyeződés miatt. A szezonális elrendezés a különbséget jelenti, amikor a napfény órái annyira összezsugorodnak. Az akkumulátorok esetében háromhavonta ellenőrizni kell, hogy a részekben nem találtak-e korróziós vagy nedves jelek. A terminálokat évente kétszer alaposan meg kell tisztítani, hogy minden megfelelően vezesse az áramot. Ne várjon, ha bármely lencsefedő is repedéseket mutat, mert azonnal ki kell cserélni. És ne felejtsük el frissíteni a szoftvert az intelligens töltőrendszerekhez, mielőtt hideg lesz.

Hogyan gyorsítja a figyelmen kívül hagyás az akkumulátorok károsodását és a rendszer meghibásodását

Ha figyelmen kívül hagyjuk a rendszeres karbantartást, a napelem alkatrészei sokkal keményebben dolgoznak, mint kellene. A piszkos panelek csökkentik a töltés mennyiségét, ami mély kiürülésekhez vezet, amelyek kétszer gyorsabban vagy még rosszabbul is elhasználják a lítium-ion akkumulátorokat. A korródiálódott csatlakozások kis problémás pontokká válnak, ahol az áram küzd át, és ez 40% és majdnem fele közötti időtartamot tesz ki. A tömítésekben lévő apró repedések miatt a víz bejuthat, és ez általában a vezérlőlapokat teszi tönkre, ha a hőmérséklet a fagypont alá esik. Ezek a problémák idővel felhalmozódnak, és mielőtt az emberek észrevennék, az egész rendszer összeomlik, ahogy a tél újra elkezdődik.

GYIK szekció

Miért nem működnek jól a napelemek hideg időben?

Hideg időben az akkumulátorok kémiai reakciói lassulnak, és a lítium-ion akkumulátorok jelentős kapacitásvesztést szenvednek az elektrolitok vastagodásának következtében, ami csökkenti a hatékonyságot és az élettartamot.

Hogyan hasonlítanak össze a LiFePO4 akkumulátorok a lítium-ion akkumulátorokkal hideg éghajlatban?

A LiFePO4 akkumulátorok nagyobb kapacitást tartanak meg, elviselnek mélyebb kiürüléseket, ellenállnak a korróziónak, és magasabb hőstabilitást mutatnak a hagyományos lítium-ion akkumulátorokkal összehasonlítva hideg éghajlatú területeken.

Mi vezet a rendszer meghibásodásához a napsütőkben télen?

A nedvesség behatolása, a fagyás-fagyasztás ciklusa és a korrózió gyakran rendszerhibákhoz vezet, valamint nem megfelelő tömítéshez és nem megfelelő IP-értékeléshez.

Hogyan befolyásolja a csökkent napfény a napenergia-panel hatékonyságát télen?

A rövidebb nappali órák és a rossz napfénykínálat csökkenti a töltési ciklusokat, a panelek néha elveszítik hatékonyságukat a hó és a szennyeződés felhalmozódása miatt.

Milyen karbantartási módszerek segíthetnek a naplámpa élettartamának meghosszabbításában?

A rendszeres tisztítás, ellenőrzés, beállítás és a proaktív karbantartás, valamint a szoftver frissítésének előkészítése a hideg idő előtt elengedhetetlen a napelem élettartamának meghosszabbításához.