Тверской Городской Форум

Статьи, обзоры и общение

Фотореле для чего?

Фотореле, датчик света или как его еще называют датчик день-ночь, необходим для автоматического управления светильниками без вашего участия, в зависимости от уровня освещенности.

Стемнело на улице – фонарь сам собой включился. Утром при восходе солнца отключился.

От него же можно запитывать рекламные баннеры и вывески на фасадах домов и магазинов.

Кто-то в этом деле использует реле времени или таймер-розетки. Однако в связи с постоянным изменением продолжительности светового дня, такие девайсы придется постоянно перенастраивать.

Поэтому полноценной альтернативой датчикам света их считать никак нельзя.

Настройка датчика света

Кроме того, у фотореле есть собственная регулировка чувствительности. Вы можете вручную задать тот или иной порог срабатывания.

То есть, будет фонарь срабатывать при полной темноте уже ночью, или вечером, когда только-только начинает смеркаться.

На популярных моделях фотореле от ИЭК ФР-601 и ФР-602 регулятор расположен в основании и поворачивается в диапазоне от “+” до “-”.

Если вы его выкрутите на максимальный “+”, то фотореле будет срабатывать в сумерках или при плохой погоде (небо в тучах). По техническим характеристикам эта регулировка соответствует примерно 50 Люкс.

Если убрать его в крайнее положение на “-”, то датчик сработает только в полной темноте (освещенность 5 Люкс).

Обычно его устанавливают в среднее положение.

Крутилки эти довольно нежные и при чрезмерном усилии легко ломаются. Так что будьте осторожны, в особенности регулируя чувствительность на морозе.

При этом обратите внимание на важный нюанс.

Ошибка №1

Настраивать фотореле следует именно на улице, а не в помещении.

В комплекте с датчиком всегда идет черный пакетик для проверки работоспособности. Накрыли им колпак прибора – реле сработало.

Так вот, у многих моделей чувствительные фотоэлементы, расположенные внутри корпуса, могут реагировать помимо освещенности еще и на ультрафиолет в составе солнечных лучей.

Дома за счет остекления 80% УФ-лучей гасится, а на улице – нет. Поэтому настройка в домашних условиях с созданием искусственного затемнения, может отличаться от реальной уличной настройки.

Когда не хватает диапазона, некоторые применяют смекалку и для дополнительной регулировки используют фольгу. Ею обматывают датчик (полностью или наполовину), и тем самым, добиваются изначально большего значения затемнения.

Схема подключения напрямую

Для подключения датчика света используется трехпроводная схема. Она означает, что вам необходимо подать на прибор полноценные 220В (фазу+ноль), а не только фазу.

Практически такая же схема используется и для датчиков движения. Правда там есть варианты и двухпроводного подключения без ноля.

Куда подключать фазу, а куда ноль? В этом деле можете ориентироваться по цветам.

Обычно один из проводов должен быть синего или зеленого цвета – это ноль.

Два других проводника также отличаются расцветкой. Например, один будет коричневым (черным), другой – красным.

Коричневый – это входная фаза от автомата питания. Третий провод (красный) – это выход на нагрузку. На нем фаза появляется только в момент срабатывания фотореле.

Ее как раз-таки и нужно заводить в светильник.

Заводские провода на датчике коротковаты, поэтому их приходится удлинять. Приготовьте заранее клеммы или гильзы для прессовки.

Наращивание производится кабелем сечением 1,5мм2. Общее соединение всех проводников должно осуществляться в защитной распредкоробке.

Вот как будет выглядеть такая схема подключения напрямую от выключателя расположенного в распредщитке.

Схема подключения через выключатель

Если вы захотите установить еще один промежуточный одноклавишный выключатель, дабы не бегать каждый раз в щитовую для отключения света, то схема соединения проводов фотореле немного изменится:

В распредкоробку будет заходить 4 кабеля. Фаза питания будет поступать по следующей цепочке:

Где устанавливать?

Обратите внимание на место установки фотореле.

Ошибка №2

При любой схеме подключения сам датчик не должен попадать в зону освещения светильника.

Поэтому в 90% случаев фотореле размещают над фонарем.

Если позволяет корпус прожектора, то можно даже закрепить непосредственно на нем.

В противном случае вся схема будет работать некорректно и возможны самопроизвольные срабатывания и моргания.

При этом на кратковременные вспышки, например свет фар от проезжающих машин, реле реагировать не должно, благодаря выставленной на заводе задержке по времени.

Если нет никакой возможности спрятать датчик как можно дальше от светильника, то хотя бы прикройте корпус со стороны фонаря фанерой или другой непрозрачной перегородкой.

Также некорректная работа возможна по истечении длительной эксплуатации. Связано это с тем, что колпачок фотореле постепенно загрязняется и темнеет, пропуская со временем уже другое количество солнечных лучей через себя.

В результате резко меняются пороги срабатывания. Если это обычная грязь и пыль, то проблема легко решается влажной очисткой. А вот когда чернеет от времени пластик, тут уже поможет только замена защитного колпачка или всего прибора целиком.

Еще часто в таких реле сгорает стабилитрон.

Содержание

Как подключить датчик света — 3 ошибки. Схемы с выключателем, пускателем, промежуточным реле.

Это их главное слабое место.

Также при выборе фотореле обращайте внимание на температуру эксплуатации. К примеру, те же ФР-601 хорошо работают до -25С, а потом у них начинаются проблемы.

В этом случае вам опять поможет обычный выключатель света. Только в схеме его нужно подключать иначе, чем рассматривалось выше.

Фаза через него должна проходить напрямую к светильнику. Это своего рода перемычка на тот случай, если датчик не сработал или вышел из строя.

Свет будет зажигаться обычным щелчком выключателя, ровно также, как и все лампочки у вас дома.

Также в паспортных данных таких фотореле указана степень защиты — IP44.

Это означает, что датчики можно спокойно использовать на улице. Они защищены от брызг и капель дождя.

Однако обращайте внимание на правильное расположение прибора.

Ошибка №3

Например, отдельные модели можно устанавливать только вниз «головой»!

У них в защитной крышечке присутствует отверстие, через которое влага запросто может проникать во внутрь устройства.

Работа датчика света наоборот

А если вам для каких-то нужд понадобится, чтобы реле работало в реверсном режиме? Подавало напряжение и включало нагрузку днем, а выключало ночью.

Например, для освещения в сарае с животными, где нет окон. Что делать в этом случае?

Тогда идете в ближайший магазин и покупаете промежуточное реле, у которого один из контактов замыкается, а другой размыкается при срабатывании.

Все что вам нужно будет сделать, это подключать данное промежуточное реле после датчика света по нижеприведенной схеме.

В качестве такого реле может выступать и пускатель с доп.контактами.

Схема подключения через пускатель

Также пускатель понадобится при управлении освещением с мощной нагрузкой. Допустим это не одна лампочка, а полноценные уличные прожекторы или фонари с ДРЛ, ДНаТ или другими мощными источниками света.

Стандартное фотореле от того же IEK ФР-601, рассчитано на подключение нагрузки не более 10А. Это несколько светодиодных прожекторов мощностью около 2кВт.

Хотите больше? Воспользуйтесь следующей схемой с магнитным пускателем.

Его катушка подключается как раз-таки к фотореле, а силовые контакты подают питание на основную линию освещения.

Если вас не устраивает большой габаритный колпак датчика света, который портит весь дизайн фасада здания, воспользуйтесь фотореле с выносным датчиком.

В этом случае основной коммутирующий элемент располагается в щитке и напоминает современный модульный контактор на дин-рейке. Миниатюрный выносной датчик тем временем незаметно прячется под крышей или в любом другом месте.

Схема подключения здесь следующая:

Более расширенный и усовершенствованный вариант:

Внутри прибора по прежнему коммутируется фазный проводник.

Настройка чувствительности может осуществляется потенциометром на передней панели, в зависимости от модели. Вам больше не придется каждый раз подниматься на высоту под козырек дома.

Рассчитаны такие приборы уже на несколько большие токи (25А), чем китайские модели ФР-601.

Выносной датчик можно наращивать проводом до 50 метров. Вы его безболезненно сможете протянуть не только через крышу дома, но и через весь участок.

Дополнение к осветительному прибору в виде фотореле позволяет снизить расход электроэнергии. Это небольшое и простое по конструкции устройство полностью берет на себя управление включением/выключением лампочек в зависимости от уровня освещенности на улице.

При наступлении сумерек фотодатчик для уличного освещения активизирует подсветку возле дома, а на рассвете выключает ее. Он прост в устройстве и эксплуатации, но перед приобретением оптимальной модели, надо многое предусмотреть. Мы расскажем, как подобрать идеальный вариант.

Принцип работы фотодатчика

Основа управляющего уличным освещением фотореле (сумеречного выключателя) – это светочувствительный элемент, реагирующий на имеющуюся яркость солнечного и искусственного света.

Когда наступают сумерки, фотодатчик смыкает контакты и подает электроэнергию на светильники, смонтированные на улице возле дома. А при увеличении интенсивности светового потока поутру он снова размыкает контур, выключая осветительные электроприборы.

Галерея изображений

Фото из

Фотореле или фотодатчики систем уличного освещения предназначены для организации управления расположенными на улице приборами

Управляющее уличными приборами освещения устройство может устанавливаться непосредственно рядом с прибором или перед всей линией освещения

По мощности сейчас можно подобрать любой фотодачик, найти устройство, способное управлять как одним светильником над входом в дом, так и системой приборов для освещения большой площадки или пешеходной дорожки

В предложенной потребителю комплектации фотореле уличного освещения есть все для монтажа устройства, а также подключения его к электропитанию и сети уличного освещения

Если у установщика прибора управления есть опыт в производстве электромонтажа, соединить провода допускается скрутками, но лучше использовать зажимные клеммы

В схему фотодатчика включен фоторезистор, реагирующий на интенсивность светового потока, фотодиод, вырабатывающий заряд, фототранзистор, фототиристор, фотосимистор, синхронизирующий ток из разных источников

Крепление фотореле для освещения на улице производится с помощью приложенной к изделию монтажной планки. Фиксация возможна буквально на любых конструкциях

Прибор управления уличным освещением не вызывает малейших затруднений ни в установке, ни в настройке, ни в дальнейшей эксплуатации

Устройство для автоматизации управления освещением

Монтаж фотореле на стену здания

Прибор в обустройстве дачной площадки

Фотореле в торговой комплектации

Способ соединения фотореле с электролинией

Устройство фотореле для уличных светильников

Крепление к стене с помощью планки

Удобное в монтаже и эксплуатации устройство

Светочувствительное реле в автоматическом режиме управляет работой подключенного к нему осветительного прибора, выключая и включая его по мере необходимости.

Благодаря наличию в схеме уличного освещения фотореле хозяевам дома нет необходимости постоянно включать свет вечером на придомовой территории, а утром выключать – все происходит автоматически

Это существенно сокращает расход электрической энергии уличными светильниками, а также продлевает срок их службы. Ведь они в этом случае работают только тогда, когда это действительно необходимо, а не по 8–9 часов в сутки.

В частном секторе подобные системы устанавливаются для освещения:

  • уличных лестниц;
  • территорий возле коттеджей;
  • парковых и садовых дорожек;
  • беседок, мангальных зон и открытых террас.

Организациями фотореле монтируются при обустройстве освещения во дворах многоквартирных домов, в ТРЦ и на лестничных площадках многоэтажек, а также при подсветке уличных конструкций с рекламой. Везде цель одна – экономия электроэнергии и ресурса осветительных приборов.

В простейшем исполнении рассматриваемое коммутирующее устройство состоит из блока питания, светочувствительного датчика, усилителя тока и реле переключения

Существует несколько видов фотореле, но принцип работы у всех них един. В нем есть подключенный к питанию светочувствительный датчик, который отслеживает уровень освещенности на контролируемой территории.

При наступлении сумерек этот сенсор замыкает реле, включая освещение на улице. Когда солнце опять встает, происходит обратное выключение уличных светильников.

Основные виды электроприборов

Любое контролирующее уличную освещенность фотореле имеет в своей схеме три блока с разным функционалом:

  1. Воспринимающий – фотодатчик на базе полупроводников.
  2. Промежуточный – усилитель электротока.
  3. Исполнительный – как таковое реле (коммутатор).

Конструктивно первый из этих элементов может быть вынесен из общего корпуса. Но есть и устройства, где данный фоточувствительный сенсор смонтирован в едином блоке с остальными частями внутренней схемы этого электроприбора.

Благодаря компактности светочувствительный датчик можно монтировать даже на уличных столбах освещения, возле фонаря либо прямо на нем

Соответственно, все модели фотореле контроля освещенности делятся на:

  • устройства со встроенным фотоэлементом;
  • приборы с отдельным фотодатчиком, который вынесен из корпуса.

Оборудование, имеющее встроенный сенсор, устанавливается непосредственно на улице. Корпус его имеет более высокую защиту от влаги и пыли. Во втором случае коммутирующий блок монтируется на DIN-рейку во внутридомовом электрощитке. А вынесенный датчик к нему уже подключается посредством обычных проводов.

Помимо отслеживания уровня освещенности подобные контрольные системы нередко оснащаются встроенными сенсорами движения, таймерами и различными кнопками управления. В магазинах светотехники также можно встретить фотореле, которые построены на цифровых контролерах. Однако эти приборы стоят в несколько раз дороже обычных моделей.

Цифровые устройства дороги, но позволяют контролировать осветительные приборы более точно. Принцип работы бытовых фотореле и основные элементы идентичны тем, что имеются в стандартных девайсах.

Но эти варианты дополнены микроконтроллером, который можно отрегулировать так, что светильники будут включаться только в определенные часы. Это дает возможность более тонко настроить реле, увязав его работу с погодными условиями и даже месяцем года.

Подбор фотореле для освещения на улице

Прежде чем идти в магазин приобретать фотодатчик для регулировки системы уличного освещения, следует определиться с количеством и типом подключаемых светильников. Для одного-двух фонарей хватит реле, осветительные электроприборы к которому будут подсоединяться напрямую.

Если лампочек много, то фотореле не сможет выдержать проходящий через него ток. В этом случае требуется оборудование с магнитным пускателем.

Здесь светочувствительный переключатель запускает специальное устройство, посредством которого уже производится запитка аппаратуры освещения. Т.е. очень многое в выборе модели фотодатчика зависит от мощности подключаемой к нему схемы из светильников.

Особого подхода и обязательного выполнения предварительных расчетов требует подбор фотореле для системы уличного освещения на солнечных батареях. Его мощность и число подключаемых приборов напрямую зависит от среднегодового числа солнечных дней в регионе, а также от количества гелиопанелей в схеме.

Чем больше к фотореле планируется подключить лампочек, тем выше у него обязаны быть параметры коммутируемого тока – на рынке сейчас представлены приборы с номиналом по току в диапазоне 6–63 Ампер, выбирать есть из чего

По типу подключения к электросети светоконтролирующие реле для уличного освещения делятся на:

  • однофазные (бытовые, под сеть 220 В);
  • трехфазные (для сетей 380 В).

Однако само коммутирующее реле и вся схема с фотодатчиком запитываются напряжением 12 В, которое поступает с понижающего трансформатора. Выбор в пользу однофазного либо трехфазного прибора зависит исключительно от подключаемой к нему сети из лампочек и потребляемой ею мощности.

Для установки фотореле контроля для уличного освещения на частных домах лучше всего выбирать обычные бытовые модели на 220 В. Их с избытком хватит, особенно если к ним будут подключаться экономичные светодиодные светильники.

Технические параметры – на что смотреть

Некоторые импортные электроприборы рассчитаны на сети в 110 либо 127 В. Редко, но на них можно наткнуться в магазинах светотехники. Просто так в российских сетях на 220 В они работать не смогут. Для них потребуется устанавливать дополнительный трансформатор. Лучше сразу брать то оборудование, с подключением которого будет меньше проблем.

Первый и главный показатель – степень защиты. Для установки под открытым небом следует выбирать модели с герметичным корпусом под IP65 и выше. А для монтажа под крышей или в защищенном щитке вполне подойдет устройство с IP44.

Второй параметр – порог срабатывания, который выражается в Люксах. Обычно это диапазон от 2 до 50 Лк. Фотореле имеет регулировку данного показателя, чтобы пользователь мог настроить его свои под личные предпочтения. Приобретать прибор с нерегулируемым порогом срабатывания стоит только в крайнем случае.

Третий показатель – тип подключаемых ламп. Нередко фотореле предназначено исключительно для работы с лампочками накаливания, создающими активную нагрузку.

Для подключения люминесцентных приборов с уже реактивной нагрузкой требуется брать другой вид сумеречных выключателей. А для подсоединения ртутных либо натриевых светильников нужна аппаратура с дополнительным защитным контуром, рассчитанным на броски пускового тока.

При выборе реле с выносным фотоэлементом необходимо учесть длину кабеля между ними – он имеет определенные ограничения, менять его на больший по метражу нельзя

И последние параметры – габариты и вес. Самая большая по размерам часть фотореле – это блок питания с понижающим трансформатором внутри. Сам фотодатчик (светодиод) имеет совсем небольшие габариты.

Гораздо больше места занимает контактор или магнитный пускатель, через которые подключаются осветительные приборы. Все это должно уместиться в электрощите или возле светильника.

Важны ли дополнительные функции

Многие модели светоконтролирующих реле дополняются датчиком движения и таймером. Первый гарантирует включение освещения только при перемещении по контролируемой территории человека, а второй позволяет полностью отключать прибор днем независимо от уровня естественной освещенности.

Фактически все фотодатчики еще на заводе настраиваются так, чтобы при кратковременном освещении фарами проезжающего автомобиля попросту не срабатывать

Наиболее дорогие модели – это фотореле с электронным табло и программируемым контроллером. Эти приборы позволяют для каждого сезона и случая заложить свою программу работы.

Например, в зимний период освещение будет включаться раньше, а летом позже. Можно также предусмотреть выключение самого реле вместе с уличными светильниками после часа ночи, чтобы они не жгли энергию попусту.

Нюансы монтажа датчика освещенности

Светоконтролирующий прибор обычно монтируется поблизости с подсоединяемым к нему светильником. Для каждой модели схема подключения выбирается в соответствии с инструкцией в техпаспорте. Ее перед началом работ следует изучить в обязательном порядке.

Особых навыков для выполнения монтаж не требуется. Надо лишь все рассчитать так, чтобы осветительные электроприборы не перегрузили линию. Фотореле нагрузки на сеть практически не дает. Однако УЗО в щитке и сам фотодатчик должны быть подобраны исходя из количества и мощности подключаемых лампочек.

Для самостоятельной установки фотореле достаточно обладать минимальными познаниями в области электромонтажа и соблюдать простейшие правила безопасности его выполнения

Существует несколько простых норм монтажа фоточувствительных реле:

  1. Подключать сумеречный выключатель и всю линию осветительных устройств после него рекомендуется на отдельную линию от электрощитка со своим защитным автоматом.
  2. Категорически запрещается устанавливать фотодатчик вверх ногами. С одной стороны он должен быть открыт солнечному свету, а с другой стороны на него должен падать свет от ламп искусственного освещения.
  3. Нельзя этот электроприбор монтировать возле легковоспламеняющихся материалов, вблизи нагревательного оборудования и химически активных сред.
  4. Если к фотореле подключается много лампочек , то в схеме необходимо предусмотреть магнитный пускатель.

Главное – свет от любых светильников не должен попадать на фотоэлемент. Иначе он постоянно будет работать не так, как положено. Фотодатчик реагирует на любой свет. Неважно, искусственное это освещение либо естественное от солнца.

Схема подключения осветительных приборов к фотореле (прямая либо через пускатель) выбирается в зависимости от суммарной мощности подключаемых светильников

На корпусе фотореле есть план с цветовым обозначением всех проводов, исходящих из него. Как правило, коричневый идет на фазу со щитка («L»), синий на ноль («N»), а красный или черный – на светильник уличного освещения.

Выводы и полезное видео по теме

Трудностей с выбором и включением светочувствительного датчика в систему уличного освещения возникнуть не должно. Все предельно просто. Нижеприведенные видеоматериалы позволят даже начинающим электрикам разобраться во всех тонкостях монтажа этого прибора.

Видео #1. Все нюансы подключения фотодатчика «день-ночь»:

Видео #2. Обзор фотореле включения/выключения ночного освещения на улице:

Видео #3. Описание схемы подключения сумеречного выключателя через внешний контактор:

Светоконтролирующие реле для монтажа с приборами уличного освещения просты в конструкции и подключении. Они сильно упрощают жизнь собственникам частных домов и позволяют снизить энергопотребление. Моделей таких устройств в магазинах найдется немало. Всегда можно подобрать с необходимыми параметрами для конкретной ситуации.

А если есть познания и опыт в электротехники, то подобное фотореле возможно собрать из фотодиода, обычного диода, реле и пары транзисторов с резисторами.

Рациональная настройка работы осветительных приборов в автоматическом режиме позволяет значительно сократить издержки на оплату электрической энергии, упрощает хлопоты владельцу дома.

Сделать это не так уж сложно. Достаточно приобрести современный недорогой электронный модуль и понять, как подключить фотореле для уличного освещения правильно.

В этой статье я показываю 11 вариантов схем решения этого вопроса. Вам остается выбрать для себя тот, который лучше всего подойдет под конкретные местные условия.

Правильно эксплуатировать уличное освещение и устранять в нем возникающие неисправности помогает понимание того, какие электрические процессы его сопровождают.

Что такое фотореле: простое и подробное объяснение

Дополнительными названиями этого устройства стали: сумеречный выключатель, датчик освещенности, светоконтролирующий выключатель.

Они создаются для управления искусственными источниками света в зависимости от времени суток с учетом естественного освещения объектов солнцем или луной.

В дневное время электрические источники не работают, отключаются автоматически. За счет этого создается экономия электроэнергии без участия человека.

Уличное освещение дома включается только в темноте.

Когда же оно дополняется датчиками движения и таймерами, то результат экономии увеличивается многократно.

Фотореле позволяют автоматически отключать электрические источники днем и эксплуатировать их исключительно ночью.

Термином реле в электротехнике принято называть техническое устройство, которое в автоматическом режиме контролирует какой-то один электрический параметр и при переходе его значения через заранее заданный уровень, называемый «уставка», изменяет свое первоначальное положение — срабатывает.

При этом происходит переключение положения встроенных контактов. Они могут быть в исходном обесточенном положении замкнутыми или разомкнутыми. При срабатывании реле контакты скачкообразно изменяют свое состояние на противоположное — переключаются.

Приставка «фото» перед словом «реле» означает, что устройство отслеживает величину освещённости светового потока и оценивает его величину встроенным датчиком.

В качестве датчика света работает полупроводниковый элемент различной конструкции.

Фотодатчик: принцип работы и как его проверить

Контроль освещенности может быть возложен на полупроводниковый переход фоторезистора, фотодиода, фототранзистора.

Фоторезистор меняет свое электрическое сопротивление в зависимости от силы попадающего на него светового потока.

В темноте оно составляет порядка 30 МОм, а на свету снижается до нескольких кОм. Его исправность можно проверить любым мультиметром, если перевести его в режим омметра и накрывать или снимать светонепроницаемый чехол на свету.

Фоторезистор применяется в самых бюджетных моделях фотореле.

Фотодиод при облучении светом работает как обычный выпрямительный диод: пропускает электрический ток только в одну сторону, но открывается не в прямом, а обратном направлении. При темноте он закрыт.

На схемах его обозначают как светодиод, но стрелки направляют на полупроводниковый переход, а не на излучение.

Проверку исправности фотодиода осуществляют мультиметром, как и фоторезистора. Но удобнее использовать старенький стрелочный тестер: на нем лучше будет заметен момент срабатывания.

Фототранзистор может иметь такой же корпус, как и у фотодиода с двумя ножками, когда он управляется только световым потоком или с тремя выводами — для дополнительного оперирования его состоянием величиной приложенного электрического напряжения.

Между базой и эмиттером трехконтактных конструкций для облегчения их управления подключают резистор определенной величины (10-100 кОм, Мом). Их еще называют транзисторным оптроном.

Фототранзисторы проверяют так же, как и фотодиоды. Только для них надо учитывать спектр световых волн. Они более чувствительны к нему и настраиваются на определенную длину электромагнитной волны для работы при определенной цветовой температуре источника.

При проверках цифровыми мультиметрами измеряют падение напряжения прямого направления в милливольтах на p-n переходе. Оно должно составить 500-600 милливольт, но зависит от температуры окружающей среды, что учитывает температурный коэффициент сопротивления (ТКС).

Проверку стрелочным тестером выполняют переводом его в режим омметра, а освещают фототранзистор близкорасположенной лампой накаливания.

Фототиристор и фотосемистор имеют более сложную конструкцию, используются в приборах специального назначения.

Конструкция и схема фотореле для уличного освещения с поясняющими картинками

Если разобрать корпус любого фотореле, то внутри него мы увидим механические защитные и крепежные детали, созданные для обеспечения надежной работы электронного блока.

Для подключения его к схеме электроснабжения и осветительным приборам из корпуса выводятся три провода обычно голубого, красного и коричневого цветов.

Внутренняя схема фотореле для уличного освещения состоит из:

  • фотодатчика, работающего на базе фоторезистора, фотодиода или фототранзистора;
  • встроенного блока питания;
  • электронной схемы управления и усилителя сигнала фотодатчика;
  • исполнительного органа — силовых контактов реле, коммутирующих нагрузку подключенных осветительных приборов.

Все это вмещается на небольшой электронной плате, конструкция которой у разных моделей и производителей отличается структурой, количеством деталей и применяемыми компонентами.

Принцип работы фотореле представлен на картинке ниже: наличие или отсутствие светового облучения фотодатчика управляет нагрузкой подключенного источника света.

Как схема подключения фотореле для уличного освещения учитывает конкретные условия работы

Самый простейший вариант управления светом лампочки с помощью сумеречного выключателя показан на картинке.

Красный провод, выходящий из корпуса, коммутируется на потенциал фазы распределительного щитка. Синий проводник соединяется с нулем и ближним контактом цоколя лампочки освещения.

Третий коричневый провод — это потенциал фазы, который датчик освещенности подает на лампу для ее свечения.

Эта схема подключения реле для уличного освещения является базовой для всех случаев, которые создаются для разных условий эксплуатации. Ее рекомендую собирать на столе и использовать при проверке только что купленного сумеречного выключателя.

Показываю сборку схемы проводки с выносным фотодатчиком, который выводится в отдельное место с помощью дополнительного кабеля.

Этот прием позволяет эффективно оценивать работоспособность устройства при затемнениях и освещении фотодатчика, выполнять предварительные настройки модуля.

Однако следует учесть, что для современных систем электроснабжения в целях безопасности используется защитный РЕ проводник. Через него все корпуса бытовых приборов подключаются к контуру заземления здания в системах TN-C-S, TT или питающей трансформаторной подстанции для схемы TN-S.

Для этой ситуации все новые модели сумеречных выключателей имеют дополнительный вывод, выполненный проводником желто-зеленого цвета. Он подключается на корпус металлического светильника и к разводке шинки РЕ.

Если корпус светильника выполнен полностью из диэлектрических материалов, то на нем нет контакта для соединения с контуром заземления. Тогда подвод РЕ-проводника делать не нужно.

Схема подключения фотореле для уличного освещения с учетом использования защитного РЕ-проводника имеет следующий вид.

Этот способ применяют чаще всего при монтаже открытой проводки. Если же она выполнена закрыто с прокладкой в штробах, то подключение кабелей производится внутри распределительной коробки.

Обращайте внимание на коммутационную способность выходных контактов сумеречного выключателя. Они должны иметь запас мощности для обеспечения надежной коммутации управляемой нагрузки.

Если контакты слабые, то в схему просто подключается магнитный пускатель, контактор или реле с подходящими характеристиками. Выходная мощность выключателя должна быть достаточной для управления подключенной обмоткой.

Тогда усиленные контакты повторителя нагрузки успешно справятся с ее переключениями, не сгорят.

Иногда у владельцев частных домов возникает необходимость включения дополнительного искусственного освещения на рассвете, а не с наступлением сумерек.

Решить эту задачу можно такой же схемой, только контакты реле повторителя надо использовать не замыкающие, а нормально разомкнутые. Они изменят последовательность работы светильника.

Чтобы ограничить лишнее потребление электроэнергии в определенные промежутки времени в цепь выходной фазы светильника врезают контакт таймера. Он обеспечит включение освещения на период, нужный хозяину.

Если подключить датчик движения, то светильник станет реагировать на появление человека в контролируемой зоне, освещать ему путь. Когда же посетитель уйдет из заданного пространства, то свет выключается.

Подобные технические решения нашли применение в освещении подъездов многоэтажных зданий.

Правда, культура их исполнения довольно часто сильно страдает. Монтаж датчика на изоленту, отсутствие защитного патрона — не единственные недостатки, характеризующие халатную работу электриков ЖКХ.

Наибольший эффект экономии электроэнергии и обеспечения комфортного пребывания человека в зоне работы сумеречного выключателя ночью создает комплексное включение датчика движения и таймера.

Датчик движения реагирует на появление человека в зоне сумеречного выключателя и включает светильник. Таймер своим контактом отключает свет через заранее запрограммированный промежуток времени, необходимый посетителю для прохождения контролируемого участка.

Обращаю внимание: механически закрепить все составные части подключаемой схемы и соединить их электрическими проводами — не достаточное условие для надежной работы уличного освещения.

Важно правильно расположить фотодатчик, обеспечить ему оптимальные условия для безошибочной работы.

Как способ монтажа фотодатчика влияет на надежность работы сумеречного выключателя

Светильники для улицы могут выпускаться отдельно или в комплекте со встроенным фотодатчиком, как показано на картинке монтажа светодиодного прожектора.

Здесь фотодатчик расположен в тени от направления основного света прожектора. Подобная конструкция может допускать ложные срабатывания.

Лучше его располагать отдельно и направлять в сторону от светового потока источника, как сделано на этой фотографии.

Высоту установки фотодатчика и его расположение относительно светильника следует рассчитывать исходя из удобства эксплуатации и надежности работы, но учитывать антивандальные мероприятия.

Предохранить попадание света на датчик от светильника, окон дома и других источников можно самодельным экраном темного цвета.

При установке фотореле на мощном светильнике его располагают сзади за экраном в затененной зоне.

При расположении сумеречного выключателя на стенах дома приоритет отдают восточной или западной стороне.

>Датчик света для уличного освещения: схемы подключения, самостоятельное изготовление и пошаговая инструкция монтажа

Так проще выполнить наладку.

Схема фотореле для уличного освещения своими руками: 4 варианта изготовления из самых доступных деталей

Ниже приведены 4 типа электронной сборки, которые позволят собрать сумеречный выключатель своими руками на базе распространенного фоторезистора СФЗ-1. Считаю, что они доступны для повторения и надежны в работе.

Схема простейшего фотореле: транзисторный каскад на КТ315

Самый доступный вариант для самостоятельной сборки сумеречного выключателя имеет всего два транзистора серии КТ315, электромагнитное реле напряжения с обмоткой на 5-15 вольт, диод и фоторезистор.

Парное включение транзисторов улучшает управление током через обмотку реле. Он появляется при изменении сопротивления фоторезистора с 30 Мом до нескольких кОм, как только дневное освещение сменяется темнотой.

Переменный резистор R1 используется при наладке в качестве подстроечного элемента. Подключенный параллельно обмотке реле диод VD1 разряжает ЭДС самоиндукции катушки при снятии напряжения питания.

Универсальный характер этой сборке придает возможность подбора различных марок транзисторов и реле под рабочее значение используемого блока питания.

Схема простого фотореле: микросхема КР1564ТЛ2

Электрический сигнал, преобразованный пропорционально освещенности фоторезистора, поступает на пороговый детектор микросхемы D1.1. Его уровень регулируют подстроечным резистором R1. Для него лучше подбирать много оборотистые конструкции, например СП5-1.

Вывод 2 D1.1 работает как темно-инвертирующий выход схемы. При появлении на нем напряжения, соответствующего логической единице (1), происходит разряд конденсатора C2 через диод VD1 и резистор R4.

За счет этого при освещении фоторезистора на выводе 2 D1.1 формируется логический 0. Тогда C2 начинает заряжаться и подает напряжение на вход 3 D1.2, пропуская 1 через вывод 4 и резистор R5 на базу транзистора VT1.

Период заряда конденсатора определяет время задержки срабатывания сумеречного выключателя. Его можно регулировать изменением номиналов резистора R3 и емкостью C2 в пределах от пары секунд до нескольких минут.

Наладка устройства сводится к регулировке положения подстроечного резистора R1 и, при желании — задержки его срабатывания.

В качестве транзистора можно использовать КТ801(А, Б), КТ608Б, КТ603(А, Б), КТ312(А, В).

Для работы достаточно установить любой блок стабилизированного питания с напряжением 9-14 вольт.

Фотореле на микросхеме: логические элементы К561ЛА7

Обмотка реле К1 находится под напряжением при затенении фоторезистора PR и своими выходными контактами включает источник света.

При освещении фотодатчика плавно нарастающей освещенностью или ее резким появлением от посторонних приборов триггер Шмидта, собранный на D1.1- D1.3 переключает VT2, обесточивая подключенную обмотку К1.

Транзистор VT1 открывается при освещении PR, выдает сигнал на входы инверторов D1.1, D1.2.

Цепочка R4, R5, C1 создает задержку на включение до трех минут за счет того, что инверторный вход D1.2 открывается позднее, чем D1.1, а D1.3 отработает (лог 0 на 10) только тогда, когда на его входах 8 и 9 появятся логические единицы.

Выход 11 D1.4 открывается и на базу VT2 через VD3 поступает сигнал высокого логического уровня.

Коллекторный ток транзистора плавно подается на обмотку реле. Оно работает практически без дребезга контактов.

Регулировка чувствительности сумеречного выключателя возложена на подстроечный резистор R1.

Сумеречный выключатель своими руками: схема на тиристоре

Это фотореле может управлять несколькими лампами с общей мощностью 100 ватт. Оно не требует создания дополнительного блока питания для работы электроники.

Два фоторезистора СФЗ-1 позволяют повысить чувствительность устройства на входе триггера Шмидта, выполненного транзисторами VT1 и VT2. Они открываются от электрического тока, уровень которого создается совместной работой PR1 и PR2.

Когда напряжение цепочки коллектор-эмиттер VT2 уменьшается, то открывается транзистор VT3. По цепочке диода VD1 на управляющий электрод VS1 поступает ток.

Тиристор открывается и плавно включает лампу HL1 под выпрямленное напряжение диодного моста. Отсутствие мигания и мерцания обеспечивается работой VD2 за счет снижения гистерезиса при переключении пороговых уровней на триггере.

Величину стабилизированного напряжения на электронной схеме обеспечивает стабилитрон VD3. Оно должно быть в пределах 10-14 вольт.

Резистор R8 позволяет регулировать момент срабатывания сумеречного выключателя.

Вывод: собрать по любой из рассмотренных схем сумеречный выключатель своими руками не сложно — детали доступны, наладка простая и понятная.

Не работает фотореле: что делать

Представим ситуацию, что новый сумеречный выключатель совместно с лампой проверен под нагрузкой и напряжением после распаковки на столе: замечаний нет.

После этого его смонтировали на выбранном месте, а в процессе постоянной эксплуатации начались чудеса: он перестает включаться, гаснуть или работает как-то странно. Разберем эти случаи подробнее.

Исправный датчик не включает светильник

Смотрим на самую простую схему подключения фотореле с лампочкой. Последняя загорится, если к ней подводится разность потенциалов фазы и рабочего нуля.

Поэтому необходимо проверить исправность обоих проводов. Обычно начинающие электрики ограничиваются проверкой потенциала фазы с помощью простого однополюсного индикатора напряжения в виде отвертки.

Работать надо мультиметром: перевести его в режим вольтметра и замерить величину напряжения на входных контактах светильника.

Когда его не будет, а индикатор показывает наличие фазы, то искать обрыв следует в цепочке подвода нуля. Такое тоже случается. Особенно часто это происходит со старыми алюминиевыми проводами, которые просто переламываются в критических местах после нескольких изгибов.

Вторая причина неисправности: перегорела или стряслась нить накала лампочки. Придется ее заменить.

Третий случай — настройки фотореле и датчика движения. Здесь придется правильно определиться с углами обзора по горизонтали и вертикали, а также учесть дальность действия схемы.

Почему не гаснет свет при исправном датчике

Причинами проявления неисправности могут быть:

  1. Перемещения людей или домашних животных в контролируемой зоне.
  2. Завышенная задержка времени электронного блока на отключение.
  3. Увеличенный уровень настройки регулятора яркости.
  4. Образование остаточного напряжения в блоке питания: отключите прибор и через 20 секунд повторно включите.

Произвольные включения

На работу датчиков оказывают влияние:

  • сильные электрические и магнитные поля от рядом работающего электрооборудования. Защититься от них можно сплошным заземленным экраном;
  • плохой контакт соединительных проводов;
  • повышенный нагрев электронных компонентов;
  • порывы ветра, воздействующие на ветки дерева, расположенного в зоне контроля;
  • атмосферные осадки (снег, град, дождь);
  • движение теплого воздуха от кондиционеров, вентиляторов.

Возможны и другие причины внешнего воздействия. Для их выявления придется внимательно оценить конкретные условия местности и расположение сумеречного выключателя.

Делаем для себя вывод: схема подключения фотореле для уличного освещения требует не только правильного монтажа, но и учета местных особенностей эксплуатации.

Автоматизация управления уличным освещением сокращает расходы на электроэнергию, упрощает уход за придомовой территорией. Датчик света подает сигнал для включения и выключения ламп, фонарей, прожекторов. Электронное устройство покупают, учитывая технические параметры нагрузки. Умельцы изготавливают прибор самостоятельно.

Обзор популярных моделей и критерии выбора

Среди датчиков освещения уличных пользуются спросом российские и китайские производители. Популярные модели:

  • Фотореле ФР-601 от IEK (Китай) – прибор со встроенным фотоэлементом. Пластиковый корпус, степень защиты IP44. Работает с напряжением 220 В, максимальным током 10 А, нагрузкой 2,2 кВт. Порог срабатывания 5-50 Лк. Рабочая температура -25+45°.
  • Фотореле ФР-7Н (Россия) – оборудование имеет выносной датчик и кабель длиной 1,5 м. Крепится на DIN-рейку. Номинальное напряжение 220 В, ток 5 А. Диапазон освещенности 10-50 Лк, время срабатывания 15 с.
  • Сумеречное реле Zamel WZM-01/S1 (Польша) – устройство монтируется на DIN-рейку. Оно рассчитано на напряжение 230 В, нагрузку в 4 кВт, ток 16 А. Класс защиты корпуса IP20.
  • PS-3 EKF (Россия) – изделие рассчитано на номинальное напряжение 240 В, ток 20 А, нагрузку 4,4 кВт. Сумеречный порог 5-50 Лк. Степень защиты IP44.

Чтобы выбрать датчик освещенности, изучают технические параметры прибора. Также потребуется рассчитать мощность нагрузки и определить место установки. Эти факторы влияют на тип сумеречного выключателя. К основным критериям выбора относятся:

  • технические параметры;
  • возможность выполнения индивидуальных настроек предела срабатывания;
  • наличие дополнительных сенсоров;
  • место размещения фотореле.

Цена – один из решающих факторов при покупке. Дополнительные функции приводят к удорожанию устройства. Если часть приспособлений не потребуется, не стоит брать дорогую модель.

Монтаж и подключение фотореле для уличного освещения

Способ монтажа зависит от выбранного типа устройства. Проще всего установить фотореле с настенным креплением со встроенным фотоэлементом. Предстоящий объем работ разбивают на 3 этапа: выбор места, монтаж и настройка.

Выбор места

Чтобы светочувствительные автоматы работали корректно, надо правильно выбрать местоположение

Чтобы сумеречное реле вовремя включало и отключало освещение, важно правильно подобрать место для его установки. Рекомендации по размещению:

  • На устройство должны падать прямые солнечные лучи.
  • Следует исключить освещение фарами автомобилей, чтобы избежать ложного срабатывания.
  • К устройству должен быть свободный доступ для обслуживания.

Если сумеречный выключатель устанавливается на DIN-рейку, подбирается место только для выносного сенсора.

Монтажные работы

Для подключения фотореле можно использовать распределительную коробку светильника. К ней уже подведено питание. При необходимости устанавливается отдельная монтажная коробка. Края цветных проводов очищают от изоляции. Их соединяют с клеммами согласно схеме производителя.

Модели для наружного размещения имеют в комплекте кронштейн. Устройство фиксируется в нужном месте с помощью винтов.

Настройка прибора

Ручка для регулировки находится снизу

После подключения датчика света выполняют настройку его чувствительности. Для этого в нижней части корпуса имеются регуляторы – диски или тумблеры. По нанесенным обозначениям «+» и «-» выбирается, в какую сторону вращать колесико. Настроечные элементы задают порог освещенности, при котором активируется сумеречный выключатель. В некоторых моделях можно выбрать время задержки включения.

Можно ли сделать фотореле своими руками

Схема сумеречного реле своими руками

Изготовление датчика своими руками не составит труда радиолюбителям. Для электронного прибора потребуется:

  • симистор со встроенным динистром (квадрак) с рабочими параметрами 4 А и 600 В;
  • фоторезистор типа ФСК-7, ФСК-Г1;
  • резистор с сопротивлением 47 кОм.

Питание схемы происходит от стандартной сети 220 В. Настройка включения осуществляется резистором. Его сопротивление зависит от желаемого порога включения подсветки. При использовании квадрака можно подключить нагрузку до 500 Вт. Такая схема состоит из небольшого количества деталей, не требует отдельного блока питания. Элементы с помощью паяльника закрепляются на печатной плате.

Стоимость сумеречных выключателей доступна для большинства покупателей. Модели с общим корпусом предлагаются по цене около 400 рублей. Устройства, требующие монтажа на DIN-рейку, обойдутся дороже – 1500-2500 рублей. Установить фотореле можно по инструкции производителя.

Владельцев частных домов при благоустройстве участка волнует вопрос, как сделать автоматическое включение света в сумерки и выключение его на рассвете. Для этого есть два устройства — фотореле и астротаймер. Первое устройство более простое и дешевое, второе — сложнее и дороже. Более подробно поговорим о фотореле для уличного освещения.

Устройство и принцип действия

Это устройство имеет множество названий. Самое распространенное — фотореле, но называют еще фотоэлемент, датчик света и сумерек, фотодатчик, фотосэнсор, сумеречный или светоконтролирующий выключатель, датчик освещенности или день-ночь. В общем, названий много, но суть от этого не меняется — устройство позволяет в автоматическом режиме включать свет в сумерки и выключать на рассвете.

Схема фотореле для уличного освещения на фоторезисторе

Работа устройства основана на способности некоторых элементов изменять свои параметры под воздействием солнечного света. Чаще всего используют фоторезисторы, фототранзисторы и фотодиоды. Вечером, при уменьшении освещенности, параметры светочувствительных элементов начинают меняться. Когда изменения достигнут определенной величины, контакты реле смыкаются, подавая питание на подключенную нагрузку. На рассвете изменения идут в обратном направлении, контакты размыкаются, свет гаснет.

>Характеристики и выбор

В первую очередь выбирают напряжение, с которым будет работать датчик света: 220 В или 12 В. Следующий параметр — класс защиты.

Фотореле (датчик день-ночь)

Так как устройство устанавливается на улице, он должен быть не ниже IP44 (цифры могут быть больше, меньше — нежелательно). Это значит, что внутрь устройства не могут попасть предметы размером более 1 мм, а также что водяные брызги ему не страшны. Второе, на что стоит обратить внимание — на температурный режим эксплуатации. Ищите такие варианты, которые с запасом перекрывают средние показатели в вашем регионе как по плюсовой, так и по минусовой температуре.

Подбирать модель фотореле также необходимо по мощности подключаемых к нему ламп (выходная мощность) и току нагрузки. Оно, конечно, может «тянуть» нагрузку немного больше, но при этом могут быть проблемы. Так что лучше брать даже с некоторым запасом. Это были обязательные параметры, по которым надо выбирать фотореле для уличного освещения. Есть еще несколько дополнительных.

Пример характеристик фотореле для уличного освещения

В некоторых моделях есть возможность подстроить порог срабатывания — сделать фотодатчик более или менее чувствительным. Уменьшать чувствительность стоит при выпадении снега. В этом случае отраженный от снега свет может быть воспринят как рассвет. В результате свет будет то включаться, то отключаться. Такое представление вряд ли понравится.

Обратите внимание на пределы регулировки чувствительности. Они могут быть больше или меньше. Например, у фотореле AWZ-30 белорусского производства этот параметр — 2-100 Лк, у фотоэлемента P02 диапазон подстройки 10-100 Лк.

Задержка срабатывания. Для чего нужна задержка? Для исключения ложных включений/отключений света. Например, ночью на фотореле попал свет фар проезжающего автомобиля. Если задержка срабатывания мала, свет отключится. Если она достаточна — хотя-бы 5-10 секунд, то этого не произойдет.

Выбор места установки

Для корректной работы фотореле важно правильно выбрать его местоположение. Необходимо учесть несколько факторов:

  • На него должен падать солнечный свет, то есть он должен быть под открытым небом.
  • Ближайшие источники искусственного света (окна, лампы, фонари и т.д.) должны находится как можно дальше.
  • Не желательно чтобы на него попадал свет фар.
  • Желательно расположить его не очень высоко — для удобства обслуживания (надо периодически протирать поверхность от пыли и смахивать снег).

    Чтобы светочувствительные автоматы работали корректно, надо правильно выбрать местоположение

Как видите при организации автоматического освещения на улице выбрать место для установки фотореле — не самая простая задача. Иногда приходится переносить его несколько раз, пока найдешь приемлемое положение. Часто, если датчик света используют для включения фонаря на столбе, фотореле стараются расположить там же. Это совершенно не обязательно и очень неудобно — счищать пыль или снег приходится довольно часто и каждый раз залезать на столб не очень весело. Само фотореле можно разместить на стене дома, например, а к светильнику дотянуть кабель питания. Это наиболее удобный вариант.

Схемы подключения

Схема подключения фотореле для уличного освещения проста: на вход устройства заводится фаза и ноль, с выхода фаза подается на нагрузку (фонари), а ноль (минус) на нагрузку идет от автомата или с шины.

Схема подключения фотореле для освещения (фонаря)

Если делать все по правилам, соединение проводов необходимо делать в распределительной (монтажной коробке). Выбираете герметичную модель для расположения на улице, монтируете в доступном месте. Как подключить фотореле к освещению на улице в этом случае — на схеме ниже.

Подключение фотодатчика через распределительную коробку

Если включать/отключать необходимо мощный фонарь на столбе, в конструкции которого есть дросселя, лучше в схему добавить пускатель (контактор). Он рассчитан на частое включение и выключение, нормально переносит пусковые токи.

Схема подключения датчика день-ночь с пускателем

Если свет должен включаться только на время нахождения человека (в уличном туалете, возле калитки), к фотореле добавляют датчик движения. В такой связке лучше сначала поставить светочувствительный выключатель, а после него — датчик движения. При таком построении датчик движения будет срабатывать только в темное время суток.

Схема подключения фотореле с датчиком движения

Как видите, схемы несложные, вполне можно справиться своими руками.

Астротаймер

Астрономический таймер (астротаймер) — это другой способ автоматизировать уличное освещение. Принцип его работы отличается от фотореле, но он тоже включает свет вечером и выключает его утром. Управление светом на улице происходит по времени. В данном устройстве заложены данные про то, в какое время темнеет/светает в каждом регионе в каждый сезон/день. При настройке астротаймера вводятся GPS координаты его установки, выставляется дата и текущее время. Согласно заложенной программе устройство и работает.

Астротаймер — второй способ автоматизировать свет на участке

Чем оно удобнее?

  • Оно не зависит от погоды. В случае с установкой фотореле велика вероятность ложного срабатывания — в пасмурную погоду свет может включаться ранним вечером. При попадании на фотореле света он может гасить свет посреди ночи.
  • Устанавливать астротаймер можно в доме, в щитке, в любом месте. Ему не нужен свет.
  • Есть возможность сдвигать время включения/выключения на 120-240 минут (зависит от модели) относительно заданного времени. То есть, вы сами сможете выставить время так, как вам удобно.

Недостаток — высокая цена. Во всяком случае, модели, которые есть в торговой сети, стоят довольно солидных денег. Но можно купить в Китае намного дешевле, правда, как он будет работать — вопрос.

Фотоэлемент — электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию.

Полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи энергии

Наиболее эффективными, с энергетической точки зрения, устройствами для превращения солнечной энергии в электрическую являются полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), поскольку это прямой, одноступенчатый переход энергии. КПД производимых в промышленных масштабах фотоэлементов в среднем составляет 16 %, у лучших образцов до 25 %. В лабораторных условиях уже достигнуты КПД 43,5 %, 44,4 %, 44,7 %.

Отсутствие выпрямительных диодов и эффективных антенн на частоты электромагнитного излучения, соответствующие свету, пока не позволяет создавать фотоэлектрические преобразователи, использующие свойства кванта как электромагнитной волны, наводящей переменную ЭДС в дипольной антенне, хотя, теоретически, это возможно. От таких устройств можно было бы ожидать не только лучшего КПД, но и меньших температурной зависимости и деградации со временем.

Физический принцип работы фотоэлемента

Преобразование энергии в ФЭП основано на фотоэлектрическом эффекте, который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения.

Неоднородность структуры ФЭП может быть получена легированием одного и того же полупроводника различными примесями (создание p-n переходов) или путём соединения различных полупроводников с неодинаковой шириной запрещённой зоны — энергии отрыва электрона из атома (создание гетеропереходов), или же за счёт изменения химического состава полупроводника, приводящего к появлению градиента ширины запрещённой зоны (создание варизонных структур). Возможны также различные комбинации перечисленных способов.

Эффективность преобразования зависит от электрофизических характеристик неоднородной полупроводниковой структуры, а также оптических свойств ФЭП , среди которых наиболее важную роль играет фотопроводимость. Она обусловлена явлениями внутреннего фотоэффекта в полупроводниках при облучении их солнечным светом.

Основные необратимые потери энергии в ФЭП связаны с:

  • отражением солнечного излучения от поверхности преобразователя,
  • прохождением части излучения через ФЭП без поглощения в нём,
  • рассеянием на тепловых колебаниях решётки избыточной энергии фотонов,
  • рекомбинацией образовавшихся фото-пар, на поверхностях и в объёме ФЭП,
  • внутренним сопротивлением преобразователя,
  • и некоторыми другими физическими процессами.

Для уменьшения всех видов потерь энергии в ФЭП разрабатываются и успешно применяется различные мероприятия. К их числу относятся:

  • использование полупроводников с оптимальной для солнечного излучения шириной запрещённой зоны;
  • направленное улучшение свойств полупроводниковой структуры путём её оптимального легирования и создания встроенных электрических полей;
  • переход от гомогенных к гетерогенным и варизонным полупроводниковым структурам;
  • оптимизация конструктивных параметров ФЭП (глубины залегания p-n перехода, толщины базового слоя, частоты контактной сетки и др.);
  • применение многофункциональных оптических покрытий, обеспечивающих просветление, терморегулирование и защиту ФЭП от космической радиации;
  • разработка ФЭП, прозрачных в длинноволновой области солнечного спектра за краем основной полосы поглощения;
  • создание каскадных ФЭП из специально подобранных по ширине запрещённой зоны полупроводников, позволяющих преобразовывать в каждом каскаде излучение, прошедшее через предыдущий каскад, и пр.;

Также существенного повышения КПД ФЭП удалось добиться за счёт создания преобразователей с двухсторонней чувствительностью (до +80 % к уже имеющемуся КПД одной стороны), применения люминесцентно-переизлучающих структур, линз Френеля, предварительного разложения солнечного спектра на две или более спектральные области с помощью многослойных плёночных светоделителей (дихроичных зеркал) с последующим преобразованием каждого участка спектра отдельным ФЭП и т. д.

Фотоэлементы промышленного назначения

На солнечных электростанциях (СЭС) можно использовать разные типы ФЭП, однако не все они удовлетворяют комплексу требований к этим системам:

  • высокая надёжность при длительном (до 25—30 лет) ресурсе работы;
  • высокая доступность сырья и возможность организации массового производства;
  • приемлемые с точки зрения сроков окупаемостизатрат на создание системы преобразования;
  • минимальные расходы энергии и массы, связанные с управлением системой преобразования и передачи энергии (космос), включая ориентацию и стабилизацию станции в целом;
  • удобство техобслуживания.

Некоторые перспективные материалы трудно получить в необходимых для создания СЭС количествах из-за ограниченности природных запасов исходного сырья или сложности его переработки. Отдельные методы улучшения энергетических и эксплуатационных характеристик ФЭП, например за счёт создания сложных структур, плохо совместимы с возможностями организации их массового производства при низкой стоимости и т. д.

Высокая производительность может быть достигнута лишь при организации полностью автоматизированного производства ФЭП, например на основе ленточной технологии, и создании развитой сети специализированных предприятий соответствующего профиля, то есть фактически целой отрасли промышленности, соизмеримой по масштабам с современной радиоэлектронной промышленностью. Изготовление фотоэлементов и сборка солнечных батарей на автоматизированных линиях обеспечит многократное снижение себестоимости батареи.

Наиболее вероятными материалами для фотоэлементов СЭС считаются кремний, Cu(In,Ga)Se2 и арсенид галлия (GaAs), причём в последнем случае речь идёт о гетерофотопреобразователях (ГФП) со структурой AlGaAs-GaAs.

Кроме того, фотоэлементы используются в защитных устройствах, в системах управления производственными процессами, химических анализаторах, системах контроля за сгоранием топлива, за температурой, для контроля качества продукции массового производства, для светотехнических измерений, в указателях уровня, в счётных устройствах, для синхронизации, для автоматического открывания дверей, в реле времени, в записывающих устройствах.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *