Jak správně dimenzovat solární pouliční osvětlení
My ve společnosti Sol by Sunna Design jsme potěšeni, že jsme schopni poskytnout komunitám spolehlivé solární pouliční osvětlení, aby mohly plnit cíle udržitelnosti a zároveň osvětlovat své parky a veřejná prostranství. Naše světla byla testována v praxi, aby trvale dosahovala standardní úrovně osvětlení po léta bez údržby. Jaký je proces? Věnujeme spoustu času tomu, abychom se ujistili, že solární panely a baterie v našich systémech mají správnou velikost, kromě toho, že máme inovativní systémový design a účelné a efektivní řízení energie.
Správně dimenzovaný solární osvětlovací systém bude mít přesně to správné množství solární energie, úložiště baterie a účinnost LED svítidel, aby mohl běžet na požadované úrovni osvětlení projektu každou noc po dobu několika let, a zároveň bude poskytovat záložní energii, aby věci fungovaly v případě nepříznivých podmínek. počasí a vyhnout se tak potřebě dalších solárních panelů nebo baterií. Je to ideální řešení – ne příliš mnoho solárních komponentů, které by systém činily příliš nákladnými, ani příliš málo, které by způsobilo předčasné selhání systému.
Pro správně dimenzované a spolehlivé solární pouliční osvětlení jsou nezbytné tři základní komponenty – zdravý poměr pole k zátěži, dostatečná kapacita baterie a záložní energie a efektivní LED svítidlo a provozní profil.
Stáhněte si naši příručku Ultimate Solar Lighting, kde se dozvíte více o optimální velikosti. Tato komplexní reference zkoumá podrobnosti o produktech a srovnání, stejně jako to, jak solární osvětlení funguje a proč si ho zákazníci vybírají.
Poměr polí k zatížení
Správné dimenzování funkčního solárního světla vyžaduje vyvážení různých vstupů a výstupů. Mezi ně patří zkoumání umístění projektu, definování správného chemického složení a kapacity baterie, výběr efektivního LED svítidla a provozního plánu, udržování dostatečného záložního napájení z baterie pro případ nepříznivého počasí a studium umístění projektu.
Zpočátku by měl být vzat v úvahu poměr pole k zátěži (ALR), jednoduché a nerozbitné kritérium pro navrhování solárních osvětlovacích systémů. Je to poměr energie vyrobené solárními panely (označované jako "pole" nebo energie-in) k energii použité svítidlem (označované jako "zátěž" nebo energie-out). Osvětlovací systém má zdravé ALR, pokud během dne zachytí více sluneční energie, než spotřebuje, když se světlo rozsvítí v noci.
Jakákoli instalace solárního osvětlení by měla vždy začínat s ohledem na oblast. Množství sluneční energie, které dosáhne různých zeměpisných šířek, se mění; toto je známé jako sluneční záření a vyjadřuje se v kWh/m2/den. Průměrná roční denní sluneční energie pro Ameriku je uvedena v grafu níže. Jak můžete vidět, Kalifornie a další jižní státy dostávají každý den mnohem více sluneční energie než Aljaška a další severní státy. To znamená, že k dosažení stejné úrovně osvětlení budou severní lokality často potřebovat větší solární pole a další baterie než jejich protějšky na jihu.
Přímé normální záření ze sluneční Ameriky
Umístění projektu lze použít k odhadu solární energie a kapacity baterie potenciálního systému. Nezohlednění umístění může vést k tomu, že systém nebude schopen zvládnout skromnou poptávku a brzy selže, nebo v dražším systému s nadbytečnou solární kapacitou. V důsledku toho je třeba vždy zpočátku vzít v úvahu umístění.
Aby výrobci zakryli neefektivní hospodaření s energií nebo nedostatečně navržený systém, mohou instalovat více nebo větší solární panely. Bohužel může být solární energie příliš mnoho. Přeprava a instalace příliš velkého stroje stojí navíc. V závislosti na estetice místní městské architektury se jeví těžký a neatraktivní a zvyšuje namáhání panelů větrem, což vyžaduje kompenzaci větších a dražších stožárů.
Další informace najdete v našem článku o osvědčených postupech pro dimenzování solárních panelů.
2. Záložní napájení a baterie
Baterie solárního pouličního osvětlení určují, zda bude fungovat nebo ne, proto by se potenciální kupující mohl obávat, že baterie selže příliš brzy. Chybný design baterie nebo solární technologie prakticky nikdy není příčinou předčasného zániku baterie. Tento problém je výsledkem chybného škálování systému, špatné regulace energie a nesprávného návrhu. Toto solární světlo bude spolehlivě fungovat po mnoho let, pokud výrobce pečlivě zkonstruoval systém, pracoval na efektivním řízení energie a přizpůsobil jej odpovídajícím výkonem solárního pole a kapacitou baterie.
Primární typy baterií používají výrobci solárního osvětlení.
Olověné baterie: Spolehlivé a levné olověné baterie se používají již mnoho let. Často se používají v automobilech a ve větších průmyslových aplikacích, včetně nemocničních zařízení a systémů nepřerušitelného napájení (UPS), kde je nezbytný přístup ke spolehlivému napájení v případě nouze. Nejběžnější bateriová technologie pro aplikace solárního osvětlení je tato.
Jedním z nejoblíbenějších typů dobíjecích baterií pro spotřebitelské použití je typ nikl-metal hydridové (NiMH). Baterie NiMH, jako jsou All-in-One (iSSL) a All-in-Two od SOL od Sunna Design, jsou ideální pro solární osvětlovací systémy, kde nepotřebujete extra velké bateriové sady kvůli jejich vysoké hustotě energie, hluboké možnosti cyklů a široký rozsah pracovních teplot (UP)
Lithium-iontové (Li-ion) baterie mají nejlepší hustotu energie a přitom jsou ze všech tří nejdražší. Li-ion baterie se často nacházejí v laptopech a mobilních telefonech, ale používají se také v rostoucím počtu nových produktů, včetně leteckého a vojenského hardwaru. Jednou z nevýhod lithium-iontových baterií je jejich neschopnost odolat velmi nízkým teplotám (přestanou se nabíjet pod 32 °F), stejně jako jejich omezená kapacita pro recyklaci. Předpokládá se, že v USA se recykluje méně než 5 procent lithium-iontových baterií.
Výhody a nevýhody jednotlivých chemických látek se liší v závislosti na aplikaci a požadavcích projektu. Jejich výrazná hloubka výboje je jedním z hlavních rozdílů těchto tří skupin.
Podíl kapacity baterie, která je během provozu využita, se označuje jako hloubka vybití (někdy označovaná jako DOD). DOD by bylo například 25 procent, pokud by solární lampa běžela celou noc a spotřebovala čtvrtinu kapacity baterie.
Pochopení hloubky vybití je důležité pro solární aplikace, protože výrazně ovlivňuje životnost baterie nebo kolikrát ji lze vybít a poté znovu nabít. Některé chemické baterie, jako jsou NiMH a Li-ion, mohou bezpečně snést téměř úplné vybití, než je bude nutné znovu nabít. Toto množství vybití by výrazně zkrátilo životnost baterie pro jiné chemické látky, jako je olovo-kyselina. Kapacita, kterou lze bezpečně vyčerpat pro každý ze tří typů baterií, je uvedena v tabulce níže jako příklad.
Zatímco NiMH a Li-ion baterie se mohou bezpečně vybíjet každou noc více, olověná baterie má další výhodu v tom, že má větší zabudovanou záložní energii, protože má kratší DOD. Bylo by zapotřebí více baterií a náklady na systém by výrazně vzrostly, pokud by systém na bázi NiMH nebo Li-ion mohl poskytovat záložní napájení na stejné úrovni jako řešení na bázi olova. Když jsou časté delší období špatného počasí, zajištění dostatečné kapacity záložní baterie může pomoci zlepšit provoz a výdrž světla.
Zde je ukázka, jak dimenzovat solární baterie. Pro tento příklad si vezměte, že naše solární světlo napájí 40-wattové LED svítidlo po 14-hodinu zimní noci v Los Angeles při 100% jasu. Celková zátěž našeho systému každou noc by byla 560 watthodin (40 wattů x 14 hodin=560 watthodin). Jaká je minimální kapacita pro každý typ baterie za předpokladu ideálních podmínek a plně nabité baterie na začátku noci?
Zde je několik příkladů zdravé a nízké velikosti systémové baterie s využitím výše uvedených typů baterií, abychom mohli lépe porozumět tomu, jaká by měla být naše minimální kapacita baterie.
Další podrobnosti o velikosti baterie najdete na naší stránce o záložním napájení pro solární osvětlení.
3. Velikost a provozní profil LED svítidel
LED technologie a solární zařízení spolu dobře jdou. Energeticky nejúčinnější svítidla na trhu, svítidla LED, učinila solární osvětlovací systémy spolehlivé a cenově dostupné náhrady za konvenční komerční osvětlení. Navíc účinnost LED roste, což jim umožňuje produkovat více lumenů (známých také jako jednotky světla) a přitom spotřebovávat méně energie než v minulosti. Například při teplých teplotách barev, jako je 3000 K, může moderní LED osvětlení poskytovat 160 lumenů na watt. V oblasti velikosti solárního systému je to vítaný průlom, protože umožňuje menším systémům dosáhnout stejných výsledků jako větší instalace, které používají méně účinné přípravky.
Výběr přijatelného provozního profilu je dalším prvkem v procesu dimenzování solárního systému. Plán známý jako provozní profil určuje, kdy se svítidlo zapíná a vypíná, a také jestli (a kdy) potřebuje snížit svůj výkon. Tyto profily umožňují výrobcům přizpůsobit jejich systémy konkrétním požadavkům na řízení spotřeby.
Zde je několik ilustrací typických provozních profilů:
Od soumraku do úsvitu (celonoční provoz): světlo zůstane svítit celou noc na stejné výstupní úrovni.
Ztlumit v době mimo špičku; například světlo může zůstat svítit pět hodin po západu slunce na potřebné výstupní úrovni, než se ztlumí na 30 procent této úrovně. Úroveň výkonu se vrátí na 100 procent až do východu slunce dvě hodiny před úsvitem.
V určitou dobu se světlo ztlumí nebo vypne. Například může zůstat zapnutý až do 23:00 na příslušné výstupní úrovni.
Provozní profil spolu s příkonem svítidla pomáhá při výpočtu spotřeby energie přes noc a je rozhodující pro výběr správné velikosti systému.
Nejdůležitější fází vývoje solárního pouličního osvětlení pro zajištění dlouhodobé spolehlivosti je správná velikost. Podívejte se na naši infografiku zde, abyste pochopili více o vědě solárního škálování, nebo si stáhněte naši komplexní referenci o specifikacích solárního osvětlení.
