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Évaluation des performances d’un lampadaire solaire et évaluation du site
Réalisation d’évaluations sur site de l’ombrage, de la topographie et de l’éclairage
Une installation réussie de lampadaires solaires commence par une évaluation sur site. La première étape consiste à vérifier les ombres portées et à évaluer l’ombrage annuel subi par les panneaux en raison des bâtiments et des arbres environnants. (Selon le NREL 2023, les obstacles peuvent réduire l’efficacité des panneaux solaires d’environ 50 %). Évaluez le paysage afin d’identifier les éventuelles modifications et de déterminer les priorités d’installation des lampadaires. Si un éclairage supplémentaire est nécessaire pour répondre aux exigences de visibilité, mesurez l’éclairement à l’aide d’un luxmètre.
Respect des objectifs d’éclairage selon l’IESNA : les critères d’uniformité, d’éblouissement et d’éclairement vertical
Une installation de lampadaires solaires est requise pour respecter les normes d’éclairage des routes RP-8 de la Society of North America (IESNA). Ces normes préconisent, lors de l’évaluation de l’éclairement moyen des routes (entre 10 et 20 lux), un rapport entre les zones les plus claires et les zones les plus sombres d’environ 4:1. L’utilisation d’optiques à coupure limite l’éblouissement afin de respecter la valeur maximale de 0,3 définie par les normes IESNA en matière d’éblouissement, mesurée sur l’éclairement vertical. Des exigences imposent également un éclairement vertical minimal de 3 lux dans les zones piétonnes, ce qui peut être obtenu grâce à des évaluations photométriques.
Intégration des facteurs environnementaux et climatiques pour améliorer la longévité des lampadaires solaires
Pour répondre aux exigences des règlements d’urbanisme applicables aux régions côtières, les mâts en aluminium de grade marin résistant au sel et le boîtier certifié IP68 satisferont ces exigences. Dans les régions désertiques arides, des adaptations seront nécessaires pour maîtriser la poussière et assurer une ventilation sèche. L’utilisation de systèmes de chauffage et de batteries au lithium fer phosphate permettra de compenser les températures froides (−30 °C) caractéristiques des hautes terres désertiques. Pour les installations en zones tropicales chaudes, des exigences d’isolation spécifiques sont requises afin de protéger les alimentations LED. Après cinq ans de fonctionnement avec ces adaptations, la perte de flux lumineux sera inférieure à 10 %.
Conception stratégique et positionnement des panneaux solaires pour optimiser la couverture des lampadaires solaires
Positionnement optimisé des mâts, de leur hauteur et de leur alignement, en fonction de la catégorie de route et de la projection lumineuse
Les performances sont proportionnelles à la conception et à la technologie. En tant que mâts routiers classifiés, les logiciels de modélisation photométrique déterminent la distance « typique » entre mâts, en tenant compte d’un espacement de 2,5 à 4 fois la hauteur des mâts pour les routes principales et de 3 à 5 fois la hauteur des mâts pour les routes résidentielles. Par exemple, afin d’atteindre l’uniformité recommandée par l’IESNA, l’espacement entre mâts de 10 mètres de hauteur sur une autoroute serait de 25 à 40 mètres. Il est également important, lors de la détermination de l’orientation, d’optimiser l’inclinaison vers le sud, avec un angle de 15° à 30°, ce qui améliore de 18 % le rendement de collecte dans les régions tempérées. Les facteurs structurels pris en compte comprennent la courbure de la chaussée, la largeur de la route et la densité du trafic, ce qui détermine le niveau d’éclairage requis.
Utilisation d’une conception intégrée pour les optiques LED : angle du faisceau lumineux et répartition de la lumière pour l’éclairage
L'intégration de la conception du mât et de l'optique permet d'obtenir une répartition optimale de la lumière et un équilibre d'éclairage. Pour la distribution en aile de chauve-souris de 60° × 120° destinée aux trottoirs étroits, le recouvrement optimal des luminaires est de 25 % afin de maintenir une uniformité de 15 lux. À hauteur accrue, l'espacement maximal entre mâts pour une chaussée de largeur identique est de 8 à 12 mètres. L'utilisation de lentilles micro-prismatiques avancées permet d'atteindre des classes de coupure (allant de G6 à B0 selon la norme EN 13201), ce qui réduit les intrusions lumineuses de 40 % par rapport aux systèmes à réflecteur. Les principaux paramètres de conception incluent l'angle du faisceau, utilisé pour le contrôle de la lumière, ainsi que le contrôle de la lumière parasite grâce à une répartition asymétrique de la lumière sur les mâts.
L’approche intégrée tient compte de l’orientation de la conception afin de garantir l’utilisation de chaque watt prévu dans la conception, tout en assurant une protection contre l’éblouissement pour une utilisation sécurisée et en réduisant globalement le nombre de points de conception.
Recommandations de conception pour l’éclairage public solaire
Éclairage public solaire tout-en-un contre système divisé : conception du système, refroidissement des composants et facilité de remplacement des composants
L'évaluation de l'intégration des unités tout-en-un par rapport aux unités à système séparé repose sur la combinaison de critères liés au coût, à la fonctionnalité et à la conception. Les unités intégrées tout-en-un regroupent les panneaux photovoltaïques solaires (PV), les batteries et les LED, ce qui élimine les composants séparés du système. Cette conception produit élimine le câblage et réduit de 40 % le temps d'assemblage sur site et de construction du système. Toutefois, en raison de l'absence d'une conception prévoyant un refroidissement par convection passive et/ou active, la dissipation thermique est insuffisante, ce qui entraîne une élévation de la température accélérant la dégradation des batteries lithium-ion. En revanche, les systèmes photovoltaïques, batteries et LED séparés (ou « à système séparé ») permettent de monter les panneaux photovoltaïques solaires sous un angle optimal d'exposition au soleil. Les contrôleurs de batterie et de LED, conçus pour assurer une ventilation et un refroidissement adéquats, sont installés en sous-sol (en dessous du niveau du sol). Les systèmes séparés autorisent le remplacement individuel des composants, même lorsque les températures souterraines de l'environnement dépassent 45 degrés Celsius ; dans ce cas, le temps et les modalités d'entretien — quelles que soient les contraintes environnementales — sont fractionnés : le remplacement isolé de la batterie prend environ 15 minutes, tandis que le retrait de l'ensemble de l'unité tout-en-un est effectué séparément. Utilisez les systèmes tout-en-un pour un développement municipal rapide, et les systèmes séparés dans les climats extrêmes, où des exigences de validation isolée en matière d'entretien s'appliquent.
Emplacement d'installation pour un lampadaire solaire ?
Protection contre les intrusions, protection de la batterie et conformité aux normes de la Commission électrotechnique internationale (CEI) et des Laboratoires Underwriters (UL)
La ventilation et la combinaison des exigences en matière de protection thermique et de protection de la batterie résultent directement de la dégradation des batteries au lithium fer phosphate (LiFePO4). Les systèmes d’enceinte doivent être conçus selon un indice de protection IP67, qui garantit une résistance à l’eau et à la poussière. Les bonnes pratiques en matière de sécurité électrique, conformément aux normes IEC et UL, consistent à doubler l’isolation du câble CC et à utiliser des boîtiers de raccordement polarisés et étanches à l’eau, avec une mise à la terre scellée. L’absence de courts-circuits — cause principale de 23 % de toutes les défaillances système recensées lors des audits de sécurité des énergies renouvelables — est assurée grâce à l’utilisation de dispositifs de protection contre les surintensités (DPSI) qui déclenchent une coupure et interrompent le défaut en moins de 0,1 seconde. La mise à la terre constitue un aspect essentiel de la conception des systèmes électriques, car elle représente le moyen le plus efficace de diriger l’énergie d’un coup de foudre vers le sol et de la dissiper.
Ingénierie des fondations résistantes au soulèvement par le vent : profondeur du béton, armature et détermination de la portance du sol
La conception des fondations détermine une partie de la résistance aux charges de vent. Par exemple, la conception fondamentale d’un mât de 8 mètres soumis à un vent de 33 m/s donne les résultats suivants :
Facteur — Exigence — Base du calcul
Profondeur du béton : 1,2 à 1,8 mètre — 1/6 de la hauteur du mât + profondeur du gel
Armature : treillis de barres d’acier de 16 mm espacées de 200 mm — norme ASTM A615 (résistance à la traction)
Capacité portante du sol : ≥ 150 kN/m² — essai de pénétration selon la norme ASTM D1586
Pour éviter le soulèvement par le vent, les calculs de masse de la fondation, conformément au code de construction ASCE 7-22, indiquent que le type de sol détermine les dimensions de la semelle. Par exemple, un sol sableux exige des semelles 30 % plus larges qu’un sol argileux. Un temps de cure compris entre 7 et 28 jours permet au béton d’atteindre une résistance à la compression de 25 MPa, évitant ainsi tout basculement ou effondrement lors d’une tempête de catégorie 3, en tant que base.
Questions fréquemment posées
Pourquoi la mise à l’essai sur le terrain est-elle si importante pour l’installation d’un lampadaire solaire ?
Le travail de terrain anecdotique permet essentiellement d’obtenir les angles optimaux pour les panneaux solaires et les éclairages, de préparer les diverses conditions d’ombrage, ainsi que de mesurer et d’évaluer les niveaux d’éclairement ambiant topographiquement sûrs et idéaux.
Quels sont certains des effets de la modélisation photométrique sur le positionnement des mâts ?
La modélisation photométrique améliore le détail routier afin d’optimiser l’espacement des mâts.
Quel est le résultat des différentes adaptations fondées sur le climat pour la conception des lampadaires solaires ?
La plupart des adaptations, telles que celles relatives à la protection IP67 contre la poussière, couplées à une ventilation variable et à une gestion thermique, permettent un fonctionnement uniforme des luminaires dans des conditions environnementales variées.
Quels sont d’autres effets des systèmes de lampadaires à structure séparée ?
Les systèmes à structure séparée sont très avantageux pour la gestion thermique et la maintenance générale, facilitant ainsi la réalisation de conceptions conçues pour durer dans des environnements extrêmes ou imprévus.
Quelles sont les considérations de sécurité les plus importantes lors de l’installation de lampadaires solaires ?
Les mesures les plus importantes consistent à réaliser des raccordements électriques conformes aux normes UL ou IEC, à utiliser des boîtiers de protection certifiés IP67 ou supérieur, et à mettre en place des fondations stables résistantes au vent et aux autres conditions météorologiques.