Werden Solarleuchten im Schatten aufgeladen? Leitfaden zur Effizienz

Einführung

Das wachsende Bewusstsein für den Energieverbrauch und seine Auswirkungen auf die Umwelt hat Solarleuchten zu einem Aushängeschild der umweltfreundlichen Außenbeleuchtung gemacht. Privat- und Geschäftskunden entscheiden sich für solarbetriebene Außen- und Hofleuchten oder Solarfluter, weil sie im Sommer besonders viel Licht spenden, das Sonnenlicht automatisch erkennen und nicht auf elektrische Leitungen angewiesen sind. Eine allgemeinere Frage scheint jedoch sowohl die potenziellen als auch die bestehenden Nutzer zu beschäftigen: Funktionieren Solarleuchten in schattigen Bereichen?

Bei dieser Frage geht es um zentrale Fragen der Funktionalität von Solarleuchten und ihrer Abhängigkeit vom Sonnenlicht. Im Mittelpunkt stehen praktische Aspekte wie schattige Gartenbereiche, Balkone, die zwar im Freien liegen, aber nicht direkt von der Sonne angestrahlt werden, oder sogar die jahreszeitlich bedingten bewölkten Tage, die die für das Auge des Solarpanels verfügbare Sonnenmenge drastisch reduzieren. Diese Nuancen können eine Lücke für diejenigen schaffen, die die Technologie optimal nutzen wollen, da es keine klaren Leitlinien für das solare Aufladen von Batterien unter weniger als perfekten Bedingungen gibt.

Dieser Leitfaden befasst sich mit dem Zusammenhang zwischen Schatten und der Menge an Sonnenlicht, die ein Modul zum Laden nutzen kann. In diesem Leitfaden erläutern wir die Grundprinzipien, analysieren, was die Ladefähigkeit im Schatten bestimmt, und schlagen Möglichkeiten zur Verbesserung der Leistung von solarbetriebenen Geräten vor. Am Ende werden Sie gut informierte Entscheidungen über solarbetriebene Leuchten für Ihren Außenbereich treffen, so dass dieser zu jeder Jahreszeit und an jedem Tag stilvoll und umweltfreundlich mit Solarenergie beleuchtet werden kann.

Grundlagen des Aufladens von Solarleuchten

Bei der Analyse der Fragen zum Aufladen im Schatten ist es wichtig, zunächst zu betrachten, wie Solarleuchten im Zusammenhang mit dem Aufladen funktionieren. Im Wesentlichen sind Solarleuchten kompakte, autarke Kraftwerke, die die Energie des Sonnenlichts auf geniale Weise nutzbar machen.

Der Ladevorgang beginnt mit dem Photovoltaik-Panel (PV-Panel), der sichtbarsten Komponente einer Solarleuchte. Eine Solarleuchte enthält ein PV-Panel, das ein Halbleiter aus Silizium ist. Dieses Panel aus Silizium hat PV-Effekte, die aktiviert werden, wenn Sonnenlicht darauf fällt. Wenn angeregte Elektronen in Halbleitern dem Sonnenlicht ausgesetzt sind, wird elektrischer Strom erzeugt. Dies ist vielen als photovoltaischer Effekt bekannt. Stellen Sie sich das so vor - eine Vielzahl von Mini-Sonnenkollektoren, die in Windeseile Photonen von der Sonne einfangen und in elektrische Energie umwandeln.

Derzeit kann der von Solarzellen erzeugte Strom nicht für die Beleuchtung verwendet werden. Er kann jedoch in einer Lithium-Ionen- oder Nickel-Metall-Hybrid-Batterie gespeichert werden, die als Energiespeicher dient. Das Solarmodul füllt die gespeicherte Ladung der Batterie ständig auf, solange tagsüber Sonnenlicht vorhanden ist.

In der Abenddämmerung, wenn das natürliche Licht schwächer wird, erkennt ein in der Solarleuchte angebrachter Fotosensor die Veränderung der Lichtverhältnisse. Durch diesen Vorgang schaltet sich die Leuchte automatisch mit der tagsüber gespeicherten Batterieleistung ein. Die gespeicherte Energie versorgt dann die LED (Leuchtdiode), die für die Beleuchtungsquelle verantwortlich ist. Aufgrund der Zuverlässigkeit der Solartechnik werden LEDs wegen ihrer Energieeffizienz, langen Lebensdauer und Helligkeit bevorzugt.

Jeden Tag bietet die Leuchte eine sich selbst erhaltende Beleuchtungslösung, indem sie tagsüber aufgeladen wird und nachts leuchtet. Der gesamte Zyklus hat eine Grenze, die von der Intensität und Dauer des Sonnenlichts sowie der gewünschten Helligkeit abhängt, womit wir wieder bei der Hauptfrage des Schattens wären.

Können Solarleuchten auch im Schatten aufgeladen werden?

Ja, Solarleuchten lassen sich auch im Schatten aufladen, aber es ist wichtig, die Erwartungen an die Ladeeffizienz und die Lichtleistung unter diesen Bedingungen zu dämpfen. Der vorherrschende Konsens, der von zahlreichen Quellen gestützt wird, bestätigt, dass Solarmodule in der Lage sind, auch bei indirektem Sonnenlicht oder an bewölkten Tagen Strom zu erzeugen. Jede Leuchte oder jedes Paneel wird eine gewisse Leistung erbringen, aber es ist wichtig, die Umstände zu berücksichtigen, unter denen das Paneel oder die Leuchte angebracht ist. Neben den Erwartungen in Bezug auf die Leistung ist der Wirkungsgrad, wie bereits erwähnt, der wichtigste Faktor. Schließlich gibt es eine vorherrschende Übereinkunft, die von mehreren Quellen gestützt wird und die besagt, dass Solarmodule immer Strom erzeugen, unabhängig davon, ob es bewölkt ist oder das Licht indirekt ist.

Der Hauptunterschied liegt jedoch in ihrer Effizienz. Es liegt auf der Hand, dass Solarmodule am besten bei direktem und klarem Sonnenlicht funktionieren, denn wenn sich das Modul im Schatten befindet, ist das Licht, das das Modul erreicht, von viel geringerer Intensität. Die Lichtintensität steht im Verhältnis zu der Energiemenge, die vom Solarpanel genutzt werden kann, und diese wiederum steht in direktem Zusammenhang mit der Geschwindigkeit, mit der die Batterie geladen werden kann.

Wir können dies mit einem Wassertank vergleichen, der mit einem Schlauch gefüllt wird. Das ungehinderte Sonnenlicht entspricht einem Hochdruckschlauch, während der Schatten eher einem Niederdruckschlauch oder einer rieselnden Wasserquelle ähnelt. Daher wird der Tank bei Schatten mit Wasser gefüllt, wenn auch sehr langsam.

Wie bereits erwähnt, sind Solarleuchten an schattigen Standorten nicht völlig funktionsunfähig, aber sie neigen zu Leistungs- und Helligkeitsproblemen im Vergleich zu dem, was sie in der Sonne erreichen könnten. Diese Probleme haben viele verschiedene Ursachen, auf die wir später in diesem Dokument eingehen werden. Letztendlich geht es darum, die Erwartungen richtig zu steuern und die Tatsache anzuerkennen, dass es zu einer Verringerung der Effizienz kommen wird.

Der Einfluss des Schattens auf die Effizienz von Solarlicht

Die Auswirkung von Schatten auf die solare Lichtausbeute ist nicht kategorischer Natur, sondern eher ein Spektrum. Verschiedene Arten von Schatten, insbesondere solche, die die Aufladung der Sonne behindern, sind entscheidend für die Platzierung des Moduls und die Steuerung der Leistungserwartungen. Das Hauptproblem für ein Solarmodul, das im Schatten betrieben wird, ist der Abfall der Lichtintensität.

Reduzierte Lichtintensität im Schatten

Direktes Sonnenlicht liefert einen konzentrierten Strom von Photonen an das Solarmodul und maximiert so die Energieumwandlung. Alles, was die Energie blockiert oder behindert, wie z. B. Bäume, Strukturen und Gebäude, blockiert in der Regel einen großen Teil des Lichts, das das Gerät erreichen würde. Darüber hinaus wird nicht nur die Helligkeit, die das Panel erreicht, eingeschränkt, sondern auch die für die Umwandlung verfügbare Energie wird stark beeinträchtigt.

Zum besseren Verständnis: Direktes Sonnenlicht kann das indirekte Licht im Schatten um bis zu zehnmal übertreffen. Dieser eklatante Unterschied ist genau der Grund dafür, dass Solarleuchten, die an schattigen Standorten eingesetzt werden, weniger effizient laden. Die Anzahl der Photonen, die das Solarmodul verwerten kann, ist stark reduziert.

Nehmen wir an, eine Solarleuchte funktioniert entweder bei 6 Stunden direktem Sonnenlicht oder wenn sie 6 Stunden im Schatten steht. Selbst wenn die Leuchte im Schatten steht und es so aussieht, als ob es ausreichend Licht gibt, ist die Energie, die dem Solarpanel zur Verfügung steht, drastisch geringer. Dies führt zu einer geringeren Ladung, die in der Batterie gespeichert wird, und die geringere Batteriekapazität hat eine geringere Beleuchtungsstärke und ein schwächeres Licht in der Nacht zur Folge.

Bewölkte Tage vs. Tiefschatten

Der große Unterschied zwischen tiefem Schatten und bewölkten Tagen muss näher erläutert werden, da beide den Zugang zu direktem Sonnenlicht einschränken, wenn auch in unterschiedlichem Maße.

Bewölkte Tage: Die Lichtmenge, die auf der dunkleren Seite der Wolke eingefangen werden kann, wird als Streulicht bezeichnet. Selbst bei starker Bewölkung ist noch etwas Streulicht vorhanden. Dadurch können die Solarmodule auch mit mittelmäßigen Energieressourcen arbeiten, selbst wenn die Bedingungen nicht besonders günstig erscheinen. Studien haben gezeigt, dass Solarmodule an bewölkten Tagen je nach Wolkendichte und -dicke noch mit 10-25% ihrer vollen Kapazität arbeiten können. Es ist also klar, dass solarbetriebene Lampen auch unter diesen Umständen Energie erhalten, auch wenn die Aussichten auf eine vollständige Aufladung gering sind.

Solarmodule im Tiefschatten: Vertikale Strukturen und dichte Baumkronen führen zu tiefem Schatten, der wohl am schwierigsten zu bearbeiten ist. Das Solarmodul erhält nur eine winzige Menge an diffusem Licht, und der tiefe Schatten blockiert jegliches direkte Sonnenlicht. Unter diesen Bedingungen ist es für Solarleuchten sehr schwierig, sich erfolgreich aufzuladen. Die unter diesen Bedingungen gewonnene Energie kann bestenfalls ausreichen, um für kurze Zeit schwaches Licht zu erzeugen. In vielen Fällen reicht diese Energie nicht aus, um die Leuchte zu betreiben.

Die Kenntnis dieser Unterschiede ist wichtig, um praktische Erwartungen zu formulieren und proaktiv darüber nachzudenken, wie Solarleuchten am besten angeordnet werden können, um auch in Situationen, in denen Schatten unvermeidlich ist, eine optimale Leistung zu erzielen.

Faktoren, die die Leistung des Schattenladens beeinflussen

Wie bereits erwähnt, wird die Effizienz der Solarladung durch Schatten beeinträchtigt. Es gibt jedoch zusätzliche Faktoren, die die Gesamtleistung von Solarleuchten unter diesen Bedingungen beeinflussen können. Die Berücksichtigung dieser Faktoren macht die Optimierung der Platzierung und Nutzung von Solarleuchten in schattigen Gebieten umfassender.

Art des Schattens (teilweiser oder voller Schatten)

Wie bereits erwähnt, kann die Art des Schattens, auf den man trifft, zu unterschiedlichen Ergebnissen bei der Ladeleistung führen.

Teilweise Schatten: Teilschatten ist die beste Art von Schatten, die es überhaupt geben kann, da er es ermöglicht, dass während des Tages einige Sonnenstrahlen die Solarmodule erreichen. Diese Art von Schatten ermöglicht die Ansammlung von ausreichend Energie und maximiert die Chance auf eine Aufladung während dieser kurzen Ausbrüche von direktem Sonnenlicht. Befindet sich ein bestimmter Standort in einer Region mit 2-3 Stunden geteilter Sonnenpräsenz, kann die Solarleuchte immer noch eine ausreichende Ladung erhalten und mehrere Stunden Licht in der Nacht spenden, auch wenn sie weniger hell ist, als wenn sie den ganzen Tag in der Sonne gestanden hätte. Das wichtigste Ziel dieses Schritts ist es, potenzielle Ladeumgebungen zu finden, die eine maximale Sonneneinstrahlung während der Hauptstunden des Tages aufweisen.

Vollschatten: Der Vollschatten ist der schlechteste der vier Fälle. Bereiche, die fast ständig unter dichtem Schatten liegen, erhalten nur sehr wenig direktes Licht und auch nur diffuses Sonnenlicht. In diesen Bereichen bleiben die Standard-Solarleuchten unverändert, unabhängig von anderen Optimierungsmaßnahmen. Für solche Bereiche im Vollschatten sind andere Beleuchtungsquellen oder spezielle Solarleuchten, die für niedrige Lichtverhältnisse hergestellt wurden, besser geeignet.

Dauer der Schattenexposition

Die Dauer der Schattenexposition kann das Problem noch verschärfen. Selbst Teilschatten kann zu einem Problem werden, wenn er den größten Teil des Tages andauert.

Kurze Dauer des Schattens: Wenn der Schatten für einige Stunden am frühen Morgen oder am späten Abend auftritt und das Gebiet während der Spitzenzeiten (in der Regel von 10 bis 16 Uhr) ausreichend direktes Sonnenlicht erhält, können die Solarleuchten trotzdem aufgeladen werden. Die intensivste Tageszeit ist die Zeit, in der viel direktes Sonnenlicht vorhanden ist, das ausreicht, um die oberen Schattenphasen auszugleichen.

Lang anhaltender Farbton: Andererseits schränken Bereiche, die die meiste Zeit des Tages im Schatten liegen, die Lademöglichkeiten stark ein, selbst wenn es sich um Halbschatten handelt. Wenn eine Solarleuchte mehr als 6 bis 8 Stunden am Tag im Schatten liegt, ist ihre Batterie höchstwahrscheinlich nicht vollständig geladen, was zu einer schwachen und kurzen Beleuchtung führt. In solchen Fällen ist es wichtig, die Leuchte an einen sonnigeren Standort zu verlegen. Ist dies nicht möglich, müssen alternative Beleuchtungslösungen in Betracht gezogen und entworfen werden.

Solarmodultechnologie und Batterietyp

Solarmodul-Technologie: Amorphe Silizium- oder Dünnschicht-Solarmodule sind in der Regel effizienter bei der Aufladung unter diffusem Licht als polykristalline und monokristalline Module. Während polykristalline und monokristalline Solarmodule bei direktem Sonnenlicht effizienter sind, haben amorphe Siliziummodule einen größeren Spielraum, wenn es um schattige oder bewölkte Bedingungen geht, und erbringen unter diesen Bedingungen eine gute Leistung. Wenn also die Aufladung im Schatten im Vordergrund stehen soll, sind Solarleuchten mit amorphen Siliziumpaneelen für diesen Zweck zu empfehlen.

Definition der Batterietypen: In Solarleuchten werden heute überwiegend Lithium-Ionen-Batterien verwendet, da sie im Vergleich zu den älteren Nickel-Cadmium-Batterien (Ni-Cd) eine höhere Energiedichte und eine längere Lebensdauer haben. Lithium-Ionen-Batterien müssen nicht vollständig aufgeladen werden, um Strom zu liefern, und liefern auch dann Strom, wenn sie nur teilweise aufgeladen sind, was sie in schattigen oder lichtarmen Gebieten nützlich macht. Ein Blick auf die Spezifikation des Batterietyps einer Solarleuchte kann Aufschluss über ihre mögliche Leistung in schattigen Bereichen geben.

Optimierung der Aufladung von Solarleuchten in schattigen Bereichen

Der Schatten ist zwar eine Herausforderung für das Aufladen von Solarleuchten, aber er behindert ihre Nutzung nicht vollständig. Solarleuchten können auch in schattigeren Gebieten aufgeladen werden, wenn man bestimmte Praktiken anwendet und ihre Platzierung optimal gestaltet.

Checkliste für die strategische Platzierung

Eine wirksame Platzierung ist entscheidend für die optimale Nutzung von Solarleuchten in lichtarmen Umgebungen. Bevor Sie die Solarleuchten montieren, sollten Sie sich einen Überblick über den Standort verschaffen, um festzustellen, welche Bereiche in Bezug auf Sonnenlicht und Schatten von Interesse sind und welche Lösung am besten geeignet ist, um einen Kompromiss zu finden. Die folgende Checkliste kann bei der Entscheidung über die Platzierung helfen:

• Sonnenlicht-Kartierung: Beobachten Sie Ihren Garten oder die Freifläche einen Tag lang und stellen Sie fest, welche Bereiche zu verschiedenen Tageszeiten, insbesondere zwischen 10 und 16 Uhr, direkt von der Sonne beschienen werden. Markieren Sie diese Bereiche, da sie für den Standort am nützlichsten sein werden.
• Schattenanalyse: Achten Sie auf Zäune, Bäume und Gebäude, die zwangsläufig Schatten werfen, wenn sie im Laufe des Tages über Teile Ihres Gartens wandern. Vermeiden Sie Orte, die immer im Schatten liegen.
• Teilweise Schatten Priorisierung: Konzentrieren Sie sich auf Bereiche, die im Vergleich dazu ein gewisses Maß an Schatten erhalten werden. Weniger Sonnenlicht bedeutet überhaupt kein Sonnenlicht. Suchen Sie nach Bereichen, die mindestens 2 bis 4 Stunden ununterbrochen direktes Sonnenlicht erhalten, während der Rest der Zeit im Schatten liegt.
• Südausrichtung (nördliche Hemisphäre): In den meisten Gebieten der nördlichen Hemisphäre erhalten Standorte, die nach Süden ausgerichtet sind, tagsüber das meiste Sonnenlicht. Wenn es eine Solaranlage gibt, die zumindest ein wenig Licht abbekommt, sollten Sie sie nach Süden ausrichten, da sie dort wahrscheinlich das meiste Licht abbekommt. (Für die südliche Hemisphäre gilt das Gegenteil).
• Winkeleinstellung: Versuchen Sie, ein höhenverstellbares Solarmodul zu finden, da Sie damit den Neigungswinkel vergrößern können, was wiederum eine bessere Erfassung des Sonnenlichts ermöglicht, insbesondere zu den Jahreszeiten, wenn die Schattenmuster unterschiedlich sind. Probieren Sie andere Einstellungen aus und sehen Sie, welche das meiste Sonnenlicht einfängt.
• Reflektierende Oberflächen: Verwenden Sie helle Mauern oder Gehwege, da diese das indirekte Sonnenlicht auf die Solarmodule reflektieren und so die Lichtintensität in schattigen Bereichen erhöhen können.

Unter Berücksichtigung dieser Strategien ist es möglich, die Beleuchtungseinrichtungen so zu konfigurieren, dass sie auch an schattigen Plätzen von der Sonne beschienen werden können.

Wann ist eine zusätzliche Aufladung erforderlich?

Wenn dauerhaft Schattenbereiche ohne Sonneneinstrahlung verbleiben, können zusätzliche Beleuchtungsmaßnahmen erforderlich sein, um die Funktion des Gerätes zu gewährleisten.

• Verlegung zum Aufladen: Wenn die Solarleuchten mobil sind, bringen Sie sie tagsüber je nach Bedarf an helle Orte und kehren sie nachts an gedämpfte Orte zurück.
• USB Aufladen (falls vorhanden): Hochentwickelte Modelle von Solarleuchten verfügen über USB-Ladeanschlüsse. Auf diese Weise können Sie bei längerem Schatten oder bewölktem Wetter die Solaraufladung durch USB-Stromquellen ergänzen. Schauen Sie in die Produktspezifikationen, um festzustellen, ob diese Funktion vorhanden ist.
• Separate Sonnenkollektoren: Bei einigen Solarbeleuchtungssystemen ist es möglich, das Solarmodul an einem sonnigen Standort und die Leuchte an einem abgelegenen Ort separat zu montieren. Die Leuchte kann auch an einem schattigen Ort aufgestellt werden. Durch diese Änderung wird die Möglichkeit geschaffen, ein Kabel zwischen dem Panel und der Leuchte zu verlegen.

Tipps zur Maximierung der Ladeeffizienz im Schatten

Neben der strategischen Positionierung und ergänzenden Lademethoden gibt es noch eine Reihe weiterer Tipps, die dazu beitragen können, die Ladeeffizienz von Solarleuchten in schattigen Bereichen zu erhöhen:

• Regelmäßige Reinigung: Solarenergiesysteme funktionieren am besten, wenn die Solarmodule nicht verschmutzt sind. Achten Sie also darauf, dass Sie die Module regelmäßig reinigen. Die Effizienz von Solarmodulen kann durch Schmutz und Staub, die die Oberfläche des Moduls behindern, stark beeinträchtigt werden. Durch Abwischen mit einem feuchten Tuch wird sichergestellt, dass die maximale Menge an Sonnenlicht genutzt wird.
• Überhängende Vegetation beschneiden: Schneiden Sie alle Baumäste oder übermäßig gewachsenen Pflanzen ab, die zu viel Licht von Ihren Solarleuchten abhalten. Verringern Sie die Beschattung so weit wie möglich, damit auch indirektes Licht genutzt werden kann.
• Größere Solarmodule wählen: Solarleuchten mit einer größeren Panelfläche erhalten natürlich auch bei schattigen Bedingungen mehr Licht. Kaufen Sie Modelle mit großen Panels für Bereiche, die eher lichtgeschützt sind.
• Batterien aufrüsten: Wenn möglich, sollten Sie größere oder leistungsfähigere Batterien verwenden (innerhalb der Produktspezifikationen). Dies ermöglicht eine längere Nutzungsdauer in der Nacht, selbst bei einer minimalen Ladung im Schatten.
• Überlegungen zur Lichtfarbe: Dies hat zwar nichts mit dem Aufladen zu tun, da Solarleuchten keinen Strom von einem laufenden Motor beziehen, aber die Verwendung warmweißer oder bernsteinfarbener LEDs führt in schattigen Bereichen eher zu einem helleren und nützlicheren Licht als kaltweißes.

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Auch wenn Verbesserungen bei Solarleuchten für schattige Bereiche die Leistung erhöhen, bleibt das Problem des Aufladens bei schlechten Lichtverhältnissen bestehen. Wenn kein Sonnenlicht vorhanden ist, bieten die LED-Beleuchtungslösungen von Wosen überzeugende Alternativen, die je nach den Bedürfnissen der Nutzer als Haupt- oder Zusatzbeleuchtung dienen.

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Schlussfolgerung

Die LED-Leuchten von Wosen sind zwar attraktiv für die Außenbeleuchtung, haben aber im Vergleich zu sonnigen Betriebszeiten einen Nachteil in Bezug auf Leistung und Ladeeffizienz. Die Leistung von Solarleuchten in schattigen Bereichen, die von der Sonne optimaler aufgeladen werden, ist etwas nuanciert; daher ist es von größter Bedeutung, die Erwartungen beim Einsatz von Solarleuchten in teilweise schattigen Bereichen bestmöglich zu steuern.

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