Tại sao một số mẫu đèn cột năng lượng mặt trời lại hỏng sau một mùa đông?

Cách Nhiệt Độ Thấp Làm Giảm Dung Lượng Pin Đến 50%

Khi trời trở nên rất lạnh, đèn năng lượng mặt trời hoạt động kém hiệu quả hơn vì các phản ứng hóa học bên trong pin bị chậm lại đáng kể. Các loại pin lithium-ion đặc biệt gặp khó khăn khi nhiệt độ giảm xuống dưới 0 độ C. Ở khoảng âm 20 độ, những viên pin này có thể mất đi từ 40 đến 50 phần trăm dung lượng bình thường. Lý do là chất điện phân bên trong trở nên đặc hơn, khiến các ion khó di chuyển qua lại giữa các điện cực. Hậu quả là pin phải hoạt động vất vả hơn nhiều so với thông thường, dẫn đến hao mòn nhanh hơn và rút ngắn tuổi thọ. Lấy ví dụ một chiếc đèn năng lượng mặt trời điển hình có thể chiếu sáng 12 giờ ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, trong điều kiện giá rét, hầu hết mọi người nhận thấy đèn của họ chỉ sáng được khoảng 6 hoặc 7 giờ trước khi cần sạc lại.

So sánh pin Lithium-ion và pin LiFePO4 trong điều kiện khí hậu dưới 0 độ: So sánh hiệu suất

Mặc dù cả hai loại pin đều bị giảm hiệu suất trong điều kiện khí hậu lạnh, pin LiFePO4 (lithium sắt phốt phát) hoạt động tốt hơn các mẫu lithium-ion thông thường:

Pin LiFePO4 cũng chịu được mức xả sâu hơn và chống ăn mòn tốt hơn, khiến chúng có khả năng hỏng hóc sau các biến động nhiệt độ theo mùa thấp hơn 72% so với các loại pin lithium-ion thay thế.

Pin chết hoặc bị ăn mòn là nguyên nhân hàng đầu dẫn đến sự cố hệ thống

Khoảng hai phần ba các sự cố về pin vào mùa đông ở đèn năng lượng mặt trời xảy ra do hơi ẩm lọt vào bên trong và những chu kỳ đóng băng-rã đông liên tục mà chúng ta đều rất ghét. Vậy thực tế điều gì đang xảy ra? Hơi nước thường làm ăn mòn các đầu tiếp xúc theo thời gian. Đôi khi pin bị phồng lên khi nước đá hình thành bên trong các vỏ pin đã bị hư hại. Ngoài ra còn có hiện tượng pin mất khả năng giữ điện nếu thường xuyên sạc không đầy đủ trong thời gian lạnh giá. Tin tốt là việc đặt các viên pin này vào các hộp kín tốt hơn và sử dụng một lớp phủ bảo vệ chống gỉ có thể giúp kéo dài tuổi thọ đáng kể. Các bài kiểm tra thực tế cho thấy những viên pin được xử lý theo cách này thường duy trì hoạt động thêm khoảng một rưỡi đến hai năm trong điều kiện mùa đông khắc nghiệt.

Giảm Tiếp Xúc Ánh Sáng Mặt Trời và Hiệu Suất Tấm Năng Lượng Mặt Trời Vào Mùa Đông

Thời Gian Ban Ngày Ngắn Hơn và Tiếp Xúc Ánh Sáng Kém Làm Giới Hạn Chu Kỳ Sạc

Khi mùa đông đến, ai cũng biết ngày sẽ ngắn dần. Ánh sáng mặt trời giảm đi khá nhiều, thực tế có thể giảm từ một phần ba đến một nửa so với lượng ánh sáng chúng ta nhận được trong những tháng mùa hè. Đối với các đèn đường năng lượng mặt trời đặt ở những khu vực phía bắc xa hơn, chúng có thể chỉ nhận được khoảng bốn hoặc năm giờ nắng tốt mỗi ngày, tối đa là như vậy. Điều đó có nghĩa là pin bên trong những chiếc đèn này sẽ cạn kiệt nhanh hơn so với thông số kỹ thuật thiết kế ban đầu. Theo thời gian, điều này gây ra các vấn đề về sạc đầy, dẫn đến việc pin bị hao mòn sớm hơn mong đợi. Không lâu sau, mọi người bắt đầu thấy đèn của họ bị hỏng dù lẽ ra chưa nên xảy ra tình trạng này.

Tuyết, bụi bẩn tích tụ và hiệu suất tấm pin mặt trời giảm

Khi tuyết rơi đọng trên các tấm pin năng lượng mặt trời, nó có thể làm giảm hiệu suất của chúng từ một nửa cho đến khi ngừng hoạt động hoàn toàn, cho đến khi có người dọn sạch. Các cơn bão mùa đông cũng để lại bụi bẩn và lớp phủ băng khiến khoảng một phần năm đến một phần tư ánh sáng mặt trời không thể tiếp cận được các tấm pin. Những chất đóng băng này bám vào tấm pin mạnh hơn nhiều so với bụi thông thường, do đó việc làm sạch đòi hỏi thiết bị chuyên dụng để tránh gây ra các vết nứt nhỏ trên những tế bào năng lượng mặt trời đắt tiền. Các hệ thống điện mặt trời được lắp đặt với góc nghiêng khoảng 45 đến 60 độ thường dễ tự thoát tuyết hơn so với các tấm pin lắp phẳng trên mái nhà, đặc biệt là khi chúng không được khung kim loại bao quanh. Góc nghiêng này tạo nên sự khác biệt lớn trong việc duy trì sản lượng điện trong những tháng lạnh giá.

Định hướng tấm pin không đúng (không hướng về phía Nam) và các vấn đề che khuất theo mùa

Các tấm pin mặt trời được lắp đặt trên tường hướng đông hoặc tây thường sản xuất ít hơn khoảng 18 đến thậm chí 27 phần trăm công suất trong những tháng mùa đông so với các tấm hướng nam, vốn đón được ánh nắng mùa đông chiếu xiên thấp tốt hơn. Vấn đề này còn trở nên nghiêm trọng hơn theo sự thay đổi mùa. Những cây thường xanh trông rất đẹp trong sân vườn lại tạo ra bóng đổ dài hơn nhiều vào mùa đông vì mặt trời nằm thấp hơn khoảng 40 độ so với mùa hè. Điều này ảnh hưởng rất lớn. Theo một nghiên cứu thực hiện năm ngoái, khoảng hai phần ba hệ thống điện mặt trời gặp sự cố vào mùa đông đã bị che khuất ít nhất ba giờ mỗi ngày. Tình trạng che chắn như vậy làm giảm đáng kể hiệu quả mà chủ nhà có thể kỳ vọng từ khoản đầu tư của mình.

Xâm nhập nước, lỗi bịt kín và thiếu khả năng chịu thời tiết

Xâm nhập độ ẩm do xếp hạng IP không đủ và lỗi bịt kín

Đèn đường năng lượng mặt trời cần có độ kín tốt để chịu được những thay đổi theo mùa xảy ra trong năm. Bất kỳ sản phẩm nào có xếp hạng dưới IP65 thực sự không phù hợp với nhiệm vụ ngoài trời, vì điều đó đồng nghĩa với việc rước họa do hơi ẩm lọt vào qua các khe hở, nơi dây cáp đi vào/ra hoặc các gioăng cao su cũ đã mài mòn. Theo một cuộc kiểm tra ngành công nghiệp năm ngoái, khoảng sáu trên mười đèn năng lượng mặt trời bị hỏng có vấn đề về gỉ sét tại các điểm nối hoặc pin bị phồng do ẩm bên trong. Chênh lệch nhiệt độ đôi khi cũng không quá lớn – chỉ dao động 15 độ từ ngày sang đêm cũng đủ tạo ra hiện tượng ngưng tụ qua những khe rò rỉ nhỏ, làm tăng tốc độ hư hại kim loại. Khi đó chuyện gì xảy ra? Đèn bắt đầu hoạt động thất thường hoặc đơn giản là ngừng hoạt động hoàn toàn sau khoảng 8 đến 12 tháng khi tiếp xúc với điều kiện mùa đông.

Hư hỏng vật lý do tải tuyết, giãn nở băng và các điều kiện thời tiết cực đoan

Những cơn bão mùa đông thực sự gây áp lực lớn lên các cấu trúc đèn năng lượng mặt trời. Khi tuyết tích tụ vượt quá 30 pound trên inch vuông, nó bắt đầu làm cong các thanh kẹp nhôm. Và chưa kể đến hiện tượng băng giãn nở trong các khe nứt của thân đèn – điều này tạo ra áp lực khoảng 2.000 psi, đủ để làm nứt các thấu kính nhựa trong suốt. Chu kỳ đóng băng và tan băng liên tục cũng làm hao mòn các gioăng silicone, khiến muối đường và nước tan thấm vào những nơi không nên có. Các đèn năng lượng mặt trời không có bảo vệ chống băng đầy đủ hoặc gia cố chống gió chắc chắn thường bị hỏng nhanh gấp ba lần ở những khu vực có nhiệt độ dưới điểm đóng băng trong nhiều tuần liên tiếp. À, và khi trời đột ngột chuyển lạnh, các bộ phận kim loại co lại mạnh đến mức các mối hàn trên bo mạch điện tử bị gãy rời ngay lập tức. Hầu hết mọi người không nhận ra vấn đề này cho đến khi họ kiểm tra định kỳ vào mùa xuân, khi mọi thứ dường như ngừng hoạt động.

Chất lượng linh kiện, quy mô hệ thống và sai sót trong thiết kế

Sử dụng Các Linh Kiện Kém Chất Lượng Dễ Hỏng Do Ảnh Hưởng Của Thời Tiết Mùa Đông

Rất nhiều vấn đề với đèn năng lượng mặt trời thực chất bắt nguồn từ việc các nhà sản xuất giảm bớt chi phí nguyên vật liệu để tiết kiệm tiền. Vỏ nhựa thường bị nứt khi nhiệt độ giảm xuống dưới điểm đóng băng, khoảng 14 độ Fahrenheit. Những lớp gioăng rẻ tiền này cũng không bền, khiến nước lọt vào bên trong và làm hỏng các linh kiện điện tử. Một báo cáo gần đây về thiết bị năng lượng tái tạo năm 2022 đã phát hiện ra một điều thú vị. Đèn năng lượng mặt trời sử dụng pin lithium thông thường có tỷ lệ hỏng hóc trong những tháng mùa đông cao gần gấp ba lần so với các mẫu dùng linh kiện đặc biệt được thiết kế để chịu được nhiệt độ khắc nghiệt. Điều này hoàn toàn hợp lý vì chẳng ai muốn hệ thống chiếu sáng vườn nhà lại ngừng hoạt động đúng lúc họ cần nhất, sau một ngày dài ở ngoài trời.

Tấm Pin Mặt Trời Có Công Suất Nhỏ Và Cấu Hình Hệ Thống Không Phù Hợp

Những tháng lạnh đòi hỏi thêm khoảng 30 đến 50 phần trăm năng lượng mỗi ngày chỉ để bù đắp cho thời gian ban ngày ngắn hơn và do pin không giữ được điện tốt khi nhiệt độ ngoài trời đóng băng. Nhiều đèn năng lượng mặt trời hoạt động kém vào mùa đông vì chúng đi kèm với các tấm pin quá nhỏ so với nhu cầu thực tế. Hãy xem xét hầu hết các mẫu mã hiện có trên thị trường ngày nay – bất kỳ thiết bị nào có công suất tấm pin dưới 15 watt mà lại phải vận hành bóng LED 12 watt? Tổ hợp như vậy hiếm khi hoạt động hiệu quả đúng cách vào tháng Mười Hai hoặc tháng Giêng. Và cũng đừng quên cả những bộ điều khiển sạc. Khi các thiết bị này không thể điều chỉnh đầu ra điện áp một cách phù hợp trong điều kiện nhiệt độ dưới 0 độ C, tình trạng pin theo thời gian sẽ càng trở nên tồi tệ hơn.

Các lỗi thiết kế nghiêm trọng: Kích cỡ pin và tấm pin cho hoạt động trong điều kiện thời tiết lạnh

Việc chuẩn bị hiệu quả cho mùa đông đòi hỏi:

• Kích cỡ pin : Ít nhất bằng 120% dung lượng mùa hè để bù đắp cho sự sụt giảm dung lượng 20–35% của pin lithium-ion ở nhiệt độ -20°C
• Hướng lắp đặt tấm ốp : Góc nghiêng hướng về phía nam thật sự ở góc 45–60° để tối đa hóa việc thu nhận ánh sáng mặt trời mùa đông có góc thấp
• Sự dư thừa : Các bộ điều khiển sạc phụ để ngăn ngừa sự cố mạch điện do tích tụ băng gây ra

Các hệ thống bỏ qua những nguyên tắc thiết kế này thường phải đối mặt với tình trạng ngừng hoạt động hoàn toàn sau 80–100 chu kỳ mùa đông do thiếu hụt năng lượng không thể phục hồi và suy giảm hóa học.

Các biện pháp bảo trì để kéo dài tuổi thọ đèn cột đèn năng lượng mặt trời

Tầm quan trọng của việc vệ sinh, kiểm tra định kỳ và bảo trì chủ động

Việc bảo trì định kỳ thực sự giúp ngăn chặn những suy giảm hiệu suất xảy ra khi mùa đông đến. Việc làm sạch các tấm pin năng lượng mặt trời mỗi tháng một lần bằng khăn lau sợi nhỏ chất lượng tốt có thể ngăn mất từ khoảng một phần tư đến thậm chí một phần ba hiệu suất do tích tụ bụi bẩn. Việc căn chỉnh các tấm pin đúng cách theo từng mùa tạo nên sự khác biệt lớn khi số giờ ánh sáng ban ngày giảm đáng kể. Đối với pin, việc kiểm tra mỗi ba tháng là khá quan trọng để phát hiện các dấu hiệu ăn mòn hoặc độ ẩm bên trong các ngăn chứa. Các cực cần được làm sạch kỹ lưỡng hai lần mỗi năm để duy trì khả năng dẫn điện tốt. Đừng chần chừ nếu bất kỳ nắp ống kính nào bắt đầu xuất hiện vết nứt vì chúng cần được thay thế ngay lập tức. Và cũng đừng quên cập nhật phần mềm cho các hệ thống sạc thông minh trước khi thời tiết lạnh giá ập đến.

Cách sự thiếu chăm sóc làm tăng tốc độ suy giảm pin và dẫn đến hỏng hóc hệ thống

Khi việc bảo trì định kỳ bị bỏ qua, các bộ phận của đèn năng lượng mặt trời bắt đầu hoạt động quá tải so với mức nên có. Các tấm pin bị bẩn sẽ làm giảm lượng điện tích được nạp, dẫn đến hiện tượng xả sâu khiến tuổi thọ pin lithium-ion giảm đi khoảng hai lần hoặc thậm chí tệ hơn. Các điểm nối bắt đầu bị ăn mòn trở thành những vị trí sự cố nhỏ, nơi dòng điện gặp khó khăn khi truyền qua, làm rút ngắn thời gian hoạt động thực tế từ 40% đến gần một nửa. Những vết nứt li ti không ai để ý ở phần gioăng kín cho phép nước lọt vào bên trong, và đây thường là nguyên nhân làm hỏng các bo mạch điều khiển khi nhiệt độ xuống dưới điểm đóng băng. Tất cả những vấn đề này tích tụ theo thời gian, và trước khi mọi người kịp nhận ra, toàn bộ hệ thống đã sụp đổ ngay khi mùa đông quay trở lại.

Phần Câu hỏi Thường gặp

Tại sao đèn năng lượng mặt trời hoạt động kém trong thời tiết lạnh?

Trong thời tiết lạnh, các phản ứng hóa học trong pin diễn ra chậm lại, và pin lithium-ion bị giảm dung lượng đáng kể do chất điện phân đặc lại, làm giảm hiệu suất và tuổi thọ.

Pin LiFePO4 so sánh với pin lithium-ion trong điều kiện khí hậu lạnh như thế nào?

Pin LiFePO4 giữ được dung lượng tốt hơn, chịu được độ xả sâu hơn, chống ăn mòn và thể hiện độ ổn định nhiệt cao hơn so với pin lithium-ion thông thường trong điều kiện khí hậu lạnh.

Điều gì dẫn đến sự cố hệ thống ở đèn năng lượng mặt trời vào mùa đông?

Sự xâm nhập của hơi ẩm, chu kỳ đóng băng và tan băng, và sự ăn mòn thường dẫn đến sự cố hệ thống cùng với việc bịt kín không đúng cách và xếp hạng IP không đầy đủ.

Ánh sáng giảm ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất tấm pin năng lượng mặt trời vào mùa đông?

Thời gian ban ngày ngắn hơn và ánh sáng mặt trời yếu làm giảm các chu kỳ sạc, đôi khi các tấm pin bị mất hiệu suất do tích tụ tuyết và bụi bẩn.

Những biện pháp bảo trì nào có thể kéo dài tuổi thọ đèn năng lượng mặt trời?

Việc vệ sinh, kiểm tra, căn chỉnh thường xuyên và bảo trì chủ động, cùng với cập nhật phần mềm trước khi thời tiết lạnh đến, là yếu tố thiết yếu để kéo dài tuổi thọ đèn năng lượng mặt trời.