Aký je princíp fungovania suchej batérie?

A pracovná lampa na suchú batériu funguje na priamom princípe princíp uzavretého elektrického obvodu : jedna alebo viac batérií so suchými článkami dodáva jednosmerný prúd (DC) napätie cez spínač do svetelného zdroja – zvyčajne LED žiarovky alebo žiarovky – ktorý premieňa túto elektrickú energiu na svetlo. Keď je spínač zatvorený, prúd tečie zo záporného pólu batérie cez obvod a žiarovku a späť ku kladnému pólu, čím sa obvod dokončí a vytvorí sa osvetlenie. Po otvorení spínača sa obvod preruší a svetlo zhasne. Nevyžaduje sa žiadne externé napájanie, elektroinštalačná infraštruktúra ani transformátory – celý energetický systém je samostatný v priestore pre batérie svietidla.

Hlavné komponenty a ich jednotlivé úlohy

Pracovná lampa na suchú batériu pozostáva z troch funkčných komponentov, ktoré spolupracujú pri vytváraní svetla:

Suchá batéria (alebo súprava batérií)

Batéria je samostatným zdrojom energie lampy. Batéria so suchými článkami generuje elektrickú energiu prostredníctvom elektrochemickej reakcie medzi kovovou anódou (zvyčajne zinkom), katódou (oxid manganičitý v alkalických článkoch) a elektrolytovou pastou – „suchý“ v názve označuje tento elektrolyt vo forme pasty, na rozdiel od tekutého elektrolytu používaného v starších mokrých batériách. Reakcia uvoľňuje elektróny na anóde a vytvára potenciálny rozdiel (napätie), ktorý poháňa prúd cez obvod, keď je uzavretý.

Bežné konfigurácie batérií v pracovných svietidlách zahŕňajú:

• AA články (1,5V každý): najbežnejší formát; 2 až 4 AA články v sérii poskytujú 3–6 V pre malé až stredné LED pracovné lampy
• D články (1,5 V každý): veľkoformátové články s oveľa vyššou kapacitou (typicky 12 000 – 18 000 mAh oproti 2 500 – 3 000 mAh pre AA); používa sa vo väčších pracovných lampách vyžadujúcich predĺženú dobu prevádzky
• 9V blokové batérie: kompaktný formát poskytujúci vyššie napätie pre špecializované obvody lámp

Prepínač

Spínač je mechanické alebo elektronické zariadenie, ktoré otvára a zatvára elektrický obvod medzi batériou a zdrojom svetla. Vo svojej najjednoduchšej forme - posuvný alebo tlačidlový spínač - fyzicky spája alebo odpája vodič v obvode. Niektoré pracovné lampy so suchou batériou obsahujú viacpolohové spínače, ktoré ponúkajú rôzne úrovne jasu pripojením rôzneho počtu prvkov LED alebo aktiváciou jednoduchého odporu v sérii s obvodom na zníženie toku prúdu a stlmenie výstupu.

Svetelný zdroj (žiarovka)

Moderné pracovná lampa na suchú batérius použitie LED svetelné zdroje takmer výlučne tým, že nahradil klasické žiarovky vo všetkých dizajnoch okrem starších. LED diódy premieňajú elektrickú energiu na svetlo s účinnosťou približne 80 – 95 % – v porovnaní s približne 5 – 10 % v prípade žiaroviek s vláknom, ktoré väčšinu svojej energie míňajú ako teplo. V batériách napájaných aplikáciách, kde je energetická kapacita konečná, je tento rozdiel v účinnosti kritický: LED lampa bežiaca na rovnakú sadu batérií vydrží 10-20 krát dlhšie na jedno nabitie ako ekvivalentná verzia so žiarovkou.

Proces elektrochemickej premeny energie

Batéria so suchými článkami premieňa uloženú chemickú energiu na elektrickú energiu prostredníctvom oxidačno-redukčnej (redoxnej) reakcie. V alkalickom AA článku reakcia prebieha nasledovne:

• Na anóde (zinok): zinok sa oxiduje, pričom sa uvoľňujú elektróny — Zn 2OH- → ZnO H2O 2e-
• Na katóde (oxid manganičitý): MnO2 prijíma elektróny — 2MnO2 H2O 2e- → Mn2O3 2OH-
• Elektróny uvoľnené na anóde prechádzajú vonkajším obvodom (kabeláž lampy a žiarovka) a vytvárajú svetlo predtým, ako sa vrátia na katódu

Ako reakcia postupuje, zinková anóda sa postupne spotrebúva a výstupné napätie batérie pomaly klesá. Keď napätie klesne pod minimálne prevádzkové napätie svetelného zdroja (zvyčajne okolo 0,8–1,0 V na článok), lampa sa stlmí a nakoniec prestane produkovať užitočné svetlo, čo znamená, že je potrebná výmena batérie.

Typy batérií a ich vplyv na výkon

Prečo sú pracovné lampy na suché batérie navrhnuté pre špecifické prípady použitia

Samostatná, na sieti nezávislá povaha prevádzkového princípu pracovnej lampy so suchou batériou ju robí špecificky vhodnou do prostredí, kde je externé napájanie nedostupné, nespoľahlivé alebo nepraktické:

• Vonkajšie a kempingové využitie: nie je potrebná žiadna elektrická infraštruktúra; lampa je pripravená na použitie kdekoľvek, kde sú batérie nabité
• Výpadky prúdu a núdzové osvetlenie: keď dôjde k výpadku sieťového napájania, lampa na suché batérie funguje úplne nezávisle od siete – jedinou požiadavkou je mať k dispozícii nabité batérie
• Staviská a dočasné pracovné oblasti: miesta, kde je vedenie elektrického kábla na dočasné osvetlenie nebezpečné, drahé alebo nie je povolené
• Vzdialené miesta: inšpekčné práce v stiesnených priestoroch, údržba v pivniciach alebo na povalách alebo terénne práce v odľahlých oblastiach bez prístupu k elektrickej energii

Životnosť lampy sa efektívne predlžuje na neurčito jednoduchou výmenou suchých článkov pri vyčerpaní – nie sú potrebné žiadne špeciálne nástroje, nabíjacia infraštruktúra ani technické znalosti. Táto vymeniteľnosť odlišuje lampy so suchou batériou od nabíjateľných alternatív a robí z nich jedinečne praktickú voľbu pre zriedkavo používané núdzové a záložné osvetlenie.