Как правильно подобрать размер солнечного уличного фонаря
Мы в Sol by Sunna Design рады возможности предоставить сообществам надежное солнечное уличное освещение, чтобы они могли достичь целей устойчивого развития, а также освещать свои парки и общественные места. Наши светильники прошли полевые испытания, чтобы стабильно достигать стандартных уровней освещенности в течение многих лет без обслуживания. Что это за процесс? Мы тратим много времени на то, чтобы солнечные батареи и аккумуляторы в наших системах имели правильный размер, в дополнение к инновационному дизайну системы и специально разработанному эффективному управлению энергопотреблением.
Солнечная система освещения правильного размера будет обладать достаточным количеством солнечной энергии, аккумуляторной батареи и эффективностью светодиодных светильников, чтобы работать с требуемыми уровнями освещенности каждую ночь в течение нескольких лет, а также обеспечивать резервное питание для поддержания работы в случае ненастной погоды. погоду и избежать необходимости в дополнительных солнечных панелях или батареях. Это идеальное решение — не слишком много солнечных компонентов, что сделало бы систему слишком дорогой, и не слишком мало, что могло бы привести к преждевременному отказу системы.
Три основных компонента — правильное соотношение массива к нагрузке, достаточная емкость батареи и резервное питание, а также эффективное светодиодное приспособление и рабочий профиль — необходимы для правильно масштабируемого и надежного уличного освещения на солнечных батареях.
Загрузите наше Полное руководство по солнечному освещению, чтобы узнать больше об оптимальном размере. В этом исчерпывающем справочнике рассматриваются детали и сравнения продуктов, а также то, как работает солнечное освещение и почему клиенты выбирают его.
Отношение массивов к нагрузкам
Правильный выбор функционального солнечного света требует балансировки различных входов и выходов. К ним относятся изучение местоположения проекта, определение правильного химического состава и емкости батареи, выбор эффективного светодиодного светильника и графика работы, наличие достаточного резервного питания батареи на случай ненастной погоды и изучение местоположения проекта.
Отношение массива к нагрузке (ALR), простой и незыблемый критерий проектирования систем солнечного освещения, следует учитывать на начальном этапе. Это отношение энергии, производимой солнечными панелями (называемой «массивом» или потребляемой энергией), к энергии, используемой осветительным прибором (называемой «нагрузкой» или выходной энергией). Система освещения имеет здоровую ALR, если она захватывает больше солнечной энергии в течение дня, чем использует, когда свет включается ночью.
Любая установка солнечного освещения всегда должна начинаться с учета территории. Количество солнечной энергии, достигающей различных широт, неодинаково; это известно как солнечная инсоляция и выражается в кВтч/м2/день. Среднегодовая дневная солнечная энергия для Америки показана на графике ниже. Как видите, Калифорния и другие южные штаты ежедневно получают гораздо больше солнечной энергии, чем Аляска и другие северные штаты. Это означает, что для достижения того же уровня освещенности на северных участках часто требуется солнечная батарея большего размера и дополнительные батареи, чем на южных.
Прямое нормальное излучение Солнечной Америки
Местоположение проекта может быть использовано для оценки солнечной энергии и емкости батареи потенциальной системы. Отсутствие учета местоположения может привести к тому, что система не сможет справиться с умеренным спросом и выйдет из строя раньше, или к более дорогой системе с избыточной солнечной мощностью. В результате местоположение всегда должно учитываться изначально.
Чтобы скрыть неэффективное управление энергопотреблением или неадекватно спроектированную систему, производители могут устанавливать больше или больше солнечных панелей. К сожалению, может быть слишком много солнечной энергии. Транспортировка и установка слишком большой машины требует дополнительных затрат. В зависимости от эстетики местной городской архитектуры, он кажется тяжелым и непривлекательным и увеличивает ветровую нагрузку на панели, что требует компенсации более крупных и дорогих столбов.
Для получения дополнительной информации см. нашу статью о передовых методах определения размеров солнечных панелей.
2. Резервное питание и батареи
Батареи уличного фонаря на солнечных батареях определяют, будет он работать или нет, поэтому потенциального покупателя может волновать аккумулятор, который выходит из строя слишком рано. Несовершенная конструкция батареи или солнечной технологии практически никогда не является причиной преждевременного выхода батареи из строя. Эта проблема является результатом неправильного масштабирования системы, плохого управления энергопотреблением и неправильного проектирования. Этот солнечный свет будет надежно работать в течение многих лет, если производитель тщательно сконструировал систему, поработал над эффективным управлением энергопотреблением и масштабировал ее с помощью соответствующей мощности солнечной батареи и емкости аккумулятора.
Основные типы батарей используются производителями солнечного освещения.
Свинцово-кислотные. Надежные и недорогие свинцово-кислотные аккумуляторы используются уже много лет. Они часто используются в автомобилях и в более крупных промышленных приложениях, в том числе в качестве больничного оборудования и систем бесперебойного питания (ИБП), где необходим доступ к надежному источнику питания в чрезвычайной ситуации. Это наиболее распространенная технология аккумуляторов для систем солнечного освещения.
Одним из самых популярных типов перезаряжаемых батарей для потребительского использования является никель-металлгидридная (NiMH) батарея. Аккумуляторы NiMH, такие как All-in-One (iSSL) и All-in-Two от SOL от Sunna Design, идеально подходят для систем солнечного освещения, когда вам не требуются сверхбольшие батареи из-за их высокой плотности энергии, глубокой возможности циклов и широкий диапазон рабочих температур (UP)
Литий-ионные (Li-ion) батареи имеют наилучшую плотность энергии, будучи при этом самыми дорогими из трех. Литий-ионные аккумуляторы часто используются в ноутбуках и мобильных телефонах, но они также используются во все большем числе новых продуктов, включая аэрокосмическую и военную технику. Одним из недостатков литий-ионных аккумуляторов является их неспособность выдерживать очень низкие температуры (они перестают заряжаться ниже 32 градусов по Фаренгейту), а также их ограниченная способность к переработке. Считается, что в США перерабатывается менее 5 процентов литий-ионных аккумуляторов.
Преимущества и недостатки каждого химического состава батареи варьируются в зависимости от приложения и требований проекта. Их характерная глубина разряда является одним из основных отличий трех групп.
Доля емкости батареи, которая израсходована во время ее работы, называется глубиной разрядки (иногда называемой глубиной разряда). Например, DOD составил бы 25 процентов, если бы солнечная лампа работала всю ночь и израсходовала четверть емкости своего аккумулятора.
Понимание глубины разрядки важно для солнечных батарей, поскольку она сильно влияет на срок службы батареи или на то, сколько раз она может быть разряжена, а затем перезаряжена. Некоторые химические батареи, такие как NiMH и Li-ion, могут безопасно выдерживать почти полную разрядку перед перезарядкой. Такое количество разряда значительно сократило бы срок службы батареи для других химических веществ, таких как свинцово-кислотные. Емкость, которая может быть безопасно разряжена для каждого из трех типов батарей, показана в таблице ниже в качестве примера.
В то время как NiMH и литий-ионные батареи могут безопасно разряжаться каждую ночь, свинцово-кислотные батареи имеют дополнительное преимущество, заключающееся в большей встроенной резервной мощности из-за более короткого DOD. Потребуется больше батарей, а стоимость системы значительно возрастет, если система на основе NiMH или Li-ion сможет обеспечить резервное питание наравне со свинцово-кислотным решением. Когда продолжительные периоды плохой погоды часты, убедитесь, что в системе достаточно заряда резервной батареи, это может помочь улучшить работу и срок службы фонаря.
Вот иллюстрация того, как определить размеры солнечных батарей. Рассмотрим для этого примера, что наш солнечный свет питает светодиодный светильник 40-ватт в течение 14-часовой зимней ночи в Лос-Анджелесе при 100-процентной яркости. Общая нагрузка на нашу систему каждую ночь будет составлять 560 ватт-часов (40 ватт x 14 часов=560 ватт-часов). Какова минимальная емкость для каждого типа батареи при идеальных условиях и полностью заряженной батарее в начале ночи?
Вот несколько примеров здоровой и малой емкости системной батареи с использованием перечисленных выше типов батарей, чтобы мы могли лучше понять, какой должна быть наша минимальная емкость батареи.
Дополнительные сведения о размере батареи см. на нашей странице о резервном питании для солнечного освещения.
3. Размер и рабочий профиль светодиодных светильников
Светодиодные технологии и солнечные гаджеты хорошо ладят друг с другом. Самые энергоэффективные осветительные приборы на рынке, светодиодные светильники, сделали системы освещения с солнечными батареями надежными и доступными заменителями традиционного коммерческого освещения. Кроме того, эффективность светодиодов растет, что позволяет им производить больше люменов (также известных как единицы света) при меньшем потреблении энергии, чем в прошлом. Например, при теплых цветовых температурах, таких как 3000K, современное светодиодное освещение может обеспечивать 160 люмен на ватт. Что касается размера солнечной системы, это долгожданный прорыв, поскольку он позволяет меньшим системам получать те же результаты, что и более крупные установки, в которых используются приспособления с меньшей эффективностью.
Выбор приемлемого рабочего профиля является еще одним элементом в процессе определения размеров солнечной батареи. Расписание, известное как рабочий профиль, определяет, когда световой прибор включается и выключается, а также если (и когда) ему нужно уменьшить свою мощность. Эти профили позволяют производителям адаптировать свои системы к конкретным требованиям управления питанием.
Вот несколько иллюстраций типичных операционных профилей:
От заката до рассвета (работа всю ночь): свет будет гореть всю ночь на том же уровне мощности.
Тусклый в непиковое время; например, свет может оставаться включенным в течение пяти часов после захода солнца на необходимом уровне мощности, а затем затемняться до 30 процентов от этого уровня. Выходной уровень возвращается к 100 процентам до восхода солнца за два часа до рассвета.
В определенное время свет будет приглушен или выключен. Например, он может оставаться включенным до 23:00 на соответствующем уровне мощности.
Рабочий профиль вместе с потребляемой мощностью светильника помогает в расчете энергопотребления в ночное время и имеет решающее значение для выбора правильного размера системы.
Наиболее важным этапом в разработке уличного фонаря на солнечных батареях, гарантирующим долговременную надежность, является правильный размер. Ознакомьтесь с нашей инфографикой здесь, чтобы узнать больше о науке масштабирования солнечной энергии, или загрузите наш исчерпывающий справочник по спецификациям солнечного освещения.
