Ako správne dimenzovať solárne pouličné osvetlenie
My v Sol by Sunna Design sme radi, že môžeme komunitám poskytnúť spoľahlivé solárne pouličné osvetlenie, aby mohli dosahovať ciele udržateľnosti a zároveň osvetľovať svoje parky a verejné priestranstvá. Naše svetlá boli testované v teréne, aby po celé roky trvalo dosahovali štandardné úrovne osvetlenia bez údržby. Aký je postup? Venujeme veľa času tomu, aby sme sa uistili, že solárne panely a batérie v našich systémoch majú správnu veľkosť, okrem toho, že máme inovatívny dizajn systému a účelovo vytvorené, efektívne riadenie energie.
Správne dimenzovaný solárny svetelný systém bude mať správne množstvo solárnej energie, úložisko batérie a účinnosť LED svietidiel, aby bežal pri projektovaných úrovniach osvetlenia každú noc po dobu niekoľkých rokov, a zároveň poskytuje záložnú energiu, aby veci fungovali v prípade nepriaznivého počasia. počasie a vyhýbanie sa potrebe dodatočných solárnych panelov alebo batérií. Je to ideálne riešenie – nie príliš veľa solárnych komponentov, ktoré by spôsobili, že systém by bol príliš nákladný, ani príliš málo, čo by spôsobilo predčasné zlyhanie systému.
Pre správne prispôsobené a spoľahlivé solárne pouličné osvetlenie sú potrebné tri základné komponenty – zdravý pomer poľa k záťaži, dostatočná kapacita batérie a záložné napájanie a efektívne LED svietidlo a prevádzkový profil.
Stiahnite si našu príručku Ultimate Solar Lighting Guide a dozviete sa viac o optimálnej veľkosti. Táto komplexná referencia skúma detaily a porovnania produktov, ako aj to, ako solárne osvetlenie funguje a prečo si ho zákazníci vyberajú.
Pomer polí k zaťaženiu
Správne dimenzovanie funkčného solárneho svetla si vyžaduje vyváženie rôznych vstupov a výstupov. Patrí medzi ne preskúmanie umiestnenia projektu, definovanie správneho chemického zloženia a kapacity batérie, výber efektívneho LED svietidla a prevádzkového plánu, udržiavanie dostatočnej záložnej energie batérie v prípade nepriaznivého počasia a štúdium umiestnenia projektu.
Na začiatku by sa mal brať do úvahy pomer poľa k záťaži (ALR), jednoduché a nerozbitné kritérium pre navrhovanie systémov solárneho osvetlenia. Je to pomer energie vyrobenej solárnymi panelmi (označuje sa ako „pole“ alebo energia-in) k energii použitej svietidlom (označuje sa ako „záťaž“ alebo energia-out). Osvetľovací systém má zdravé ALR, ak počas dňa zachytáva viac slnečnej energie, ako spotrebuje, keď sa svetlo rozsvieti v noci.
Každá inštalácia solárneho osvetlenia by mala vždy začať s ohľadom na oblasť. Množstvo slnečnej energie, ktoré dosiahne rôzne zemepisné šírky, sa líši; toto je známe ako slnečné žiarenie a vyjadruje sa v kWh/m2/deň. Priemerná ročná denná slnečná energia pre Ameriku je znázornená v grafe nižšie. Ako môžete vidieť, Kalifornia a ďalšie južné štáty dostávajú každý deň oveľa viac slnečnej energie ako Aljaška a ďalšie severné štáty. To znamená, že na dosiahnutie rovnakých úrovní osvetlenia budú severné lokality často potrebovať väčšie solárne pole a ďalšie batérie ako ich náprotivky na juhu.
Priame normálne žiarenie zo slnečnej Ameriky
Umiestnenie projektu sa môže použiť na odhad solárnej energie a kapacity batérie potenciálneho systému. Nezohľadnenie umiestnenia môže viesť k tomu, že systém nebude schopný zvládnuť skromný dopyt a zlyhá skôr, alebo v drahšom systéme s nadbytočnou solárnou kapacitou. V dôsledku toho by sa na začiatku malo vždy brať do úvahy umiestnenie.
Aby výrobcovia skryli neefektívny energetický manažment alebo nevhodne navrhnutý systém, môžu inštalovať viac alebo väčšie solárne panely. Bohužiaľ, slnečnej energie môže byť príliš veľa. Preprava a inštalácia príliš veľkého stroja stojí navyše. V závislosti od estetiky miestnej mestskej architektúry sa zdá byť ťažký a neatraktívny a zvyšuje namáhanie panelov vetrom, čo si vyžaduje väčšie a drahšie stožiare na kompenzáciu.
Ďalšie informácie nájdete v našom článku o osvedčených postupoch pri dimenzovaní solárnych panelov.
2. Záložné napájanie a batérie
Batérie solárneho pouličného osvetlenia určujú, či bude fungovať alebo nie, preto by sa potenciálny kupujúci mohol obávať batérie, ktorá zlyhá príliš skoro. Chybný dizajn batérie alebo solárnej technológie prakticky nikdy nie je príčinou predčasného vybitia batérie. Tento problém je výsledkom chybného škálovania systému, zlého riadenia energie a nesprávneho návrhu. Toto solárne svetlo bude spoľahlivo fungovať mnoho rokov, keď výrobca starostlivo skonštruoval systém, pracoval na efektívnom hospodárení s energiou a škáloval ho s adekvátnym výkonom solárneho poľa a kapacitou batérie.
Primárne typy batérií používajú výrobcovia solárneho osvetlenia.
Olovené batérie: Spoľahlivé a lacné olovené batérie sa používajú už mnoho rokov. Často sa používajú v automobiloch a vo väčších priemyselných aplikáciách, vrátane nemocničných zariadení a systémov neprerušiteľného napájania (UPS), kde je nevyhnutný prístup k spoľahlivému napájaniu v prípade núdze. Najbežnejšou technológiou batérií pre aplikácie solárneho osvetlenia je táto.
Jedným z najpopulárnejších typov nabíjateľných batérií pre spotrebiteľské použitie je nikel-metal hydridový (NiMH) typ batérie. Batérie NiMH, ako sú All-in-One (iSSL) a All-in-Two od SOL by Sunna Design, sú ideálne pre solárne osvetľovacie systémy, keď nepotrebujete extra veľké batérie kvôli ich vysokej hustote energie možnosti cyklov a široký rozsah pracovných teplôt (UP)
Lítium-iónové (Li-ion) batérie majú najlepšiu hustotu energie a zároveň sú najdrahšie zo všetkých troch. Li-ion batérie sa často nachádzajú v prenosných počítačoch a mobilných telefónoch, ale používajú sa aj v rastúcom počte nových produktov vrátane leteckého a vojenského hardvéru. Jednou nevýhodou lítium-iónových batérií je ich neschopnosť odolávať veľmi nízkym teplotám (prestávajú sa nabíjať pod 32 ° F), ako aj ich obmedzená kapacita na recykláciu. Predpokladá sa, že v USA sa recykluje menej ako 5 percent lítium-iónových batérií.
Výhody a nevýhody každého chemického zloženia batérie sa líšia v závislosti od aplikácie a požiadaviek projektu. Ich výrazná hĺbka výboja je jedným z hlavných rozdielov týchto troch skupín.
Podiel kapacity batérie, ktorá sa využíva počas prevádzky, sa označuje ako hĺbka vybitia (niekedy označovaná ako DOD). DOD by bolo napríklad 25 percent, ak by solárna lampa bežala celú noc a spotrebovala štvrtinu kapacity batérie.
Pochopenie hĺbky vybitia je dôležité pre solárne aplikácie, pretože výrazne ovplyvňuje životnosť batérie alebo koľkokrát je možné ju vybiť a potom dobiť. Niektoré chemické zložky batérií, ako napríklad NiMH a Li-ion, môžu bezpečne vydržať takmer úplné vybitie, kým sa budú musieť znova nabiť. Toto množstvo vybitia by výrazne skrátilo životnosť batérie pre iné chemické látky, ako je olovená kyselina. Kapacita, ktorá môže byť bezpečne vyčerpaná pre každý z troch typov batérií, je uvedená v tabuľke nižšie ako príklad.
Zatiaľ čo NiMH a Li-ion batérie sa môžu každú noc bezpečne vybíjať viac, olovená batéria má ďalšiu výhodu v tom, že má väčšiu vstavanú záložnú energiu, pretože má kratšiu DOD. Bolo by potrebných viac batérií a náklady na systém by výrazne vzrástli, ak by systém na báze NiMH alebo Li-ion mohol poskytnúť záložnú energiu na rovnakej úrovni ako riešenie na báze olova. Keď sú časté dlhé obdobia zlého počasia, uistenie sa, že systém má dostatok záložnej batérie, môže pomôcť zlepšiť prevádzku a výdrž svetla.
Tu je ilustrácia, ako dimenzovať solárne batérie. Pre tento príklad si predstavte, že naše solárne svetlo napája 40-wattové LED svietidlo počas 14-hodinovej zimnej noci v Los Angeles pri 100 percentnom jase. Celková záťaž nášho systému každú noc by bola 560 watthodín (40 wattov x 14 hodín=560 watthodín). Aká je minimálna kapacita pre každý typ batérie za predpokladu ideálnych podmienok a plne nabitej batérie na začiatku noci?
Tu je niekoľko príkladov zdravej a nízkej veľkosti systémovej batérie s využitím typov batérií uvedených vyššie, aby sme mohli lepšie pochopiť, aká by mala byť naša minimálna kapacita batérie.
Ďalšie podrobnosti o veľkosti batérie nájdete na našej stránke o záložnom napájaní pre solárne osvetlenie.
3. Veľkosť a prevádzkový profil LED svietidiel
LED technológie a solárne prístroje idú spolu dobre. Energeticky najefektívnejšie svietidlá na trhu, LED svietidlá, urobili zo solárnych svetelných systémov spoľahlivé a cenovo dostupné náhrady za bežné komerčné osvetlenie. Navyše účinnosť LED diód rastie, čo im umožňuje produkovať viac lúmenov (známych aj ako jednotky svetla) pri nižšej spotrebe energie ako v minulosti. Napríklad pri teplých farebných teplotách, ako je 3000 K, môže moderné LED osvetlenie poskytnúť 160 lúmenov na watt. V oblasti veľkosti solárneho systému je to vítaný prielom, pretože umožňuje menším systémom dosiahnuť rovnaké výsledky ako väčšie inštalácie, ktoré používajú svietidlá s nižšou účinnosťou.
Výber prijateľného prevádzkového profilu je ďalším prvkom v procese dimenzovania solárneho systému. Plán známy ako prevádzkový profil určuje, kedy sa svietidlo zapína a vypína, ako aj či (a kedy) potrebuje znížiť svoj výkon. Tieto profily umožňujú výrobcom prispôsobiť ich systémy špecifickým požiadavkám na správu napájania.
Tu je niekoľko ilustrácií typických prevádzkových profilov:
Od súmraku do úsvitu (celonočná prevádzka): svetlo zostane zapnuté počas noci na rovnakej úrovni výkonu.
Stlmiť v čase mimo špičky; napríklad svetlo môže zostať zapnuté päť hodín po západe slnka na potrebnej výstupnej úrovni, než sa stlmí na 30 percent tejto úrovne. Úroveň výkonu sa vráti na 100 percent až do východu slnka dve hodiny pred úsvitom.
V určitom čase sa svetlo stlmí alebo vypne. Napríklad môže zostať zapnutý do 23:00 na príslušnej výstupnej úrovni.
Prevádzkový profil spolu s príkonom svietidla pomáha pri výpočte spotreby energie cez noc a je rozhodujúci pre výber správnej veľkosti systému.
Najdôležitejšou fázou vývoja solárneho pouličného osvetlenia na zabezpečenie dlhodobej spoľahlivosti je správna veľkosť. Pozrite si našu infografiku tu, aby ste pochopili viac o vede o solárnom škálovaní, alebo si stiahnite náš komplexný odkaz na špecifikácie solárneho osvetlenia.
