Πώς να διαστασιολογήσετε σωστά ένα ηλιακό φως δρόμου
Εμείς στη Sol by Sunna Design είμαστε στην ευχάριστη θέση να παρέχουμε στις κοινότητες αξιόπιστο ηλιακό φωτισμό δρόμων, ώστε να μπορούν να επιτύχουν στόχους βιωσιμότητας, ενώ παράλληλα φωτίζουν τα πάρκα και τους δημόσιους χώρους τους. Τα φώτα μας έχουν ελεγχθεί επιτόπου για να φτάνουν σταθερά τα βιομηχανικά πρότυπα φωτισμού για χρόνια χωρίς συντήρηση. Ποια είναι η διαδικασία; Αφιερώνουμε πολύ χρόνο για να βεβαιωθούμε ότι η ηλιακή ενέργεια και οι μπαταρίες στα συστήματά μας έχουν το σωστό μέγεθος, εκτός από το ότι έχουμε έναν καινοτόμο σχεδιασμό συστήματος και στοχευμένη, αποτελεσματική διαχείριση ενέργειας.
Ένα σύστημα ηλιακού φωτός κατάλληλου μεγέθους θα έχει ακριβώς τη σωστή ποσότητα ηλιακής ενέργειας, αποθήκευση μπαταρίας και απόδοση φωτιστικών LED για να λειτουργεί στα απαιτούμενα επίπεδα φωτός του έργου κάθε βράδυ για αρκετά χρόνια, ενώ παρέχει επίσης εφεδρική ισχύ για να διατηρεί τα πράγματα σε λειτουργία σε περίπτωση δυσλειτουργίας καιρικές συνθήκες και αποφεύγοντας την ανάγκη για επιπλέον ηλιακούς συλλέκτες ή μπαταρίες. Είναι η ιδανική λύση—όχι πάρα πολλά ηλιακά εξαρτήματα, που θα καθιστούσαν το σύστημα πολύ δαπανηρό, ούτε πολύ λίγα, που θα προκαλούσαν την πρώιμη αστοχία του συστήματος.
Τρία βασικά εξαρτήματα—μια υγιής αναλογία συστοιχίας προς φορτίο, αρκετή χωρητικότητα μπαταρίας και εφεδρική ισχύς και αποτελεσματικό φωτιστικό LED και προφίλ λειτουργίας—είναι απαραίτητα για ένα σωστά κλιμακούμενο, αξιόπιστο ηλιακό φως δρόμου.
Κατεβάστε τον οδηγό μας Ultimate Solar Lighting για να μάθετε περισσότερα σχετικά με το βέλτιστο μέγεθος. Αυτή η περιεκτική αναφορά διερευνά λεπτομέρειες και συγκρίσεις προϊόντων, καθώς και πώς λειτουργεί ο ηλιακός φωτισμός και γιατί τον επιλέγουν οι πελάτες.
Αναλογία συστοιχιών προς φορτία
Το σωστό μέγεθος ενός λειτουργικού ηλιακού φωτός απαιτεί την εξισορρόπηση μιας ποικιλίας εισόδων και εξόδων. Αυτά περιλαμβάνουν την εξέταση της θέσης του έργου, τον καθορισμό της σωστής χημείας και χωρητικότητας της μπαταρίας, την επιλογή ενός αποτελεσματικού φωτιστικού LED και χρονοδιαγράμματος λειτουργίας, τη διατήρηση αρκετής εφεδρικής ισχύος μπαταρίας σε περίπτωση κακών καιρικών συνθηκών και τη μελέτη της τοποθεσίας του έργου.
Ο λόγος συστοιχίας προς φορτίο (ALR), ένα απλό, άθραυστο κριτήριο για το σχεδιασμό συστημάτων ηλιακού φωτισμού, θα πρέπει να ληφθεί αρχικά υπόψη. Είναι ο λόγος της ενέργειας που παράγεται από τα ηλιακά πάνελ (αναφέρεται ως «συστοιχία» ή ενέργεια εισόδου), προς την ενέργεια που χρησιμοποιείται από το φωτιστικό (αναφέρεται ως «φορτίο» ή εξόδου ενέργειας). Ένα σύστημα φωτισμού έχει ένα υγιές ALR εάν συλλαμβάνει περισσότερη ηλιακή ενέργεια κατά τη διάρκεια της ημέρας από ό,τι χρησιμοποιεί όταν ανάβει το φως τη νύχτα.
Οποιαδήποτε εγκατάσταση ηλιακού φωτισμού πρέπει πάντα να ξεκινά με γνώμονα την περιοχή. Η ποσότητα της ηλιακής ενέργειας που φτάνει σε διάφορα γεωγραφικά πλάτη ποικίλλει. Αυτό είναι γνωστό ως ηλιακή ηλιακή ακτινοβολία και εκφράζεται σε kWh/m2/ημέρα. Η μέση ετήσια ημερήσια ηλιακή ενέργεια για την Αμερική φαίνεται στο παρακάτω γράφημα. Όπως μπορείτε να δείτε, η Καλιφόρνια και άλλες νότιες πολιτείες λαμβάνουν πολύ περισσότερη ηλιακή ενέργεια κάθε μέρα από την Αλάσκα και άλλες βόρειες πολιτείες. Αυτό σημαίνει ότι για να επιτευχθούν τα ίδια επίπεδα φωτός, οι βόρειες τοποθεσίες θα χρειάζονται συχνά μεγαλύτερη ηλιακή συστοιχία και επιπλέον μπαταρίες από τις αντίστοιχες μπαταρίες στο νότο.
Άμεση Κανονική Ακτινοβολία από την Ηλιακή Αμερική
Η τοποθεσία ενός έργου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση της ηλιακής ενέργειας και της χωρητικότητας της μπαταρίας ενός δυνητικού συστήματος. Εάν δεν ληφθεί υπόψη η τοποθεσία μπορεί να οδηγήσει σε ένα σύστημα που δεν μπορεί να αντιμετωπίσει τη μέτρια ζήτηση και αποτυγχάνει νωρίς ή σε ένα πιο ακριβό σύστημα με πλεονάζουσα ηλιακή χωρητικότητα. Ως αποτέλεσμα, η τοποθεσία θα πρέπει πάντα να λαμβάνεται υπόψη αρχικά.
Προκειμένου να κρύψουν την αναποτελεσματική διαχείριση ενέργειας ή ένα ανεπαρκώς σχεδιασμένο σύστημα, οι κατασκευαστές ενδέχεται να εγκαταστήσουν περισσότερα ή μεγαλύτερα ηλιακά πάνελ. Δυστυχώς, μπορεί να υπάρχει υπερβολική ηλιακή ενέργεια. Η μεταφορά και η εγκατάσταση ενός υπερβολικά μεγάλου μηχανήματος κοστίζει επιπλέον. Ανάλογα με την αισθητική της τοπικής αστικής αρχιτεκτονικής, φαίνεται βαρύ και μη ελκυστικό και αυξάνει την πίεση του ανέμου στα πάνελ, απαιτώντας μεγαλύτερους, ακριβότερους στύλους για αντιστάθμιση.
Για περισσότερες πληροφορίες, ανατρέξτε στο άρθρο μας σχετικά με τις βέλτιστες πρακτικές για το μέγεθος των ηλιακών πάνελ.
2. Εφεδρική ισχύς και μπαταρίες
Οι μπαταρίες ενός ηλιακού φωτός δρόμου καθορίζουν αν θα λειτουργήσει ή όχι, επομένως ένας πιθανός αγοραστής θα μπορούσε να ανησυχήσει για μια μπαταρία που θα αποτύχει πολύ σύντομα. Ο εγγενώς ελαττωματικός σχεδιασμός μιας μπαταρίας ή μιας ηλιακής τεχνολογίας ουσιαστικά δεν είναι ποτέ η αιτία πρόωρου χαμού της μπαταρίας. Αυτό το πρόβλημα είναι αποτέλεσμα ελαττωματικής κλιμάκωσης του συστήματος, κακού ελέγχου ενέργειας και λανθασμένου σχεδιασμού. Αυτό το ηλιακό φως θα λειτουργεί αξιόπιστα για πολλά χρόνια όταν ένας κατασκευαστής έχει κατασκευάσει προσεκτικά ένα σύστημα, έχει εργαστεί για αποτελεσματική διαχείριση ενέργειας και το κλιμακώνει με επαρκή ισχύ ηλιακής συστοιχίας και χωρητικότητα μπαταρίας.
Οι κύριοι τύποι μπαταριών χρησιμοποιούνται από παραγωγούς ηλιακών φωτιστικών.
Μολύβδου-οξέος: Οι αξιόπιστες και φθηνές μπαταρίες μολύβδου-οξέος χρησιμοποιούνται εδώ και πολλά χρόνια. Συχνά χρησιμοποιούνται σε αυτοκίνητα και σε μεγαλύτερες βιομηχανικές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένου του νοσοκομειακού εξοπλισμού και των συστημάτων αδιάλειπτης παροχής ρεύματος (UPS), όπου η πρόσβαση σε αξιόπιστη ισχύ σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης είναι απαραίτητη. Η πιο κοινή τεχνολογία μπαταριών για εφαρμογές ηλιακού φωτισμού είναι αυτή.
Ένας από τους πιο δημοφιλείς τύπους επαναφορτιζόμενων μπαταριών για χρήση από καταναλωτές είναι ο τύπος μπαταρίας νικελίου-υδριδίου μετάλλου (NiMH). Οι μπαταρίες NiMH, όπως το All-in-One (iSSL) και το All-in-Two της SOL by Sunna Design, είναι ιδανικές για συστήματα ηλιακού φωτισμού όταν δεν χρειάζεστε πολύ μεγάλες συστοιχίες μπαταριών λόγω της υψηλής ενεργειακής τους πυκνότητας, βαθιάς δυνατότητες κύκλου και ευρύ φάσμα θερμοκρασιών εργασίας (UP)
Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου (ιόντων λιθίου) έχουν την καλύτερη ενεργειακή πυκνότητα ενώ είναι οι πιο ακριβές από τις τρεις. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου βρίσκονται συχνά σε φορητούς υπολογιστές και κινητά τηλέφωνα, αλλά χρησιμοποιούνται επίσης σε έναν αυξανόμενο αριθμό νέων προϊόντων, συμπεριλαμβανομένου του αεροδιαστημικού και του στρατιωτικού υλικού. Ένα μειονέκτημα των μπαταριών ιόντων λιθίου είναι η αδυναμία τους να αντέχουν σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες (παύουν να φορτίζονται κάτω από τους 32 βαθμούς F), καθώς και η περιορισμένη χωρητικότητά τους για ανακύκλωση. Λιγότερο από το 5 τοις εκατό των μπαταριών ιόντων λιθίου πιστεύεται ότι ανακυκλώνεται στις ΗΠΑ.
Τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα κάθε χημείας μπαταρίας ποικίλλουν ανάλογα με την εφαρμογή και τις απαιτήσεις του έργου. Το χαρακτηριστικό βάθος των μοτίβων εκκένωσης είναι μία από τις κύριες διαφορές των τριών ομάδων.
Το ποσοστό της χωρητικότητας μιας μπαταρίας που καταναλώνεται ενώ βρίσκεται σε λειτουργία αναφέρεται ως το βάθος εκφόρτισης (μερικές φορές αναφέρεται ως DOD). Το DOD θα ήταν 25 τοις εκατό, για παράδειγμα, εάν ένας ηλιακός λαμπτήρας λειτουργούσε όλη τη νύχτα και εξαντλούσε το ένα τέταρτο της χωρητικότητας της μπαταρίας του.
Η κατανόηση του βάθους εκφόρτισης είναι σημαντική για ηλιακές εφαρμογές, καθώς επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας ή πόσες φορές μπορεί να εξαντληθεί και στη συνέχεια να επαναφορτιστεί. Ορισμένες χημικές ουσίες μπαταριών, όπως το NiMH και το Li-ion, ενδέχεται να διατηρηθούν με ασφάλεια σχεδόν πλήρως αποφορτισμένες πριν χρειαστεί να επαναφορτιστούν. Αυτή η ποσότητα εκφόρτισης θα μείωνε σημαντικά τη διάρκεια ζωής του κύκλου της μπαταρίας για άλλες χημικές ουσίες, όπως το μόλυβδο-οξύ. Η χωρητικότητα που μπορεί να αποστραγγιστεί με ασφάλεια για καθένα από τους τρεις τύπους μπαταριών φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα ως παράδειγμα.
Ενώ οι μπαταρίες NiMH και Li-ion μπορεί να αδειάζουν με ασφάλεια περισσότερες κάθε βράδυ, η μπαταρία μολύβδου-οξέος έχει το επιπλέον πλεονέκτημα ότι έχει μεγαλύτερη ενσωματωμένη εφεδρική ισχύ λόγω του μικρότερου DOD της. Θα χρειάζονταν περισσότερες μπαταρίες και το κόστος του συστήματος θα αυξανόταν σημαντικά εάν ένα σύστημα βασισμένο σε NiMH ή Li-ion μπορούσε να παρέχει εφεδρική ισχύ ισοδύναμη με μια λύση με βάση το μόλυβδο οξέος. Όταν είναι συχνές εκτεταμένες περίοδοι κακοκαιρίας, το να βεβαιωθείτε ότι ένα σύστημα έχει αρκετή εφεδρική μπαταρία μπορεί να βοηθήσει στη βελτίωση της λειτουργίας και της αντοχής του φωτός.
Ακολουθεί μια απεικόνιση του τρόπου μεγέθυνσης των ηλιακών μπαταριών. Σκεφτείτε για χάρη αυτού του παραδείγματος ότι το ηλιακό μας φως τροφοδοτεί ένα φωτιστικό LED 40-watt για μια 14-ωρη χειμερινή νύχτα στο Λος Άντζελες σε φωτεινότητα 100%. Το συνολικό φορτίο στο σύστημά μας κάθε βράδυ θα ήταν 560 watt-hours (40 watt x 14 ώρες=560 watt-hours). Ποια είναι η ελάχιστη χωρητικότητα για κάθε τύπο μπαταρίας, υποθέτοντας ιδανικές συνθήκες και πλήρως φορτισμένη μπαταρία στην αρχή της νύχτας;
Ακολουθούν ορισμένα δείγματα υγιούς και χαμηλού μεγέθους μπαταρίας συστήματος που χρησιμοποιούν τα είδη μπαταριών που αναφέρονται παραπάνω, ώστε να κατανοήσουμε καλύτερα την ελάχιστη χωρητικότητα της μπαταρίας μας.
Για περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με το μέγεθος της μπαταρίας, ανατρέξτε στη σελίδα μας σχετικά με την εφεδρική ισχύ για ηλιακό φωτισμό.
3. Το μέγεθος και το λειτουργικό προφίλ των φωτιστικών LED
Οι τεχνολογίες LED και τα ηλιακά gadget πάνε καλά. Τα πιο ενεργειακά αποδοτικά φωτιστικά της αγοράς, τα φωτιστικά LED, έχουν κάνει τα ηλιακά συστήματα φωτισμού αξιόπιστα και οικονομικά υποκατάστατα του συμβατικού εμπορικού φωτισμού. Επιπλέον, η απόδοση των LED αυξάνεται, επιτρέποντάς τους να παράγουν περισσότερους αυλούς (γνωστοί και ως μονάδες φωτός) ενώ χρησιμοποιούν λιγότερη ενέργεια από ό,τι στο παρελθόν. Για παράδειγμα, σε θερμές θερμοκρασίες χρώματος όπως 3000K, ο σύγχρονος φωτισμός LED μπορεί να παρέχει 160 lumens ανά watt. Στον τομέα του μεγέθους του ηλιακού συστήματος, αυτή είναι μια ευπρόσδεκτη ανακάλυψη, καθώς επιτρέπει στα μικρότερα συστήματα να έχουν τα ίδια αποτελέσματα με τις μεγαλύτερες εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούν φωτιστικά χαμηλότερης αποτελεσματικότητας.
Η επιλογή ενός αποδεκτού προφίλ λειτουργίας είναι ένα άλλο στοιχείο στη διαδικασία του ηλιακού μεγέθους. Ένα χρονοδιάγραμμα γνωστό ως προφίλ λειτουργίας διέπει πότε ένα φωτιστικό είναι ενεργοποιημένο και απενεργοποιημένο καθώς και εάν (και πότε) χρειάζεται να μειώσει την ισχύ του. Αυτά τα προφίλ επιτρέπουν στους κατασκευαστές να προσαρμόζουν τα συστήματά τους σε συγκεκριμένες απαιτήσεις διαχείρισης ενέργειας.
Ακολουθούν μερικές απεικονίσεις τυπικών λειτουργικών προφίλ:
Από το σούρουπο έως την αυγή (λειτουργία όλη τη νύχτα): το φως θα παραμείνει αναμμένο όλη τη νύχτα στο ίδιο επίπεδο εξόδου.
Αχνό σε ώρες μη αιχμής. Για παράδειγμα, το φως μπορεί να παραμείνει αναμμένο για πέντε ώρες μετά τη δύση του ηλίου στο απαραίτητο επίπεδο εξόδου προτού μειωθεί στο 30 τοις εκατό αυτού του επιπέδου. Το επίπεδο εξόδου επιστρέφει στο 100 τοις εκατό μέχρι την ανατολή του ηλίου δύο ώρες πριν την αυγή.
Σε μια συγκεκριμένη ώρα, το φως θα χαμηλώσει ή θα σβήσει. Για παράδειγμα, μπορεί να παραμείνει αναμμένο μέχρι τις 11 μ.μ. στο κατάλληλο επίπεδο εξόδου.
Το λειτουργικό προφίλ, μαζί με την τροφοδοσία του εξαρτήματος, βοηθά στον υπολογισμό της χρήσης ενέργειας κατά τη διάρκεια της νύχτας και είναι ζωτικής σημασίας για την επιλογή του σωστού μεγέθους συστήματος.
Η πιο κρίσιμη φάση για την ανάπτυξη ενός ηλιακού φωτιστικού δρόμου για την εξασφάλιση μακροπρόθεσμης αξιοπιστίας είναι το κατάλληλο μέγεθος. Ρίξτε μια ματιά εδώ στο infographic μας για να κατανοήσετε περισσότερα σχετικά με την επιστήμη της ηλιακής κλίμακας ή κατεβάστε την περιεκτική αναφορά μας στις προδιαγραφές ηλιακού φωτισμού.
