EN
Входна мощност от слънчевия панел: ефективност, разположение и експозиция
Влияние на ефективността на панела, номиналната мощност във ватове и ъгълът на наклон/азимут върху ежедневното улавяне на енергия
Въпреки че панелите с по-голяма мощност улавят повече слънчева светлина, вероятността те да достигнат своя пълен потенциал зависи в значителна степен от тяхното разположение. При постоянните инсталации на слънчеви панели в повечето части на Северна Америка техният истински южен посока (която не трябва да се бърка с компасния юг) и ъгловата корекция според местоположението могат значително да подобрят годишното улавяне на енергия. Оправдано е също така и сезонното регулиране на ъгъла на панелите. През зимните месеци, когато слънцето е по-ниско на небосвода, повече слънчева светлина може да се улавя чрез увеличаване на ъгъла на панелите. През лятото по-малкият ъгъл подобрява улавянето. При тези условия най-добрите панели са от монокристален кремний (с ефективност 22–24 %). Тези панели могат да захранват улични лампи и да ги карат да работят по-кратко време.
Влиянието на замърсяването, сянката и сезонната траектория на слънцето върху надеждното зареждане
Екологичните условия оказват измерими неблагоприятни ефекти върху производителността на системите за слънчеви панели, като деградацията протича по определени модели и се натрупва с течение на времето. Дори частично засенчване на слънчевите панели от дървета или сгради може да доведе до загуби на мощност над 50 % поради взаимосвързаността на слънчевите клетки в рамките на панелите. Освен това слънчевите панели бързо се замърсяват и с нарастването на замърсяването ефективността им намалява с 15–25 % на всеки три месеца (или тримесечие) в продължение на три месеца. За намаляване на този проблем могат да се прилагат специални антизамърсяващи покрития. Вземането под внимание на сезонния път на Слънцето през цялата година също добавя още един слой сложност. В сравнение с лятото, зимните дни имат по-малко слънце, което означава, че през зимните месеци се добива по-малко слънчева енергия. В този случай производителността на слънчевите панели намалява с 40 %, поради което се събира по-малко слънчева енергия; през лятото слънчевата енергия е по-голяма, а летните дни са по-дълги (Слънцето е по-високо на небосвода). Освен това, за осигуряване на оптимална производителност на слънчевите панели и за подобряване и гарантиране на надеждна производителност на слънчевите панели до минималното ниво на производителност, също е необходимо да се осигури ефективна и надеждна работа на слънчевите панели. Системите за слънчеви панели гарантират, че светлините, задвижвани от слънчева енергия, могат да остават включени през цялата нощ.
Батерийна система: капацитет, химичен състав и деградация с течение на времето
Литиеви срещу оловно-кисели батерии: използваем капацитет, дълбочина на разреждане и компромиси за нощно време на работа
Литиевите батерии могат да осигурят използваем капацитет до 80–90 % от общия им капацитет, докато оловно-киселите батерии могат да осигурят само 50 % използваем капацитет. Това означава, че оловно-киселите батерии могат да се разреждат само до тази степен, докато литиевите батерии могат да се разреждат значително повече. На практика това означава по-дълъг срок на експлоатация и по-продължително време на работа. Например, вземете предвид литиева батерия с капацитет 100 Ah.
Обикновено може да захранва LED лампи повече от 10 часа. Оловно-киселинна батерия със същия размер може да захранва LED лампи само 6–7 часа, преди да се наложи презареждане. Литиевите батерии могат да издържат по-голям брой цикли, тъй като допускат по-дълбоко разреждане, докато оловно-киселинните батерии изискват по-внимателно отношение, за да се предотврати ускорено сулфатиране. Това води до по-кратък срок на експлоатация на оловно-киселинните батерии, а въпреки по-високата първоначална цена на литиевите батерии, инвестициите в тях са оправдани благодарение на по-високата енергийна отдача и по-дългия им живот. Това е особено вярно за улични светлини със соларно захранване, тъй като те трябва да функционират всяка нощ.
Деградацията на батерийните системи в слънчевите улични лампи силно зависи от температурата. При полеви изпитания е установено, че капацитетът на батерията може да намалее до 30 % поради прекомерна температура. При равни останали условия оловно-киселинните батерии се деградират приблизително два пъти по-бързо от литиевите батерии. Например, след около 500 пълни цикъла на зареждане и разреждане оловно-киселинните батерии средно запазват около 60 % от първоначалния си капацитет, докато литиевите батерии запазват около 80–85 %. Какво означава това? Означава, че осветителните уреди ще работят по-малко време. През зимата по-старите батерийни системи осигуряват 20–40 % по-кратко време на работа — точно когато е необходимо по-дълго време на работа. Когато батериите работят при продължителни температури извън диапазона 15–35 °C, процесът на стареене се ускорява. Затова е важно да се избират батерии, които са проектирани за местния климат. Няколко специални литиеви батерии са проектирани така, че функционират по-добре при по-ниски температури и са стойностна инвестиция в региони с тежки зимни условия.
Умните контролери също помагат да се поддържат здравите батерии и осветлението да работи в продължение на дълги периоди, тъй като използват вградени алгоритми, които анализират информацията за текущия заряд и предполагаемия наличен заряд през следващите няколко дни въз основа на очакваното време, температурата и предишните условия на слънчева светлина. Функцията за компенсация на температурата предотвратява прекомерното или недостатъчното зареждане на батериите. Адаптивното затъмняване намалява яркостта на LED лампите с 50 % и осигурява необходимата безопасност. Контролерите удължават очаквания живот на литиевите батерии с 25 %, като ограничават зареждането до 80 % от капацитета при температури над 35 °C и удължават цикъла на зареждане. Комбинацията от сензори за движение и затъмняване осигурява целевото осветление от 8 до 12 часа през цялата година и намалява консумацията на енергия с 30–50 %.
Сензорите за движение, затъмняването, базирано на време, и напредналите LED лампи могат да намалят енергийната консумация на слънчевите улични лампи.
В осветителните системи добавянето на сензори за движение намалява енергопотреблението с 40 процента, тъй като системата активира пълна мощност и пълна яркост само когато някой влезе в обхвата на сензора за движение. Друга отлична функция за спестяване на енергия е времевото затемняване, при което системата автоматично намалява яркостта на осветлението в определени часове на деня. Например в 00:00 часа осветлението може да се намали до 30 процента и автоматично да се увеличи до 70 процента до 6:00 часа сутринта, за да се гарантира достатъчна яркост, за да бъде видимо от пътниците по време на утринния час на пик. Освен това новопроизведените LED лампи са способни да произвеждат между 180 и 200 люмена на ват. Това означава, че LED лампите имат по-висока енергийна ефективност и потребяват приблизително 50 процента от енергията, използвана от традиционните HID и флуоресцентни осветителни технологии. Отличната ефективност се запазва и благодарение на арматурите, проектирани така, че да отвеждат топлината, когато температурата достигне 45 °C. Като се обединят всички горепосочени предимства, интелигентните технологии и уличните светлини със слънчева енергия показват, че могат да се използват надеждно в продължение на пет последователни облачни дни, осигурявайки по този начин на общностите първите безенергийни системи.
Как географията и климатът влияят върху надеждността на системата
Работата на уличните фенери със слънчева енергия силно зависи от географското разположение. При литиевите батерии част от енергията временно се губи, когато температурата е под точката на замръзване. В по-топлите климатични зони загубата и деградацията на енергията от панелите настъпват по-бързо. В крайбрежните райони, където има солен въздух, той може да предизвика корозия на електрическите компоненти, като например разпределителни кутии и контролери. Тези системи имат намален срок на експлоатация, ако не се извършва допълнително поддържане. В планинските райони и в далечния север зимните месеци водят до по-продължителни периоди на тъмнина и по-големи натрупвания на сняг, които блокират слънчевата светлина и задържат топлината, за да стопяват леда. Енергийният департамент на САЩ е провел проучвания, в които подчертава необходимостта от интелигентно планиране, свързано с метеорологичните явления, които се наблюдават в различните общини – от тропически бури и пясъчни бури до циклите на замръзване и размразяване през зимата. Интелигентното планиране включва няколко ключови стъпки, сред които…
Идентифициране на литиеви батерии с класификация за работа при ниски температури (–20 °C) за експлоатация в арктични зони.
Идентифициране на морски стомани или алуминиеви сплави с по-висока корозионна устойчивост за използване в крайбрежни или влажни климатични условия.
Идентифициране на места, където могат да се увеличат оценките за ветрови структурни натоварвания за райони, предразположени към циклони или торнада.
Идентифициране на местоположения, където могат да се използват ъгли на наклон на панелите от 45° и повече и нелипващи гладки повърхности за отстраняване на сняг.
Инженерно проектиране на слънчеви улични лампи за климатични региони, което ще намали намаляването на работното време с 40 % през пиковите зимни и летни сезони въз основа на данни за производителността на микросетовете от Националната лаборатория по възобновяема енергия (NREL).
Въпроси и Отговори
Какви са предимствата от използването на монокристални кремниеви панели?
Монокристалните кремниеви панели имат ефективност от 22–24 %, което означава, че те преобразуват улавяната слънчева светлина в електричество по-ефективно и по този начин удължават експлоатационния живот на уличните лампи със слънчево захранване.
Как екологичните фактори влияят върху производителността на слънчевите панели?
Екологичните фактори, включително замърсяването и сенчестостта, както и сезонните пътища на слънцето, могат значително да намалят общата ефективност на панела. Засенчените участъци от панела могат да намалят изходната мощност с повече от 50 %, докато нечистите панели могат да намалят ефективността с 15–25 %.
Защо литиевите батерии се предпочитат пред оловно-киселинните батерии за слънчеви улични лампи?
Оловно-киселинните батерии имат по-кратък срок на служба и по-ниска капацитетна отдаваемост. Следователно литиевите батерии осигуряват по-дълго време на работа при по-постоянно напрежение, въпреки че са по-скъпи.
Каква е функцията на умните контролери в слънчевите улични лампи?
Умните контролери удължават срока на служба на батериите и спестяват енергия чрез наблюдение на състоянието на батериите и чрез адаптивно затемняване за оптимизиране на осветлението.
Как климатичните условия влияят върху надеждността на слънчевите улични лампи?
Надеждността може да бъде засегната от екстремните температури и предизвикателствата, свързани с крайбрежието и географията. Надеждността е засегната от екстремните температури. Надеждността е засегната от екстремните температури.