Что такое световой туннель
Световой тоннель или колодец — это сравнительно простая и очень надежная конструкция, с помощью которой можно осветить солнечным светом даже те помещения, где нельзя сделать обычное или мансардное окно. Работает световой туннель по принципу многократного переотражения солнечных лучей, поэтому свет в кладовке или коридоре будет самый что ни на есть естественный. Даже если между комнатой и крышей несколько метров подкровельного пространства.
Чаще всего световые тоннели делают в помещениях мансарды. На этом этаже традиционно проблемы с окнами, при этом в большинстве случаев нужную комнату от кровли отделяет только гипсокартонный потолок и немного пустого пространства.
Световые тоннели в гардеробной и прихожей дома
Второй по популярности объект освещения — подвальные и полуподвальные помещения. Обычно естественный свет в них попадает через узкие окна под потолком, которые расположены в приямках. Но, во-первых, этого освещения не всегда хватает. А во-вторых, отвод воды из приямков, чтобы она не подтапливала цокольный этаж, — отдельная задача, эффективно решить которую может только дренажная система с высокой пропускной способностью. Но она может забиться, да и делают такую систему редко из-за трудоемкости и немалой цены. Со световыми тоннелями таких проблем нет. Кроме того, они еще и безопаснее — мало кто способен пролезть через трубу диаметром 25-35 мм.
История возникновения световодного освещения
Освещение дома при помощи световодов
Первые попытки создать световод для освещения помещений проводились еще в 1874 году. Российский электротехник Чиколев Владимир изготовил трубу с зеркальной поверхностью внутри, с помощью которой проводил освещение в опасные производственные комнаты порохового завода.
Современный способ появился на рынке относительно недавно. Первые устройства, проводящие дневной свет, появились в 2005 году. Приборы прошли несколько стадий усовершенствования. Окончательный вариант был представлен потребителям в 2011 году.
Световод – это механизм закрытого типа для направленной передачи дневного света. Другое название – оптический волновод. Устройства спроектированы таким образом, что могут иметь любую кривую направленность, но при этом доставляют максимум освещения. Позволяют сэкономить на электричестве и стандартных лампочках.
Сферы применения прожекторов слежения
- Оформление мест массовых мероприятий.
Любая современная сцена или площадка, где происходит выступление, не может обойтись без световых пушек.
Будучи расположенными в соответствующих местах сцены (и даже вне ее), они в определенный момент выделят из общего состава исполнителей того, кто по замыслу режиссера в настоящий момент должен находиться в центре внимания.
Это особенно актуально в условиях ночного клуба, о чем можно прочесть здесь. Используется световая пушка для зеркального шара, создавая тем самым потрясающие светоэффекты.
- Часть системы охраны объекта.
Никого нельзя удивить камерами слежения. Они способны работать в самых разных условиях. В качестве дополнения к ним все большее применение находят световые пушки. Световые пушки дублируют действия обычных стационарных прожекторов, дополняя их способностью сопровождать объект передвижения на всем пути следования.
- Элемент домашнего интерьера.
Прожекторы слежения играют роль вашего гида по собственным апартаментам, включаясь в нужное и выключаясь в ненужное время.
- Освещение лестничных клеток.
Этот способ экономии на общих коммунальных услугах – не последний. Многие коммунальные хозяйства находят выгоду в использовании световых пушек ради экономии общего числа потребляемой энергии. О правилах освещения ЖКХ читайте тут.
Определившись с вопросом «зачем?», переходите к вопросу «для чего?». По своему функциональному назначению световые пушки примерно одинаковы. Различия есть только в особенностях их применения.
Назначение и главные факторы
Это любое место для презентаций, выступлений или состязаний.
Здесь необходимы светодиодные пушки направленного действия с функциями: смены света (colorchanger), объемно-проекционной (создает элемент постороннего присутствия на сцене), проекционный (просто передает изображение на любую плоскость).
Внутри этого сегмента пушки делятся на т.н. «интеллектуальные» или «неинтеллектуальные». Деление происходит в зависимости от их возможности быть управляемыми извне.
При оформлении сцены вам совершенно не понадобятся функции слежения за объектом и автоматического включения. О правилах сценического освещения читайте в этой статье.
Заключая договор купли или аренды соответствующего оборудования обратите внимание на отсутствие этих функций в характеристиках прожектора или требуйте его замены на отвечающий вашим требованиям.
- Офис (территория вокруг).
Применим прожектор заливающего света. Служит для обеспечения визуального контакта с освещенным местом. Адаптирован в электронную систему безопасности объекта и служит для удобства внешнего патрулирования.
В случае применения световой пушки по данному назначению необходимо оснастить ее датчиками движения.
Прожектор слежения выполняет работу регулировщика световой нагрузки. Он способен обеспечить максимальный обзор при входе в дом или подъезд.
В комплекте с установкой нужен встроенный датчик движения. Использование световой пушки по назначению в данном случае не подразумевает никаких дополнительных ассимиляций в ее конструкцию.
Не нужны ни датчики слежения, ни тепловизоры и т.п.
Принцип работы светового туннеля
Принцип работы светового фонаря туннельного типа очень простой: внешний элемент собирает солнечные лучи и по отражающим внутренним поверхностям туннельной трубы передает их на внутренний элемент, который и рассеивает в комнате лучи света. Внутренняя поверхность труб покрыта слоем алюминия и дополнительно состоит из 400 слоев специальной отражающей пленки (отражающая способность – 99,7%). Такая поверхность способна собирать огромное количество лучей не только в пасмурную погоду, но и даже ночью от излучения Луны и городского освещения.При прокладке фонаря следует помнить, что чем длиннее туннельная труба и чем больше изгибов, тем больше светопотерь:
- на каждом изгибе потери составляют 10…40%;
- на каждом метре трубы потери составляют 20…40%.
Для получения максимального эффекта освещения с помощью туннельного фонаря необходимо устанавливать туннельную трубу следующей длины:
- жёсткая труба в пределах 0,9…6,0 м;
- гофрированная труба 0,4…2,0 м (гофрированную трубу невозможно удлинить).
Метод бокового свечения
Система представляет собой светоприемный купол с линзами, которые улавливают и перенаправляют лучи в световод
Подобный способ не требует сложных технических схем, установка занимает немного времени, можно обойтись своими силами без привлечения профессиональных монтажников. Отличие – установка проектора вне помещения, наличие светодиодных волокон.
Рядом с установкой не должны располагаться источники тепла. Диффузор устанавливают с боковых стен. Подобное расположение позволяет осветить комнату так, чтобы не потребовалось дополнительных источников в течение дня. Это актуально для помещений без окон (гардеробные, ванны, кладовки, подвал). Световоды для светодиодов можно изготовить своими руками.
Метод торцевого свечения
Такой способ позволяет создать эффект «звездного неба». Небольшие устройства устанавливаются под потолком, по типу точечных светильников. Солнечное оптоволоконное освещение получается естественным и плавным. Дополнительный плюс – получается необычный дизайн.
Туннели со светодиодными кабелями проводят сквозь покрытия и могут быть как одиночными, так и «расползающимися». Последние требуют точных расчетов, стоимость получается выше стандартных.
Конструкция световых тоннелей
Любой световой туннель состоит из трех частей:
- Внешнего окна.
- Светоотражающей шахты.
- Рассеивателя.
Внешний блок
Внешнее окно состоит из пластиковой рамы со стеклом и гидроизолирующего оклада, который обычно изготавливают из износостойкого полиуретана или алюминия.
Для скатных кровель окно — это небольшой купол или плоское закаленное стекло, причем его рама практически не поднимается над уровнем кровельного материала. Это нужно, чтобы внешний блок либо вообще не задерживал снег, либо создавал минимум препятствий, мешающих его сходу с кровли. Световой тоннель для плоских кровель снаружи закрывают куполом из акрилового или поликарбонатного стекла. Поверхность у такого стекла гладкая и скользкая, поэтому купол самоочищается от пыли и грязи дождем, и к нему не прилипает даже мокрый снег.
Схема конструкции светового тоннеля
Световые тоннели на кровлю, покрытую черепицей, металлочерепицей, еврошифером, профнастилом или другим подобным материалом, снабжают полиуретановым окладом. При монтаже он принимает форму поверхности, на которой лежит, и хорошо прилипает к ней, обеспечивая герметичное соединение. Алюминиевый оклад используют, когда нужно сделать световой тоннель в крыше без уклона. В этом случае внешний блок герметизируют нахлестом на него рулонного покрытия самой кровли. За счет стойкости алюминия к коррозии такая конструкция прослужит не один десяток лет.
Светоотражающая шахта
Светоотражающая шахта или световод — это либо жесткая труба из алюминия, либо гофрированный рукав, на внутреннюю поверхность которого нанесен зеркальный состав на основе серебра.
Жесткая труба эффективнее — она отражает в комнату 98% солнечного света. Стандартная длина трубы 1,7-2 м, но ее можно нарастить до 6-12 м с помощью дополнительных сегментов и колен. При этом важно, чтобы у трубы было как можно меньше изгибов, поскольку каждый поворот — это потери в освещенности.
Гибкие трубы передают намного меньше света, но они незаменимы, если на пути тоннеля есть препятствия. Например, печная труба или воздуховод. Из-за низкой эффективности, гибкие тоннели обычно небольшой длины — 1-2 метра, поэтому для дальних комнат в недрах дома они не подходят.
Внутренний блок
Световой тоннель заканчивается внутри помещения светорассеивающим плафоном с оправой. Рассеиватель устанавливают в потолке, и обычно он выглядит как плоский или скругленный плафон потолочного светильника. Для упрощения обслуживания и большей эстетичности плафон снабжают матовой оправой, которая закрывает края отверстия. При этом стекло крепится к оправе на защелках или резьбе, поэтому его можно легко снять и помыть.
Световой туннель — это стильно: оригинальные плафоны Velux Lovegrove в интерьере
В отличие от обычных ламп, плафон светового тоннеля дает мягкий живой свет с практически идеальным рассеиванием. Производители выпускают не только стандартные рассеиватели, но и плафоны разных цветов и форм, специальные затемняющие шторки, стекла с неравномерным затемнением, которые позволяют получить эффект прожектора или «нимба». С практической точки зрения все эти изыски особого значения не имеют, но для дизайнерских интерьеров подобные игры со светом могут быть очень кстати.
Технология устройства светодиодных ламп
Несмотря на преимущества светодиодных ламп, у них есть один недостаток – высокая цена. Самодельный светодиодный светильник является выходом из положения. Это достаточно простой и не затратный процесс, даже если светильник из светодиодной ленты.
Рассмотрим его на примере обычного изделия для бытового использования. При устройстве простейшего светильника необходимы следующие материалы и детали: светодиоды-3, драйвер -1, радиатор и двухсторонний скотч. Светодиоды рекомендуется брать более мощные, так как при работе с ними трудоемкость будет намного ниже, предпочтительными считаются выводные. Рекомендуемая мощность – не более 1 Вт. Следующий этап – выбор драйвера. Правильный выбор обеспечит светодиоды нужным напряжением и долгим сроком службы. В целях обеспечения длительной работы светильника требуется определиться с материалом для радиатора. Его, желательно, изготавливать из алюминия.
Приступаем к работе:
- Сначала отрезается полоска скотча 6-7 мм;
- Обезжириваются донышки светодиодов и радиатор. Для этих целей рекомендуется пользоваться ацетоном, чтобы линза светодиода не потеряла яркость;
- Радиатор размечается путем наклейки скотча;
- Светодиоды устанавливаются на скотч и для лучшего контакта слегка прижимаются;
- На выводы светодиодов наносится олово и припаивается драйвер;
- При применении светодиодной ленты защитная пленка удаляется, и липкая сторона прикладывается на место установки.
После окончания сборки светильника, его оставляют включенным на 2-3 часа. По истечении этого срока определяется уровень нагрева радиатора – если он нагревается, значит светильник работает. При устройстве сложных и более мощных моделей потребуются другие материалы и детали, но принцип устройства такой же. Созданный светильник можно оформить в разных стилях, смотря для каких целей он будет использоваться.
Применение световодов при освещении частного дома
Использование светового фонаря для освещения коридора
Загородные дома часто оснащают независимыми источниками питания, освещения. Световые тоннели подходят для использования в разных комнатах и помещениях, позволяют экономить денежные средства, поэтому с каждым годом становятся популярнее.
Освещение кухни
Кухня является местом, где готовят еду и собирается семья. Некоторые проводят здесь большую часть времени. Обычно центральным источником света становится потолочная лампа или люстра. Назвать подобный источник идеальным нельзя – отсутствует равномерность освещения, мерцающий искусственный свет вредит глазам.
Световоды создают рассеянный естественный свет, который не раздражает глаза и более привычен глазу. Можно установить один тоннель или несколько маленьких по потолку.
Освещение ванной комнаты
Главное отличие светильников в ванной – требования к безопасности. Высокая влажность создает условия, в которых можно использовать не любой источник. В световодах не используется электричество, нет нагревательных или других элементов. Поэтому туннели считаются наиболее подходящими осветительными устройствами.
Оптимальный вариант – проведение нескольких световых фонарей. Яркое освещение требуется у зеркала, где проводятся многие процедуры: нанесение макияжа, бритье и другие.
Освещение комнаты
Если в комнате отсутствует окно, грамотно подобрать светильники практически невозможно. Ни одна лампа не заменит естественный дневной свет. Решением станут световые туннели. Несколько фонарей позволят в достаточной степени осветить комнату, при этом не перенагружая глаза.
Освещение гостиной
Это помещение считается самым многофункциональным в доме. Хорошее освещение крайне необходимо. Общие источники важны не менее локальных. Если нет возможности прорубить большие окна, можно воспользоваться световодами. Правильный диапазон волн привычного глазу освещения поможет создать уютную атмосферу и сэкономить.
Из чего состоят световые фонари
Строение светового фонаря
Световоды работают по такому принципу: свет аккумулируется в верхней сферической части, затем по отражающим поверхностям подается внутрь. Потери составляют от 10 до 40% на каждом метре трубы, до 40% на изгибах. Классический вариант светового туннеля состоит из таких частей:
- купол (круглое стекло, устанавливается со стороны крыши);
- кровельная часть;
- отражающая труба (непосредственно световод);
- рассеиватель;
- дополнительные детали – угловые адаптеры, лампы для ночного освещения, другое.
Внешние части фонарей выполняют из прочных материалов – поликарбонат, оргстекло. Очистки не требует – достаточно дождя. Сбор световых волн больше всего в пасмурную погоду, вечером и утром.
Преимущества применения световых туннельных фонарей
- Простота установки и небольшой объем работ по монтажу.
- Экономия электроэнергии, которая расходуется на дополнительное освещение помещения (до 60% на освещение помещений дома).
- Возможность обеспечения дневным освещением помещения без окон.
- Высокая долговечность (гарантия производителя 5 лет).
- Световые окна фонаря не пропускают тепло в помещение летом и холод зимой.
- Не потребляет электроэнергии в ходе эксплуатации (при прямом назначении, без дополнительных функций),
- Простота в обслуживании.
- Возможность регуляции освещения.
- С помощью фирменных аксессуаров доукомплектации световой туннель может иметь функцию проветривания, а также использоваться в качестве светильника в ночное время.
Недостатки применения световых туннелей
- Не очень высокая эффективность в районах с коротким световым днем.
- В зимних условия возможна вероятность покрытия снежным покровом, что на время приводит к прекращению подачи световых лучей в помещение.
На фото 8 представлены примеры световых туннелей, которые успешно эксплуатируются.
Фото 8. Примеры использования световых туннелей
- В комнате перед баней устанавливается проектор. Место, где он монтируется, должно быть рядом с парилкой (иметь общую стену). Если проектор устанавливается в одном помещении, то должен находиться на расстоянии от источника тепла.
- Если есть желание, то на устройство можно установить дополнительные аксессуары, например, цветовые диски.
- Согласно схеме, пометить места, где будет размещаться оптоволокно.
- Устанавливаем оптоволоконное освещение.
- Если есть желание, то можно установить цветовые насадки (линзы или кристаллы). Подключение этого эффекта может быть как автоматическим, так и в ручном режиме.
Как изготовить рассеиватель для светодиодов своими руками
-Для его изготовления нам понадобится ювелирная эпоксидная смола ПЭО-510КЭ-20/0, так как она имеет кристальную чистоту и со временем не желтеет.
-В качестве рассеивающего элемента, нам понадобится порошок Диффузант ДФ-151. Он отлично растворяется в эпоксидной смоле, придавая тот самый молочный оттенок и нереально качественные рассеивающие свойства при застывании.
Подготовка к монтажу
При выполнении любых работ на кровле подготовка крайне важна — спуститься за забытым инструментом с высоты намного сложнее, чем сходить за ним, стоя на земле. И первое, что нужно сделать во время этой подготовки, — обеспечить безопасность.
Чтобы уберечь себя от падения, надежно зафиксируйте страховочный трос на прочном элементе конструкции крыши. Это могут быть специальные элементы безопасности кровли, если световой тоннель встраивается в уже готовую крышу, или коньковая балка, если кровельное покрытие еще не уложено на скаты. Важно, чтобы при падении крепежная петля не сместилась вслед за вами, а конструкция, за которую вы зацепились, выдержала ваш вес. При этом обвязка страховочным тросом — это первое, что необходимо сделать после подъема на кровлю.
Их чего состоит страховочный комплект для кровельщика
Для монтажа тоннеля дневного света понадобятся материалы:
- деревянный брус 75х75 мм и более;
- саморезы для крепления бруса;
- армированный скотч для заклеивания пароизоляционной и гидроизоляционной пленки;
- сам туннель с окладом;
- утеплитель для тоннеля;
- новое кровельное покрытие и крепеж к нему, если старое в месте установки тоннеля нельзя снять без повреждения.
Из инструментов будут нужны: ножницы по металлу для металлочерепицы и профнастила или болгарка для других кровельных материалов, шуруповерт, строительный уровень, линейка, маркер, канцелярский нож, электролобзик, строительный степлер, переноска. Весь инструмент также нужно привязать шнуром, чтобы случайно не упал во время работ.
При установке тоннеля дневного света учитывайте, что световод должен изгибаться и поворачивать как можно реже. Идеально, если после поворота со ската он будет идти в помещение вертикально. Поэтому перед монтажом по планам дома определите оптимальную траекторию тоннеля, затем нарисуйте ее и рассчитайте точку входа для световода.
Материалы для изготовления рассеивателя
Современный ассортимент готовых оптических материалов дает возможность любому желающему изготовить своими руками рассеиватель для светодиодной ленты. Среди наиболее подходящих вариантов выделяются:
- Акрил и оргстекло.
- Полистирол.
- Поликарбонат.
Рассмотрим их основные характеристики и особенности применения.
Акрил и оргстекло
Такие виды пластика, как акрил и оргстекло, характеризуются одинаковыми светорассеивающими способностями с традиционным стеклом (пропускают около 90% излучения). При этом они характеризуются максимальными антивандальными показателями и не трескаются от постоянной смены климатических условий, резкой смены температуры от плюс до минус шестидесяти и механических воздействий.
- Небольшой вес.
- Возможность обработки.
- Стойкость к УФ-излучению.
- Водонепроницаемость.
- Не токсичность.
- Не подверженность процессам старения.
Интересно! Среди недостатков выделяется горючесть при прямом контакте с огнем и малое сопротивление при больших ударных нагрузках.
Полистирол
Один из термопластичных полимеров – отличается высокой, большей чем у стандартного стекла светопропускающей способностью (около 98%). Полистирол универсален и хорошо обрабатывается, устойчив к термическим изменениям и точечным сильным ударам.
Главными его преимуществами являются низкая стоимость и существенное цветовое разнообразие – от полностью прозрачного до насыщенного яркого оттенка. Однако в целом пластина такого материала достаточно хрупка и может воспламеняться при открытом воздействии огня.
Поликарбонат
Характерными свойствами поликарбоната являются прочность, малый вес и хорошая светопропускная способность. На практике рассеивателю для светодиодных лент из такого материала не страшны контакты с открытым огнем, обвал шквального ветра, ливневый дождь, град и удары вандалов. При этом по структуре он различается на два подвида:
- Ячеистый.
- Монолитный.
Первый отличается небольшим весом, второй максимальной прочностью и стойкостью к внешним воздействиям. При этом поликарбонат дороже всех вышерассмотренных материалов.
Рекомендация! При выборе материала для изготовления рассеивателя для светодиодных лент нужно учитывать условия применения. Так для домашнего использования лучше подойдут акрил и полистирол, а для улицы и общественных мест – поликарбонат.
Монтаж внешнего блока светового тоннеля
В первую очередь, точно отмерьте расстояние до точки монтажа, чтобы не сделать дыру не в том месте. В качестве ориентира можно использовать конек кровли или трубу вентиляции. В нужном месте разберите кровлю так, чтобы от нижнего края будущего монтажного отверстия до покрытия снизу было около 100 мм. Дальше выполняйте монтаж по плану:
- Разберите оклад и переведите защелки и крепления, которые расположены с внутренней стороны, в монтажное состояние по инструкции производителя.
- Электролобзиком выпилите монтажное отверстие в обрешетке так, чтобы не повредить слой гидроизоляции. Обычно оно равно 500х500 мм, но размеры отверстия прямо зависят от габаритов тоннеля, которые отличаются у разных производителей.
- Установите четыре бруска так, чтобы получился квадрат, по размерам равный монтажному отверстию. Горизонтальные бруски крепятся к стропилам кровли, вертикальные — к горизонтальным встык.
- В месте монтажного отверстия канцелярским ножом разрежьте гидроизоляцию по двум диагоналям.
- Полученные треугольники гидроизоляционной пленки заверните на бруски монтажного отверстия, натяните и зафиксируйте строительным степлером. Свободные концы пленки можно свернуть или отрезать.
- Углы квадрата тщательно проклейте армированным скотчем, чтобы обеспечить полную герметичность.
- Примерьте оклад к монтажному отверстию. Его клейкая рифленая часть должна заходить на кровельное покрытие примерно на 2/3.
- Если все правильно, наклейте рифленый полиуретан на кровельное покрытие. Он должен плотно прилегать и полностью повторять его форму. Лишние уголки отрежьте.
- Закрепите оклад шурупами, в том числе и кронштейны с внутренней стороны.
- Проклейте края рифленого материала для лучшей герметизации.
- Соберите крышу вокруг тоннеля.
- Опустите в тоннель трубу световода и зафиксируйте ее.
- Установите стекло.
После монтажа внешнего блока рекомендуем хорошо протереть стекло от пыли.
Собираем корпус
Боковые стенки мы сделали деревянными. К ним при помощи шурупов мы крепим стекло с наклеенным на него изображением.
Создание макета
Мы использовали половину 400-коннекторной макетной платы и установили ее на деревянное основание. Также были установлены две кнопки для переключения режимов свечения светодиодов. Их стоит подключить к контактам 2 и 3 на плате. Одна кнопка будет увеличивать скорость мерцания, а другая уменьшать.
Питание
Несмотря на то, что плату Arduino Nano можно запитать от любого порта USB, мы решили использовать преобразователь, дабы нашу вывеску можно было подключать где угодно.
Дополнительно
Проект готов и полностью работоспособен, но к нему можно добавить какую-нибудь интересную функцию. Например, при помощи потенциометра можно контролировать яркость и скорость смены цветов.
Монтаж световода и плафона
Все остальные работы выполняются изнутри. В первую очередь, вырежьте отверстие под плафон в потолке помещения. Если доступа в подкровельное пространство у вас нет, то через это отверстие необходимо будет собрать трубу и утеплить ее. Световой тоннель нужно утеплять в любом случае, чтобы внутри трубы не образовывался конденсат и не было чрезмерных теплопотерь. Пароизоляцию делают по одной из двух схем:
- Если у вас холодная кровля, то пароизоляция нужна только у самого отверстия для плафона.
- Если мансарда утеплена по кровле, то всю трубу поверх утеплителя нужно закрыть пароизоляционной пленкой.
После теплоизоляции световода нужно заняться оформлением отверстия для плафона. Для этого прикрепите к оправе пароизоляцию, фиксируя ее клейкой лентой, заведите оправу вместе с пленкой в отверстие, и закрепите шурупами. Затем опустите в отверстие трубу, отрежьте ее до нужной длины и тоже прикрепите к оправе. Место крепления проклейте армированным скотчем.
Наконец, последний шаг — установка рассеивателя. Плафон светового тоннеля обычно просто ввинчивается в оправу, но может крепиться и шурупами. Светозащитные шторки также крепятся к оправе так, чтобы они прилегали к рассеивателю практически вплотную. Любые аксессуары, включая лампы, устанавливаются в тоннель или на него уже после окончания основных монтажных работ.
Устройство и принцип работы светильников на солнечных батареях
Основные элементы солнечного светильника
Светильник состоит из следующих конструктивных частей.
Солнечная батарея (или панель). Основной элемент светильника, самый дорогой. Панель состоит из фотогальванических ячеек, в которых энергия солнечных лучей преобразуется в электрический ток за счет фотогальванических реакций. Материал электродов используется разный. Именно от них зависит эффективность батареи.
Аккумулятор. Он накапливает электрический ток, который производит панель. Аккумулятор подсоединяется к батарее при помощи специального диода. Диод проводит электричество только в одну сторону. В темное время суток он становится источником энергии для лампочек, а в светлое – питает контроллер и другую автоматику. Обычно используются никель-металлогидридные или никель-кадмиевые аккумуляторы. Они хорошо справляются с многочисленными циклами заряд-разряд.
Источник света. Чаще всего используются светодиодные лампочки. Они расходуют минимальное количество энергии, выделяют мало тепла, долго служат.
Корпус. Все перечисленные компоненты заключены во внешний корпус. Он должен быть устойчивым к прямым солнечным лучам, осадкам, пыли и грязи. Иногда солнечная батарея размещается отдельно, а сам светильник в другом месте. Часто сверху корпуса размещается плафон, который выполняет защитные функции и рассеивает световой поток в пространстве.
Контроллер (выключатель). Прибор, который управляет процессом заряда/разряда. Иногда контроллер выполняет функцию фотореле — отвечает за автоматическое включение света, когда стемнеет. На некоторых моделях имеется ручной выключатель.
Опора светильника. Корпус размещается на металлической опоре: столбе или иной ножке. В зависимости от назначения опора изготавливается разной высоты.
Принцип действия заключается в следующем: солнечные лучи попадают на фотогальванические элементы и преобразуются в электрический ток. Ток через диод поступает в аккумулятор, который накапливает заряд. Днем, когда светло, фотореле (или ручной выключатель) препятствуют разряду аккумулятора. Но с наступлением темноты аккумулятор начинает работать: накопленная днем электроэнергия начинает поступать на источник света. Светодиоды начинают освещать пространство вокруг себя. На рассвете фотореле снова срабатывает, светильник перестает работать.
Схематичный принцип действия
В солнечный день энергии достаточно для работы светильника в течение 8-10 часов. При заряде в облачный день время работы снижается в несколько раз.
В каких случаях полезно такое освещение
Уличное освещение
Несомненно, что в южных регионах, где световой день длится долго, а солнце светит часто, освещение на солнечных батареях имеет практическую пользу. Таким образом можно даже освещать дом, дачу или подсобные постройки. При этом за электричество платить не придется.
Также светильники полезны для ландшафтного дизайна, для украшения садов, парков. Они не требуют прокладки кабелей и проводов, красиво выглядят, исправно светят.
Освещение от солнечных батарей – популярный способ подсветки автодорог и улиц.
Структура домашней солнечной электростанции
Определяется двумя основными положениями:
- Целью создания и использования.
- Работой совместно со стационарными электросетями.
Соответственно, рассматривать можно 3 варианта организации солнечного электроснабжения дома:
- Зависимый от электросети.
- Полуавтономный с резервированием.
- Полностью автономный.
Зависимый от сети вариант (электростанция, ведомая сетью)
Такая электростанция строится по простейшей схеме. В ее состав входят:
- Солнечные панели в качестве альтернативного источника энергии.
- Инвертор, преобразующий постоянное напряжение на выходе фотоэлементов в переменное напряжение для потребителей.
Гелиобатареи подключаются на вход инвертора. Его выход соединен с сетью (после счетчика). Основная особенность схемы – отсутствие промежуточных накопителей энергии (аккумуляторов) и устройства для их заряда.
При такой структуре приборы в доме потребляют электроэнергию от солнечных элементов через инвертор. Недостаток мощности восполняется сетью, и, наоборот, ее избыток (например, когда батареи работают в номинальном режиме, а потребители выключены), сбрасывается в сеть.
Достоинства такой схемы:
- Минимальная стоимость по сравнению с другими вариантами.
- Простота настройки и регулировки.
Есть у нее и серьезный недостаток – при отсутствии сетевого напряжения (во время отключения электроэнергии) система не работает.
Мнение экспертаТорсунов Павел МаксимовичЕсли в доме установлен реверсивный счетчик, применение такого устройства становится еще выгоднее – за счет генерации в сеть можно не только снизить общую стоимость потребленной домом электроэнергии, но и выйти на положительный баланс. С другой стороны, нереверсивные счетчики, как правило, подсчитывают киловатты «по модулю». В этом случае отданная мощность будет учтена как потребленная, и экономический эффект от применения солнечной электростанции окажется практически нулевым.
Автономная схема
В этой системе отсутствует сеть, а электроснабжение дом полностью производится от солнечных батарей.
Такой функционал диктует схему построения:
- Источник энергии – солнечные панели.
- Накопитель (аккумулятор) – берет на себя питание потребителей, когда батареи не вырабатывают электроэнергию (например, в ночное время).
- Контроллер заряда аккумуляторов – устройств, управляющее зарядом накопителей и потребление энергии от фотопанелей.
- Инвертор, как и в предыдущем варианте, преобразующий постоянное напряжение в переменное.
Система работает следующим образом:
- При наличии освещения солнечные батареи вырабатывают энергию.
- Она поступает на вход контроллера, преобразующий ее параметры в нужные для заряда батарей. Аккумуляторы подключены к его выходу.
- К выходу контроллера и зажимам АКБ подключаются входные цепи инвертора. Он преобразует напряжение и подает питание в сеть дома (не путать с централизованной).
Таким образом, при включенных электроприборах они получают энергию непосредственно с солнечных панелей (через контроллер и инвертор), когда светит Солнце. Одновременно, если есть избыток мощности, заряжаются аккумуляторы. Когда солнечный источник не работает, АКБ отдают накопленную энергию (через инвертор) потребителям.
В такой системе нет связи с сетью (поэтому ее называют автономной) и, что самое приятное, владелец дома не платит за электроэнергию вообще.
Однако за красивой картинкой обязательно скрываются «подводные камни»:
- Стоимость электростанции выходит весьма значительной.
- Если по каким-либо причинам наблюдается длительный перерыв в работе панелей (поверхность покрыта снегом в зимнее время, дождевые тучи на неделю закрыли Солнце и т.д.), запасенной в аккумуляторах энергии не хватит для работы потребителей.
Решить проблему поможет резервный источник электроэнергии. В вариантах полностью автономных систем его роль может выполнять ветро- или гидро-, дизельный или бензиновый генератор. При наличии сетевого ввода резервным источником выступит стационарная электросеть, а система превратиться в полуавтономную.
Полуавтономная (гибридная) система
Схема такой электростанции практически полностью повторяет предыдущую за единственным исключением – для заряда накопителей используется энергия не только от солнечных панелей, но и от сети. В этом случае контроллер, кроме управления зарядными процессами, получает дополнительную функцию.
В настройках контроллера можно задать приоритет источников:
- При выборе солнечных батарей работающие электроприборы будут, по возможности, запитаны от них, а от сети будут потребляться недостающая мощность и подзаряжаться аккумуляторы.
- При выборе сети до пороговой мощности будет работать стационарный источник, а дополнительную энергию обеспечат гелиопанели.
Таким образом, владелец дома получает наиболее универсальную систему, но и сложную систему. За универсальность придется заплатить и деньгами – такой вариант оказывается самым дорогим в реализации.
Виды
Монокристаллические
Такие батареи визуально выглядят как панели с сегментами глубокого черного цвета. Получили название за счет конструкции на основе монокристаллов кремния.
Самый существенный недостаток — строгая ориентировка оптических осей кристаллов, что требует точного позиционирования панелей для получения максимальной отдачи. По этой же причине монокристаллы не терпят затенения – генерация энергии значительно снижается.
В настоящий момент обладают самым высоким КПД преобразования – около 22%. При этом стоимость тоже наиболее высокая – порядка 0.9-1.1 доллара за 1 Вт генерируемой мощности.
Поликристаллические модули
Название такие батареи получили за счет размещения на подложке множества кремниевых кристаллов с хаотически ориентированными оптическими осями. Визуально такие модули отличаются синим цветом с «морозным» рисунком.
Естественно, такое расположение кристаллов вызвало потерю КПД преобразования – он находится на уроне 11-16%. Однако это же позволило увеличить эффективность работы при рассеянном свете, что в результате привело к созданию панелей, которые успешно конкурируют с монокристаллическими (при прочих равных, например, размерах) по мощности генерации. Более того, по цене они значительно выигрывают и обходятся в 0.7-0.9 доллара за 1 Вт.
Аморфные
Технология изготовления рабочего тела сходна с поликристаллическими, но в качестве основы выступает аморфный кремний (aSi). При КПД в пределах 8-11% отличаются высокой эффективностью работы в рассеянном свете, могут захватывать и инфракрасный диапазон. В результате обладают лучшей стоимостью – порядка 0.5-0.7 доллара за 1 Вт.
Кроме того, имеют солидное преимущество – гибкую основу. Это означает, что для монтажа не требуется жестких конструкций, материал легко клеится на поверхности любой формы.
Остальные
Модули, предлагаемые производителями, могут быть изготовлены и по другим технологиям:
- Микроморфные, отличаются высокой отдачей при рассеянном и инфракрасном излучении.
- Гибридные, использует несколько полупроводниковых материалов и обеспечивают высокий КПД преобразования (до 44%).
- Полимерные, гибкие с подложкой из полимерных материалов, абсолютные лидеры по стоимости.
Такие предложения следует тщательно изучать, некоторые из них могут оказаться намного выгоднее, чем лидирующие на рынке панели, выполненные по стандартным технологиям.
Вообще, монокристаллические панели можно рекомендовать для установки только жителям южных регионов. Остальным следует выбирать поликристаллы или панели по другим технологиям.
Следует обращать внимание не только на технологию панелей, но и на качество. В маркировке оно отображается как Grade от A (самое высокое) до D. Кроме того, рекомендуется проверить и репутацию производителя, особенно, если он выпускает не собственную, а OEM-продукцию. Сделать это можно на сайтах лабораторий качества – Калифорнийской или Европейской TUV.
Освещение комнаты с окнами на север
В темной комнате лучше сделать многоуровневое освещение, для чего придется организовать подвесной потолок с большим количеством точечных светильников. Дополнительно можно расположить по периметру потолка скрытую подсветку, а также встроить ее в шкафы или ниши.
Основными источниками света здесь будут торшеры, многочисленные бра, расположенные на разной высоте.
Несколько светильников с «теплым» светом можно расположить над окнами, но позади штор. С наступлением темноты их включают и закрывают шторы. В результате создается ощущение, что за окном светит солнце.
Какую отделку использовать?
Когда с цветовой палитрой решено, следует выбрать материалы для отделки. Со стенами в жилых комнатах все стандартно — краска или обои. В кухне можно добавить глянцевую плитку на фартук или стену над гарнитуром.
Часто применяется вариант акцентной стены, когда 3 вертикальные поверхности делают светлыми, а одну ярко окрашивают в желтый или оранжевый. Отражение от нее заставит другие поверхности и предметы в комнате стать более теплыми и живыми. Для оформления акцента подойдет краска, обои, фотообои, декоративная штукатурка, вагонка.
Еще один распространенный материал — стекло. Оно выглядит менее нарочитым, в сравнении с зеркалом, но отражает не хуже. Перегородками из стеклянных блоков, например, можно зонировать студию.
На фото светлый интерьер детской с яркими акцентами
Потолок сделайте не просто белым, а теплым: для этого в краску можно капнуть совсем немного желтого колера. Второй вариант — глянцевое натяжное полотно — сделает комнату на северной стене выше и светлее.
Вариантов пола 2:
- Средняя насыщенность. Стандартные деревянные или имитированные материалы в цвете ольхи, дуба, ореха, бука — практичное и простое в уходе решение.
- Выбеленное покрытие. Выбеленные оттенки тех же деревьев способствуют отражению света еще и от пола, что положительно скажется на внешнем виде комнаты.
Если уместно, на пол стелят ковер: теплого светлого оттенка (кремовый, песочный) или яркого — подойдет даже красный с восточным узором.
Альтернативные источники освещения
Даже если все стены будут светлыми, это не поможет залить светом «северную» комнату.
Поэтому в данном случае следует обратить особое внимание на наличие в спальне дополнительных источников искусственного освещения, расположенных на разных уровнях.
Это может быть оригинальная потолочная подсветка, которая особенно актуальна для интерьеров в современном стиле, бра над изголовьем кровати, торшеры, ночники. Можно смонтировать скрытое освещение у окна. Такой прием позволит в темное время суток создать визуальную иллюзию наличия естественного света.
Выбор мебели для комнаты с северной стороны
Чтобы добиться контрастности в интерьере, стоит выбрать небольшую мебель (письменный стол, кресло, столик) шоколадного, рыжего или бордового цвета. При этом шкафы могут иметь золотистый или медовый оттенок.
Так мебель будет выделяться, и привносить в интерьер больше уюта. Не стоит перегружать комнату громоздкими предметами, в противном случае она будет поглощать много света. Создать обстановку легкости и воздушности поможет мебель на высоких изящных ножках.
Высокие и крупные шкафы, диваны должны быть светлыми, иначе они визуально уменьшат помещение. Мебель, расположенную напротив окна, лучше сделать глянцевой, полированной или зеркальной. Так она будет отражать свет и наполнять им все пространство.
Правильное расположение мебели
Необходимо продумать расположение мебели таким образом, чтобы она не создавала преграду на пути льющегося из окна светового потока.
Желательно, чтобы громоздкие, высокие предметы меблировки не располагались рядом с окном. Не стоит также перегружать спальню предметами интерьера. Предпочтение лучше отдать мебели в светлых тонах и ограничиться небольшими, легкими изделиями.
Текстиль и предметы декора
В холодной северной комнате к месту пушистые и мягкие фактуры – кашемировые, шерстяные, вельветовые, велюровые и флисовые изделия, ворсовые ковры.
С живыми растениями в комнате добавится уюта и жилого вида.
Добавят контраста и уюта в северную комнату обои с интересным цветочным рисунком и такие же занавеси с подушками. Также помещение станет уютнее с аксессуарами тёплых золотистых, медных и бронзовых оттенков, если это классический стиль.
Шторы разрешено выбирать в цвет обоев, но если на обоях рисунок, то подбирают гладкие занавески.
Светлые обои, шторы и мебель выигрывают с яркими аксессуарами. Оживит впечатление – использование графического настенного декора, но не в чёрно-белом цвете. На первом месте в изображениях – чёткость и видимость границ.
Зеркало, на противоположной окну стене, способно создать дополнительное освещение, отражая свет.
Убрать преграды для света в виде глухих перегородок
Зонирование в темном помещении нужно осуществлять не за счет глухих перегородок или поперечно установленных шкафов. Они преграждают путь для света, мешают его потоку. По возможности лучше отказаться от любых разделителей: чем просторнее в комнате — тем она светлее. Если без перегородки не обойтись, можно остановить выбор на чем-нибудь легком и светлом: подойдут, например, белая решетчатая ширма или стеночка из стеклоблоков.
Если можно убрать двери между помещениями — стоит сделать это. Если такой возможности нет, следует выбрать светлые двери с масштабными стеклянными вставками.
Ввести «лучики цвета»
Монохромная белая или кремовая комната выглядит светлой, но не радостной. Чтобы помещение было не только светлым, но и солнечным, можно добавить ярких акцентов желтого, голубого или бирюзового цвета.
На пол темной комнаты с окном, выходящим на север, можно положить желтый коврик. Это будет выглядеть так, словно яркий солнечный лучик проник внутрь и нарисовал на полу желтый круг. Комната станет по-весеннему светлой. Можно добавить еще несколько желтых аксессуаров, но в ограниченном количестве.
Голубые или бирюзовые акценты тоже сделают помещение зрительно светлее за счет ассоциации с дневным небом и водоемами, сверкающими под лучами солнца. Но, как и с желтым, не следует слишком усердствовать — цветовых акцентов в темной комнате должно быть немного.
Желтый и голубой цвета можно ввести посредством использования предметов искусства, а именно постеров или картин с изображением солнца и неба. Это верный шаг для темной комнаты с недостатком теплого солнечного света.
Использовать зеркала
Достаточно будет одного-двух зеркал в зависимости от размеров помещения. Зеркало желательно расположить так, чтобы оно отражало и преумножало свет — в идеале напротив окна или так, чтобы в него «смотрелась» люстра.
Как лучше оформить окно?
Оставляйте оконные проемы комнат на северном боку максимально открытыми. Самый правильный вариант — не занавешивать их вообще. Именно так делают в скандинавских странах, где недостаток солнечного света в домах — общая проблема всех граждан.
Советуем освободить не только проем окна, но и подоконник: высокие растения или декор, находящиеся здесь, блокируют поступление уличного света.
На фото гостиная в скандинавском стиле без штор
Если шторы все же нужны, выбирайте такие, которые не блокируют естественное дневное освещение: легкие тюли из органзы или кружева будут в самый раз.
Исключение — спальни и другие комнаты для сна (детские, гостиные в однушках). Чтобы ничего не могло потревожить утренний сон, выбирайте плотные шторы или блэкауты. Вторые стоят дороже и абсолютно не обязательны на северной стороне — они в первую очередь защищают от солнца, которого здесь итак нет.
Цвет портьер — нейтральный под стены или, наоборот, нарочито яркий. Глубокие тона использовать нежелательно — они сделают и без того темную комнату еще более мрачной.
Выбор штор и декора
На окна, выходящие на северную сторону дома, лучше всего повесить легкие шторы из тюля или органзы и дополнительные – из плотного материала. Так в помещение будет проникать солнечный свет, но он не будет поглощаться обстановкой.
В самых мрачных комнатах следует использовать шторы белого цвета. Чтобы избавиться от визуальной холодности в интерьере, необходимо выбирать желтые шторы. Они будут имитировать солнечные лучи и заполнять помещение теплом.
Важной частью любого интерьера считаются декоративные элементы, в качестве которых послужат:
- черно-белые фотографии;
- рисунки и картины;
- деревянные аксессуары;
- зеркала, которые лучше всего располагать напротив окна;
- яркие коврики (например, желтые);
- живые растения;
- подушки с цветочным узором.
Видео-советы по подключению
Ошибки при обустройстве северной комнаты
Чтобы интерьер в темном помещении не усугубил ситуацию, важно знать некоторые нюансы в выборе оттенков. При его обустройстве важно не допускать ошибок и помнить следующее:
- яркие красные, коричневые и розовые оттенки утомляют;
- теплый персиковый цвет делает комнату тусклой и скучной;
- темные тона визуально уменьшают пространство и сделают его неуютным;
- белый цвет можно использовать, но лучше не в чистом виде (подойдет молочно-белый);
- бело-голубые, бело-зеленые, бело-серые оттенки без солнечного света кажутся грязными;
- перламутровые поверхности не подходят для темных помещений.
Достоинства и недостатки светильников на солнечных батареях
Для того чтобы знать, как правильно выбрать светильник на солнечной батарее нужно грамотно оценить их достоинства и недостатки.
Это оборудование имеет следующие преимущества перед обычными светильниками.
- Автономность. Нет необходимости прокладывать провода от центральной электросети до светильника. Светильники на солнечных батареях не требуют регулярной замены батареек.
- Компактность. Бытовые модели таких осветительных приборов обладают незначительным весом, малыми размерами и универсальным креплением, что позволяет перемещать их без специальной техники.
- Экономичность. Нет необходимости платить за электричество. Светодиодные лампы, используемые в современных светильниках, имеют весьма длительный срок эксплуатации.
- Простота и легкость монтажа. При установке светильников не требуются специальные профессиональные навыки и особые инструменты.
- Электро- и пожаробезопасность. Оборудование не подключается к электросети. В процессе эксплуатации исключается вероятность контакта с электрической начинкой прибора, а лампы не нагреваются.
Важно учитывать не только плюсы, но и минусы этого типа осветительных элементов.
- Зависимость функционирования от климатических факторов. Чем больше географическая широта, тем короче световой день. Количество солнечных дней в большинстве регионов нашей страны тоже невелико. Солнечные батареи могут не добирать энергии для полной зарядки аккумулятора и эффективной работы фонарей в ночное время. Использовать такие светильники в средней полосе России целесообразно только в летнее время.
- Нестабильный уровень освещения. Во время работы яркость ламп постепенно снижается по мере разряда аккумулятора. Особенно это заметно во время длинных ночей.
- Вероятность сбоев в работе светильника в экстремальных погодных условиях. При чрезмерных морозах могут возникать проблемы с функционированием аккумуляторных батарей, а в сильную жару не исключен перегрев и выход из строя полупроводников.
- Повышенные требования к обслуживанию. Солнечные панели в процессе эксплуатации могут засоряться, что приведет к снижению производительности светильников. В случае выхода из строя аккумулятора или светодиодной лампы ремонт не целесообразен. Изделие придется утилизировать и заменять.
Частые вопросы
Можно ли обойтись в автономной системе без аккумуляторов?
Поскольку генерация идет с перерывами, накопитель в системе обязателен. Можно использовать не электрохимические, а другие варианты, например, гидроаккумулятор. Но, как правило, его создание обойдется значительно дороже и связано с трудностями исполнения.
Можно ли увеличить отдачу панелей с использованием поворотных систем слежения за солнцем?
Конечно, но они существенно усложняют и удорожают систему.
Можно ли установить в систему автомобильные обслуживаемые аккумуляторы?
Можно, но с ними те же проблемы, что и с тяговыми – требуется отдельное помещение и соответствующие правилам безопасности условия. Кроме того, они плохо переносят разряд малыми токами, что существенно снижает ресурс.
Как часто нужно мыть поверхности панелей?
Как правило, производители не устанавливают частоту такого обслуживания, утверждают, что природных осадков достаточно для чистоты поверхностей. Но 2-4 раза в год полить панели водой из шланга не помешает.
Какую из схем использовать выгоднее?
Наиболее эффективной считается гибридная система, которая позволяет обеспечить бесперебойное электроснабжение при минимуме оплаты поставщикам электроэнергии.
Стоит ли использовать солнечные панели для частного дома в Средней полосе?
По показателям инсоляции можно сделать вывод, что и в такой местности солнечные электростанции себя вполне оправдывают. Естественно, в общем она обойдется несколько дороже, но окупает создание всего за 3-5 лет эксплуатации.
Основные выводы
Рассеиватель делает более равномерным освещение светодиодной ленты и улучшает практический и эстетический эффект подсветки. Устройство состоит из двух основных частей – корпуса и светопропускающей пластины. Для первого применяются металлические или пластиковые профиля Г-, П- и С-образного типа, для второго используются акрил, оргстекло, полистирол и поликарбонат. У каждого из них есть свои особенности.
Сфера применения рассеивателя для светодиодных лент широка:
- Подсветка жилых помещений.
- Освещение общественных заведений.
- Выделение витрин, рекламных щитов.
Изготовить устройство можно своими руками. Для этого потребуется пластиковый или металлический короб, лед-полоска, проводка и одна из рассмотренных светорассеивающих основ.
Если вам знаком другой интересный вариант рассеивателя для светодиодных лент и способ его самостоятельного изготовления, обязательно поделитесь этим в комментариях.
[spoiler title=”Источники”]
- https://KrovGid.com/communikacii/umnoe-osveshhenie-doma-ili-kak-dat-solnechnyj-svet-s-kryshi-v-lyuboe-pomeshhenie.html
- https://StrojDvor.ru/elektrosnabzhenie/princip-raboty-i-sfery-primeneniya-svetovodnogo-osveshheniya/
- https://VeseloInteresno.su/raznoe/svetovod-svoimi-rukami-2.html
- https://BurForum.ru/teoriya-i-opyt/samodelnyj-svetovod.html
- https://srtmx.ru/novoe/svetovody-dlya-osveshcheniya-svoimi-rukami.html
- https://mirpil.ru/drugoe/svetovody-dlya-svetodiodov-svoimi-rukami.html
- https://master-lok.ru/garazh/svetovod-svoimi-rukami.html
- http://gidproekt.com/tunnelnyj-fonar-osveshhaem-temnye-mesta-doma-s-pomoshhyu-svetovodov.html
- https://vamfaza.ru/osveshhenie-ot-solnechnyh-batarej/
- https://tehno-gid.net/dacha/solnechnye-paneli-dlya-chastnogo-doma-postav-svetlo-sebe-na-sluzhbu.html
- https://dompodklych.ru/komnaty-severnoj-storony/
- https://design-homes.ru/idei-dlya-doma/komnata-na-severnoj-storone
- https://dizainmania.com/sovety-i-idei/5-vazhnyx-pravil-oformleniya-interera-spalni-s-oknami-na-sever.html
- https://sovetdomu.ru/dizajn-interera-komnaty-severnoj-storony/
- https://www.domfront.ru/2014/04/temnaya-komnata/
- https://www.MSveta.ru/advices/kak-rabotaet-svetilnik-na-solnechnoj-bataree.html
[/spoiler]