ทำไมบางรุ่นของโคมไฟติดเสาพลังงานแสงอาทิตย์ถึงเสียหลังจากผ่านฤดูหนาวเพียงหนึ่งฤดูกาล?

อุณหภูมิต่ำทำให้ความจุของแบตเตอรี่ลดลงได้สูงสุดถึง 50%

เมื่ออุณหภูมิภายนอกต่ำมาก โคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์จะทำงานได้ไม่ดีนัก เนื่องจากปฏิกิริยาทางเคมีภายในแบตเตอรี่ช้าลงอย่างมาก โดยเฉพาะแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ที่มีปัญหาอย่างชัดเจนเมื่ออุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์องศาเซลเซียส เมื่ออุณหภูมิลดลงถึงประมาณลบ 20 องศา แบตเตอรี่เหล่านี้อาจสูญเสียความจุไปถึง 40 ถึง 50 เปอร์เซ็นต์ของค่าปกติ สาเหตุก็คือ อิเล็กโทรไลต์ภายในมีความหนืดเพิ่มขึ้น ทำให้ไอออนเคลื่อนที่ไปมาได้ยากขึ้นระหว่างขั้วไฟฟ้า ส่งผลให้แบตเตอรี่ต้องทำงานหนักกว่าปกติ ซึ่งจะทำให้แบตเตอรี่เสื่อมเร็วกว่าเดิมและอายุการใช้งานสั้นลง ตัวอย่างเช่น โคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์ทั่วไปที่ระบุว่าให้แสงสว่างได้นาน 12 ชั่วโมงที่อุณหภูมิห้อง ในสภาพอากาศเย็นจัดแบบนี้ ผู้ใช้ส่วนใหญ่พบว่าโคมไฟสามารถใช้งานได้เพียงประมาณ 6 ถึง 7 ชั่วโมง ก่อนต้องชาร์จไฟใหม่อีกครั้ง

เปรียบเทียบประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนกับ LiFePO4 ในสภาพอากาศติดลบ

แม้ว่าทั้งสองประเภทของแบตเตอรี่จะมีประสิทธิภาพลดลงในสภาพอากาศเย็น แต่แบตเตอรี่ LiFePO4 (ลิเธียมไอรอนฟอสเฟต) จะทำงานได้ดีกว่าแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนแบบมาตรฐาน:

แบตเตอรี่ LiFePO4 ยังสามารถทนต่อการคายประจุลึกได้ดีกว่า และทนต่อการกัดกร่อนได้ดีขึ้น ทำให้มีโอกาสเสียหายหลังจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตามฤดูกาลน้อยลงถึง 72% เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนแบบอื่น

แบตเตอรี่เสียหรือกัดกร่อนเป็นสาเหตุหลักของการล้มเหลวของระบบ

ปัญหาแบตเตอรี่ในช่วงฤดูหนาวสำหรับโคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์ประมาณสองในสามเกิดจากความชื้นที่ซึมเข้าไปภายใน และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่ทำให้เกิดการแข็งตัวและละลายซ้ำ ๆ อย่างต่อเนื่อง ซึ่งเราทุกคนต่างก็รู้ดีว่าไม่พึงประสงค์มาก แท้จริงแล้ว สิ่งที่ผิดพลาดขึ้นมาคือไอน้ำมักจะกัดกร่อนขั้วต่อของแบตเตอรี่ตามกาลเวลา บางครั้งแบตเตอรี่อาจบวมเมื่อมีน้ำแข็งเกิดขึ้นภายในเคสที่ได้รับความเสียหาย นอกจากนี้ยังมีกรณีที่แบตเตอรี่สูญเสียความสามารถในการเก็บประจุ เนื่องจากการชาร์จไม่เต็มบ่อยครั้งในช่วงที่อากาศหนาวเย็น ข่าวดีก็คือ การนำแบตเตอรี่เหล่านี้ไปใส่ในตัวเรือนที่ปิดสนิทได้ดีขึ้น และเคลือบสารป้องกันสนิม จะช่วยยืดอายุการใช้งานได้อย่างมาก การทดสอบภาคสนามแสดงให้เห็นว่า แบตเตอรี่ที่ได้รับการดูแลแบบนี้สามารถคงสภาพการทำงานได้นานขึ้นอีกประมาณหนึ่งถึงสองปี ในสภาพอากาศหนาวที่รุนแรง

การได้รับแสงแดดลดลงและประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์ในฤดูหนาว

ชั่วโมงของเวลากลางวันสั้นลงและการได้รับแสงแดดไม่เพียงพอ จำกัดจำนวนรอบการชาร์จ

เมื่อฤดูหนาวมาถึง เราก็รู้ดีว่าจะเกิดอะไรขึ้นกับช่วงเวลาของแต่ละวันที่สั้นลงเรื่อยๆ ปริมาณแสงแดดลดลงอย่างมาก อาจลดลงไปถึงหนึ่งในสามถึงครึ่งหนึ่งเมื่อเทียบกับที่เราได้รับในช่วงฤดูร้อน สำหรับไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์ที่ติดตั้งอยู่ในพื้นที่ทางตอนเหนือ อาจได้รับแสงแดดโดยตรงเพียงประมาณสี่ถึงห้าชั่วโมงต่อวันในช่วงที่ดีที่สุดเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าแบตเตอรี่ภายในไฟเหล่านี้จะหมดเร็วกว่าที่ออกแบบไว้ตามข้อกำหนด ปัญหานี้สะสมไปเรื่อยๆ ทำให้การชาร์จไม่เพียงพอ และส่งผลให้แบตเตอรี่เสื่อมสภาพเร็วกว่าที่คาดไว้ ในไม่ช้าผู้ใช้งานก็จะเริ่มพบว่าไฟของตนดับทั้งที่ยังไม่ควรจะเกิดขึ้นในเวลานั้น

หิมะและสิ่งสกปรกสะสม ทำให้ประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์ลดลง

เมื่อมีหิมะสะสมบนแผงโซลาร์เซลล์ อาจทำให้ประสิทธิภาพลดลงครึ่งหนึ่ง หรือถึงขั้นหยุดทำงานทั้งหมด จนกว่าจะมีการขจัดหิมะออก ฤดูหนาวที่มีพายุยังทิ้งสิ่งสกปรกและคราบน้ำแข็งไว้ ซึ่งบดบังแสงแดดประมาณหนึ่งในห้าถึงหนึ่งในสี่ที่จะเข้าถึงแผง วัสดุที่แข็งตัวติดอยู่กับแผงนั้นเกาะติดได้ดีกว่าฝุ่นทั่วไปมาก ดังนั้นการพยายามทำความสะอาดจึงต้องใช้อุปกรณ์พิเศษเพื่อป้องกันการเกิดรอยแตกร้าวเล็กๆ บนเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีราคาแพง แผงโซลาร์เซลล์ที่ติดตั้งเอียงมุมประมาณ 45 ถึง 60 องศามักจะช่วยให้หิมะหลุดออกได้ดีกว่าแผงที่ติดตั้งราบบนหลังคา โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อไม่ได้ใช้โครงสร้างเหล็กล้อมกรอบ มุมเอียงนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรักษาผลผลิตไฟฟ้าในช่วงฤดูหนาว

การติดตั้งแผงในแนวที่ไม่เหมาะสม (ไม่หันไปทางทิศใต้) และปัญหาเงาบดบังตามฤดูกาล

แผงโซลาร์ที่ติดตั้งบนผนังด้านทิศตะวันออกหรือตะวันตกมักผลิตพลังงานได้น้อยลงประมาณ 18 ถึง 27 เปอร์เซ็นต์ในช่วงฤดูหนาว เมื่อเทียบกับแผงที่หันไปทางทิศใต้ ซึ่งสามารถรับแสงอาทิตย์ที่อยู่ต่ำกว่าได้ดีกว่า ปัญหานี้จะรุนแรงขึ้นตามการเปลี่ยนแปลงของฤดูกาล ต้นไม้เขียวชอุ่มที่ดูสวยงามในสนามบ้านของเรา casting เงาทอดยาวมากขึ้นในฤดูหนาว เพราะดวงอาทิตย์อยู่ต่ำกว่าประมาณ 40 องศาเมื่อเทียบกับช่วงฤดูร้อน และเรื่องนี้มีความสำคัญมาก ตามการวิจัยบางชิ้นที่ทำเมื่อปีที่แล้ว พบว่าโดยประมาณสองในสามของระบบโซลาร์ทั้งหมดที่ทำงานผิดปกติในช่วงฤดูหนาวนั้น มีแผงถูกสิ่งกีดขวางอย่างน้อยสามชั่วโมงเต็มทุกวัน การถูกกีดขวางในลักษณะนี้ลดประสิทธิภาพลงอย่างมาก ส่งผลต่อผลตอบแทนที่เจ้าของบ้านควรจะได้รับจากการลงทุน

การซึมของน้ำ ความล้มเหลวของระบบปิดผนึก และข้อบกพร่องด้านความต้านทานสภาพอากาศ

การซึมของความชื้นเนื่องจากระดับการป้องกัน IP ไม่เพียงพอและข้อบกพร่องของการปิดผนึก

ไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์ต้องมีการปิดผนึกที่ดีเพื่อให้สามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลที่เกิดขึ้นตลอดทั้งปีได้ สินค้าที่มีค่าระดับต่ำกว่า IP65 แทบไม่เหมาะกับการใช้งานภายนอกอาคารเลย เนื่องจากเสี่ยงต่อปัญหาความชื้นที่จะซึมเข้ามาตามร่องรอย สายเคเบิลที่สอดผ่าน หรือซีลที่สึกหรอเก่าไปตามเวลา จากการตรวจสอบในอุตสาหกรรมเมื่อปีที่แล้ว พบว่าประมาณหกในสิบของไฟพลังงานแสงอาทิตย์ที่เสียหาย มีปัญหาสนิมเกิดขึ้นที่จุดเชื่อมต่อหรือแบตเตอรี่บวมเนื่องจากความชื้นภายใน อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงบางครั้งก็ไม่ได้มีความแตกต่างมากนัก — เพียงแค่การเปลี่ยนแปลง 15 องศาเซลเซียสจากกลางวันถึงกลางคืน ก็เพียงพอที่จะทำให้เกิดน้ำควบแน่นผ่านรอยรั่วเล็กๆ และเร่งการเสื่อมสภาพของโลหะได้ แล้วจะเกิดอะไรขึ้น? ไฟจะเริ่มทำงานผิดปกติอย่างไม่แน่นอน หรือหยุดทำงานโดยสิ้นเชิงหลังจากใช้งานไปประมาณ 8 ถึง 12 เดือน โดยเฉพาะเมื่อเผชิญกับสภาวะหน้าหนาว

ความเสียหายทางกายภาพจากน้ำหนักหิมะ แรงขยายตัวของน้ำแข็ง และสภาวะอากาศสุดขั้ว

พายุฤดูหนาวส่งผลกระทบอย่างมากต่อโครงสร้างโคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์ เมื่อมีหิมะสะสมมากกว่า 30 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว จะเริ่มทำให้ชิ้นส่วนยึดจับอลูมิเนียมโค้งงอ และยังไม่รวมถึงน้ำแข็งที่ขยายตัวภายในรอยร้าวของตัวเรือน ซึ่งสร้างแรงดันประมาณ 2,000 psi จนอาจทำให้เลนส์พลาสติกใสแตกร้าวได้ วงจรการแช่แข็งและละลายตัวอย่างต่อเนื่องยังกัดเซาะซีลยางซิลิโคนด้วย ทำให้เกลือถนนและน้ำละลายแทรกซึมเข้าไปในตำแหน่งที่ไม่ควรจะเป็น การติดตั้งโคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์ที่ไม่มีการป้องกันน้ำแข็งหรือโครงสร้างเสริมความแข็งแรงต่อแรงลม มักจะเสียหายเร็วกว่าปกติถึงสามเท่า ในพื้นที่ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งต่อเนื่องหลายสัปดาห์ นอกจากนี้ เมื่ออุณหภูมิลดลงอย่างฉับพลัน ส่วนประกอบโลหะจะหดตัวอย่างรุนแรง จนข้อต่อตะกั่วบนแผงวงจรหลุดออกจากกันได้ ผู้ใช้งานส่วนใหญ่มักไม่สังเกตเห็นปัญหานี้ จนกระทั่งตรวจสอบตามปกติในช่วงฤดูใบไม้ผลิ เมื่อทุกอย่างหยุดทำงานพร้อมกัน

คุณภาพชิ้นส่วน การออกแบบขนาดระบบ และข้อผิดพลาดในการออกแบบ

การใช้ส่วนประกอบคุณภาพต่ำที่เกิดข้อผิดพลาดภายใต้ความเครียดจากฤดูหนาว

ปัญหามากมายเกี่ยวกับโคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์นั้นแท้จริงมาจากการที่ผู้ผลิตลดต้นทุนโดยตัดทอนวัสดุเพื่อประหยัดเงิน ตัวเรือนพลาสติกมักจะแตกร้าวเมื่ออุณหภูมิลดลงต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง ประมาณ 14 องศาฟาเรนไฮต์ และซีลแบบถูกๆ เหล่านี้ก็ไม่ทนทานเช่นกัน ทำให้น้ำซึมเข้าไปภายในและทำลายชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ได้ รายงานฉบับหนึ่งที่ศึกษาอุปกรณ์พลังงานหมุนเวียนในปี 2022 พบสิ่งที่น่าสนใจด้วยเช่นกัน พบว่าไฟแสงอาทิตย์ที่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมทั่วไปตามท้องตลาด มีอัตราการเสียหายในช่วงฤดูหนาวสูงกว่ารุ่นที่ใช้ส่วนประกอบพิเศษที่ออกแบบมาเพื่อทนต่ออุณหภูมิสุดขั้วเกือบสามเท่า ซึ่งก็เข้าใจได้ เพราะไม่มีใครอยากให้ระบบไฟสวนหยุดทำงานในเวลาที่ต้องการใช้มากที่สุด หลังจากอยู่ข้างนอกมาตลอดทั้งวัน

แผงโซลาร์เซลล์ขนาดเล็กเกินไปและการตั้งค่าระบบไม่สอดคล้องกัน

เดือนหนาวๆ ต้องการพลังงานเพิ่มขึ้นประมาณ 30 ถึง 50% ทุกวัน เพียงเพื่อชดเชยช่วงเวลากลางวันที่สั้นกว่า และเพราะแบตเตอรี่ไม่เก็บชาร์จได้ดี เมื่อมันแข็งข้างนอก ไฟแสงอาทิตย์หลายๆ ตัวในช่วงฤดูหนาว ทําผลงานได้ไม่ดี เพราะมีแผ่นไฟที่เล็กเกินไป ลองดูรูปแบบส่วนใหญ่ในตลาดวันนี้ อะไรก็ตามที่มีพลังงานประกอบไฟฟ้าต่ํากว่า 15 วัตต์ พยายามใช้หลอด LED 12 วัตต์ การรวมกันนั้น ไม่ค่อยทําให้งานสําเร็จในเดือนธันวาคมหรือมกราคม และอย่าลืมเรื่องเครื่องควบคุมการชาร์จด้วย เมื่ออุปกรณ์เหล่านี้ไม่สามารถปรับความกระชับกําลังออกได้อย่างถูกต้อง ในอุณหภูมิต่ําศูนย์ มันทําให้เรื่องแย่ลงสําหรับอายุการใช้งานของแบตเตอรี่

ข้อผิดพลาดการออกแบบที่สําคัญ: ขนาดแบตเตอรี่และแผ่นสําหรับการทํางานในสภาพอากาศเย็น

การใช้ฤดูหนาวอย่างมีประสิทธิภาพ ต้องการ

• ขนาดของแบตเตอรี่ : อย่างน้อย 120% ของกําลังกําลังในช่วงฤดูร้อน เพื่อชดเชยการลดกําลังของลิตยูไอออน 20-35% ในอุณหภูมิ -20 °C
• ทิศทางของแผ่นผนัง : มุมเอียงหันหน้าไปทางทิศใต้โดยตรงที่มุม 45–60° เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการรับแสงอาทิตย์ช่วงฤดูหนาวที่มีมุมต่ำ
• ระบบสำรอง : ตัวควบคุมการชาร์ทสำรองเพื่อป้องกันความล้มเหลวของวงจรไฟฟ้าที่เกิดจากน้ำแข็งสะสม

ระบบที่ไม่คำนึงถึงหลักการออกแบบเหล่านี้มักเผชิญกับการหยุดทำงานทั้งหมดหลังจากผ่านฤดูหนาว 80–100 รอบ เนื่องจากขาดแคลนพลังงานอย่างถาวรและการเสื่อมสภาพของสารเคมี

แนวทางการบำรุงรักษาเพื่อยืดอายุการใช้งานของโคมไฟเสาส่องสว่างพลังงานแสงอาทิตย์

ความสำคัญของการทำความสะอาด การตรวจสอบ และการบำรุงรักษาอย่างต่อเนื่อง

การดูแลรักษาระยะเวลาปกติช่วยป้องกันการลดลงของประสิทธิภาพได้จริงๆ โดยเฉพาะเมื่อเข้าสู่ฤดูหนาว การทำความสะอาดแผงโซลาร์เซลล์เดือนละครั้งด้วยผ้าไมโครไฟเบอร์คุณภาพดี สามารถป้องกันการสูญเสียประสิทธิภาพไปประมาณหนึ่งในสี่ถึงหนึ่งในสามที่เกิดจากคราบสกปรกสะสม การจัดแนวแผงให้เหมาะสมตามฤดูกาลนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากชั่วโมงของแสงแดดจะสั้นลงมากสำหรับแต่ละวัน ส่วนแบตเตอรี่นั้นควรตรวจสอบทุกสามเดือนซึ่งเป็นเรื่องสำคัญมาก เพื่อสังเกตสัญญาณการกัดกร่อนหรือความชื้นภายในช่องต่างๆ ขั้วต่อควรได้รับการทำความสะอาดอย่างทั่วถึงปีละสองครั้ง เพื่อให้การนำไฟฟ้าเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ ห้ามรอช้าหากพบว่าฝาครอบเลนส์เริ่มมีรอยร้าว เพราะควรเปลี่ยนทันที และอย่าลืมอัปเดตซอฟต์แวร์ของระบบชาร์จอัจฉริยะก่อนที่อากาศหนาวจะมาถึง

การละเลยดูแลทำให้แบตเตอรี่เสื่อมสภาพและระบบล้มเหลวเร็วขึ้นอย่างไร

เมื่อการบำรุงรักษาตามปกติถูกละเลย ชิ้นส่วนของโคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์จะต้องทำงานหนักกว่าที่ควรจะเป็น แผงที่สกปรกจะทำให้การชาร์จลดลง ซึ่งนำไปสู่การคายประจุลึกที่ทำให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเสื่อมสภาพเร็วกว่าปกติถึงสองเท่าหรือมากกว่านั้น การเชื่อมต่อที่เริ่มกัดกร่อนจะกลายเป็นจุดปัญหาเล็กๆ ที่กระแสไฟฟ้าต้องดิ้นรนผ่านไป ทำให้เวลาการใช้งานจริงลดลงระหว่าง 40% ถึงเกือบครึ่งหนึ่ง รอยแตกเล็กๆ ที่ไม่มีใครสังเกตเห็นในซีลจะปล่อยให้น้ำซึมเข้าไปภายใน และนี่คือสิ่งที่มักทำให้แผงควบคุมเสียหายเมื่ออุณหภูมิลดต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง ปัญหาทั้งหมดเหล่านี้จะสะสมเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ และก่อนที่ผู้คนจะรู้ตัว ระบบทั้งหมดอาจล้มเหลวได้ทันทีที่ฤดูหนาวกลับมา

ส่วน FAQ

ทำไมโคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์ถึงทำงานได้ไม่ดีในอากาศเย็น?

ในอากาศเย็น ปฏิกิริยาทางเคมีในแบตเตอรี่จะช้าลง และแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะสูญเสียความจุอย่างมากเนื่องจากอิเล็กโทรไลต์หนืดขึ้น ทำให้ประสิทธิภาพและอายุการใช้งานลดลง

แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO4) เปรียบเทียบกับลิเธียมไอออนในสภาพอากาศหนาวได้อย่างไร

แบตเตอรี่ LiFePO4 มีความสามารถในการเก็บประจุได้ดีกว่า ทนต่อการคายประจุลึกได้มากกว่า ทนต่อการกัดกร่อน และแสดงความมั่นคงทางความร้อนที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไปในสภาพอากาศหนาว

อะไรเป็นสาเหตุให้ระบบไฟโซลาร์เสียหายในช่วงฤดูหนาว

การที่ความชื้นซึมเข้ามา การเปลี่ยนแปลงจากน้ำแข็งละลายและกลับมาแข็งใหม่ และการกัดกร่อน มักเป็นสาเหตุของความล้มเหลวของระบบ รวมถึงการปิดผนึกไม่เหมาะสมและการมีค่าระดับการป้องกัน (IP rating) ที่ไม่เพียงพอ

แสงแดดที่ลดลงมีผลต่อประสิทธิภาพของแผงโซลาร์อย่างไรในฤดูหนาว

ชั่วโมงของแสงแดดที่สั้นลงและการรับแสงแดดที่ไม่เพียงพอทำให้วงจรการชาร์จลดลง โดยแผงอาจสูญเสียประสิทธิภาพเนื่องจากการสะสมของหิมะและสิ่งสกปรก

การบำรุงรักษาแบบใดที่สามารถยืดอายุการใช้งานของโคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์ได้

การล้างทำความสะอาด การตรวจสอบ การปรับแนว และการบำรุงรักษาอย่างต่อเนื่อง พร้อมทั้งการอัปเดตซอฟต์แวร์ก่อนที่อากาศจะเริ่มหนาว เป็นสิ่งจำเป็นต่อการยืดอายุการใช้งานของโคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์