Dzisiejszy poradnik poświęcimy dosyć ciekawemu zagadnieniu, jakim będzie zastosowanie energii słonecznej do zasilania systemu alarmowego w dowolnej postaci. Oczywiście pod pojęciem „energii słonecznej” kryje się zastosowanie coraz powszechniej ostatnio spotykanych ogniw fotowoltaicznych, czyli potocznie mówiąc paneli słonecznych.
Zaczniemy od ogólnego omówienia zasady działania ogniw słonecznych, gdyż bez zrozumienia podstawowych pojęć nie ma sensu zagłębiać się dalej w temat. W bardzo ogólnym zarysie, pojedyncze fotoogniwo jest półprzewodnikiem tworzącym złącze typu p-n. Światło słoneczne (a ściślej fotony) padające na ten półprzewodnik powodują przemieszczenie się elektronów do obszaru n, a „dziur” elektronowych do obszaru p, czego efektem jest powstanie napięcia elektrycznego na obu końcach przewodnika. Jak łatwo zauważyć na podstawie powyższego opisu, do prawidłowego działania ogniwa słonecznego niezbędne jest światło słoneczne – a zasadność wyraźnego podkreślenia tego faktu zostanie wyjaśniona poniżej.
Mając ogólną znajomość zasady działania paneli słonecznych, można przejść do kolejnego kroku, czyli rozważenia sensowności ich zastosowania w naszym systemie alarmowym. Na pierwszy rzut oka wykorzystanie energii słonecznej niesie za sobą same korzyści, niestety rzeczywistość nie przedstawia się zbyt różowo. Po kolei więc rozpatrzymy wszystkie aspekty paneli słonecznych, zarówno pozytywne, jak i negatywne. Zacznijmy od zalet:
- Wykorzystanie paneli słonecznych uniezależni nasz system alarmowy od zasilania zewnętrznego. Oznacza to, że awaria instalacji elektrycznej w chronionym budynku lub też celowe działania osób trzecich (używamy tutaj dość eufemistycznego określenia na pospolitych włamywaczy) nie spowoduje wyłączenia z użytku naszego systemu.
- Wybór zasilania słonecznego jeszcze przed instalacją samego systemu pozwoli nam pozbyć się sporych problemów z ciągnięciem okablowania i późniejszych problemów na przykład przy modernizacji systemu, czy uszkodzeniu samych przewodów.
- Rozplanowanie poszczególnych elementów systemu oraz ich odległość od centralnego punktu nie będzie uzależniona od długości linii zasilających, ale ograniczona technicznymi możliwościami urządzeń, np. zasięgiem nadajników sieci bezprzewodowej.
Tyle z zalet, ale jak się przedstawiają wady fotoogniw?
- Pierwszą i najważniejszą wadą korzystania z ogniw słonecznych jest ich uzależnienie od obecności światła słonecznego. Mówiąc wprost oznacza to, że energia elektryczna generowana przez ogniwo dostępna będzie wyłącznie w ciągu dnia, w nocy niestety zasilane z paneli słonecznych urządzenie działać nie będzie. Istnieje bardzo proste rozwiązanie tego problemu, a mianowicie zastosowanie akumulatorów – jednak pociąga to za sobą dodatkowe uwarunkowania typu konieczność zastosowania odrębnego akumulatora dla każdego urządzenia oraz nieco mniejsza elastyczność w możliwym rozplanowaniu systemu alarmowego. Akumulator ma przecież swoje (na szczęście niewielkie) gabaryty i wagę, co niekiedy może stanowić problem w umieszczeniu całości w żądanym miejscu.
- Druga dość istotna wada ma także spory związek z energią słoneczną. Przy montażu składnika systemu alarmowego zasilanego tym rodzajem energii, należy zwrócić baczną uwagę na stopień nasłonecznienia. Każde ogniwo pracuje bowiem optymalnie tylko w warunkach pełnego, nieprzerwanego dostępu światła słonecznego. Oznacza to, że umieszczenie fotoogniwa w miejscu, które dysponuje niskim lub przeciętnym nasłonecznieniem, jest np. przez pół dnia zacienione itp. nie pozwoli na uzyskanie pełnej wydajności ogniwa, należy wręcz oczekiwać realnej mocy wynoszącej 5-10% nominalnej! Podobnie ma się też sprawa z warunkami pogodowymi, podczas projektowania systemu zasilanego energią słoneczną należy brać sporą poprawkę na zmienność pogody. Ważną rolę odgrywa także odpowiednie ustawienie i nachylenie panelu słonecznego, które w lecie powinno wynosić około 30 stopni, zaś w porze zimowej około 55-60 stopni. Można naturalnie wybrać wartość pośrednią w postaci 45 stopni, jednak wydajność takiego panelu spadnie o około 30% w stosunku do parametrów nominalnych – za to nie będzie konieczności przestawiania go dwa razy do roku.
Pora więc przedstawić prosty algorytm, który należy zrealizować podczas dobierania zasilania słonecznego dla naszego systemu: obliczamy maksymalną moc urządzenia, które ma być zasilane energią słoneczną (np. odczytujemy dane producenta dla kamery), obliczamy ilość energii niezbędnej do zasilenia urządzenia przez co najmniej 16 godzin (jest to bezpieczna wartość obejmująca także warunki zimowe) i wyrażamy ją w watogodzinach (np. kamera o mocy 7.5W pracująca 16 godzin zużywa 120 Wh). Następnie uzyskaną wartość dzielimy przez napięcie nominalne ogniwa, z reguły jest to 12V – otrzymujemy więc 10 Ah. Doliczmy do tego około 30% spowodowane stratami oraz „coś” dla bezpieczeństwa, niech więc wynikowa pojemność akumulatora wynosi 15 Ah. Na tym etapie wiemy już, że do zapewnienia ciągłego zasilania danej kamery niezbędny jest akumulator o pojemności 15 Ah. Pozostaje więc dobór ogniwa, które będzie w stanie go naładować. Łatwo obliczyć, że do pełnego naładowania akumulatora niezbędne jest ładowanie go prądem o natężeniu 1.875 A przez 8 godzin, co oznacza, że teoretyczna moc ogniwa słonecznego powinna wynosić 1.875 A * 12V = 22.5 W. W praktyce jednak należy uwzględnić straty wynikające z pór roku oraz warunków pogodowych i podwoić ten wynik, dzięki czemu bezpieczną mocą ogniwa będzie 40 W.
Podsumowując – nie należy bezkrytycznie zachwycać się ogniwami solarnymi, ale nie warto także od razu z nich rezygnować. Gruntowne przemyślenie zagadnienia z pewnością pozwoli na wyciągnięcie optymalnych dla każdej instalacji systemu alarmowego wniosków.
