چگونه یک چراغ خیابان خورشیدی را به درستی اندازه کنیم؟
ما در Sol by Sunna Design خوشحالیم که میتوانیم روشنایی خیابانهای خورشیدی قابل اعتمادی را برای جوامع فراهم کنیم تا بتوانند اهداف پایداری را محقق کنند و در عین حال پارکها و فضاهای عمومی خود را نیز روشن کنند. چراغهای ما برای سالها بدون نیاز به تعمیر و نگهداری، برای رسیدن به سطوح نور استاندارد صنعتی در میدان آزمایش شدهاند. روند چیست؟ ما زمان زیادی را صرف این میکنیم که مطمئن شویم انرژی خورشیدی و باتریهای سیستمهایمان اندازه مناسبی دارند، علاوه بر این که یک سیستم نوآورانه طراحی و مدیریت انرژی کارآمد و هدفمند داریم.
یک سیستم نور خورشیدی با اندازه مناسب، مقدار مناسبی از انرژی خورشیدی، ذخیره باتری، و راندمان وسایل LED را برای اجرا در سطوح نور مورد نیاز پروژه هر شب برای چندین سال خواهد داشت، در حالی که نیروی پشتیبان را برای کارکردن همه چیز در مواقع نامناسب فراهم می کند. آب و هوا و اجتناب از نیاز به پنل های خورشیدی یا باتری اضافی. این راهحل ایدهآل است - نه قطعات خورشیدی زیاد، که سیستم را خیلی گران میکند، و نه خیلی کم، که باعث خرابی زودهنگام سیستم میشود.
سه جزء ضروری - نسبت آرایه به بار سالم، ظرفیت باتری کافی و توان پشتیبان، و یک لامپ LED موثر و مشخصات عملیاتی - برای یک نور خیابانی خورشیدی با مقیاس مناسب و قابل اعتماد ضروری هستند.
راهنمای نهایی نور خورشیدی ما را دانلود کنید تا در مورد اندازه بهینه بیشتر بدانید. این مرجع جامع جزئیات و مقایسههای محصول و همچنین نحوه عملکرد روشنایی خورشیدی و چرایی انتخاب مشتریان را بررسی میکند.
نسبت آرایه ها به بارها
اندازهگیری صحیح یک چراغ خورشیدی کاربردی مستلزم ایجاد تعادل در انواع ورودیها و خروجیها است. اینها شامل بررسی موقعیت پروژه، تعریف شیمی و ظرفیت باتری صحیح، انتخاب یک چراغ LED موثر و برنامه عملیاتی، نگه داشتن انرژی پشتیبان کافی از باتری در صورت آب و هوای نامساعد و مطالعه موقعیت پروژه است.
نسبت آرایه به بار (ALR)، یک معیار ساده و غیرقابل شکست برای طراحی سیستم های روشنایی خورشیدی، باید در ابتدا در نظر گرفته شود. این نسبت انرژی تولید شده توسط پنل های خورشیدی (به عنوان "آرایه" یا انرژی ورودی) به انرژی مصرف شده توسط چراغ روشنایی (به عنوان "بار" یا انرژی خروجی شناخته می شود) است. اگر یک سیستم روشنایی در طول روز انرژی خورشیدی بیشتری نسبت به زمانی که نور در شب روشن می شود مصرف کند، ALR سالمی دارد.
هر نصب روشنایی خورشیدی باید همیشه با در نظر گرفتن منطقه شروع شود. مقدار انرژی خورشیدی که به عرض های جغرافیایی مختلف می رسد متفاوت است. این به عنوان تابش خورشیدی شناخته می شود و بر حسب kWh/m2/day بیان می شود. میانگین سالانه انرژی خورشیدی روزانه برای قاره آمریکا در نمودار زیر نشان داده شده است. همانطور که می بینید، کالیفرنیا و سایر ایالت های جنوبی هر روز به مراتب بیشتر از آلاسکا و سایر ایالت های شمالی انرژی خورشیدی دریافت می کنند. این نشان میدهد که برای رسیدن به سطوح نوری یکسان، مکانهای شمالی اغلب به آرایه خورشیدی بزرگتر و باتریهای اضافی نسبت به همتایان خود در جنوب نیاز دارند.
تابش عادی مستقیم از آمریکای خورشیدی
مکان یک پروژه ممکن است برای تخمین توان خورشیدی و ظرفیت باتری یک سیستم بالقوه استفاده شود. در نظر نگرفتن مکان ممکن است منجر به سیستمی شود که نتواند تقاضای متوسط را برآورده کند و زودتر از کار بیفتد یا در یک سیستم گرانتر با ظرفیت خورشیدی اضافی از کار بیفتد. در نتیجه، مکان همیشه باید در ابتدا در نظر گرفته شود.
به منظور پنهان کردن مدیریت ناکارآمد انرژی یا طراحی نامناسب سیستم، تولیدکنندگان ممکن است پنل های خورشیدی بیشتر یا بزرگتری نصب کنند. متأسفانه، ممکن است انرژی خورشیدی بیش از حد باشد. هزینه حمل و نقل و نصب یک ماشین بسیار بزرگ دارد. بسته به زیباییشناسی معماری شهری محلی، سنگین و غیرجذاب به نظر میرسد و فشار باد را بر روی پانلها افزایش میدهد و به قطبهای بزرگتر و گرانتر برای جبران نیاز دارد.
برای اطلاعات بیشتر، مقاله ما را در مورد بهترین روش ها برای اندازه گیری پنل خورشیدی ببینید.
2. برق و باتری های پشتیبان
باتری های یک چراغ خیابانی خورشیدی تعیین می کنند که آیا کار می کند یا نه، بنابراین یک خریدار بالقوه می تواند نگران باتری ای باشد که خیلی زود از کار می افتد. طراحی ذاتاً معیوب یک باتری یا فناوری خورشیدی عملاً هرگز دلیل مرگ زودرس باتری نیست. این مشکل نتیجه مقیاس بندی معیوب سیستم، کنترل ضعیف انرژی و طراحی نادرست است. این چراغ خورشیدی برای سالهای متمادی به طور قابل اعتمادی کار میکند، زمانی که یک سازنده با دقت یک سیستم را ساخته، روی مدیریت انرژی موثر کار کرده و آن را با توان آرایه خورشیدی و ظرفیت باتری کافی مقیاسبندی کند.
انواع باتری های اولیه توسط تولیدکنندگان روشنایی خورشیدی استفاده می شود.
باتری های سرب اسیدی: باتری های سرب اسیدی قابل اعتماد و ارزان سال هاست که مورد استفاده قرار می گیرند. آنها اغلب در خودروها و در کاربردهای صنعتی بزرگتر، از جمله به عنوان تجهیزات بیمارستانی و سیستم های منبع تغذیه بدون وقفه (UPS) استفاده می شوند، جایی که دسترسی به برق قابل اعتماد در مواقع اضطراری ضروری است. رایج ترین فناوری باتری برای کاربردهای روشنایی خورشیدی این است.
یکی از محبوب ترین انواع باتری های قابل شارژ برای استفاده مصرف کنندگان، نوع باتری نیکل-فلز هیدرید (NiMH) است. باتریهای NiMH، مانند All-in-One (iSSL) و All-in-Two از SOL توسط Sunna Design، برای سیستمهای روشنایی خورشیدی ایدهآل هستند، زمانی که به بانکهای باتری بسیار بزرگ به دلیل چگالی انرژی بالا و عمیق آنها نیاز ندارید. قابلیت های چرخه و محدوده دمای کاری گسترده (UP)
باتریهای لیتیوم یون (Li-ion) بهترین چگالی انرژی را دارند در حالی که گرانترین باتریها هستند. باتریهای لیتیوم یونی اغلب در لپتاپها و تلفنهای همراه یافت میشوند، اما در تعداد فزایندهای از محصولات جدید، از جمله سختافزارهای هوافضا و نظامی نیز استفاده میشوند. یکی از اشکالات باتریهای لیتیوم یون ناتوانی آنها در مقاومت در برابر دمای بسیار سرد (در دمای زیر 32 درجه فارنهایت شارژ نمیشوند)، و همچنین ظرفیت محدود آنها برای بازیافت است. کمتر از 5 درصد از باتری های لیتیوم یونی در ایالات متحده بازیافت می شوند.
مزایا و معایب هر شیمی باتری بر اساس کاربرد و الزامات پروژه متفاوت است. عمق متمایز الگوهای تخلیه یکی از تفاوت های اصلی این سه گروه است.
نسبتی از ظرفیت باتری که در حین کار مصرف می شود، به عنوان عمق تخلیه نامیده می شود (گاهی اوقات DOD نامیده می شود). برای مثال، اگر یک لامپ خورشیدی تمام شب روشن باشد و یک چهارم ظرفیت باتری خود را مصرف کند، DOD 25 درصد خواهد بود.
درک عمق دشارژ برای کاربردهای خورشیدی مهم است زیرا بر عمر چرخه باتری یا تعداد دفعاتی که می توان آن را خالی کرد و سپس دوباره شارژ کرد، تأثیر زیادی دارد. برخی از ترکیبات شیمیایی باتری، مانند NiMH و Li-ion، ممکن است با خیال راحت قبل از شارژ مجدد، تقریباً به طور کامل تخلیه شوند. این مقدار تخلیه به طور قابل توجهی عمر چرخه باتری را برای سایر مواد شیمیایی مانند سرب-اسید کاهش می دهد. ظرفیتی که ممکن است برای هر یک از سه نوع باتری به طور ایمن تخلیه شود در نمودار زیر به عنوان مثال نشان داده شده است.
در حالی که باتریهای NiMH و Li-ion ممکن است هر شب به طور ایمن تخلیه بیشتری کنند، باتری سرب اسیدی به دلیل کوتاهتر بودن DOD، مزیت بیشتری در داشتن قدرت پشتیبان داخلی بیشتر دارد. اگر یک سیستم مبتنی بر NiMH یا Li-ion بتواند قدرت پشتیبان را همتراز با یک راه حل مبتنی بر اسید سرب تامین کند، به باتری های بیشتری نیاز است و هزینه سیستم به طور قابل توجهی افزایش می یابد. هنگامی که دوره های طولانی آب و هوای بد مکرر است، اطمینان از اینکه سیستم دارای باتری پشتیبان کافی است، ممکن است به بهبود عملکرد و استقامت نور کمک کند.
در اینجا تصویری از نحوه اندازه گیری باتری های خورشیدی آورده شده است. به خاطر این مثال در نظر بگیرید که نور خورشیدی ما یک دستگاه LED 40-وات را برای یک 14-ساعت شب زمستانی در لس آنجلس با روشنایی 100 درصد تغذیه میکند. بار کلی سیستم ما در هر شب 560 وات ساعت (40 وات در 14 ساعت=560 وات ساعت) خواهد بود. با فرض شرایط ایده آل و شارژ کامل باتری در ابتدای شب، حداقل ظرفیت برای هر نوع باتری چقدر است؟
در اینجا چند نمونه از اندازه باتری سیستم سالم و کم با استفاده از انواع باتری ذکر شده در بالا آورده شده است تا بتوانیم درک بهتری از حداقل ظرفیت باتری ما داشته باشیم.
برای جزئیات بیشتر در مورد اندازه باتری، به صفحه ما در مورد برق پشتیبان برای روشنایی خورشیدی مراجعه کنید.
3. اندازه و مشخصات عملیاتی وسایل LED
فناوری های LED و گجت های خورشیدی به خوبی پیش می روند. کم مصرف ترین وسایل روشنایی موجود در بازار، لامپ های LED، سیستم های نور مجهز به خورشید را جایگزینی قابل اعتماد و مقرون به صرفه برای روشنایی تجاری معمولی ساخته اند. علاوه بر این، کارایی LED ها در حال افزایش است و به آنها اجازه می دهد لومن های بیشتری (که به عنوان واحدهای نور نیز شناخته می شوند) تولید کنند در حالی که انرژی کمتری نسبت به گذشته مصرف می کنند. به عنوان مثال، در دمای رنگ گرم مانند 3000K، نور LED مدرن ممکن است 160 لومن در هر وات ارائه دهد. در حوزه اندازه منظومه شمسی، این یک پیشرفت خوشایند است، زیرا به سیستمهای کوچکتر اجازه میدهد تا نتایج مشابهی با تاسیسات بزرگتری داشته باشند که از وسایل با کارایی پایینتر استفاده میکنند.
انتخاب یک پروفیل عملیاتی قابل قبول، عنصر دیگری در فرآیند اندازه گیری خورشیدی است. برنامه ای که به عنوان نمایه عملیاتی شناخته می شود، زمان روشن و خاموش شدن یک چراغ روشنایی و همچنین اینکه (و چه زمانی) باید خروجی خود را کاهش دهد، تعیین می کند. این پروفیل ها تولیدکنندگان را قادر می سازند تا سیستم های خود را با نیازهای خاص مدیریت توان تنظیم کنند.
در اینجا چند تصویر از پروفایل های عملیاتی معمولی آورده شده است:
غروب تا سپیده دم (عملکرد تمام شب): چراغ در طول شب در همان سطح خروجی روشن می ماند.
کم نور در زمان های غیر اوج مصرف؛ به عنوان مثال، نور ممکن است به مدت پنج ساعت پس از غروب خورشید در سطح خروجی لازم روشن بماند قبل از اینکه تا 30 درصد از آن سطح کم شود. سطح خروجی تا طلوع آفتاب دو ساعت قبل از طلوع به 100 درصد باز می گردد.
در یک زمان مشخص، نور کم یا خاموش می شود. برای مثال، ممکن است تا ساعت 11 شب در سطح خروجی مناسب روشن بماند.
مشخصات عملیاتی، همراه با مصرف برق ثابت، به محاسبه مصرف انرژی شبانه کمک می کند و برای انتخاب اندازه مناسب سیستم بسیار مهم است.
مهم ترین مرحله در توسعه یک چراغ خیابانی خورشیدی برای تضمین قابلیت اطمینان طولانی مدت، اندازه مناسب است. اینفوگرافیک ما را در اینجا بررسی کنید تا در مورد علم مقیاس بندی خورشیدی بیشتر بدانید، یا مرجع جامع ما را به مشخصات روشنایی خورشیدی دانلود کنید.
