EN
Автономно захранване извън мрежата: запазване на функционалността и надеждността в отдалечени местности с ограничено осветление
Как броят на автономните дни и капацитетът на батерията помагат да се предотвратят повреди по време на нощната експлоатация
В районите, където слънчевата светлина е оскъдна, слънчевите улични лампи трябва да бъдат оборудвани с достатъчна батерийна мощност, за да осигуряват работа през продължителни периоди без слънчева светлина. Ключов е концепцията, известна като автономни дни, или броят последователни нощи, през които слънчевата лампа може да работи, без да получава зареждане от слънчева енергия. Повечето системи са проектирани да осигуряват поне 3 автономни дни резервно захранване, което означава, че лампата остава включена непрекъснато в продължение на 72 часа, без да получава слънчево зареждане. За да се справят дори с най-неблагоприятните метеорологични условия, някои системи са проектирани да осигуряват 5 автономни дни резервно захранване. Уличните лампи, оборудвани с резервни батерийни системи за 1 или 2 автономни дни, много по-често изчерпват батерията си по време на дъждовния сезон. Това е документирано в миналогодишния Доклад за енергийна устойчивост и се дължи на необходимостта от батерии с дълбоко разреждане да натрупат достатъчно количество заряд през дневните часове. От жизненоважно значение е да се избере батерия с подходящ размер. Това се постига чрез анализ на исторически данни за слънчевата радиация, за да се определи очакваното нощно потребление на енергия. Така се гарантира работата на системата дори при продължителни периоди с неблагоприятно време.
Защо 30% надмерен размер на фотоволтаичните панели + автономност за 7 дни задава стандарта за отдалечени местности като Хималаите.
Екстремните климатични условия, като тези в Хималаите, арктическите тундри, високите пустинни платота и районите с тропически циклони, изискват по-строг проектен стандарт – автономност за 7 дни и 30% надмерен размер на фотоволтаичните (PV) модули. Този стандарт стратегически решава три взаимосвързани критични проектни аспекти.
Продължителни периоди с ниска осветеност: На над 3000 м надморска височина има средно по 8 случая годишно с 5–7 последователни облачни дни.
Температурно намаляване на мощността: Изходната мощност на фотоволтаичните панели намалява с 18–25 % при околна температура под нулата.\n\nСнежно покритие: Непочистените панели могат да доведат до загуба на генерирана енергия от 90–100 %, докато не бъдат ръчно или термично почистени.\n\nКогато оборудването е с по-голяма мощност от необходимата, това компенсира всички малки загуби на ефективност, които се натрупват с течение на времето. Освен това батериите, които могат да осигуряват автономна работа в продължение на седем или повече дни, предоставят оперативна гъвкавост. Полевите изпитания на тази стратегия, публикувани миналата година в списание „Alpine Energy Journal“, показаха, че системите с такава конфигурация имат коефициент на откази под 5 %. Това е значително по-добро от коефициента на откази от 35 %, наблюдаван при системи с тридневна автономност. Тази конфигурация далеч не е екзотична — тя става стандартен метод за приложение във всички ситуации, при които достъпът до обикновената електрическа мрежа или изпращането на техник на място стават прекалено скъпи.
Издръжлива конструкция: Защита срещу атмосферни влияния и устойчивост, подходяща за полеви условия, за слънчеви улични светлини
Корпуси със степен на защита IP66+ и термично уплътнение: критични за условията по време на мусони, прах и цикли на замръзване/оттапяне
Надеждността, особено в контекста на неблагоприятни атмосферни условия, започва с предизвикателствата, свързани с физическата устойчивост, и с използваните строителни материали. В сериозни приложения придобиването на корпус с класификация IP66 вече не е просто желателно — това е задължително условие. Такива корпуси са непроницаеми за вода при валежи над 100 мм на час и осигуряват защита срещу проникване на фин прах благодарение на плътното затваряне. Освен това термичното уплътнение е съществено за корпуса. Това означава, че няма да възникне корозия поради кондензация и няма да се образуват микропукнатини поради циклите на замръзване/оттапяне. Наблюдавали сме температурни екстремуми от 30 °C и повече и сме виждали обикновени корпусни материали да се провалят ден след ден. Числените данни потвърждават това. При висока влажност, на голяма надморска височина или в условия с въздух, наситен с морска сол, незащитените компоненти излизат от строя с 47 % по-често. Това поражда въпроса: какво правим ние, за да защитим компонентите от другата страна на корпуса?
- Лещи от удароустойчив поликарбонат, проектирани да издържат градушка и от вятъра носени отломки
- Винтове и гайки от морска стомана, проектирани да устояват на корозия от сол и галванично разрушаване
- Електрониката е защитена с промишлени потирани състави, за да се предотвратят къси съединения, причинени от влажност
Описаната по-горе интегрирана стратегия за издръжливост отстранява необходимостта от непланувани посещения за поддръжка и по този начин намалява общите експлоатационни разходи през целия жизнен цикъл с 34 % спрямо алтернативни решения, които не са проектирани с тази цел, особено в труднодостъпни места.
Химически състав на батерията за далечни слънчеви улични лампи
Брой цикли на зареждане/разреждане, устойчивост към температурни колебания, реална възвращаемост на инвестициите (ROI) във влажни и поднулеви среди: LiFePO4 срещу оловно-киселинни
Най-критичният аспект при батериите за далечни слънчеви улични лампи е химическият им състав. Батериите от литиево-железо-фосфат (LiFePO4) са по-добри от стандартните оловно-киселинни батерии почти по всички приложими екологични и икономически критерии:
Цикъл на живот: LiFePO4: 2000–5000 цикъла при 80 % дълбочина на разреждане (DoD) спрямо оловно-киселинни батерии: 300–500 цикъла. Замяната не е възможна в труднодостъпни места
Стабилна работа при температурни колебания: Батериите LiFePO4 функционират в екстремни среди, с работен диапазон от -20 °C до 60 °C (задържане на капацитета при -10 °C е по-високо в сравнение с оловно-киселинните батерии: <50 % капацитет). Оловно-киселинните батерии губят работоспособност и капацитет при температури под 0 °C и губят работоспособност при температури над 40 °C
Възвръщаемост на инвестициите (ROI): Батериите LiFePO4 са икономически по-изгодни дори при по-високи първоначални разходи в екстремни среди (сурови климатични условия), тъй като не изискват поддръжка, имат срок на служба от 8–10 години (в сравнение с 2–4 години за оловно-киселинните батерии) и осигуряват стабилна работоспособност през дните на мусонен период (цикли на замразяване и оттаяване)
Параметри на производителност: LiFePO4 / Оловно-киселинни
Работен температурен диапазон: -20 °C до 60 °C / 0 °C до 40 °C (оптимален)
Цикъл на живот при 80 % DoD: 2000–5000 цикъла / 300–500 цикъла
Задържане на капацитета при -10 °C: >85 % / <50 %
За дистанционни развертвания батериите LiFePO4 не само имат по-добра производителност, но са и от решаващо значение за осигуряване на осветление, като едновременно с това елиминират скъпата и сложна логистика, свързана със замяната на батериите.
Правилното измерване на слънчевите панели за автономна работа в райони с ниско слънчево осветление е от решаващо значение за автономни и отдалечени операции. Проектирането на такива системи изисква използването на реални данни за слънчевата радиация, а не на обобщени регионални данни. Качествени източници са например данните от проекта POWER на НАСА и официалните метеорологични служби. След получаване на данните може да се направи сравнение между измерената инсоляция и необходимата мощност на товара (като пример: потреблението на мощност от няколко светодиодни лампи, общото време на тяхната работа и загубите в контролера и съединителните кабели). Повечето практикуващи специалисти считат, че при изчисляването на мощността на товара е добра практика да се добави резерв от 30 % към изчислената стойност. Този подход е потвърден чрез множество полеви тестове в различни региони със стръмни, алпийски и заснежени терени. Допълнителната мощност на системата представлява безопасен резерв за реални предизвикателства като неочаквано натрупване на прах върху слънчевите панели, промяна на ъгъла на слънчевите лъчи през различните сезони на годината, покриване на част от фотоволтаичните клетки със сняг и преходни облаци. Този резерв за слънчеви панели гарантира, че батерията няма да се изразходва по-бързо от очакваното. В региони, където зимната инсоляция е по-малка от 2 kWh/m²/ден, а в останалите сезони е подобна, правилното определяне на размера на резерва за слънчеви панели води до системи, които избягват отказа в продължение на няколко дни, вместо да работят непрекъснато в продължение на дълги периоди без допълнително захранване.
Често задавани въпроси
Какво означава автономността при слънчевите улични лампи?
Автономността се отнася до броя последователни нощи, през които слънчевата улична лампа може да работи без слънчево зареждане. Лампите ще продължат да функционират дори при липса на слънчева светлина в продължение на няколко дни.
Защо 7-дневната автономност и 30% надмерване на фотоволтаичните панели са необходими при екстремни условия?
7-дневната автономност и 30% надмерване на фотоволтаичните панели осигуряват работа при всички екстремни условия – кратка продължителност на слънчевата светлина, намаляване на ефективността поради температурни ефекти, както и наличие на сняг. Това е жизненоважно за Хималаите и арктическата тундра.
Какво е значението на корпусите IP66+ и термичното запечатване?
Тези характеристики гарантират надеждна работа при екстремни условия, тъй като предпазват от проникване на вода и прах, както и от корозия, причинена от кондензация.
Какви предимства имат отдалечените райони за използването на батерии LiFePO₄ вместо оловно-кисели?
Батериите тип LiFePO₄ са значително по-добри по отношение на броя цикли на зареждане/разреждане, толерантност към температури и общо по-ниска цена през целия им експлоатационен живот в сравнение с оловно-киселинните батерии. Това важи още повече в отдалечени среди.