EN
Είσοδος από το ηλιακό πλαίσιο: απόδοση, τοποθέτηση και έκθεση
Επίδραση της απόδοσης, της ισχύος (σε Watt) και της κλίσης/αζιμουθίου του πλαισίου στην ημερήσια απόδοση ενέργειας
Ενώ οι πλάκες μεγαλύτερης ισχύος σε βατ (W) απορροφούν περισσότερο ηλιακό φως, υπάρχει μεγαλύτερη πιθανότητα να επιτύχουν τη μέγιστη δυνατή απόδοσή τους, ανάλογα με τη θέση τους. Όσον αφορά τις μόνιμες εγκαταστάσεις ηλιακών πλακών στην πλειοψηφία της Βόρειας Αμερικής, η πραγματική τους νότια κατεύθυνση (που δεν πρέπει να συγχέεται με τη νότια κατεύθυνση της πυξίδας) και μια προσαρμογή της γωνίας περιστροφής βασισμένη στην τοποθεσία μπορούν να βελτιώσουν δραματικά την ετήσια απόδοση ενέργειας. Δικαιολογούνται επίσης οι εποχιακές προσαρμογές της γωνίας των πλακών: κατά τους χειμερινούς μήνες, όπου ο ήλιος βρίσκεται χαμηλότερα στον ουρανό, αυξάνοντας τη γωνία των πλακών μπορούμε να απορροφήσουμε περισσότερο ηλιακό φως, ενώ κατά τους καλοκαιρινούς μήνες μια μικρότερη γωνία βελτιώνει την απόδοση. Σε αυτές τις συνθήκες, οι καλύτερες πλάκες είναι οι μονοκρυσταλλικές πλάκες πυριτίου (απόδοση 22–24%). Αυτές οι πλάκες μπορούν να τροφοδοτούν φωτιστικά οδών και να τα κρατούν αναμμένα για συντομότερες χρονικές περιόδους.
Η επίδραση της μόλυνσης, της σκίασης και της εποχιακής διαδρομής του ήλιου στην αξιόπιστη φόρτιση
Οι περιβαλλοντικές συνθήκες έχουν μετρήσιμες αρνητικές επιπτώσεις στην απόδοση των συστημάτων φωτοβολταϊκών πλαισίων, με την υποβάθμιση να εμφανίζεται σε συγκεκριμένα μοτίβα και να συσσωρεύεται με τον καιρό. Ακόμη και η μερική σκίαση των φωτοβολταϊκών πλαισίων από δέντρα ή κτίρια μπορεί να οδηγήσει σε απώλειες ισχύος μεγαλύτερες του 50%, λόγω της σύνδεσης των φωτοβολταϊκών κυττάρων εντός των πλαισίων. Επιπλέον, τα φωτοβολταϊκά πλαίσια μολύνονται γρήγορα και, καθώς μολύνονται, η απόδοσή τους μειώνεται κατά 15–25% κάθε τρεις μήνες (ή εξάμηνα) για διάστημα τριών μηνών. Για τη μείωση αυτού του προβλήματος, μπορούν να εφαρμοστούν ειδικά επιστρώματα ανθεκτικά στη σκόνη. Η λήψη υπόψη της εποχιακής διαδρομής του ήλιου καθ’ όλο το έτος προσθέτει επίσης ένα επιπλέον επίπεδο πολυπλοκότητας. Σε σύγκριση με το καλοκαίρι, οι χειμερινές ημέρες έχουν λιγότερο ήλιο, πράγμα που σημαίνει ότι κατά τους χειμερινούς μήνες συλλέγεται λιγότερη ηλιακή ενέργεια. Σε αυτήν την περίπτωση, η απόδοση των φωτοβολταϊκών πλαισίων μειώνεται κατά 40%, οπότε συλλέγεται λιγότερη ηλιακή ενέργεια· οι καλοκαιρινές ημέρες, αντιθέτως, προσφέρουν μεγαλύτερη ηλιακή ενέργεια και είναι πιο μακρές (ο ήλιος βρίσκεται ψηλότερα στον ουρανό). Επιπλέον, για να διασφαλιστεί η βέλτιστη απόδοση των φωτοβολταϊκών πλαισίων και να ενισχυθεί και να διασφαλιστεί η αξιόπιστη απόδοσή τους μέχρι το ελάχιστο επίπεδο απόδοσης, είναι επίσης απαραίτητο να διασφαλιστεί η εφαρμογή αποτελεσματικής και αξιόπιστης λειτουργίας των φωτοβολταϊκών πλαισίων. Τα συστήματα φωτοβολταϊκών πλαισίων διασφαλίζουν ότι τα φωτιστικά που λειτουργούν με ηλιακή ενέργεια μπορούν να παραμένουν αναμμένα σε όλη τη διάρκεια της νύχτας.
Σύστημα Μπαταριών: Χωρητικότητα, Χημεία και Φθορά με τον Καιρό
Μπαταρίες Λιθίου έναντι Μπαταριών Μολύβδου-Οξέος: Χρήσιμη Χωρητικότητα, Βάθος Εκφόρτισης και Συμβιβασμοί για τη Διάρκεια Λειτουργίας κατά τη Διάρκεια της Νύχτας
Οι μπαταρίες λιθίου μπορούν να παρέχουν χρήσιμη χωρητικότητα έως και 80 έως 90 τοις εκατό της συνολικής τους χωρητικότητας, ενώ οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος μπορούν να παρέχουν μόνο χρήσιμη χωρητικότητα 50 τοις εκατό. Αυτό σημαίνει ότι οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος μπορούν να εκφορτιστούν μόνο έως αυτό το σημείο, ενώ οι μπαταρίες λιθίου μπορούν να εκφορτιστούν πολύ περισσότερο. Πρακτικά, αυτό σημαίνει μεγαλύτερη διάρκεια ζωής και μεγαλύτερες διάρκειες λειτουργίας. Για παράδειγμα, σκεφτείτε μια μπαταρία λιθίου 100 Ah.
Συνήθως, μπορεί να τροφοδοτεί φώτα LED για πάνω από 10 ώρες. Μια μπαταρία μολύβδου-οξέος ίδιου μεγέθους μπορεί να τροφοδοτεί φώτα LED μόνο για 6 έως 7 ώρες προτού χρειαστεί επαναφόρτιση. Οι λιθιούχες μπαταρίες αντέχουν περισσότερες χρήσεις, καθώς μπορούν να εκφορτίζονται σε μεγαλύτερο βαθμό, ενώ οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος απαιτούν πιο προσεκτική χρήση για να αποφευχθεί η επιτάχυνση της θειώδους απόθεσης (sulfation). Αυτό οδηγεί σε μικρότερη διάρκεια ζωής των μπαταριών μολύβδου-οξέος, ενώ, παρόλο που οι λιθιούχες μπαταρίες ενδέχεται να έχουν υψηλότερο αρχικό κόστος, αποδεικνύονται αξιόλογη επένδυση λόγω της ενεργειακής τους απόδοσης και της διάρκειας ζωής τους. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τα οδικά φωτιστικά με ηλιακή τροφοδοσία, καθώς πρέπει να λειτουργούν κάθε βράδυ.
Η αποδόμηση των συστημάτων μπαταριών στα ηλιακά οδοφωτιστικά επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία. Σε πεδιακές δοκιμές έχει διαπιστωθεί ότι η χωρητικότητα μιας μπαταρίας μπορεί να μειωθεί έως και κατά 30% λόγω υπερβολικής θερμοκρασίας. Όταν όλοι οι άλλοι παράγοντες είναι ίσοι, οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος τείνουν να αποδομούνται περίπου διπλάσιο ρυθμό σε σύγκριση με τις λιθιο-ϊονικές μπαταρίες. Για παράδειγμα, μετά από περίπου 500 πλήρεις κύκλους φόρτισης και εκφόρτισης, οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος θα έχουν, κατά μέσο όρο, μειωθεί σε περίπου 60% της αρχικής τους χωρητικότητας, ενώ οι λιθιο-ϊονικές μπαταρίες θα διατηρούν περίπου 80 έως 85%. Τι σημαίνει αυτό; Σημαίνει ότι ο χρόνος λειτουργίας των φωτιστικών θα είναι μικρότερος. Τον χειμώνα, τα παλαιότερα συστήματα μπαταριών παρέχουν 20 έως 40% λιγότερο χρόνο λειτουργίας, ακριβώς όταν χρειάζεται ο μεγαλύτερος δυνατός χρόνος λειτουργίας. Όταν λειτουργούν σε συνεχείς θερμοκρασίες εκτός του εύρους 15 έως 35 βαθμών Κελσίου, η διαδικασία γήρανσης επιταχύνεται. Γι’ αυτόν τον λόγο είναι σημαντικό να επιλέγονται μπαταρίες που έχουν σχεδιαστεί ειδικά για το τοπικό κλίμα. Ορισμένες ιδιαίτερες λιθιο-ϊονικές μπαταρίες έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν καλύτερα σε ψυχρότερα κλίματα και αξίζει να επενδυθεί σε αυτές σε περιοχές που βιώνουν αυστηρές χειμωνιάτικες συνθήκες.
Οι έξυπνοι ελεγκτές βοηθούν επίσης να διατηρούνται υγιείς οι μπαταρίες και να λειτουργούν τα φώτα για μεγάλα χρονικά διαστήματα, καθώς χρησιμοποιούν ενσωματωμένους αλγόριθμους που αναλύουν πληροφορίες σχετικά με το τρέχον επίπεδο φόρτισης και την εκτιμώμενη διαθέσιμη φόρτιση για τις επόμενες μερικές ημέρες, λαμβάνοντας υπόψη τις προβλεπόμενες καιρικές συνθήκες, τη θερμοκρασία και τις προηγούμενες συνθήκες ηλιοφάνειας. Η λειτουργία αντιστάθμισης της θερμοκρασίας αποτρέπει την υπερφόρτιση ή την υποφόρτιση της μπαταρίας. Η προσαρμοστική χαμηλώση της φωτεινότητας μειώνει τη φωτεινότητα των LED κατά 50% και παρέχει την απαιτούμενη ασφάλεια. Οι ελεγκτές επεκτείνουν την αναμενόμενη διάρκεια ζωής των λιθιο-ϊονικών μπαταριών κατά 25%, περιορίζοντας τη φόρτιση στο 80% της χωρητικότητας σε θερμοκρασίες > 35°C και επεκτείνοντας τον κύκλο φόρτισης. Ο συνδυασμός αισθητήρων κίνησης και χαμηλώσεως της φωτεινότητας παρέχει το επιθυμητό διάστημα φωτισμού 8–12 ωρών καθ’ όλη τη διάρκεια των εποχών και μειώνει την κατανάλωση ενέργειας κατά 30–50%.
Οι αισθητήρες κίνησης, η χρονοβάσεις χαμηλώσεως της φωτεινότητας και τα προηγμένα LED μπορούν να μειώσουν τη ζήτηση ισχύος των ηλιακών οδικών φώτων.
Στα συστήματα φωτισμού, η προσθήκη αισθητήρων κίνησης μειώνει την κατανάλωση ενέργειας κατά 40 τοις εκατό, διότι το σύστημα λειτουργεί με πλήρη ισχύ και πλήρη φωτεινότητα μόνο όταν κάποιος εισέλθει στην εμβέλεια του αισθητήρα κίνησης. Ένα άλλο εξαιρετικό χαρακτηριστικό εξοικονόμησης ενέργειας είναι η χρονοβάσεις διάσταση (dimming), όπου το σύστημα μειώνει αυτόματα τη φωτεινότητα των λαμπτήρων κατά συγκεκριμένες ώρες της ημέρας. Για παράδειγμα, στις 00:00 η φωτεινότητα μπορεί να μειωθεί στο 30 τοις εκατό και να αυξηθεί αυτόματα στο 70 τοις εκατό μέχρι τις 06:00, για να διασφαλιστεί ότι τα φώτα θα είναι αρκετά φωτεινά ώστε να φαίνονται από τους επιβάτες των μεταφορικών μέσων το πρωί. Επιπλέον, οι νεότερες κατασκευασμένες LED λυχνίες είναι σε θέση να παράγουν από 180 έως 200 λούμεν ανά βατ. Αυτό σημαίνει ότι οι LED προσφέρουν υψηλότερη ενεργειακή απόδοση και καταναλώνουν περίπου το 50 τοις εκατό της ενέργειας που χρησιμοποιούν οι παραδοσιακές τεχνολογίες φωτισμού HID και φθορισμού. Η εξαιρετική απόδοση διατηρείται επίσης μέσω σχεδιασμένων λαμπτήρων που απομακρύνουν τη θερμότητα όταν η θερμοκρασία φτάνει τους 45 °C. Συνδυάζοντας όλα τα παραπάνω, οι έξυπνες τεχνολογίες και οι οδικοί φωτιστικοί στύλοι με ενεργειακή τροφοδοσία από ηλιακά πάνελ αποδεικνύουν ότι μπορούν να λειτουργούν αξιόπιστα για πέντε διαδοχικές συννεφιασμένες ημέρες, παρέχοντας έτσι στις κοινότητες τα πρώτα συστήματα που λειτουργούν χωρίς εξωτερική παροχή ηλεκτρικής ενέργειας.
Πώς η γεωγραφία και το κλίμα επηρεάζουν την αξιοπιστία του συστήματος
Η λειτουργία των ηλιακών οδικών φωτιστικών επηρεάζεται σημαντικά από τη γεωγραφική τοποθεσία. Για τις μπαταρίες λιθίου, μέρος της ενέργειας χάνεται προσωρινά όταν η θερμοκρασία πέφτει κάτω από το σημείο πήξης. Σε θερμότερα κλίματα, η απώλεια ενέργειας και η εξασθένιση των φωτοβολταϊκών πλακών συμβαίνουν πιο γρήγορα. Σε παράκτια περιβάλλοντα με αλμυρό αέρα, ο αλμυρός αέρας μπορεί να διαβρώσει ηλεκτρικά εξαρτήματα, όπως κουτιά σύνδεσης και ελεγκτές. Αυτά τα συστήματα έχουν μειωμένο χρόνο ζωής εάν δεν πραγματοποιηθεί επιπλέον συντήρηση. Στα βουνά και στα πολύ βόρεια τμήματα, οι χειμερινοί μήνες οδηγούν σε πιο εκτεταμένες περιόδους σκότους και σε μεγαλύτερες συσσωρεύσεις χιονιού, το οποίο θα εμποδίζει την πρόσπτωση του ηλιακού φωτός και θα κατακρατεί τη θερμότητα για την τήξη του πάγου και του πάγου. Το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ έχει διεξαγάγει έρευνα στην οποία τονίζει την ανάγκη για έξυπνο σχεδιασμό σχετικά με τα καιρικά φαινόμενα που εμφανίζονται στις κοινότητες, από τους τροπικούς κυκλώνες και τις αμμόβροχες μέχρι τους κύκλους πήξης-απόψυξης του χειμώνα. Ο έξυπνος σχεδιασμός περιλαμβάνει αρκετά βασικά βήματα, μεταξύ των οποίων…
Εντοπισμός λιθίου μπαταριών με πιστοποιημένη λειτουργία σε χαμηλές θερμοκρασίες (-20°C) για χρήση σε αρκτικές ζώνες.
Εντοπισμός ανοξείδωτου χάλυβα ή κραμάτων αλουμινίου ενδεδειγμένων για ναυτική χρήση, με υψηλότερη αντοχή στη διάβρωση για χρήση σε παράκτιες ή υγρές κλιματικές συνθήκες.
Εντοπισμός περιοχών όπου μπορούν να αυξηθούν οι βαθμοί αντοχής σε ανεμοπίεση για περιοχές που είναι ευάλωτες σε κυκλώνες ή τορνάντο.
Εντοπισμός τοποθεσιών όπου μπορούν να χρησιμοποιηθούν γωνίες κλίσης των πλακών 45° ή μεγαλύτερες και μη προσκολλητικές, λείες επιφάνειες για την απομάκρυνση του χιονιού.
Η μηχανική σχεδίαση φωτιστικών οδού ηλιακής ενέργειας για συγκεκριμένες κλιματικές περιοχές θα μειώσει κατά 40% τη μείωση του χρόνου λειτουργίας κατά την αιχμή των χειμερινών και καλοκαιρινών περιόδων, βάσει δεδομένων απόδοσης μικροδικτύων του NREL.
Ερωτήσεις & Απαντήσεις
Ποια είναι τα πλεονεκτήματα της χρήσης πανέλ μονοκρυσταλλικού πυριτίου;
Τα πάνελ μονοκρυσταλλικού πυριτίου έχουν απόδοση 22–24%, δηλαδή μετατρέπουν αποτελεσματικά το αισθητό ηλιακό φως σε ηλεκτρική ενέργεια· συνεπώς, προσφέρουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής στα ηλιακά φωτιστικά οδού.
Πώς επηρεάζουν οι περιβαλλοντικοί παράγοντες την απόδοση των ηλιακών πανέλ;
Παράγοντες περιβάλλοντος, όπως η μόλυνση και η σκίαση, καθώς και οι εποχιακές διαδρομές του ήλιου, μπορούν να μειώσουν σημαντικά τη συνολική απόδοση του πάνελ. Τα σκιασμένα τμήματα του πάνελ μπορούν να μειώσουν την έξοδο κατά περισσότερο από 50%, ενώ τα ακάθαρτα πάνελ μπορούν να μειώσουν την απόδοση κατά 15–25%.
Γιατί προτιμώνται οι μπαταρίες λιθίου έναντι των μπαταριών μολύβδου-οξέος για τα ηλιακά οδοφωτιστικά;
Οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος έχουν μικρότερη διάρκεια ζωής και χαμηλότερη ικανότητα εκφόρτισης. Ως εκ τούτου, οι μπαταρίες λιθίου παρέχουν καλύτερη διάρκεια λειτουργίας σε πιο σταθερή τάση, παρά το γεγονός ότι είναι ακριβότερες.
Ποια είναι η λειτουργία των έξυπνων ελεγκτών στα ηλιακά οδοφωτιστικά;
Οι έξυπνοι ελεγκτές επεκτείνουν τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας και διατηρούν την ενέργεια μέσω της παρακολούθησης της κατάστασης της μπαταρίας και της χρήσης προσαρμοστικής υποδιάστασης (adaptive dimming) για τη βελτιστοποίηση του φωτισμού.
Πώς επηρεάζουν οι κλιματικές συνθήκες την αξιοπιστία των ηλιακών οδοφωτιστικών;
Η αξιοπιστία μπορεί να επηρεαστεί από τις ακραίες θερμοκρασίες και τις προκλήσεις που δημιουργούν η παράκτια περιοχή και η γεωγραφία. Η αξιοπιστία επηρεάζεται από τις ακραίες θερμοκρασίες. Η αξιοπιστία επηρεάζεται από τις ακραίες θερμοκρασίες.