EN
Оптимизиране на положението и наклона на слънчевите панели за максимално производство на слънчева енергия
Наклон = Широчина + Сезонно положение на Слънцето
Значението на правилното позициониране на слънчевите панели за ефективната работа на LED улични лампи със слънчева енергия не може да се преувеличи. Панелите най-често се монтират под ъгъл, който съответства на географската ширина на мястото, където се инсталират. С други думи, панелите трябва да бъдат поставени под такъв ъгъл, че да са перпендикулярни на положението на слънцето в зенита по средата на летните месеци. Ако разгледаме местоположение на 35° северна ширина, панелите, поставени под ъгъл 35° спрямо хоризонталната равнина, ще осигурят добри резултати, но тези резултати могат да бъдат подобрени чрез корекция на ъгъла на панелите според сезона. През зимните месеци ъгълът на панелите трябва да се увеличи с 10–15° (по-близо до вертикално положение), за да улавят по-голяма част от слънчевата енергия, която идва от ниското положение на слънцето. През летните месеци е обратното: ъгълът на панелите трябва да се намали, за да се избегне прегряването им и да се ограничи улавянето на слънчева енергия, за да се предотврати прегряването. Намаляването на ъгъла също с тази величина (10–15°) спрямо вертикалното положение се нарича „летна настройка“. Изследвания показват, че чрез тези сезонни корекции се избягват загуби на енергия (до 20 %), свързани с неправилното насочване на панелите. Натрупаната енергия в батерийните системи ще бъде надеждна през цялата година — както през лятото, така и през зимата.
Динамична оптимизация на наклона: Проучване на случай от Раджастан
Динамичната оптимизация на наклона на слънчевите панели беше тествана като полево проучване в Раджастан. Предишни полеви проучвания са показали, че дори при сезонни корекции на наклона фиксираните панели, поставени под ъгъл от 27 градуса, произвеждат по-малко енергия (приблизително 4,2 кВтч на ден), отколкото регулируемите панели. В този тест бяха добавени мотори за регулиране на наклона с предварително зададени сезонни положения (зимен наклон – 42 градуса, лятен наклон – 12 градуса). Резултатът беше увеличение на енергийната продукция до 5,8 кВтч. Поради това домакинствата в региона получиха допълнителни 2,5 часа вечерно осветление, което преди това зависеше от необновяем източник на електричество. Системата си върна разходите от 220 щ.д. (за всяка слънчева единица) за по-малко от 14 месеца благодарение на намалената зависимост от централната електрическа мрежа. Както беше предвидено, регулируемите панели демонстрираха висок възвращаемост на инвестициите поради сезонните промени в относителното положение на слънцето.
Неефективно зареждане на оловно-киселини аккумулатори при температури под 0 °C
Оловно-киселините батерии все още са често срещан елемент в евтините системи за слънчево осветление, но работата им значително се влошава при температури под нулата. Когато температурата достигне 0 °C, тези батерии предоставят само 70–80 % от енергията, за която са проектирани. А дори при –10 °C доставяната енергия често е по-малко от половината от очакваната. Това се дължи предимно на вискозитета на електролита, който затруднява преминаването на йони. В резултат на това батерията не се презарежда напълно, а скоростта на образуване на сулфатни кристали върху електродите се увеличава. Следователно слънчевите улични лампи стават нефункционални през зимата. Това не само застрашава безопасността на шофьорите, като оставя улиците тъмни, но и представлява сериозна заплаха за пешеходците.
Преимущества на LiFePO₄: работа при –20 °C и 95 % кулонова ефективност
Тъй като студеното време е проблем за много системи, технологията LiFePO₄ е истинско облекчение. Оливиновите кристали позволяват на тези батерии да работят безопасно и ефективно дори при температури под точката на замръзване. Те достигат дори 95 % ефективност при –20 °C. Това е изключително важно при студени и облачни зимни дни, когато има значение както входната, така и изходната енергия. Диапазонът от условия, при които оловно-киселинните батерии могат да функционират, е силно ограничен, а батериите бързо достигат прага за изключване при ниско напрежение, което води до пълно разреждане и постепенно загуба на общата ѝ капацитет. През зимата дори при дълбоко разреждани батерии възстановяването им е значително по-добро в сравнение с оловно-киселинните батерии. Батериите LiFePO₄ лесно се възстановяват след цикъла на разреждане и зареждане и имат срок на служба поне шест пъти по-дълъг от този на оловно-киселинните батерии. Градовете установяват, че преминаването към тази батерийна технология при мащабни внедрявания на слънчево улично осветление води до значително подобряване на общата надеждност и работоспособност на стратегията за слънчево осветление през по-студените месеци в сравнение с други батерийни химически съставки.
Максимизиране на енергийното улавяне при слаба осветеност чрез използване на интелигентни контролери за зареждане с MPPT
PWM срещу MPPT: 25–35 % по-високи показатели на зареждане при здрач, развиделяне и облачно време
Контролерите за зареждане с MPPT (проследяване на максималната точка на мощност) надминават по всички параметри базовите PWM контролери (с импулсна ширина на модулация), включително при ранни сутрешни часове, късни вечерни часове и облачно време — ситуации, при които LED уличните светлини, захранвани от слънце, имат нужда от допълнителен енергиен тласък. Докато PWM контролерите ограничават напрежението и тока на зареждане, контролерите с MPPT адаптират напрежението и тока на зареждане, за да максимизират постъпващата слънчева енергия, независимо от променящото се облачно покритие. Ефективността на зареждане при използване на MPPT контролер може да бъде с 25–35 % по-висока в сравнение с PWM контролер при облачно време, частично затъмнени или разпръснато осветление. Поради това батериите имат по-дълъг срок на служба, а светлините остават включени по-дълго. При автономни (off-grid) системи MPPT системите улавят с 15–30 % повече енергия при слаба осветеност в сравнение с PWM системите. Това обяснява предпочитанието към MPPT контролери в автономните улични осветителни системи.
Разработване на хибридни методи за зареждане за надеждност през цялата година
Слънчева енергия + микровятър или подкрепа от мрежата: Доказана достъпност от 99,2 % в реални условия
Чрез (слънчева енергия + микровятър) или (слънчева енергия + умна мрежа) се елиминира зависимостта от рисковете, свързани с времето. Микровятърните турбини осигуряват енергия през ветровити нощи, облачни дни или дори цели седмици с облачно време. Умната мрежа извлича енергия само когато зарядът на батерията е 20 % или по-нисък, което минимизира изтощаването на основната електрическа мрежа. Градове в Северна Европа използват тези технологии с доказан успех. Средният процент на работно време (включено/изключено) е 99,2 %, като през зимните дни (само слънчева енергия) показателят е с 12 процентни пункта по-нисък. В сравнение с комбинацията (слънчева енергия + микровятър), управниците на градовете отбелязват намаляване с 30 % в броя на аварийните ремонти. Това вероятно е причината общините да ги инсталират по основните пътища, пешеходните алеи и автобусните ленти.
Често задавани въпроси
Какъв е най-добрият ъгъл за ориентиране на слънчевите панели в зависимост от географската ширина?
Най-добрият ъгъл за монтаж е приблизително равен на географската ширина на мястото на инсталация. Например, наклонът може да се регулира вертикално през зимните месеци, за да се получи повече енергия.
Защо някои предпочитат да използват батерии LiFePO₄ в неблагоприятни климатични условия?
В неблагоприятни среди батериите LiFePO₄ работят отлично при -20 градуса по Целзий. Освен това те функционират с ефективност от около 95 %. Напротив, оловно-киселинните батерии стават напълно неефективни и работят едва при 0 градуса по Целзий.
Как се подобрява зареждането от слънчева енергия чрез технологията MPPT?
Технологията MPPT може да оптимизира процеса на зареждане в слънчевите панели благодарение на способността си да променя различни характеристики и да поддържа процесите на зареждане и разреждане с максимално възможна ефективност. Например при неблагоприятни осветителни условия се постига ефективност от 25 до 35 % спрямо контролерите с PWM.
Какви са предимствата на хибридните системи за зареждане?
Интеграцията на слънчевата енергия с микровятърни системи за зареждане прави работата на уличните лампи надеждна, тъй като хибридните системи могат да осигуряват 99,2 % време на работа в неблагоприятни климатични условия.