Каковы последние достижения в области солнечных элементов для работы при слабом освещении в светильниках садовых одуванчиков?

Почему солнечные элементы для работы при слабом освещении так важны для садовых светильников-одуванчиков

Садовым светильникам для одуванчиков приходится работать в довольно сложных климатических условиях, что требует специальных решений на основе солнечной энергии. Большинство из них устанавливаются в местах, где и так мало солнца — например, под деревьями или в тенистых уголках сада, особенно на севере, где дневного света не хватает. Обычные кремниевые солнечные элементы плохо работают в таких условиях. Когда идет пасмурная погода или свет рассеянный, стандартные солнечные панели снижают свою эффективность примерно вдвое, а иногда и больше. А если аккумуляторы не могут полностью зарядиться, у пользователей возникает проблема: светильники гаснут слишком рано в длинные зимние ночи или во время пасмурной весенней погоды.

Одуванчики со своими круглыми формами на самом деле делают сбор энергии довольно сложным. Из-за изгибов создаются тени на самих себе, поэтому они получают на 30% меньше света по сравнению с обычными плоскими панелями. Если не используются специальные солнечные элементы, предназначенные для слабого освещения, такие красивые изгибы превращаются в проблему, а не в преимущество. При разработке следующего поколения садовых фонарей производителям необходимо сосредоточиться на эффективной работе при рассеянном свете ниже 100 люкс — именно такая ситуация возникает, когда деревья перекрывают большую часть дневного света или во время вечерних сумерек. Некоторые современные солнечные элементы способны сохранять эффективность на уровне 12–15%, даже в условиях слабого освещения, тогда как обычные кремниевые элементы практически теряют работоспособность, опускаясь до 5–7%. Это означает, что фонари могут надежно работать всю ночь напролёт, превращаясь из просто красивого украшения весеннего сезона в практичное решение, которым можно пользоваться круглый год в разных частях участка.

Инновации на основе перовскитов и квантовых точек, повышающие эффективность в условиях слабого освещения

Перовскиты с настраиваемой шириной запрещённой зоны для оптимальной производительности при рассеянном свете и условиях менее 100 люкс

То, почему перовскитные солнечные элементы так хорошо работают при слабом освещении, связано с возможностью регулировки ширины их запрещённой зоны. Когда производители изменяют химический состав этих материалов, они становятся более эффективными в генерации электрических зарядов даже при рассеянном, а не прямом солнечном свете — например, ранним утром, поздним вечером или в пасмурные дни. Испытания показывают, что перовскиты могут поглощать на 35–40 % больше световых частиц по сравнению с обычными кремниевыми панелями при уровне освещённости ниже 100 люкс, что делает их идеальными для садовых фонарей, которым необходимо стабильно работать даже при частичном затенении или в зимние месяцы. Отличительной чертой этих элементов по сравнению с традиционными солнечными технологиями является способность продолжать выработку энергии стабильно, даже когда уровень освещённости быстро меняется — как это происходит во дворах, где деревья отбрасывают движущиеся тени, а облака то появляются, то исчезают в течение дня.

Квантовые точки, чувствительные к ближнему ИК-диапазону, расширяющие спектр поглощения в затенённых условиях, фильтруемых листвой

Технология квантовых точек открывает новые возможности для сбора света, поскольку способна улавливать ближние инфракрасные длины волн, которые действительно проходят сквозь листья и остаются в достаточном количестве даже в условиях сильной тени. Когда эти специальные квантовые точки интегрированы в световые панели формы одуванчика, они преобразуют остаточное тепловое излучение в электрическую энергию, что позволяет освещению работать примерно на 2 часа и 18 минут дольше — согласно последним испытаниям на местности. Это существенно увеличивает срок работы садовых светильников, установленных под большими деревьями или перголами, где обычные солнечные панели прекращают работу уже примерно через четыре часа после захода солнца. Настоящее чудо заключается в том, что эти микроскопические частицы используют свет, который мы не можем видеть, обеспечивая стабильную зарядку даже при повсеместном затенении.

Работа в реальных условиях: увеличение времени автономной работы и подтверждение на практике

Испытания в Скандинавии и на Тихоокеанском Северо-Западе: на 42 % дольше еженощного освещения по сравнению со светильниками на основе кремния

Исследования, проведённые в странах Северной Европы и на северо-западе Тихого океана, где в среднем бывает всего около 3,5 часа пиковой солнечной инсоляции в день, показывают, как эти новые солнечные элементы, чувствительные к слабому освещению, работают в реальных условиях за пределами лаборатории. При испытаниях в течение двенадцати месяцев подряд, маленькие светильники-одуванчики, оснащённые панелями из перовскитных материалов и квантовых точек, проработали почти в полтора раза дольше, чем обычные версии с кремниевыми панелями. Это означает, что они способны светить всю ночь напролёт даже в тёмные зимние дни, когда естественный свет в течение большей части суток едва достигает 100 люкс. Почему так происходит? Дело в том, что усовершенствованные панели улавливают более широкий спектр доступного света, поэтому они лучше работают в пасмурную погоду и даже используют отражённый свет от поверхностей. Мы также провели испытания на побережье Орегона, и после целого года эксплуатации в условиях солёного воздуха и влажной погоды панели по-прежнему вырабатывали столько же энергии, сколько и при первоначальной установке.

От лабораторного КПД (23,7%) до урожая в саду: как стабилизированный выход при слабом освещении обеспечивает надежность работы от света одуванчика

Результаты лабораторных испытаний показали, что перовскитовые элементы достигают эффективности преобразования энергии около 23,7 % при тестировании в стабильных условиях слабого освещения. Однако для повседневного использования важнее всего, насколько хорошо они поддерживают стабильное напряжение при изменении солнечного света в течение дня. Светильники Dandelion решают эту проблему благодаря интеллектуальной системе управления питанием, которая предотвращает мерцание светодиодов при появлении облаков — проблему, с которой большинство дешёвых солнечных фонарей справиться не могут. Мы также собрали данные полевых испытаний, которые демонстрируют весьма впечатляющие результаты — яркость остаётся стабильной примерно на уровне 94 % в течение разных сезонов. Различие в производительности между летом и зимой составляет всего около 5 %, что совсем неплохо с учётом погодных колебаний. На практике это означает, что люди получают надёжное освещение, даже когда идут под деревьями или сталкиваются с утренним туманом, не needing постоянно что-либо регулировать. Способность превращать отличные лабораторные показатели в стабильную работу из ночи в ночь делает эти фонари идеальными для садов и дорожек, где людям нужно хорошее освещение без необходимости постоянного обслуживания.

Синергия дизайна: как геометрия одуванчика улучшает сбор света в условиях слабого освещения

угол захвата света 360° и самоочищающаяся структура поверхности обеспечивают повышение эффективного поглощения излучения

Солнечные фонари, созданные по образу одуванчиков, сочетают мудрость природы с передовыми солнечными технологиями, чтобы улавливать каждый доступный луч света, даже в неидеальных условиях. Их округлая форма позволяет им принимать солнечный свет с любого направления, что особенно важно в садах, где деревья большую часть дня блокируют прямые солнечные лучи. Некоторые недавние исследования показывают, что такие круглые конструкции поглощают примерно на 37 % больше рассеянного света по сравнению с обычными плоскими панелями, что делает их более эффективными и в ночное время. Другой умной особенностью является специальное покрытие, которое предотвращает попадание грязи и воды на поверхность. Без такой защиты садовые установки теряют от 12 до 18 % эффективности каждый месяц просто из-за накопления загрязнений. Вся система остаётся чистой без необходимости протирания, а также за счёт изгиба снижаются потери от отражения и рассеянный свет направляется прямо к солнечным элементам, расположенным ниже. Все эти особенности означают, что такие фонари демонстрируют удивительно высокую производительность даже в тени, при высокой влажности или загрязнённом воздухе. Это доказывает, что привлекательный внешний вид не должен достигаться ценой реальной эффективности завтрашних солнечных решений.

Часто задаваемые вопросы

Что такое солнечные элементы для условий слабого освещения?

Солнечные элементы для условий слабого освещения предназначены для эффективной работы в условиях минимального или рассеянного солнечного света, например, под деревьями, в пасмурную погоду или в затенённых местах.

Почему перовскитные солнечные элементы лучше подходят для условий слабого освещения?

Перовскитные солнечные элементы обладают регулируемыми свойствами ширины запрещённой зоны, что позволяет им эффективно генерировать электрический заряд даже при рассеянном или косвенном солнечном свете, что идеально подходит для условий слабого освещения.

Как квантовые точки помогают в сборе солнечного света?

Квантовые точки могут поглощать ближний инфракрасный спектр, который проникает сквозь листья, позволяя им улавливать свет даже в тени и преобразовывать его в пригодную для использования энергию.

Почему садовые фонари в форме одуванчика эффективны?

Круглая форма фонарей в виде одуванчика обеспечивает угол захвата света 360° и снижает затенение, повышая их способность эффективно собирать рассеянный свет.

Как работают эти солнечные элементы в реальных условиях?

Исследования показывают, что солнечные элементы с низким уровнем освещения, установленные в светильниках-одуванчиках, обеспечивают на 42% более длительное ночное освещение по сравнению с традиционными кремниевыми светильниками, даже в сложных условиях, таких как страны Скандинавии и Тихоокеанский Северо-Запад.

Что означает аббревиатура PCE и в чём её важность?

PCE означает эффективность преобразования мощности — ключевой показатель того, насколько эффективно солнечный элемент преобразует солнечный свет в электрическую энергию, особенно при изменяющихся условиях освещённости.