Светодиодные лампы с цоколем Е40 принцип работы видео

Лампы с цоколем e40: самые мощные, достоинства и недостатки, принципиальная схема led-ламп

Мощным светильникам, которыми освещают улицы и промышленные объекты, необходима надежная конструкция. Винтовой цоколь е40 просто и крепко фиксирует лампу в светильнике, хотя отличается большими размерами. Так и мощность не маленькая…

Цоколь Эдисона e40

В России из всех винтовых цоколей Эдисона наиболее востребованы три типоразмера: маленький е14 («миньон»), средний е27 и большой е40 («голиаф»). Устройство их примерно одинаковое, как и схема подключения. Отличаются только размеры.

Размеры

Конструкция

Конструкция цоколя Эдисона

Цоколь изготавливается из металлического цилиндра, на который накатывается резьба. Он приклеивается к основанию стеклянной колбы особым термостойким клеем.

Винтовое соединение обеспечивает крепеж источника света в патроне и одновременно выполняет функции электрического контакта. Второй контакт находится на вершине цоколя в виде круглой площадки. Электроды, ведущие к вольфрамовой нити накала, припаиваются или привариваются к контактам цоколя.

В цоколе ламп накаливания есть полый стеклянный изолятор в виде трубки. Через него выкачивают воздух и закачивают инертные газы.

При подключении важно не ошибиться с присоединением проводов. Фазовый провод всегда подключается к вершине цоколя, а нулевой – к самой резьбе. Таким образом сводится к минимуму вероятность попадания человека под ток.

Область применения

Естественно, мощные светильники не применяются в бытовых целях. Источники света е40 используют для освещения больших уличных пространств, промышленных предприятий, цехов. Ими освещают улицы городов, дворы, детские площадки, стадионы и т.д.

Виды ламп с цоколем e40

Лампа накаливания

Самые первые источники света, которые разработал человек. Свечение происходит за счет разогрева вольфрамовой спирали в инертной или вакуумной среде. Конструкция простая и надежная. С цоколем е40 выпускаются мощности от 200 до 1000 Вт. Светоотдача минимальная: 10 лм/Вт. Свет желтый, теплый с переходом в красноватый.

Лампа накаливания нечувствительна к скачкам напряжения, дешевая, надежная. Она работает в самых сложных погодных условиях: морозах, жаре, дождях. Разгораются моментально.

С другой стороны они мало горят, потребляют много электричества, хрупкие из-за стеклянной колбы, нагреваются при работе – пожароопасны.

Энергосберегающие (КЛЛ)

Или компактные люминесцентные лампы (КЛЛ). Компактность достигается за счет «сворачивания» трубки с парами ртути в спираль. Е40 подходит для мощностей свыше 60 Вт, причем «голиаф» необходим для замены ламп накаливания, а не сверхбольших мощностей самих КЛЛ. Светоодача 50-70 лм/Вт.

К достоинствам КЛЛ относятся низкое потребление электричества, выбором цветовой температуры: теплый или холодный свет, долгим сроком службы, пожаробезопасность.

Из недостатков отмечают долгий разогрев перед выходом на номинальную мощность, зависимость работы от температуры окружающей среды, стабильности напряжения сети и количества циклов включения-выключения. Сложности с утилизацией перегоревших изделий из-за содержания ртути. Опасность для человека и окружающей среды при нарушении целостности колбы.

Лампы высокого давления

Мощные источники света, традиционно применяемые для освещения открытых пространств и промышленных зон.

Или дуговые ртутные люминесцентные лампы используют в местах, где не требуется высокое качество света (в основном открытые площадки). Светят белым холодным светом. Состоят из внешней стеклянной колбы с углекислым газом и внутренней трубки из кварцевого стекла с парами ртути под высоким давлением. Мощность обычно не превышает 700 Вт. Светоотдача 23-33 лм/Вт.

С 2020 года согласно Минаматской конвенции по ртути запрещается производство, импорт и экспорт ДРЛ.

Или дуговые натриевые трубчатые лампы обычно применяются для освещения дорог (в том числе и железных), в теплицах. Излучение появляется за счет газового разряда в парах натрия. Свет желто-оранжевый, качество низкое. Мощность обычно не превышает 500 Вт. Светоотдача 50-60 ли/Вт.

Светодиодные

Самый новый тип источников света. Характеризуется самым долгим сроком работы и высокой светоотдачей (80-120 лм/Вт). Мощность led е40 от 20 до 150 Вт. Как и у КЛЛ применение e40 у led связано исключительно с заменой ламп накаливания.

Малое потребление электроэнергии, мгновенный разогрев, экологическая безопасность. Led не боятся ударов, тряски, вибраций. Они могут работать в сложных погодных условиях. Широкий выбор цветовых температур.

Высокая цена, зависимость работы от качества изготовления конкретного источника света, снижение яркости из-за естественной деградации светодиодов, чувствительность к перепадам напряжения. Обратите внимание на наличие хорошего радиатора для надежной работы.

Сравнительные характеристики представленных источников света приведены в таблице. (Для сравнения выбирались источники света с примерно равным световым потоком 12-13 тысяч лм).

Тип источника света

Срок службы • , ч

Цветовая температура, К

Только в специальных пунктах приема

Только в специальных пунктах приема

Только в специальных пунктах приема

Время выхода на рабочий режим

Как разобрать светодиодную лампу e40

Как говорилось выше, led e40 отличается от е27 в основном размерами. Поэтому разбирать такую лампу не сложнее, чем привычную е27.

Для начала нужно снять рассеиватель. Если он не приклеен герметиком, то просто аккуратно проверните его и снимите.

Если рассеиватель на защелках, то острым ножом или шилом осторожно проводите по окружности места стыка, пока не упретесь в защелку. После этого ножом аккуратно отогните защелку и снимите рассеиватель.

Читайте также:
Почему нужно делать поделки для интерьера своими руками

Если рассеиватель приклеен герметиком, то потребуется растворитель (не ацетон!), шило и шприц с иголкой. Шилом нужно провести по месту крепления рассеивателя. Затем в оставшуюся лунку по каплям из шприца осторожно вливать растворитель. Подождать пять минут: растворитель размягчит герметик. Потом аккуратно провернуть рассеиватель и снять его.

После удаления рассеивателя нужно снять плату со светодиодами и достать драйвер. Если плата на винтах, то отверткой открутите их. Если приклеена герметиком, то прорежьте острым ножом по окружности и снимите плату, поддев ножом.

Принципиальные электрические схемы led ламп

Надежность светодиодных ламп зависит от качества изготовления деталей и их сборки. Наиважнейшим узлом является драйвер.

В самом простом исполнении он состоит из конденсатора и выпрямителя напряжения. В качестве ограничителя тока используется резистор. Схема элементарна, содержит строго определенное количество светодиодов. Такую лампу достаточно просто починить в домашних условиях. Но свет от такого источника – пульсирующий, а срок службы небольшой.

Электрическая схема простого драйвера

Более сложный вариант драйвера содержит:

  • мостовой выпрямитель напряжения, который через емкостной балланс ограничивает входной ток;
  • несколько конденсаторов;
  • систему регулирования параметров тока и напряжения;
  • сцепиальную схему для диммирования (не у всех моделей).

Электрическая схема драйвера

Причем «голиаф» для «сложного» драйвера играет положительную роль: в лампе большого размера все вышеописанные узлы располагаются без проблем. (Что нельзя сказать о небольших led источниках света).

Драйвер сложной конструкции помогает cветить ровным светом, работать долго. Однако такие изделия стоят больше, их трудно отремонтировать.

Существует много промежуточных электрических схем. Конструкци стоит выбирать исходя из назначения источника света: для ночного освещения безлюдных плостранств вполне достаточно источника света с простейшим драйвером.

7 мощных и качественных ламп с цоколем e40

КЛЛ «Космос» LKsmT5SPC105WE4042ec SPC 105 Вт

КЛЛ «Космос» LKsmT5SPC105WE4042ec SPC 105 Вт

Лампа светодиодная Е40: устройство, характеристики, область применения

Светодиоды методично вытесняют из обращения не только бытовые лампы накаливания, но и промышленное осветительное оборудование. Желание сэкономить заставляет предпринимателей и муниципальную власть искать менее энергозатратные устройства.

Отличным вариантом для организации освещения на большой площади является лампа светодиодная E40, конструкция которой совместима со многими находящимися в эксплуатации светильниками.

В этом материале мы расскажем об устройстве светодиодных ламп, их разновидностях и сфере применения.

Устройство светодиодной лампы

За счет большого диаметра цоколя светодиодная лампочка E40 без проблем вмещает внутри себя множество электронных компонентов. А её увеличенный объем корпуса позволяет равномерно распределять тепло, предупреждая перегрев изделия.

Благодаря своим конструкционным особенностям LED-лампа E40 получает и множество других достоинств.

Общие конструкционные элементы

Светодиодные лампы E40 могут довольно сильно отличаться внешним видом. Всех их объединяет лишь тип винтового цоколя, диаметр которого составляет 40мм. Несмотря на внешние отличия, конструкция таких лампочек имеет общие черты.

Основные составные их части следующие:

  1. Рассеиватель. Представляет собой матовую объемную оболочку из пластика, расположенную вокруг светодиодов. Она обеспечивает максимально равномерное распределение света по всей окружности лампы.
  2. Светодиодные кристаллы, являющиеся непосредственными светоизлучателями. Они расположены на печатной плате и могут быть трех разновидностей: SMD, COB, Filament.
  3. Печатная плата. Имеет вид теплопроводящей металлической пластины, которая способствует передаче тепла от работающих светодиодных кристаллов к радиатору.
  4. Алюминиевый или металлопластиковый радиатор. Располагается обычно между цоколем и колбой, имеет ребристую форму, предназначенную для увеличения площади теплоотдачи лампочки.
  5. Драйвер. Представляет собой микросхему, обеспечивающую пониженным напряжением и постоянным током светодиодные кристаллы. Качественный драйвер не должен приводить к миганию лампы при её работе.
  6. Диэлектрический пластиковый или керамический вкладыш, который разграничивает находящийся под напряжением цоколь и остальные структурные элементы светодиодной лампочки.
  7. Винтовой металлический цоколь E40, диаметром 40 мм. Он служит для крепления лампы в светильнике и обеспечивает передачу тока от патрона к драйверу.

Если цоколь светодиодной лампы типа E40 всегда одинаков, то внешняя форма колбы и радиатора может сильно варьироваться.

Мощный светоизлучающий кристалл генерирует много побочного тепла. Для поддержания приемлемой рабочей температуры внутри корпуса таких ламп необходим радиатор с большой площадью поверхности.

Поэтому размеры и форма светодиодных устройств во многом обусловлена их мощностью и другими техническими характеристиками.

Особенности цоколя Эдисона

Буква E в маркировке резьбового цоколя обязана своим происхождением изобретателю ламп Томасу Эдисону, который запатентовал это инженерное решение более 100 лет назад.

Его конструкция не изменилась за столетие благодаря ряду преимуществ:

  • простота и прочность монтажа;
  • большая площадь контакта с внутренней поверхностью патрона;
  • легкость производства;
  • возможность установки внутри цоколя дополнительных деталей.

Наиболее распространенными форматами винтовых цоколей являются E14, E27 и E40. Двузначная цифра в маркировке обозначает их наружный диаметр.

Цоколь E40 ранее использовался в дуговых ртутных лампах и лампочках накаливания. Его большой размер был обусловлен необходимостью увеличения площади контакта с патроном, а также стремлением снизить нагрев стеклянного цоколя в узком месте.

Светодиодные лампы E40 производятся лишь с целью обеспечить совместимость со старыми светильниками. Никаких объективных причин использования таких больших цоколей на данный момент нет.

Принципиальные электрические схемы

Стоимость и надежность LED-ламп E40 во многом зависит от количества и качества деталей драйвера. А в его основе лежит микросхема, которая может изготавливаться в различных функциональных вариантах.

Читайте также:
Преимущества теплиц из поликарбоната

В простейшем исполнении драйвер состоит из небольшого конденсатора и выпрямителя напряжения. Ограничителем тока нагрузки выступает SMD резистор, расположенный на светодиодной плате. Эта элементарная схема не содержит даже трансформатора, что заставляет использовать в ней строго определенное число светодиодов.

В таком дешевом варианте свет лампы будет пульсирующим, что может негативно сказаться на общем здоровье находящихся рядом людей.

Наиболее сложные драйвера светодиодных лампочек включают следующие структурные элементы:

  • мостовой выпрямитель напряжения с емкостным балластом, ограничивающим входной ток;
  • несколько конденсаторов повышенной емкости, расположенных на разных уровнях схемы;
  • система обратной связи, позволяющая регулировать параметры напряжения и тока;
  • электросхема диммирования, делающая возможным плавное регулирование светимости лампы.

Качественный драйвер полностью убирает пульсацию LED-лампы и стабилизирует подаваемое на светодиоды напряжение.

Это увеличивает общий срок службы изделия и повышает его КПД. Сложные схемы имеют и недостатки:

  • большой размер;
  • сложность ремонта;
  • дороговизна.

Помимо двух рассмотренных электрических схем существует множество промежуточных вариантов внутреннего устройства драйвера. Потребителями востребованы лампочки различной конструкции. Например, для ночного освещения безлюдных промышленных площадок будет достаточно лампы с простейшим драйвером.

Разновидности светодиодных ламп E40

Промышленное осветительное оборудование конструкционно намного разнообразнее бытового. Соответственно, и характеристики ламп для него требуются различные. Большое значение имеет направленность света, возможность работы в непрерывном режиме и защищенность корпуса.

Производители же следуют за спросом и предлагают потребителям следующие модификации светодиодных ламп:

  • пыле- и влагозащищенные;
  • с рабочим напряжением 110 или 220 В;
  • углом свечения от 120 до 360 градусов;
  • мощностью от 10 до 500 Вт;
  • из пластиковых, алюминиевых, жаропрочных материалов;
  • с матовой, прозрачной колбой, с открытыми светодиодами;
  • с датчиками освещенности, движения;
  • диммируемые;
  • виброустойчивые, взрывобезопасные.

У малоизвестных производителей светодиодных ламп дополнительные опции могут быть в большей степени маркетинговым ходом, чем реальным преимуществом. Поэтому приоритет при покупке следует отдавать осветительной продукции известных брендов.

Особенности промышленных светодиодных ламп

Осветительные приборы с цоколем E40 используются лишь в промышленной и общественной сфере. Бытовых изделий такой конструкции просто не выпускают.

К промышленным светильникам предъявляются повышенные требования по надежности и устойчивости к внешним факторам. Поэтому и работающие в них светодиодные лампы E40 также обладают рядом особенностей:

  1. Значение коэффициента мощности составляет 0,9-0,95, а у бытовых лампочек – 0,7-0,9.
  2. Светодиоды зачастую имеют индивидуальные линзы, изменяющие направленность светового потока.
  3. Расширенный диапазон рабочих температур. Драйвер в лампочках E40 рассчитан на нагрев до 110-120 °C и охлаждение до -50 °C мороза.
  4. Увеличенный ресурс службы – до 10 лет непрерывного свечения.
  5. Корпус зачастую имеет антивандальную защиту для предотвращения механического повреждения светодиодов.
  6. Размещение светодиодов на плате предполагает возможность их замены при ремонте.
  7. Большинство ламп E40 защищено от ветра, дождя и пыли.
  8. Усиленный радиатор позволяет активно отводить тепло при круглосуточной работе.
  9. Увеличенный коэффициент цветопередачи.
  10. В отличие от ртутных ламп, светодиодные не требуют установки дополнительных пусковых устройств.

Вышеописанные преимущества значительно увеличивают стоимость светодиодных ламп с цоколем E40. Но за счет повышенной надежности и увеличенного срока работы такие изделия снижают эксплуатационные затраты предприятий. Единожды поставив в светильники такие светодиодные лампочки, можно не беспокоиться о них на протяжении нескольких лет.

Осветительное оборудование с цоколем E40 замещается современными моделями довольно медленно. Причина – отсутствие новых альтернативных стандартов для подключения съемных светодиодных ламп. Ещё одним тормозом обновления оборудования является безразличность промышленных потребителей к дизайну и моральному устареванию устройств.

Сферы применения ламп E40

Нишу устройств с направленным световым потоком в промышленной сфере давно заняли светодиодные прожекторы. Лампочкам с цоколем E40 отведена ниша рассеянного освещения больших площадок и помещений.

Основными местами их использования являются:

  1. Уличная территория промышленных объектов, складов, транспортных баз, общественных заведений.
  2. Придорожные фонарные столбы.
  3. Дворы частных домов, дач.
  4. Торгово-развлекательные центры.
  5. Производственные цеха с высокими потолками.
  6. Стадионы.
  7. Ангары.
  8. Детские площадки.

В зимнее время светодиодные лампы хороши тем, что при попадании на них снега не создаётся разницы температур в различных частях корпуса. Благодаря этому не нарушаются прочностные характеристики их колб.

Цоколь E40 является пережитком прошлого, поэтому вряд ли в будущем он будет использоваться в новых сферах.

Выводы и полезное видео по теме

В видеороликах демонстрируются светодиодные лампочки E40 в работе, а также рассматривается их внутреннее устройство.

Сравнение светодиодных ламп с различными цоколями:

Обзор и внутреннее устройство светодиодной лампочки E40:

Тестирование мощных светодиодной лампы E40 типа «кукуруза»:

Родной цоколь E40 в светодиодных лампочках используется всё реже. Причиной тому желание производителей угодить максимальному количеству потребителей. Зачастую они просто комплектуют изделия формата E27 переходником на больший диаметр. Однако это не мешает LED-лампам с сорокамиллиметровым диаметром цоколя качественно освещать огромные помещения и экономить деньги коммунальных и коммерческих предприятий.

Появились вопросы по теме статьи? Вы можете задать их в блоке с комментариями, который расположен под статьей. Также у вас есть возможность дополнить этот материал интересными сведениями и фактами которые вам известны о светодиодных лампах Е40.

Читайте также:
Отопительные приборы для дачи

Устройство и характеристики лампы светодиодной Е40

Светодиоды методично вытесняют из обращения не только бытовые лампы накаливания, но и промышленное осветительное оборудование. Желание сэкономить заставляет предпринимателей и муниципальную власть искать менее энергозатратные устройства.

Отличным вариантом для организации освещения на большой площади является лампа светодиодная E40, конструкция которой совместима со многими находящимися в эксплуатации светильниками.

  • Устройство светодиодной лампы
    • Общие конструкционные элементы
    • Особенности цоколя Эдисона
    • Принципиальные электрические схемы
  • Разновидности светодиодных ламп E40
  • Особенности промышленных светодиодных ламп
  • Сферы применения ламп E40
  • Выводы и полезное видео по теме

Устройство светодиодной лампы

За счет большого диаметра цоколя светодиодная лампочка E40 без проблем вмещает внутри себя множество электронных компонентов. А её увеличенный объем корпуса позволяет равномерно распределять тепло, предупреждая перегрев изделия.

Благодаря своим конструкционным особенностям LED-лампа E40 получает и множество других достоинств.

Общие конструкционные элементы

Светодиодные лампы E40 могут довольно сильно отличаться внешним видом. Всех их объединяет лишь тип винтового цоколя, диаметр которого составляет 40мм. Несмотря на внешние отличия, конструкция таких лампочек имеет общие черты.

Основные составные их части следующие:

  1. Рассеиватель. Представляет собой матовую объемную оболочку из пластика, расположенную вокруг светодиодов. Она обеспечивает максимально равномерное распределение света по всей окружности лампы.
  2. Светодиодные кристаллы, являющиеся непосредственными светоизлучателями. Они расположены на печатной плате и могут быть трех разновидностей: SMD, COB, Filament.
  3. Печатная плата. Имеет вид теплопроводящей металлической пластины, которая способствует передаче тепла от работающих светодиодных кристаллов к радиатору.
  4. Алюминиевый или металлопластиковый радиатор. Располагается обычно между цоколем и колбой, имеет ребристую форму, предназначенную для увеличения площади теплоотдачи лампочки.
  5. Драйвер. Представляет собой микросхему, обеспечивающую пониженным напряжением и постоянным током светодиодные кристаллы. Качественный драйвер не должен приводить к миганию лампы при её работе.
  6. Диэлектрический пластиковый или керамический вкладыш, который разграничивает находящийся под напряжением цоколь и остальные структурные элементы светодиодной лампочки.
  7. Винтовой металлический цоколь E40, диаметром 40 мм. Он служит для крепления лампы в светильнике и обеспечивает передачу тока от патрона к драйверу.

Если цоколь светодиодной лампы типа E40 всегда одинаков, то внешняя форма колбы и радиатора может сильно варьироваться.

Мощный светоизлучающий кристалл генерирует много побочного тепла. Для поддержания приемлемой рабочей температуры внутри корпуса таких ламп необходим радиатор с большой площадью поверхности. Поэтому размеры и форма светодиодных устройств во многом обусловлена их мощностью и другими техническими характеристиками.

Особенности цоколя Эдисона

Буква E в маркировке резьбового цоколя обязана своим происхождением изобретателю ламп Томасу Эдисону, который запатентовал это инженерное решение более 100 лет назад.

Его конструкция не изменилась за столетие благодаря ряду преимуществ:

  • простота и прочность монтажа;
  • большая площадь контакта с внутренней поверхностью патрона;
  • легкость производства;
  • возможность установки внутри цоколя дополнительных деталей.

Наиболее распространенными форматами винтовых цоколей являются E14, E27 и E40. Двузначная цифра в маркировке обозначает их наружный диаметр.

Цоколь E40 ранее использовался в дуговых ртутных лампах и лампочках накаливания. Его большой размер был обусловлен необходимостью увеличения площади контакта с патроном, а также стремлением снизить нагрев стеклянного цоколя в узком месте.

Светодиодные лампы E40 производятся лишь с целью обеспечить совместимость со старыми светильниками. Никаких объективных причин использования таких больших цоколей на данный момент нет.

Принципиальные электрические схемы

Стоимость и надежность LED-ламп E40 во многом зависит от количества и качества деталей драйвера. А в его основе лежит микросхема, которая может изготавливаться в различных функциональных вариантах.

В простейшем исполнении драйвер состоит из небольшого конденсатора и выпрямителя напряжения. Ограничителем тока нагрузки выступает SMD резистор, расположенный на светодиодной плате. Эта элементарная схема не содержит даже трансформатора, что заставляет использовать в ней строго определенное число светодиодов.

В таком дешевом варианте свет лампы будет пульсирующим, что может негативно сказаться на общем здоровье находящихся рядом людей.

Наиболее сложные драйвера светодиодных лампочек включают следующие структурные элементы:

  • мостовой выпрямитель напряжения с емкостным балластом, ограничивающим входной ток;
  • несколько конденсаторов повышенной емкости, расположенных на разных уровнях схемы;
  • система обратной связи, позволяющая регулировать параметры напряжения и тока;
  • электросхема диммирования, делающая возможным плавное регулирование светимости лампы.

Качественный драйвер полностью убирает пульсацию LED-лампы и стабилизирует подаваемое на светодиоды напряжение.

Это увеличивает общий срок службы изделия и повышает его КПД. Сложные схемы имеют и недостатки:

  • большой размер;
  • сложность ремонта;
  • дороговизна.

Помимо двух рассмотренных электрических схем существует множество промежуточных вариантов внутреннего устройства драйвера. Потребителями востребованы лампочки различной конструкции. Например, для ночного освещения безлюдных промышленных площадок будет достаточно лампы с простейшим драйвером.

Разновидности светодиодных ламп E40

Промышленное осветительное оборудование конструкционно намного разнообразнее бытового. Соответственно, и характеристики ламп для него требуются различные. Большое значение имеет направленность света, возможность работы в непрерывном режиме и защищенность корпуса.

Производители же следуют за спросом и предлагают потребителям следующие модификации светодиодных ламп:

  • пыле- и влагозащищенные;
  • с рабочим напряжением 110 или 220 В;
  • углом свечения от 120 до 360 градусов;
  • мощностью от 10 до 500 Вт;
  • из пластиковых, алюминиевых, жаропрочных материалов;
  • с матовой, прозрачной колбой, с открытыми светодиодами;
  • с датчиками освещенности, движения;
  • диммируемые;
  • виброустойчивые, взрывобезопасные.
Читайте также:
Описание бордюров из камня и их виды

У малоизвестных производителей светодиодных ламп дополнительные опции могут быть в большей степени маркетинговым ходом, чем реальным преимуществом. Поэтому приоритет при покупке следует отдавать осветительной продукции известных брендов.

Особенности промышленных светодиодных ламп

Осветительные приборы с цоколем E40 используются лишь в промышленной и общественной сфере. Бытовых изделий такой конструкции просто не выпускают. К промышленным светильникам предъявляются повышенные требования по надежности и устойчивости к внешним факторам. Поэтому и работающие в них светодиодные лампы E40 также обладают рядом особенностей:

  1. Значение коэффициента мощности составляет 0,9-0,95, а у бытовых лампочек – 0,7-0,9.
  2. Светодиоды зачастую имеют индивидуальные линзы, изменяющие направленность светового потока.
  3. Расширенный диапазон рабочих температур. Драйвер в лампочках E40 рассчитан на нагрев до 110-120 °C и охлаждение до -50°C мороза.
  4. Увеличенный ресурс службы – до 10 лет непрерывного свечения.
  5. Корпус зачастую имеет антивандальную защиту для предотвращения механического повреждения светодиодов.
  6. Размещение светодиодов на плате предполагает возможность их замены при ремонте.
  7. Большинство ламп E40 защищено от ветра, дождя и пыли.
  8. Усиленный радиатор позволяет активно отводить тепло при круглосуточной работе.
  9. Увеличенный коэффициент цветопередачи.
  10. В отличие от ртутных ламп, светодиодные не требуют установки дополнительных пусковых устройств.

Вышеописанные преимущества значительно увеличивают стоимость светодиодных ламп с цоколем E40. Но за счет повышенной надежности и увеличенного срока работы такие изделия снижают эксплуатационные затраты предприятий. Единожды поставив в светильники такие светодиодные лампочки, можно не беспокоиться о них на протяжении нескольких лет.

Осветительное оборудование с цоколем E40 замещается современными моделями довольно медленно. Причина – отсутствие новых альтернативных стандартов для подключения съемных светодиодных ламп. Ещё одним тормозом обновления оборудования является безразличность промышленных потребителей к дизайну и моральному устареванию устройств.

Сферы применения ламп E40

Нишу устройств с направленным световым потоком в промышленной сфере давно заняли светодиодные прожекторы. Лампочкам с цоколем E40 отведена ниша рассеянного освещения больших площадок и помещений.

Основными местами их использования являются:

  1. Уличная территория промышленных объектов, складов, транспортных баз, общественных заведений.
  2. Придорожные фонарные столбы.
  3. Дворы частных домов, дач.
  4. Торгово-развлекательные центры.
  5. Производственные цеха с высокими потолками.
  6. Стадионы.
  7. Ангары.
  8. Детские площадки.

В зимнее время светодиодные лампы хороши тем, что при попадании на них снега не создаётся разницы температур в различных частях корпуса. Благодаря этому не нарушаются прочностные характеристики их колб.

Цоколь E40 является пережитком прошлого, поэтому вряд ли в будущем он будет использоваться в новых сферах.

Выводы и полезное видео по теме

В видеороликах демонстрируются светодиодные лампочки E40 в работе, а также рассматривается их внутреннее устройство.

Сравнение светодиодных ламп с различными цоколями:

Обзор и внутреннее устройство светодиодной лампочки E40:

Тестирование мощных светодиодной лампы E40 типа «кукуруза»:

Родной цоколь E40 в светодиодных лампочках используется всё реже. Причиной тому желание производителей угодить максимальному количеству потребителей. Зачастую они просто комплектуют изделия формата E27 переходником на больший диаметр. Однако это не мешает LED-лампам с сорокамиллиметровым диаметром цоколя качественно освещать огромные помещения и экономить деньги коммунальных и коммерческих предприятий.

Изучаем устройство светодиодных ламп на 220В

Уже на протяжении многих лет мы применяли обычные лампы накаливания для освещения дома, квартиры, офиса или промышленного предприятия. Однако с каждым днем цены на электроэнергию стремительно растут, что заставляет нас отдавать предпочтение более энергоэффективным устройствам, обладающим высоким КПД, длительным сроком службы и способными создавать необходимый световой поток с минимальными затратами. Именно к таким устройствам относятся светодиодные лампы на 220 вольт, преимущества которых мы постараемся раскрыть в полном объеме в данной статье.

Внимание! В этой публикации приводятся примеры схем, с питанием от опасного для жизни напряжения 220В. Собирать и испытывать такие схемы разрешается только лицам, имеющим необходимое образование и допуски!

Самая простая схема

Светодиодная лампа на 220 В — это одна из разновидностей ламп освещения, световой поток в которой создается за счет преобразования электрической энергии в световой поток с помощью кристалла светодиода. Для работы светодиодов от стационарной бытовой сети 220 В необходимо собрать самую простейшую схему, изображенную ниже на рисунке.

Схема светодиодной лампы на 220 вольт состоит из источника переменного напряжения 220–240 В, выпрямительного моста для преобразования переменного тока в постоянный, ограничительного конденсатора С1, конденсатора для сглаживания пульсаций С2 и светодиодов, подключаемых последовательно от 1-го до 80 штук.

Принцип работы

При подаче переменного напряжения 220 В переменной частоты (50 Гц) на драйвер светодиодной лампы, оно проходит через токоограничивающий конденсатор С1 на выпрямительный мост, собранный из 4-х диодов.

После этого на выходе моста мы получаем постоянное выпрямленное напряжение, требующееся для работы светодиодов. Однако для получения непрерывного светового потока, в драйвер необходимо добавить электролитический конденсатор C2 для сглаживания пульсаций, возникающих при выпрямлении переменного напряжения.

Читайте также:
Растения для очистки воздуха в квартире: спасаемся от духоты большого города

Глядя на устройство светодиодной лампы на 220 вольт, мы видим, что там присутствуют сопротивления R1 и R2. Резистор R2 служит для разрядки конденсатора для защиты от пробоя при выключенном питании, а R1 — для ограничения тока, подаваемого на светодиодный мост при включении.

Схема с дополнительной защитой

Также в некоторых схемах есть дополнительное сопротивление R3, расположенное последовательно светодиодам. Оно служит для защиты от бросков тока в цепях светодиодов. Цепочка R3—C2 представляет классический фильтр низкой частоты (НЧ).

Схема с активным ограничителем тока

В этом варианте схемы ограничивающим ток элементом является сопротивление R1. Такая схема будет иметь показатель коэффициента мощности или cos φ близкий к единице, в отличие от предыдущих вариантов с токоограничивающим конденсатором, представляющих из себя реактивную нагрузку. Недостаток такого варианта в необходимости рассеивать значительное количество тепла на резисторе R1.

Для разрядки остаточного напряжения конденсатора C1 до нуля в схеме применен резистор R2.

Устройство светодиодных ламп для цепей переменного тока напряжением 220В

Светодиодные лампочки состоят из следующих компонентов:

  1. Цоколя (Е27, Е14, Е40 и так далее) для вкручивания в патрон светильника, бра или люстры;
  2. Диэлектрической прокладки между цоколем и корпусом;
  3. Драйвера, на котором собрана схема для преобразования переменного напряжения в постоянного необходимой величины;
  4. Радиатора, который служит для отвода тепла от светодиодов;
  5. Печатной платы, на которую впаиваются светодиоды (типоразмеров SMD5050, SMD3528 и так далее);
  6. Резисторов (чипы) для защиты светодиодов от пульсирующего тока;
  7. Светорассеивателя для создания равномерного светового потока.

Как подключить светодиодные лампы на 220 вольт

Самая большая хитрость при подключении светодиодных ламп на 220 в, что никакой хитрости нет. Подключение происходит абсолютно точно также, как вы это делали с лампами накаливания или компактными люминесцентными лампами (КЛЛ). Для этого: обесточьте цоколь, а затем вкрутите в него лампу. При установке никогда не касайтесь металлических частей лампы: помните, что иногда нерадивые электрики вместо фазы могут провести через выключатель ноль. В таком случае, фазное напряжение никогда не будет сниматься с цоколя.

Производители выпустили светодиодные аналоги всех, выпускавшихся ранее типов ламп с самыми разными цоколями: Е27, Е14, GU5.3 и так далее. Принцип установки для них остается такой же.

Если же Вы купили светодиодную лампочку, рассчитанную на 12 или 24 Вольта, тогда Вам не обойтись без блока питания. Подключение источников света производится параллельно: все «плюсы» лампочек вместе к плюсовому выходу блока питания, а все «минусы» вместе — к «минусу» блока питания.

В данном случае, важно соблюдать полярность («плюс» — к «плюсу», «минус» — к «минусу»), поскольку светодиоды будут испускать световой поток только в том случае, если соблюдена полярность! Некоторые изделия при переполюсовке могут выйти из строя.

Внимание! Не перепутайте блок питания (источник питания) постоянного напряжения с трансформатором. Трансформатор дает на выходе переменное напряжение, в то время как источник питания — постоянное напряжение.

Например, у вас есть мебельная подсветка на кухне, в гардеробе или в другом месте, составленная из 4-х галогенных ламп мощностью 40 Вт и напряжением 12 В, запитанных от трансформатора. Вы решили заменить эти лампы на светодиодные 4 штуки по 4–5 Вт.

Внимание! В этом случае необходимо заменить используемый ранее трансформатор на источник постоянного напряжения 12 В мощностью не менее 16–20 Вт.

Иногда подобные светодиодные лампы для точечных светильников в большинстве случаев комплектуются блоком питания на заводе-изготовителе. При покупке таких ламп следует одновременно озадачиться и покупкой источника питания.

Как сделать простую светодиодную лампочку

Для того, чтоб собрать светодиодную лампу нам потребуется старая люминесцентная лампа, точнее ее основание с цоколем, длинный кусок 12 В светодиодной ленты,и пустая алюминиевая 330 мл банка

Для питания такой лампы понадобится источник постоянного напряжение на 12 В такого размера, чтобы без проблем вошел внутрь банки.

Итак, теперь само изготовление:

  1. Обмотайте лентой банку, как показано на рисунке.
  2. Припаяйте провода от светодиодной ленты к выходу источника питания (ИП).
  3. Вход ИП проводами припаяйте к цоколю основания лампы.
  4. Сам источник надежно закрепите внутри банки, предварительно вырезав достаточное по размеру отверстие для пропускания ИП внутрь.
  5. Приклейте банку с лентой к основанию корпуса с цоколем и лампа готова.

Конечно, такая лампа не шедевр дизайнерского искусства, но зато сделана своими руками!

Основные неисправности светодиодных ламп на 220 вольт

Исходя из многолетнего опыта, если не горит светодиодная лампа 220 в, то причины могут быть следующими:

1. Выход из строя светодиодов

Поскольку в светодиодной лампе все светодиоды подключены последовательно, если выходит хотя бы один из них, вся лампочка перестает светится поскольку возникает обрыв цепи. В большинстве случаев светодиоды в лампах на 220 применяются 2-х типоразмеров: SMD5050 и SMD3528.

Для устранения этой причины необходимо найти вышедший из строя светодиод и заменить его на другой, или же поставить перемычку (перемычками лучше не злоупотреблять — так как они могут увеличить ток через светодиоды в некоторых схемах). При решении проблемы вторым способом незначительно уменьшится световой поток, однако лампочка опять станет светить.

Читайте также:
Плотность керамзитобетона кг на м3, характеристика материала и изделий

Чтоб найти поврежденный светодиод нам понадобится источник питания с низким током (20 мА) или мультиметр.

Для этого подаем «+» на анод, а «–» на катод. Если светодиод не засветится, значит он вышел из строя. Таким образом нужно проверить каждый из светодиодов лампы. Также вышедший из строя светодиод можно определить визуально, это выглядит примерно так:

Причиной данной поломки в большинстве случаев является отсутствие какой-либо защиты светодиода.

2. Выход из строя диодного моста

В большинству случаев при таковой неисправности основная причина — заводской брак. И в таком в случае зачастую «вылетают» и светодиоды. Для решения данной проблемы необходимо заменить диодный мост (или диоды моста) и проверить все светодиоды.

Чтобы проверить диодный мост необходим мультиметр. Необходимо подать на вход моста переменное напряжение 220 В, и проверить напряжение на выходе. Если на выходе оно остается переменным, то значит диодный мост вышел из строя.

Если диодный мост собран на отдельных диодах, их можно поочередно выпаять и проверить прибором. Диод должен пропускать ток только в одном направлении. Если он вообще не пропускает ток или пропускает при подаче на катод положительной полуволны значит он вышел из строя и требует замены.

3. Плохая пайка выводных концов

В данном случае нам будет необходим мультиметр. Нужно разобраться в схеме светодиодной лампы и далее проверять все точки, начиная со входного напряжения 220 В и заканчивая выводами светодиодов. Исходя из опыта, данная проблема присуща дешевым светодиодным лампам и чтоб ее устранить достаточно паяльником дополнительно пропаять все детали и компоненты.

Где купить лампу

Максимально быстро закрыть вопрос можно в ближайшем специализированном магазине. Оптимальным же, по соотношению цена-качество, остаётся вариант покупки в Интернет-магазине АлиЭкспресс. Обязательное длительное ожидание посылок из Китая осталось в прошлом, ведь сейчас множество товаров находятся на промежуточных складах в странах назначения: например, при заказе вы можете выбрать опцию «Доставка из Российской Федерации»:

Заключение

Светодиодная лампа 220 в — это энергоэффективное устройство, обладающее хорошими техническими характеристиками, простой конструкцией и легкой эксплуатацией, что позволяет их использования как в домашних, так и промышленных условиях.

Также стоит отметить, чтоб при наличии некоторых приспособлений, образования и опыта можно определить неисправности светодиодных ламп на 220 вольт и с минимальными затратами устранить их.

Видео по теме

Принцип работы солнечной батареи: как устроена и работает солнечная панель

Эффективное преобразование бесплатных лучей солнца в энергию, которую можно использовать для электроснабжения жилья и иных объектов, – заветная мечта многих апологетов зеленой энергетики.

Но принцип работы солнечной батареи, и ее КПД таковы, что о высокой эффективности таких систем пока говорить не приходится. Было бы неплохо обзавестись собственным дополнительным источником электроэнергии. Не так ли? Тем более что уже сегодня и в России с помощью гелиопанелей “дармовой” электроэнергией успешно снабжается немалое количество частных домохозяйств. Вы все еще не знаете с чего начать?

Ниже мы расскажем вам об устройстве и принципах работы солнечной панели, вы узнаете, от чего зависит эффективность гелиосистемы. А размещенные в статье видеоролики помогут собственноручно собрать солнечную панель из фотоэлементов.

Солнечные батареи: терминология

В тематике «солнечной энергетики» достаточно много нюансов и путаницы. Часто новичкам разобраться во всех незнакомых терминах поначалу бывает трудно. Но без этого заниматься гелиоэнергетикой, приобретая себе оборудование для генерации “солнечного” тока, неразумно.

По незнанию можно не только выбрать неподходящую панель, но и попросту сжечь ее при подключении либо извлечь из нее слишком незначительный объем энергии.

Вначале следует разобраться в существующих разновидностях оборудования для гелиоэнергетики. Солнечные батареи и солнечные коллекторы – это два принципиально разных устройства. Оба они преобразуют энергию лучей солнца.

Однако в первом случае на выходе потребитель получает энергию электрическую, а во втором тепловую в виде нагретого теплоносителя, т.е. солнечные панели используют для отопления дома.

Второй нюанс – это понятие самого термина «солнечная батарея». Обычно под словом «батарея» понимается некое аккумулирующее электроэнергию устройство. Либо на ум приходит банальный отопительный радиатор. Однако в случае с гелиобатареями ситуация кардинально иная. Они ничего в себе не накапливают.

Солнечные батареи предназначены исключительно для генерации электрического тока. Он, в свою очередь, накапливается для снабжения дома электричеством ночью, когда солнце опускается за горизонт, уже в присутствующих дополнительно в схеме энергообеспечения объекта аккумуляторах.

Батарея здесь подразумевается в контексте некой совокупности однотипных компонентов, собранных в нечто единое целое. Фактически это просто панель из нескольких одинаковых фотоэлементов.

Внутреннее устройство гелиобатареи

Постепенно солнечные батареи становятся все дешевле и эффективней. Сейчас они применяются для подзарядки аккумуляторов в уличных фонарях, смартфонах, электроавтомобилях, частных домах и на спутниках в космосе. Из них стали даже строить полноценные солнечные электростанции (СЭС) с большими объемами генерации.

Читайте также:
Сверление квадратных отверстий — сверло Уаттса и принцип треугольника Рёло

Каждая солнечная батарея устроена как блок из энного количества модулей, которые объединяют в себе последовательно соединенные полупроводниковые фотоэлементы. Чтобы понять принципы функционирования такой батареи, необходимо разобраться в работе этого конечного звена в устройстве гелиопанели, созданного на базе полупроводников.

Виды кристаллов фотоэлементов

Вариантов ФЭП из разных химических элементов существует огромное количество. Однако большая их часть – это разработки на начальных стадиях. В промышленных масштабах сейчас выпускаются пока что только панели из фотоэлементов на основе кремния.

Обычный фотоэлемент в гелиопанели – это тонкая пластина из двух слоев кремния, каждый из которых имеет свои физические свойства. Это классический полупроводниковый p-n-переход с электронно-дырочными парами.

При попадании на ФЭП фотонов между этими слоями полупроводника из-за неоднородности кристалла образуется вентильная фото-ЭДС, в результате чего возникает разность потенциалов и ток электронов.

Кремниевые пластины фотоэлементов различаются по технологии изготовления на:

  1. Монокристаллические.
  2. Поликристаллические.

Первые имеют более высокий КПД, но и себестоимость их производства выше, нежели у вторых. Внешне один вариант от другого на солнечной панели можно различить по форме.

У монокристаллических ФЭП однородная структура, они выполняются в виде квадратов со срезанными углами. В отличие от них поликристаллические элементы имеют строго квадратную форму.

Поликристаллы получаются в результате постепенного охлаждения расплавленного кремния. Метод этот предельно прост, поэтому такие фотоэлементы и стоит недорого.

Но производительность в плане выработки электроэнергии из солнечных лучей у них редко превышает 15%. Связано это с “нечистотой” получаемых кремниевых пластин и внутренней их структурой. Здесь чем чище p-слой кремния, тем более высокий выходит КПД у ФЭП из него.

Чистота монокристаллов в этом отношении гораздо выше, нежели у поликристаллических аналогов. Их делают не из расплавленного, а из искусственно выращенного цельного кристалла кремния. Коэффициент фотоэлектрического преобразования у таких ФЭП уже достигает 20-22%.

Обращенный к солнцу верхний слой пластинки-фотоэлемента делается из того же кремния, но уже с добавлением фосфора. Именно последний будет источником избыточных электронов в системе p-n-перехода.

Настоящим прорывов в области использования солнечной энергии стала разработка гибких панелей с аморфным фотоэлектрическим кремнием:

Принцип работы солнечной панели

При падении солнечных лучей на фотоэлемент в нем генерируются неравновесные электронно-дырочные пары. Избыточные электроны и «дырки» частично переносятся через p-n-переход из одного слоя полупроводника в другой.

В итоге во внешней цепи появляется напряжение. При этом на контакте p-слоя формируется положительный полюс источника тока, а на n-слоя – отрицательный.

Подключенные к внешней нагрузке в виде аккумулятора фотоэлементы образуют с ним замкнутый круг. В результате солнечная панель работает, как своеобразное колесо, по которому вместе белки “бегают” электроны. А аккумуляторная батарея при этом постепенно набирает заряд.

Стандартные кремниевые фотоэлектрические преобразователи являются однопереходными элементами. Переток в них электронов происходит только через один p-n-переход с ограниченной по энергетике фотонов зоной этого перехода.

То есть каждый такой фотоэлемент способен генерировать электроэнергию только от узкого спектра солнечного излучения. Вся остальная энергия пропадает впустую. Поэтому-то и эффективность у ФЭП так низка.

Чтобы повысить КПД солнечных батарей, кремниевые полупроводниковые элементы для них в последнее время стали делать многопереходными (каскадными). В новых ФЭП переходов уже несколько. Причем каждый из них в этом каскаде рассчитан на свой спектр солнечных лучей.

Суммарная эффективность преобразования фотонов в электроток у таких фотоэлементов в итоге возрастает. Но и цена их значительно выше. Здесь либо простота изготовления с невысокой себестоимостью и низким КПД, либо более высокая отдача вкупе с высокой стоимостью.

При работе фотоэлемент и вся батарея постепенно греется. Вся та энергия, что не пошла на генерацию электротока, трансформируется в тепло. Часто температура на поверхности гелиопанели поднимается до 50–55 °С. Но чем она выше, тем менее эффективно работает фотогальванический элемент.

В итоге одна и та же модель солнечной батареи в жару генерирует тока меньше, нежели в мороз. Максимум КПД фотоэлементы показывают в ясный зимний день. Тут сказываются два фактора – много солнца и естественное охлаждение.

При этом если на панель будет падать снег, то электроэнергию она генерировать все равно продолжит. Более того, снежинки даже не успеют на ней особо полежать, растаяв от тепла нагретых фотоэлементов.

Эффективность батарей гелиосистемы

Один фотоэлемент даже в полдень при ясной погоде выдает совсем немного электроэнергии, достаточной разве что для работы светодиодного фонарика.

Чтобы повысить выходную мощность, несколько ФЭП объединяют по параллельной схеме для увеличения постоянного напряжения и по последовательной для повышения силы тока.

Эффективность солнечных панелей зависит от:

  • температуры воздуха и самой батареи;
  • правильности подбора сопротивления нагрузки;
  • угла падения солнечных лучей;
  • наличия/отсутствия антибликового покрытия;
  • мощности светового потока.

Чем ниже температура на улице, тем эффективней работают фотоэлементы и гелиобатарея в целом. Здесь все просто. А вот с расчетом нагрузки ситуация сложнее. Ее следует подбирать исходя из выдаваемого панелью тока. Но его величина меняется в зависимости от погодных факторов.

Постоянно отслеживать параметры солнечной батареи и вручную корректировать ее работу проблематично. Для этого лучше воспользоваться контроллером управления, который в автоматическом режиме сам подстраивает настройки гелиопанели, чтобы добиться от нее максимальной производительности и оптимальных режимов работы.

Читайте также:
Ремонт ванных комнат с душевой кабиной – фото

Идеальный угол падения лучей солнца на гелиобатарею – прямой. Однако при отклонении в пределах 30-ти градусов от перпендикуляра эффективность панели падает всего в районе 5%. Но при дальнейшем увеличении этого угла все большая доля солнечного излучения будет отражаться, уменьшая тем самым КПД ФЭП.

Если от батареи требуется, чтобы она максимум энергии выдавала летом, то ее следует сориентировать перпендикулярно к среднему положению Солнца, которое оно занимает в дни равноденствия по весне и осени.

Для московского региона – это приблизительно 40–45 градусов к горизонту. Если максимум нужен зимой, то панель надо ставить в более вертикальном положении.

И еще один момент – пыль и грязь сильно снижают производительность фотоэлементов. Фотоны сквозь такую “грязную” преграду просто не доходят до них, а значит и преобразовывать в электроэнергию нечего. Панели необходимо регулярно мыть либо ставить так, чтобы пыль смывалась дождем самостоятельно.

Некоторые солнечные батареи имеют встроенные линзы для концентрирования излучения на ФЭП. При ясной погоде это приводит к повышению КПД. Однако при сильной облачности эти линзы приносят только вред.

Если обычная панель в такой ситуации будет продолжать генерировать ток пусть и в меньших объемах, то линзовая модель работать прекратит практически полностью.

Солнце батарею из фотоэлементов в идеале должно освещать равномерно. Если один из ее участков оказывается затемненным, то неосвещенные ФЭП превращаются в паразитную нагрузку. Они не только в подобной ситуации не генерируют энергию, но еще и забирают ее у работающих элементов.

Панели устанавливать надо так, чтобы на пути солнечных лучей не оказалось деревьев, зданий и иных преград.

Схема электропитания дома от солнца

Система солнечного электроснабжения включает:

  1. Гелиопанели.
  2. Контроллер.
  3. Аккумуляторы.
  4. Инвертор (трансформатор).

Контроллер в этой схеме защищает как солнечные батареи, так и АКБ. С одной стороны он препятствует протеканию обратных токов по ночам и в пасмурную погоду, а с другой – защищает аккумуляторы от чрезмерного заряда/разряда.

Для трансформации постоянного тока на 12, 24 либо 48 Вольта в переменный 220-вольтовый нужен инвертор. Автомобильные аккумуляторы применять в такой схеме не рекомендуется из-за их неспособности выдерживать частые перезарядки. Лучше всего потратиться и приобрести специальные гелиевые AGM либо заливные OPzS АКБ.

Выводы и полезное видео по теме

Принципы работы и схемы подключения солнечных батарей не слишком сложны для понимания. А с собранными нами ниже видеоматериалами разобраться во всех тонкостях функционирования и установки гелиопанелей будет еще проще.

Доступно и понятно, как работает фотоэлектрическая солнечная батарея, во всех подробностях:

Как устроены солнечные батареи смотрите в следующем видеоролике:

Сборка солнечной панели из фотоэлементов своими руками:

Каждый элемент в системе солнечного электроснабжения коттеджа должен быть подобран грамотно. Неизбежные потери мощности происходят на аккумуляторах, трансформаторах и контроллере. И их обязательно надо сократить до минимума, иначе и так достаточно низкая эффективность гелиопанелей окажется сведена вообще к нулю.

В ходе изучения материала появились вопросы? Или вы знаете ценную информацию по теме статьи и можете сообщить ее нашим читателям? Пожалуйста, оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке.

Как устроены и работают солнечные батареи

Солнечная энергетика становится все более популярной во всем мире. Вместе с коллегами из специализированного портала Elektrik мы разбирались, как устроена солнечная батарея, из чего она состоит и куда отправляется получаемая энергия.

В наше время практически каждый может собрать и получить в свое распоряжение свой независимый источник электроэнергии на солнечных батареях (в научной литературе они называются фотоэлектрическими панелями).

Дорогостоящее оборудование со временем компенсируется возможностью получать бесплатную электроэнергию. Важно, что солнечные батареи – это экологически чистый источник энергии. За последние годы цены на фотоэлектрические панели упали в десятки раз и они продолжают снижаться, что говорит о больших перспективах при их использовании.

В классическом виде такой источник электроэнергии будет состоять из следующих частей: непосредственно, солнечной батареи (генератора постоянного тока), аккумулятора с устройством контроля заряда и инвертора, который преобразует постоянный ток в переменный.

Солнечные батареи состоят из набора солнечных элементов (фотоэлектрических преобразователей), которые непосредственно преобразуют солнечную энергию в электрическую.

Большинство солнечных элементов производят из кремния, который имеет довольно высокую стоимость. Этот факт определят высокую стоимость электрической энергии, которая получается при использовании солнечных батарей.

Распространены два вида фотоэлектрических преобразователей: сделанные из монокристаллического и поликристаллического кремния. Они отличаются технологией производства. Первые имеют кпд до 17,5%, а вторые – 15%.

Наиболее важным техническим параметром солнечной батареи, которая оказывает основное влияние на экономичность всей установки, является ее полезная мощность. Она определяется напряжением и выходным током. Эти параметры зависят от интенсивности солнечного света, попадающего на батарею.

Электродвижущая сила отдельных солнечных элементов не зависит от их площади и снижается при нагревании батареи солнцем, примерно на 0,4% на 1 гр. С. Выходной ток зависит от интенсивности солнечного излучения и размера солнечных элементов. Чем ярче солнечный свет, тем больший ток генерируется солнечными элементами. Зарядный ток и отдаваемая мощность в пасмурную погоду резко снижается. Это происходит за счет уменьшения отдаваемой батареей тока.

Читайте также:
Полипропилен или металлопластик - какие трубы лучше?

Если освещенная солнцем батарея замкнута на какую либо нагрузку с сопротивлением Rн, то в цепи появляется электрический ток I, величина которого определяется качеством фотоэлектрического преобразователя, интенсивностью освещения и сопротивлением нагрузки. Мощность Pн, которая выделяется в нагрузке определяется произведением Pн = IнUн, где Uн напряжение на зажимах батареи.

Наибольшая мощность выделяется в нагрузке при некотором оптимальном ее сопротивлении Rопт, которое соответствует наибольшему коэффициенту полезного действия (кпд) преобразования световой энергии в электрическую. Для каждого преобразователя имеется свое значение Rопт, которая зависит от качества, размера рабочей поверхности и степени освещенности.

Солнечная батарея состоит из отдельных солнечных элементов, которые соединяются последовательно и параллельно для того, чтобы увеличить выходные параметры (ток, напряжение и мощность). При последовательном соединении элементов увеличивается выходное напряжение, при параллельном – выходной ток.

Для того, чтобы увеличить и ток и напряжение комбинируют два этих способа соединения. Кроме того, при таком способе соединения выход из строя одного из солнечных элементов не приводит в выходу из строя всей цепочки, т.е. повышает надежность работы всей батареи.

Таким образом, солнечная батарея состоит из параллельно-последовательно соединенных солнечных элементов. Величина максимально возможного тока отдаваемого батареей прямо пропорциональна числу параллельно включенных, а электродвижущая сила – последовательно включенных солнечных элементов. Так, комбинируя типы соединения, собирают батарею с требуемыми параметрами.

Солнечные элементы батареи шунтируются диодами. Обычно их 4 – по одному, на каждую ¼ часть батареи. Диоды предохраняют от выхода из строя части батареи, которые по какой-то причине оказались затемненными, т. е. если в какой-то момент времени свет на них не попадает.

Батарея при этом временно генерирует на 25% меньшую выходную мощность, чем при нормальном освещении солнцем всей поверхности батареи.

При отсутствии диодов эти солнечные элементы будут перегреваться и выходить из строя, так как они на время затемнения превращаются в потребителей тока (аккумуляторы разряжаются через солнечные элементы), а при использовании диодов они шунтируются и ток через них не идет.

Получаемая электрическая энергия накапливается в аккумуляторах, а затем отдается в нагрузку. Аккумуляторы – химические источники тока. Заряд аккумулятора происходит тогда, когда к нему приложен потенциал, который больше напряжения аккумулятора.

Число последовательно и параллельно соединенных солнечных элементов должно быть таким, чтобы рабочее напряжение подводимое к аккумуляторам с учетом падения напряжения в зарядной цепи немного превышало напряжение аккумуляторов, а нагрузочный ток батареи обеспечивал требуемую величину зарядного тока.

Например, для зарядки свинцовой аккумуляторной батареи 12 В необходимо иметь солнечную батарею состоящую из 36 элементов.

При слабом солнечном свете заряд аккумуляторной батареи уменьшается и батарея отдает электрическую энергию электроприемнику, т.е. аккумуляторные батареи постоянно работают в режиме разряда и подзаряда.

Это процесс контролируется специальным контроллером. При циклическом заряде требуется постоянное напряжение или постоянный ток заряда.

При хорошей освещенности аккумуляторная батарея быстро заряжается до 90% своей номинальной емкости, а затем с меньшей скоростью заряда до полной емкости. Переключение на меньшую скорость заряда производится контроллером зарядного устройства.

Наиболее эффективно использование специальных аккумуляторов – гелевых (в батарее в качестве электролита применяется серная кислота) и свинцовыех батарей, которые сделанны по AGM-технологии. Этим батареям не нужны специальные условия для установки и не требуется обслуживание. Паспортный срок службы таких батарей – 10 – 12 лет при глубине разряда не более 20%. Аккумуляторные батареи никогда не должны разряжаться ниже этого значения, иначе их срок службы резко сокращается!

Аккумулятор подсоединяется к солнечной батарее через контроллер, который контролирует ее заряд. При заряде батареи на полную мощность к солнечной батареи подключается резистор, который поглощает избыточную мощность.

Для того чтобы преобразовать постоянное напряжение от аккумуляторной батареи в переменное напряжение, которой можно использовать для питания большинства электроприемников совместно с солнечной батарей можно использовать специальные устройства – инверторы.

Без использования инвертора от солнечной батареи можно питать электроприемники, работающие на постоянном напряжении, в т.ч. различную портативную технику, энергосберегающие источники света, например, те же светодиодные лампы.

Принцип действия солнечных батарей.

Почти 100% всей энергии, которую мы используем в повседневной жизни – это энергия солнца, так или иначе преобразованная. Уголь – это умершие растения, которые жили благодаря фотосинтезу, нефть – растения и животные, которые вымерли миллионы лет назад и росли за счет энергии солнца. Даже когда вы сжигаете дрова – вы даете выход солнечной энергии, которую в себя впитала древесина. По сути, любая тепловая электростанция преобразовывает аккумулированную в виде угля, нефти, газа и др. ископаемых солнечную энергию в электричество.

Солнечная батарея просто делает это напрямую, без участия «посредников». Электричество – наиболее удобная форма применения солнечной энергии. Весь быт человечества сейчас построен вокруг электричества, и цивилизацию без него очень сложно представить. Несмотря на то, что первые фотоэлементы появились более полувека назад, солнечная энергетика пока не нашла должного распространения. Почему? Об этом в конце статьи, а пока разберемся, как это все работает.

Читайте также:
Самодельные радиаторы отопления из профильной трубы

Все дело в кремнии

Солнечные батареи состоят из ячеек меньшего размера – фотоэлементов, которые сделаны из кремния.

Солнечная панель состоит из нескольких фотоэлементов.

Важно. Кремний – наиболее распространенный полупроводник на Земле (около 30% всей земной коры)

Кремний располагается между двумя токопроводящими слоями.

“Сэндвич” из кремния и токопроводящих слоев

Каждый атом кремния соединен с соседними четырьмя сильными связями, которые удерживают электроны на месте, поэтому так ток течь не может.

Структура атомов кремния

Для того, чтобы получить ток используют два различных слоя кремния:

  • Кремний N-типа имеет избыток электронов
  • Кремний Р-типа – дополнительные места для электронов (дырки)

Кремний Р и N типа

Там, где соединяются два типа кремния, электроны могут перемещаться через Р-N переход, оставляя положительный заряд на одной стороне и отрицательный на другой.

Чтобы это было легче представить, лучше думать о свете, как о потоке частиц (фотонов), которые ударяются о нашу ячейку настолько сильно, что выбивает электрон из его связи, оставляя дырку. Отрицательно заряженный электрон и место положительно заряженной дырки теперь могут свободно перемещаться, но т.к. мы имеем электрическое поле на Р-N переходе, они движутся только в одном направлении. Электрон – в сторону N-проводника, дырка стремится на Р – сторону пластины.

После “освобождения” электрон стремится к проводнику

Все электроны собираются металлическими проводниками вверху ячейки и уходят во внешнюю сеть, питая токоприемники, аккумуляторы для солнечных батарей или электрический стул для хомяка :) . После проведенной работы электроны возвращаются к обратной стороне пластины и занимают места в тех самых «дырках».

Стандартная пластина, 150х150 мм номинально вырабатывает только 0,5 вольта, но если объединить их в одну большую панель, то можно получить бо́льшую мощность и вольтаж. Для зарядки мобильника нужно объединить 12 таких пластин. Для питания дома нужно затратить гораздо больше пластин и панелей.

Благодаря тому, что в фотоэлементах единственной подвижной частью являются электроны, солнечные панели не нуждаются в обслуживании и могут служить 20-25 лет не изнашиваясь и не ломаясь.

Почему человек не перешел на солнечную энергию полностью?

Можно много рассуждать о политике, бизнесе и прочей конспирологии, но в рамках этой статьи хотелось бы рассказать о других проблемах.

  1. Неравномерное распределение солнечной энергии по поверхности планеты. Одни области более солнечные, чем другие и это тоже непостоянною. Солнечной энергии гораздо меньше в пасмурные дни и совсем нет ночью. И чтобы полностью рассчитывать на солнечную энергию, необходимы эффективные способы получения электричества для всех областей.
  2. КПД. В лабораторных условиях удалось достичь результата в 46%. Но коммерческие системы не достигают даже 25% эффективности.
  3. Хранение. Самым слабым звеном в солнечной энергетике является отсутствие эффективного и дешевого способа сохранять полученную электроэнергию. Существующие аккумуляторные батареи тяжелы и значительно снижают эффективность и без того слабые показатели солнечной системы. В целом, хранить 10 тонн угля проще и удобнее, чем 46 мегаватт, выработанных этим же углем или солнцем.
  4. Инфраструктура. Для того, чтобы питать мегаполисы – площадей крыш этих городов будет недостаточно, чтобы удовлетворить все запросы, поэтому для внедрения солнечной энергетики нужно транспортировать энергию, а для этого необходимо строить новые энергетические объекты

Видео о том, как производят солнечные батареи.

В ролике подробно описывается процесс изготовления поликристаллических солнечных батарей, принцип их работы в системе солнечных электростанций, принцип работы контроллера заряда и инвертора.

Комментарии:

Не совсем понятно из статьи, почему снижается КПД при нагревании солнечной панели. Можете объяснить? Снижение порой доходит до 20-30%

Василий, это происходит потому, что при нагреве более вероятен неконтролируемый (т.е. не через проводники) PN переход, т.к. связь между двумя слоями кремния значительно увеличивается за счет расширения этих слоев. Отсюда снижение КПД

А в чем принципиальная разница между поликристаллом и монокристаллом?

Gerg, разницы в работе никакой. Существует разница только на этапе производства. А вот функционируют они по одному и тому же принципу PN перехода свободных электронов внутри элемента

По случаю приобрёл три десятка радиоприёмников на солнечных батареях. Извлек панельки. При замерах через диммер и 100 ватной лампы, на средней освещенности панелька показала 1,5 в, при максимальной — 3 в. Соединяя последовательно, поучил увеличение напряжения. Вопрос. При параллельном подключении должен увеличиться ток. Обязательно использовать диод Шотки?

Оставить комментарий Отменить ответ

Основные разновидности радиаторов отопления и их преимущества

В чем отличие домашнего роутера от геймерского

Индустриальные компоненты для промышленности

Инженерная сантехника: виды, назначение и особенности

Производство взрывозащищенного оборудования международного уровня

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: