Распределение солнечного света и тепла. Светотехнические величины: световой поток, сила света, освещенность, светимость, яркость

Отношение к альтернативным источникам энергии в нашей стране постепенно начинает меняться. Еще несколько лет назад это воспринималось как причуда, теперь, все большее количество людей начинают собирать информацию о том, как можно сэкономить на счетах за коммунальные услуги. Одно из интересных направлений — уличное освещение на солнечных батареях. Можно ли на этом деле сэкономить, сказать сложно — зависит от многих факторов. Но сделать освещение от солнечной энергии можно. Даже двумя способами.

Освещение на улице — сложная система и делится она на несколько составляющих:

Не обязательно все части есть в любом , но все они могут быть. Большая часть этой системы, или даже вся она, может быть переведена на питание от солнечных батарей. Причем уличное освещение на солнечных батареях можно сделать двумя способами:

Выгодно ли использовать солнечные батареи для освещения участка? Ответ можно дать только в каждом конкретном случае. Эффективность гелиосистем очень сильно зависит от региона и количества солнечных дней. А экономическая выгода (окупаемость) — от тарифов на электроэнергию.

Расчет системы

Если уличное освещение на солнечных батареях решено сделать надежным — с аккумуляторами, прежде всего, надо заменить все лампы и фонари на светодиодные, работающие от 12 В. Почему именно так? Потому что аккумуляторы выдают постоянное напряжение, и некоторая их часть, как раз 12 В. Можно от этой системы питать и лампы на 220 В, но понадобится еще инвертор, преобразующий 12 В в 220 В. А это — дополнительные расходы. Потому целесообразно подобрать именно такие светильники, фонари и лампы.

Находим мощность и количество солнечных батарей

Чтобы система была надежной, необходимо рассчитать мощность солнечных батарей и емкость аккумуляторов, которые ее будут обеспечивать. Порядок расчета такой:

Далее — дело за выбором солнечных батарей. Выбираете, узнаете их площадь, считаете количество штук. Их общая площадь должна быть не меньше той, что вы наши. Желательно даже иметь запас, так как всегда бывают периоды с худшими характеристиками чем средние.

Аккумуляторы

Надо еще рассчитать емкость аккумуляторов, которые должны обеспечить энергией светильники на случай длительной непогоды. Тут тоже потребуются данные синоптиков. Но уже нужен будет самый длительный период плохой погоды. Также для расчета нужен дневной расход энергии на поддержание работоспособности (3 пункт в предыдущем разделе).

Расчет несложный. Дневной расход умножаем на количество дней непогоды. Получаем тот запас, который должны обеспечивать аккумуляторы. Далее надо искать аккумуляторы с подходящими характеристиками. Только брать надо с 30-40% запасом по емкости, так как полный разряд сокращает срок эксплуатации аккумуляторов. Потому нежелательно их сильно разряжать.

Аккумуляторы для солнечных батарей — есть разного размера и параметров

Иногда производители указывают только возможный запас энергии, который выражается в А/ч (ампер часах). Эту величину можно перевести в Вт/часы, если умножить на напряжение работы аккумулятора (указывается в характеристиках). Например, аккумулятор Ventura GP 12-26 — напряжение 12 В, емкость 26 А*ч. Перевести в ватт-часы можно так 12 В * 26 А*ч = 312 Вт*ч.

Выбор контроллера

Начнем с того, чтобы разобраться, для чего нужен контроллер в этой системе. Если подключить солнечную батарею напрямую к аккумулятору, при поступлении электроэнергии он начнет заряжаться. При достижении предельного напряжения заряда (зависит от типа аккумулятора и его температуры), его надо отключить. Если контроллера нет, это надо делать вручную. Если отключить не вовремя, это приведет к закипанию электролита, сокращению срока службы аккумулятора. Так что контроллер нужен.

Контроллеры солнечных батарей бывают трех типов:

На самом деле выбор контроллера солнечных батарей прост: лучший вариант — MPPT, неплохой — PWM. На крайний случай подойдет и ONN/OFF, но его лучше не использовать.

При выборе контроллера надо также обратить внимание чтобы он мог подстраивать параметры системы в зависимости от температуры аккумулятора. Для этого в нем должен быть тепловой датчик. Он может быть встроенный или выносной. Выносные показывают более корректные данные, потому отдавайте предпочтение таким моделям.

Пример расчета системы

Чтобы расчет системы солнечного освещения на улице был понятнее, приведем пример. Надо обеспечить энергией светильники общей мощностью 10 Вт, напряжением 12 В. Самый продолжительный рабочий период — 14 часов, самый низкий уровень инсоляции в году 1.21 kWh/m2/day. Расчет такой:

При подборе оборудования можно даже смотреть на большие номиналы аккумуляторных батарей и большую производительность или площадь СБ. Иногда, как ни парадоксально, более производительное оборудование стоит меньше. А еще, не факт, что через некоторое время вам не захочется добавить нагрузку к системе. Так что запас пригодится.

Цена вопроса

Уличное освещение на солнечных батареях в таком исполнении — затея недешевая. Например, для приведенного примера расчета можно выбрать следующее оборудование:

• Поликристаллическая солнечная батарея 250 Вт, производства Chinaland Solar Energy. Стоимость 15160 рублей.
• Контроллер заряда Tracer MPPT (100 В), 20 А, 12/24 В, производства Beijing Epsolar Technology. 8640 рублей.
• Гелевая аккумуляторная батарея GX12-150, 150 Ач, GEL, производства Delta — 21230 рублей или GX12-200, 200 Ач GEL стоит 26160 рублей.

Итого оборудование обходится в сумму чуть больше 45 тыс. рублей. Но еще нужны будут кронштейны для установки солнечной батареи (2-3 тыс. рублей), герметичные разъемы и специальные провода для СБ (это еще 1-2 тыс рублей). Затея действительно недешевая.

Для полного перевода уличного освещения на солнечную энергию требуется большое количество батарей…

Как можно уменьшить затраты? Приобрести оборудование отечественного производства непосредственно у производителей. Например, батареи можно купить у Зеленоградского Телеком СТВ, инверторы и контроллеры — у МАП «ООО Микро Арт». Еще вместо специальных аккумуляторов покупают автомобильные на 12 В, они имеют не такие характеристики, их надо чаще менять, но стоят значительно дешевле. Даже с учетом того, что их надо менять раз в 2-3 года. При таких условиях затраты уличное освещение на солнечных батареях может стоить в два раза меньше.

Уличное освещение на светильниках/фонарях с солнечными батареями

Если использовать фонари или светильники на солнечных батареях со встроенными аккумуляторами, никакое другое оборудование не требуется. Но система получается недостаточно надежной, чтобы делать, например охранное освещение. Зато такие светильники очень просто устанавливать, не требуется их подключать к источникам питания. Они полностью автономны. То есть, не требуется прокладка кабелей, соединяющих источники света в одну систему, а это — приличная статья расходов и большой объем работ.

Уличное освещение на солнечных батареях — на разные вкусы, разного назначения

Устройство светильников/фонарей на солнечных элементах

Светильник на солнечных батареях имеет практический такое же устройство, как описанная в предыдущем пункте система: есть панель с гелиопреобразователями, небольшая аккумуляторная батарея и мини-контролер. Все это — компактно укомплектовано в корпус.

Батарея, в зависимости от конструкции и мощности лампы, может быть смонтирована на верхней части плафона (как на небольших садовых солнечных светильниках) или вынесена чуть в сторону (так обычно делают на фонарях с мощными лампами, так как нужна значительная мощность заряда).

Рядом с корпусом или внутри него располагается аккумуляторная батарея. Есть они двух типов: более дешевые модели оснащаются никель-кадмиевыми элементами (обозначаются NI-CD), в более дорогих ставят обычно никель-металл-гидридные (обозначение NI-MN). Чтобы лампы светили дольше, лучше приобретать светильники с аккумуляторами второго типа. Но стоят они дороже. Так как обычно сделаны из более дорогих материалов, собраны более качественно.

Внешний вид и материал

Первое, на что придется обратить внимание — на внешнее оформление. Есть очень много разных форм и стилей, так что можно найти солнечный фонарь на любой вкус. Но, по опыту, чем проще форма, тем надежнее он работает. Дело в том, что для нормальной работы корпус светильника должен быть герметичен, чего при сложной форме добиться сложно. Потому уличное освещение на солнечных батареях лучше делать с использованием фонарей лаконичной формы.

Корпус и ножка светильника изготавливаются из металла или пластика. Пластиковые модели — самые дешевые, в большей частью их изготавливают в Китае, причем чаще всего они освещают только сами себя, быстро выходят из строя. Рассчитывать на более-менее длительный срок эксплуатации не стоит.

Фонари на солнечных элементах, сделанные из металла стоят, значительно дороже. Но такое наружное освещение на солнечных батареях более долговечное. Металл может быть — окрашенная сталь, алюминиевый сплав, нержавеющая сталь (блестящая или матовая, черненная). Тут используются более дорогие материалы, более качественные светодиоды и солнечные элементы. Цены, правда, тоже значительно выше.

Как выбрать по техническим параметрам

После того, как определились с внешними параметрами, надо углубляться в технические тонкости. Прежде всего обратите внимание на мощность светильника, тип и емкость аккумуляторной батареи. Нормальные производители указывают количество светодиодов и их общую яркость. Чем больше мощность светильника, тем большую площадь он будет освещать. Но при этом должна быть более мощный аккумулятор — чтобы обеспечить требуемое время работы.

Нормальные светильники могут работать по 8-10 часов (при полном заряде). Но такая продолжительность свечения нужна не всегда — когда ночи короткие, работать уличное освещение может 5-6 часов, а то и меньше. Для того чтобы освещение на работало «вхолостую», в фонари встраиваются датчики освещенности. Довольно полезная опция, так что на нее тоже обращаем внимание.

Условия эксплуатации

Многие фонари и светильники для уличного освещения на солнечных батареях имеют серьезный недостаток: они плохо переносят морозы. Как правило, это фонари дешевого и среднего ценового диапазона. Если их эксплуатировать при температуре ниже +25°C, их срок службы значительно снижается. Еще быстрее они выходят из строя, если работают при минусовых температурах. Так что такие светильники пригодны только для дачи — на время дачного сезона. Учтите, что не все производители об этом предупреждают. Информацию часто приходится запрашивать дополнительно.

Высота фонарей на солнечных батареях может быть разной. Это уже более солидные «морозоустойчивые» модели

Если уличное освещение на солнечных батареях должно работать круглый год, ищите «морозоустойчивые» модели. Они есть, но в более высоком ценовом диапазоне. В них используются морозоустойчивые солнечные элементы и аккумуляторы, выполнены они из стали. Соответственно — стоят дороже.

Основным источником, определяющим естественную освещенность, является Солнце. Спектральный состав солнечного излучения на границе атмосферы принято аппроксимировать излучением черного тела с температурой К. Истинное распределение энергии в спектре солнечного излучения несколько отличается от распределения для черного тела с К: в области 0,4...0,75 мкм Солнце излучает больше энергии, чем черный излучатель при К, в ультрафиолетовой области – меньше, а в инфракрасной области отличия несущественны. Солнце как излучатель представляет собой шар и теоретически излучает расходящийся поток лучей, однако из-за большого удаления Солнца его излучение на земной поверхности практически представляет поток параллельных лучей. Энергетическая освещенность, которую создают солнечные лучи на перпендикулярной к ним плоскости вне земной атмосферы на среднем расстоянии от Земли до Солнца, характеризуется солнечной постоянной .

Освещенность естественных ландшафтов определяется высотой Солнца над горизонтом и влиянием атмосферы. Высота Солнца для района с геодезической широтой и долготой определяется по следующей расчетной формуле:

где – склонение Солнца на дату наблюдения; – разность долгот Солнца и наблюдателя (часовой угол).

Разность долгот (градус) связана с местным временем соотношением , где – время в часах и его долях.

На заданный момент московского времени величина определяется следующими равенствами для зимнего и летнего времени соответственно:

где – уравнение времени (поправка по времени) в долях часа.

Склонение Солнца задается таблично, но с достаточной для моделирования точностью может быть определено аналитически: , где – время в сутках от дневного равноденствия (22 марта) до даты съемки. Значения определяются по номограмме или по таблицам.

Для моделирования реалистичных изображений при естественном освещении необходимо определить также азимут Солнца , для вычисления которого используются , и :

В процедурах синтеза изображений целесообразно использовать единичный вектор , указывающий направление на Солнце. Если использовать правую топоцентрическую систему координат, в которой ось направлена на север, а ось перпендикулярна поверхности Земли и направлена в зенит, то составляющие вектора по осям будут определяться следующими соотношениями:

(1.3.4)

Отметим, что для характеристик положения Солнца наряду с высотой используется зенитное расстояние .

Воздействие атмосферы проявляется в ослаблении прямого солнечною излучения и его рассеивании. В соответствии с этим освещенность земной поверхности определяется двумя световыми потоками: ослабленной прямой радиацией и рассеянной радиацией солнечного излучения , идущей к Земле.

Существенная нестабильность свойств атмосферы, значительное число факторов, обусловливающих ее изменчивость, не позволяют давать точный прогноз освещенности. Обычно используются приближенные модели с ограниченным числом параметров, характеризующих оптические свойства атмосферы. Для расчетов широко используется модель средней стандартной атмосферы. Спектральная освещенность, создаваемая Солнцем у поверхности Земли на площадке, перпендикулярной солнечным лучам, при безоблачном небе и стандартной атмосфере определяется формулой

, (1.3.5)

где - спектральная освещенность, создаваемая солнечным излучением на границе атмосферы; – оптическая толща атмосферы.

Обобщенным параметром практически можно пользоваться в диапазоне , в пределах которого ослабление прямой солнечной радиации обусловлено в основном молекулярным и аэрозольным рассеиванием (рис. 1.3.1).

Рис. 1.3.1. Ослабление прямой солнечной радиации в атмосфере:

1 – солнечное излучение на границе атмосферы; 2 – солнечное излучение у земной поверхности; 3 – аэрозольное рассеивание; 4 – поглощение в атмосфере

Для этого диапазона зависимость от длины волны для стандартной атмосферы описывается эмпирической формулой

где – оптическая толща атмосферы при нм. При вычислениях по (1.3.6) значения подставляются в нанометрах.

При расчетах обычно используется несколько типовых значений . Для среднезамутненной атмосферы составляет 0,3. Слабой замутненности атмосферы соответствует , повышенной замутненности , высокой .

Освещенность, создаваемая прямым излучением Солнца, на произвольно ориентированной площадке определяется углом между единичным вектором направления на солнце и единичным вектором нормали к площадке :

, (1.3.7)

где – скалярное произведение векторов и .

В программе синтеза изображений обязательно должно учитываться условие неотрицательности освещенности

При невыполнении условий (1.3.8) данная сторона площадки не освещена: . Единичный вектор нормали к площадке должен быть направлен от поверхности, освещенность которой вычисляется. Это означает, что принципиально площадка характеризуется двумя единичными векторами нормали и , определяющими две ее стороны. Очевидно, что .

Отметим, что из общей формулы для определения освещенности (1.2.23) непосредственно следует приводимая в литературе формула для освещенности земной поверхности. Для горизонтальной земной поверхности и, следовательно, .

Освещенность, создаваемая рассеянной радиацией, определяется яркостью неба. Важность учета рассеянной радиации обусловлена тем, что она определяет освещенность участков сцены, находящихся в тени.

Яркость произвольной точки небосвода представляет собой функцию четырех основных параметров : высоты Солнца , пропускания атмосферы , зенитного расстояния точки небосвода и угла между направлением на Солнце и в заданную точку небосвода.

Расчет освещенности произвольно ориентированной площадки с учетом истинного распределения яркости небосвода требует выполнения численного интегрирования с использованием таблично заданных функций. Это весьма серьезно усложняет процедуру вычисления освещенности точек картинной плоскости. Процедуру вычислений можно существенно упростить, если яркость всех точек небосвода принять одинаковой и равной некоторой усредненной величине. Среднюю яркость небосвода можно аппроксимировать зависимостью вида

Величина сравнительно слабо зависит от и . В ряде случаев ее полагают постоянной. Более точное приближение можно получить, если полагать . При этом различия в результатах, полученных на основе более точных моделей и изложенной выше, невелики. Максимальные различия достигают 20 % лишь при значительной высоте Солнца ().

Для определения освещенности от небосвода произвольно ориентированной площадки рассмотрим общую схему определения освещенности, создаваемой протяженным источником (рис. 1.3.2).

Рис. 1.3.2. Определение освещенности произвольно ориентированной площадки небосводом

В соответствии с (1.2.16) освещенность от небосвода площадки определяется следующим образом: , где – проекция на освещаемую плоскость , в которой лежит площадка , видимой части небесной сферы. до . За пределами этого диапазона значения практически являются нулевыми.

Хотя переход от энергетической системы к светотехнической не вызывает принципиальных затруднений, однако для систем видимого диапазона удобнее пользоваться расчетными формулами, выражающими освещенность непосредственно в светотехнической системе. Для таких расчетов может быть использовано соотношение, базирующееся на известном в , но дополненное учетом наклона освещаемой площадки:

где – освещенность плоскости, перпендикулярной к лучам Солнца на границе атмосферы в светотехнической системе единиц; – коэффициенты, характеризующие прозрачность и рассеивание в атмосфере.

Для средних параметров стандартной атмосферы ; . В соответствии с (1.2.29) максимальная освещенность горизонтальной площадки на земной поверхности для стандартных условий составляет 106000 лк (при ).

На величину естественной освещенности большое влияние оказывает характер облачности. Наличие облачности вызывает значительное увеличение рассеянного излучения. При разорванной облачности освещенность "на Солнце" оказывается на 10...30 % выше, чем при безоблачной погоде, а освещенность в тени может возрастать до двукратной величины. Это обстоятельство является причиной значительного разброса в экспериментальных данных по освещенности в тени и оправдывает применение в машинной графике относительно простых моделей расчета освещенности, использование поправочных коэффициентов, увеличивающих значение освещенности в тени по сравнению с расчетными при углах Солнца .

Все чаще владельцы загородных домов задумываются о применении бесплатных источников энергии. Сэкономить на электричестве помогает установка светильников на солнечных батареях. При желании можно создать систему освещения всего дома, которая работает от солнечных батарей.

Достоинства автономного солнечного освещения на улице

Перед описанием преимуществ следует отметить, что часто автономное уличное освещение лишь частично зависит от солнечного света, так как некоторые места участка придется освещать стационарно. Это связано с тем, что светильники на солнечных батареях не всегда освещают пространство достаточно ярко.

Светильники, работающие на солнечных батареях, имеют несколько преимуществ:

1. Описываемые устройства для дачи не нужно никуда подключать, они работают автономно. После установки они готовы к работе и не требуют дополнительных работ. Выключение таких устройств происходит автоматически благодаря датчикам.
2. Светильники на солнечных батареях не требуют специального ухода. Иногда необходимо протирать фотоэлементы от пыли и загрязнений.
3. Долговечность. Описываемые устройства могут работать больше 10 лет.
4. Светильники являются безопасными, так как они работают от низкого напряжения.
5. Если светильники приобретаются для дачи, можно найти светильники. Которые можно установить временно, а в зимнее время убрать их в помещение.

Таким образом, светильники для дачи, которые работают на солнечных батареях, могут позволить сэкономить большое количество денег, которое могло быть потрачено на освещение.

Недостатки автономного освещения

К минусам описываемых устройств можно отнести:

1. Уличные светильники на солнечных батареях не дают достаточно яркого света. Именно поэтому их не получится использовать в качестве охранного освещения. Существуют мощные устройства, которые являются достаточно яркими, но они отличаются большой стоимостью, поэтому не все владельцы участков способны их приобрести.
2. Количество часов работы напрямую зависит от погодных условий. Во время пасмурного дня светильники запасают недостаточно энергии, поэтому ее хватает на несколько часов.
3. Надежные мощные светильники имеют большую стоимость. При этом такие устройства работают дольше и создают более яркий световой поток.
4. Солнечные панели могут работать только в определенном диапазоне температур. Такие изделия плохо переносят морозы и высокую температуру в летнее время. Чаще всего они используются в регионах с умеренным климатом.

Несмотря на все описанные минусы, автономное освещение позволяет сэкономить большое количество средств на освещении большого участка.

Светильники на солнечных батареях

Уличные светильники могут отличаться по многим параметрам, но все они состоят из следующих компонентов:

1. Солнечная панель. Данное устройство необходимо для переработки солнечной энергии в электрическую. Панель всегда обращена вверх, чтобы лучше улавливать солнечный свет.
2. Аккумулятор, необходимый для накопления энергии в светлое время суток.
3. Осветительный блок, который состоит из плафона, лампы и корпуса.
4. Контроллер, необходимый для включения и отключения лампы. Это происходит благодаря датчикам освещенности окружающего пространства.
5. Крепление, необходимое для подвешивания светильника или его установки.

Автономное освещение для дома

Освещение для дома создается по принципу гелиостанции. На крыше дома размещаются фотомодули. Дополнительное оборудование обычно располагается в техническом помещении.

Во время работы системы в солнечных батареях происходит выработка электроэнергии, которая затем накапливается в аккумуляторах. После этого она расходуется на осветительные приборы.

В устройстве имеется контроллер заряда, который следит за состоянием аккумулятора. Благодаря этому элементу систему не происходит перезаряд и обратный разряд. В устройстве имеется инвертор, который преобразует постоянный ток в переменный, подающийся в электросеть. При использовании солнечных батарей лампы в доме заменяются на светодиодные.

Если используются светильники на 12 В, то инвертор не требуется. Следует отметить, что освещение на 12 В является более безопасным и не требует использования качественной проводки. Электроснабжение на солнечных батареях можно использовать и для фонарей, которые расположены на участке. Но во время создания системы освещения необходимо учитывать, что энергопотребление всех устройств не должно превышать вырабатываемой мощности.

При отсутствии знаний многим будет сложно организовать качественное освещение. Но если знать несколько основных правил, провести такие работы может даже неопытный человек.

Сначала необходимо составить проект, в котором будет отображено расположение всех светильников. На этапе подготовки также важно определиться с типом солнечных батарей. Благодаря плану можно выбрать наиболее подходящее место для расположения фонарей. Это позволит равномерно распределить светильники.

Если устанавливаются газонные фонари, лучше всего делать это вдоль тротуара или дороги. Такие светильники не только освещают пространство, но и способствуют созданию определенного стиля участка. Но при этом не стоит забывать и о

Если вы желаете создать систему освещения в саду, лучше всего использовать специальные садовые устройства, которые работают автономно, не подключаясь при помощи проводов.

Как выбрать светильник для уличного освещения

При желании купить устройство, работающее благодаря солнечному свету, необходимо подробно рассмотреть технические характеристики светильников. В первую очередь необходимо обратить внимание на мощность. Во время приобретения фонаря важно узнать, на какое расстояние светит прибор. От этого будет зависеть количество покупаемых изделий. Следует отметить, что в случае со светодиодными светильниками мощность мало о чем говорит.

Чтобы понять, насколько ярким будет определенный прибор, следует сравнить мощность изделий с мощностью стандартных ламп накаливания, но перевести этот параметр в Люмы. После этого можно будет понять. Какой мощности светильники вам нужны.

Модели мощностью 1 Вт дают примерно столько же света, как лампы накаливания мощностью 20 Вт. Именно поэтому такие устройства обычно используются для освещения садовых дорожек и подсветки беседки.

Кроме этого, следует обратить внимание на класс защиты и материал, из которого изготовлен корпус. Чтобы уличное освещение работало долго и надежно, необходимо выбирать изделия в корпусе, который защищен от попадания влаги и пыли. Благодаря этому, фонари будут использоваться в течение длительного времени и не потребуют замены компонентов.

Желательно выбирать световые приборы, имеющие класс защиты не менее IP44. Кроме этого, следует обратить внимание на материал корпуса. Чаще всего светильники изготавливаются из ударопрочного пластика и металла.

Виды светильников по способу монтажа

Во время приобретения приборов, работающих благодаря солнечному свету, следует рассмотреть все виды таких изделий по типу монтажа. Это поможет понять, какие приборы удобнее установить на участке и в доме. Устройства, приобретаемые для уличного освещения, разделяются на следующие виды:

1. Изделия, устанавливаемые в грунт. Такие светильники обычно создаются на ножках высотой от 20 см до метра. Для их установки достаточно воткнуть ножку в грунт.
2. Светильники-столбы. Такие модели отличаются большей высотой и требуют более серьезной работы по установке. Для этого необходимо выкапывать лунку и уплотнять грунт после установки. Некоторые изделия предназначены для установки на такие покрытия, как асфальт и плитка.
3. Настенные светильники. Такие устройства могут быть установлены как на стену дома, так и на заборные столбы.
4. Подвесные. Чаще всего закрепляются в беседках и на крыльце. Некоторые владельцы участков развешивают такие приборы на ветвях больших деревьев.
5. Встраиваемые в грунт или другие материалы. Такие светильники позволяют осветить дорожки и лестницы. Свет от подобных приборов не слепит глаза, а уровень освещенности остается достаточно хорошим.
6. Декоративные приборы. Подобные светильники в дневное время выглядят как декоративные элементы сада, а в ночное время излучают свет. Они могут быть размещены в любом месте сада. Но при установке нужно учитывать, что они сильно влияют на оформление сада, поэтому важно установить их в определенных местах.

Учитывая особенности всех описываемых светильников можно правильно подобрать изделия для собственного участка и не только сделать его освещенным в ночное время, но еще и украсить пространство.

Световые ловушки

Желая создать систему солнечного освещения в доме, стоит приобрести ловушки для света - именно так называют изделия, которые состоят из нескольких зеркал и направляют солнечные лучи в наименее освещенные участки комнаты. Правильно установив их в доме, можно значительно увеличить уровень освещенности в дневное время.

15.06.2005

Единственным источником естественного освещения является солнце...

Оно излучает прямой солнечный свет, часть которого рассеивается в атмосфере и создает рассеянное излучение. Таким образом, различают свет, падающий непосредственно от солнца и свет «неба» - солнечного света рассеянного атмосферой.

Естественное освещение меняется в зависимости от времени дня, состояния погоды и времени года. Главная особенность естественного освещения - непостоянство интенсивности и спектрального состава его излучения. Изменение освещенности подвержено влиянию закономерных и случайных факторов.

Закономерные факторы, влияющие на изменчивость естественного освещения - высота солнца над горизонтом и географическая широта. Случайные факторы определяются состоянием атмосферы - ясно, дождь, туман. Случайным дополнительным фактором является отражение света от земли и окружающих предметов.

С восходом солнца увеличивается интенсивность света и его цветовая температура . Примечателен тот факт, что в силу преломления солнечных лучей в атмосфере мы видим восход солнца несколько раньше, а закат - чуть позже, чем это имеет место в действительности. Расчеты показывают: когда мы видим, что нижний край Солнца коснулся горизонта, в действительности оно уже зашло.

Лучи, входящие в состав солнечного света, фиолетовые, синие, голубые и зеленые, преломляются в атмосфере Земли сильнее, чем желтые и красные. Поэтому первые лучи при восходе Солнца - синий и зеленый, так же как и последний луч заходящего солнца.

Из-за рассеивания в атмосфере синий луч не наблюдается. Зеленый луч - редкое зрелище. Его удается увидеть при очень чистом, спокойном и однородном воздухе, когда вплоть до горизонта отсутствуют конвекционные восходящие потоки в атмосфере. Чаще всего зеленый луч наблюдают на берегу спокойного моря.

Таблица 1.2.

Спектральная характеристика естественного освещения
Фазы дневного освещения	Цветовая температура излучения, К
Прямые солнечные лучи при восходе и заходе солнца	2200
Прямой солнечный свет через час после восхода солнца	3500
Прямой солнечный свет ранним утром и в предвечернее время	4000.. .4300
Солнечный свет в полдень летом	5400... 5800
Рассеянный дневной свет в тени летом	7000
Рассеянный дневной свет в пасмурную погоду	7500... 8400
Свет от голубого неба	9500.. .30000

В зависимости от высоты солнца над горизонтом естественное освещение делится на периоды эффективного, нормального и зенитного освещения.

Период эффективного освещения характеризуется малой освещенностью и большим содержанием оранжево-красных лучей в естественном свете. При восходе и закате они равноценны свету ламп накаливания (см. табл. 1.2). Их цветовая температура составляет 3000...3200°К.

Благоприятным для глаз является период нормального освещения. В это время плавно изменяется освещенность и незначительно изменяется спектр естественного освещения.

Период зенитного освещения характеризуется наибольшей разницей освещения горизонтальных и вертикальных поверхностей. Он неприятен для глаз из-за высокого контраста между освещенными участками и освещенностью в тенях. Высокий контраст при зенитном освещении наиболее остро ощущается в южных широтах.

Таблица 1.3.

Освещенность земной поверхности в различные периоды года и часы дня, %
Месяцы	Время суток, час
Июнь
Май - июль
Апрель - август
Март - сентябрь
Февраль - октябрь
Январь - ноябрь
Декабрь
	Данные приведены для средней полосы (широта 55°)

В безоблачную погоду, при отсутствии дымки, колебания освещенности, связанные с влиянием атмосферных факторов, невелики. Относительные средние характеристики естественного освещения в безоблачную погоду в зависимости от времени суток приведены в табл. 1.3.

На характер естественного освещения значительное влияние оказывает состояние атмосферы - густота облаков, их высота и расположение по отношению к солнцу, дымка, туман, дождь, снег. При этом изменяется освещенность объектов, контрастность и спектральная характеристика света.

Например, при наличии кучевой облачности освещенность незатененных объектов, освещенных солнцем, увеличивается на 25%, а освещенность в тени возрастает в два с половиной раза. Контрастность освещения снижается приблизительно в два раза в сравнении с освещением в безоблачную погоду. При сплошной облачности наблюдается значительное уменьшение освещенности и контрастности освещения.

С восхождением солнца постепенно увеличивается не только интенсивность света, но и его цветовая температура. Взвешенные в воздухе частицы меньше рассеивают лучи коротковолновой части спектра - фиолетовых, синих и голубых. Увеличение доли синих лучей приводит к расширению коротковолновой части спектра и, следовательно, к увеличению цветовой температуры дневного освещения.

Цветовая температура - это мера объективного впечатления от цвета данного источника света. По определению, цветовой температурой характеризуются источники света с непрерывным спектром излучения, которые излучают свет от нагретого тела.

Зимнее и летнее время

Человек стремится вставать с рассветом, чтобы максимально использовать световой день. Отсюда берет начало идея летнего и зимнего времени, по которому сейчас живут во многих странах мира. Совмещение времени бодрствования со светлыми часами суток позволяет экономить потребление электроэнергии: весной стрелки часов, идущих по поясному времени, переводят на час вперед, а осенью ставят опять по поясному времени.

На рис. 1.6 показано изменение светлого и темного времени суток в течение года для широты 50° (широта Киева). Границей между светлым и темным временем принято считать начало или конец так называемых гражданских сумерек, то есть времени, когда Солнце опустилось за горизонт на 6°. По вечерам к этому моменту на улицах города следует включать освещение. На графике указано солнечное истинное время.

Среднестатистический человек встает в 7 утра и ложится в 23 часа по местному времени. На графике время бодрствования такого человека отмечено двумя горизонтальными пунктирными линиями. Начиная с марта, он встает после рассвета. Переводя часы вперед, его заставляют вставать раньше (сплошные горизонтальные линии). Это оправдано тем, что он будет вставать в светлое время суток, и расходовать меньше электроэнергии на освещение.

Возвращение на зимнее время в октябре к экономии электроэнергии не приводит. Как оказалось, это делается исключительно для того, чтобы зимой люди не вставали много раньше восхода Солнца. Поэтому переход на зимнее время представляется не оправданным.

Рационально вернуться к декретному времени, отказаться от ежегодного перевода часов и жить при неизменном отсчете, который будет отличаться на один час вперед в сравнении с поясным временем. Такой ритм жизни, с биологической точки зрения, наиболее благоприятен для человека.

В последнее время все большие приходится задумываться об экономии энергоносителей. Цены на свет и газ постоянно растут, приходится думать об использовании бесплатных источников энергии. Владельцам частных домов и дач неплохо поможет сэкономить уличное освещение на солнечных батареях.

Плюсы и минусы

Сада, придомовой территории требует больших затрат — требуется не только установить светильники, но и проложить кабель. Более надежна , а это большой объем земельных работ, плюс солидные затраты на кабель, так как он должен быть в защитной оболочке, а лучше — в броне. Но это не все — в процессе эксплуатации приходится оплачивать солидные счета за электроэнергию — освещение работает ежесуточно, по 6-8 часов. Частично решить проблему может уличное освещение на солнечных батареях.

Достоинства

Почему частично? Потому что наиболее «ответственные» зоны (ворота, парковка, входные двери) придется освещать стационарно — так надежнее. Зато на остальной площади можно поставить светильники на солнечных батареях. Они имеют целый ряд преимуществ.

Недостатки

Как видите, плюсов немало, главный из которых — экономия электроэнергии и очень простой монтаж/демонтаж. Но и минусы есть:

Как видите, вариант не идеальный, но действительно помогает экономить на электричестве, ведь штатное освещение ответственных зон — это далеко не половина расходов на общее освещение двора и сада.

Уличные светильники на солнечных батареях могут иметь различную форму, внешний вид, способ установки, но все они состоят из определенного набора элементов:

Как вы поняли, принцип работы такой: в светлое время суток солнечные лучи улавливаются солнечной панелью, где превращаются в электрическую энергию и передается а аккумулятор. При наступлении сумерек (освещенность 20 Лк) контроллер включает подачу электроэнергии, светодиодная лампа загорается. Утром на рассвете (при освещенности 10 Лк) освещение отключается.

Выбор светильников для уличного освещения на солнечных батареях

В торговой сети есть светодиодные уличные светильники с очень большим разбросом цен — от ста рублей до десятков тысяч. Порой есть модели, которые выглядят почти одинаково, но очень отличаются по цене. Как это понимать и как выбрать осветительные приборы для уличного освещения на солнечных батареях? Все просто — надо смотреть технические характеристики. Именно в них вся разница.

Мощность

При устройстве освещения необходимо учитывать, сколько света может давать светильник. От этого зависит количество светильников и расстояние, на котором их необходимо устанавливать друг от друга. В технических характеристиках обычно указывается мощность в ваттах, а в случае со светодиодными светильниками она мало о чем говорит.

Чтобы понять уровень освещенности, можно сравнить с аналогом обычной лампы накаливания — их мощность нам более-менее понятна, а также можно перевести этот показатель в Люмы (Лм) — единицы измерения освещенности. Так реально можно оценить насколько эффективной будет именно этот светильник.

Как понимаете, модели с мощностью 1 Вт дают не так уж и много света — примерно как 20 Вт лампа накаливания, потому использовать их можно только для подсветки или маркировки участка — обозначения дорожек, подсветки беседок и т.д.

Класс защиты и материал корпуса

Чтобы уличное освещение на солнечных батареях работало долго и надежно, необходимо чтобы корпус и световой блок (плафон) имели защиту от попадания пыли и влаги. Желательно чтобы класс защиты был не ниже IP44 (больше цифры — это хорошо, меньше — плохо).

Также стоит обратить внимание на материал из которого изготовлены светильники. Обычно это специальный ударопрочный пластик или металл. Если «металл» — отличный от нержавеющей стали или алюминия, предпочтение лучше отдать пластикам. Они точно не ржавеют и длительное время сохраняют хороший внешний вид.

Вид и способ монтажа

По способу монтажа светодиодные уличные светильники делят на несколько групп:

• Установка в грунт. Это группа светильников на ножках разной высоты — от 20-30 см до метра и выше. Их установка чрезвычайно проста — они просто втыкаются в грунт в нужном месте.

  

  Самая обширная группа — светильники просто втыкаются в грунт

• Светильники-столбы. Как правило, это более высокие модели с высотой ножки от 1,5 метров и выше. Они тоже могут устанавливаться грунт, но требуют уже более серьезных мер по установке — имеют большую высоту и вес. Придется делать лунку, вставлять в нее столб, засыпать грунтом и уплотнять его. Есть модели для установки на твердое покрытие — плитки, асфальта и т.д.

  

• Настенные светильники на солнечных батареях. Есть в разных стилях — от классического «фонарного» дизайна, до моделей в современном стиле. Монтироваться могут на стену, забор, заборные столбы.

  

• Подвесные. Вариантов тоже немало — есть модели, которые можно крепить к потолку, балке и т.п., а есть которые можно развесить на ветках.

  

• Встраиваемые в грунт, дорожки, лестницы. Очень практичные модели, которые позволяют осветить даже лестницы, причем подсвечивают не сверху, как обычно, а на уровне ступеней. Интересное и практичное решение — при таком варианте свет не слепит глаза, а освещенность остается хорошей.

  

  Подсветка лестниц — удобно, экономно и красиво

• Декоративные. Выполнены в виде различных фигурок. В дневное время они выглядят как обычный декор, в ночное дополнительно еще излучают свет. Монтажа в данном случае нет — просто ставят светильник в предназначенное для него место.

  

Выбор уличных светильников на солнечных батареях для уличного освещения действительно велик. По стилю, размерам, цене ассортимент большой, так что можно выбрать.

Автономное уличное освещение на солнечных батареях

При массе плюсов уличное освещение при помощи отдельных светильников на солнечных батареях имеет существенный недостаток: запас энергии в аккумуляторах мизерный. После пасмурного дня его хватает всего на несколько часов. В ясный солнечный день «лишняя» энергия пропадает, так как емкость аккумулятора ограничена и он не в состоянии принять больше. Проблему можно решить, если поставить мощную солнечную батарею, подключить к ней аккумулятор и светильники. В этом случае использовать можно любые светодиодные светильники, которые могут работать от 12 В.

Плюс такого решения — имеется некоторый запас энергии (зависит от емкости аккумулятора), что гарантирует работу даже после пасмурного дня. Недостатки — высокая цена и необходимость прокладки кабелей, так как все требуется объединить в единую систему.

Уличное освещение на солнечных батареях: фото-идеи

В этом разделе собраны интересные на наш взгляд идеи подсветки участка и светильники, работающие от солнечных батарей.