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Progettazione di sistemi di lampioni solari affidabili con gestione ottimizzata della batteria
Analisi approfondita dell’impatto dell’invecchiamento delle batterie sui sistemi di lampioni solari
Le batterie si deteriorano a causa dei cicli di carica/scarica cui sono sottoposte nei sistemi solari in funzione. L'esposizione a temperature estreme e la scarica eccessiva (prelievo di troppa energia) possono risultare dannose. Temperature interne estreme possono causare un degrado chimico delle batterie, con una perdita di potenza utilizzabile fino al 20%. Inoltre, le batterie possono subire danni a causa della scarica profonda (stato di carica molto basso) e dei cicli di carica/scarica. Dal punto di vista operativo, molti sistemi di illuminazione alimentati a batteria o di riconoscimento targa non funzionano come progettati. Ad esempio, le batterie al piombo-acido hanno una vita operativa di 2–5 anni, mentre quelle agli ioni di litio hanno una vita operativa di 5–10 anni. Pertanto, i sistemi di batterie dotati di un sistema di gestione batterie (BMS) di qualità possono gestire efficacemente le prestazioni del sistema monitorando e regolando la tensione delle singole celle e lo stato di carica (SOC), evitando così una scarica eccessiva del sistema di batterie e garantendo l'equilibrio della tensione tra le celle per massimizzare le prestazioni del sistema. Il corretto funzionamento del BMS è fondamentale per le prestazioni operative del modulo batteria del lampione stradale.
Protocolli per il monitoraggio, l'ispezione e la sostituzione pratica delle batterie
Stabilire avvisi di gestione della batteria per il monitoraggio di tensione, temperatura e livelli di carica è un approccio ragionevole; tali avvisi consentono di rilevare potenziali problemi prima che peggiorino, ad esempio un sistema a 12 V che rimane al di sotto di 11 V per un periodo prolungato. Ogni tre mesi, effettuare un’ispezione visiva per individuare segni di corrosione, rigonfiamenti del contenitore e perdite dalle guarnizioni. Particolare attenzione va riservata agli impianti situati in prossimità di acque salate, poiché il tasso di corrosione è circa il 30% superiore in presenza di acqua salata. La capacità della batteria deve essere sostituita quando scende al di sotto del 70% del valore originale dichiarato. Per i modelli al litio-ion, il periodo raccomandato per la sostituzione è di 5 anni. Mantenere il sistema efficiente con una manutenzione mensile: ciò evita inconvenienti imprevisti e riduce i costi di manutenzione nel tempo. Quando si ordinano batterie di ricambio, richiedere sempre modelli con valutazioni di temperatura più elevate.
Strategie per la pulizia dei pannelli solari e gestione dell'ombreggiamento per prestazioni ottimali
Considerazioni sul programma di pulizia in base al clima per le installazioni di lampioni solari
I pannelli solari sono influenzati negativamente da contaminanti presenti nell'ambiente, come polvere, escrementi di uccelli e polline degli alberi. I pannelli solari sono particolarmente colpiti da questi contaminanti in ambienti aridi, pertanto un regime di pulizia ottimale prevede una pulizia periodica mensile. Lungo le coste battute dal vento e nelle zone paludose salmastre, i pannelli solari diventano suscettibili alla ruggine a causa del sale; è quindi necessario procedere alla pulizia ogni tre mesi per ridurre la tendenza alla formazione di ruggine. La pulizia non deve essere effettuata nel pomeriggio, quando l’irraggiamento solare è intenso. La pulizia dei pannelli solari va invece svolta nelle prime ore del mattino, quando l’irraggiamento solare è meno intenso e si riduce il rischio di provocare crepe sul vetro. I pannelli solari sono particolarmente soggetti a un aumento della contaminazione dovuta ai fumi di scarico delle autovetture. Nei contesti urbani è necessaria una manutenzione più frequente: una pulizia ogni due settimane rappresenta un buon regime per ridurre l’accumulo di fuliggine nera sulla superficie dei pannelli solari. I pannelli solari sono influenzati negativamente dall’ambiente in misura maggiore rispetto ad altre forme di tecnologia. La polvere sui pannelli solari provoca una riduzione dell’efficienza e un aumento delle temperature. Tale fenomeno costituisce la base della gamma di tecnologie negativamente influenzate da Luzzaro e dai pannelli solari.
La primavera causa un'inefficienza molto elevata dovuta alla polvere.
L'estate provoca un aumento della temperatura dei pannelli solari.
La sabbia del deserto causa un aumento della temperatura e dell'abrasività del vetro.
Utilizzare esclusivamente saponi a pH neutro per la pulizia dei pannelli solari. La pulizia deve essere programmata quando l'efficienza dei pannelli solari risulta inferiore al 5% per un periodo prolungato. La pulizia deve essere effettuata in concomitanza con la potatura degli alberi. Ciò è particolarmente critico nei mesi invernali, quando il sole è più basso sull'orizzonte.
Difesa prioritaria dei componenti fondamentali
I componenti principali dei sistemi di illuminazione stradale solare sono negativamente influenzati dall'esposizione ambientale, ad esempio all'umidità, alla polvere, al sale e alle escursioni termiche. Questi fattori aumentano il tasso di usura dei sistemi, in particolare dei LED, dei regolatori di carica, dei sensori e dei cablaggi. È necessario proteggere i sistemi prevenendo i problemi prima che insorgano, al fine di preservare prestazioni ottimali e ridurre i costi complessivi durante il ciclo di vita.
Procedure di ispezione per i LED, i regolatori di carica, i sensori e il cablaggio dei sistemi di illuminazione stradale solare
Ogni mese va effettuata un’ispezione visiva e funzionale per verificare quanto segue:
Un’ispezione visiva della lente LED per rilevare crepe, condensa e infestazioni di insetti.
L’integrità dell’isolamento del cablaggio nei quadri di giunzione e alle estremità.
La reattività dei sensori di movimento e di luce ambientale.
Il regolatore di carica deve essere controllato per verificare che si trovi nelle normali posizioni indicatore di carica, di galleggiamento e di regolazione del carico.
Documentare tempestivamente eventuali problemi riscontrati, quali discromie anomale sulla scheda a circuito stampato (PCB), connessioni allentate e risposte anomale dei sensori. I problemi minori devono essere risolti prima che si aggravino fino a diventare problemi gravi, in grado di compromettere le prestazioni dell’intero sistema.
Migliori pratiche per la protezione contro gli agenti atmosferici e la resistenza alla corrosione in ambienti umidi e costieri
L'aria salina presente nelle zone costiere aumenta la velocità di corrosione sui contatti metallici, penetrando in essi a una velocità 5 volte superiore rispetto alla corrosione che si verifica nell'entroterra. Alcune strategie utili per gestire questo fenomeno includono:
L'utilizzo di un rivestimento protettivo (conformal coating) sulle schede a circuito stampato (PCB) nude per respingere l'umidità.
Si raccomanda l'uso di viti e altri elementi di fissaggio in acciaio inossidabile, nonché di involucri di grado IP68 su tutti i componenti elettrici.
L'utilizzo di anodi sacrificabili installati su pali strutturali come mezzo per controllare altre forme di corrosione elettrochimica.
Si raccomanda vivamente l'uso di cavi marini dotati di isolamento in silicone o polietilene reticolato (XLPE).
Nelle aree interne caratterizzate da elevata umidità, si raccomanda vivamente l'uso di ambienti ventilati dotati di una membrana idrofobica che consente all'umidità di rimanere sotto forma di vapore nell'aria.
Utilizzare il monitoraggio intelligente e la manutenzione basata sui dati per evitare guasti imprevisti.
Il monitoraggio intelligente sposta il paradigma dalla manutenzione reattiva a una manutenzione «intelligente» e proattiva. Durante la manutenzione dei lampioni solari, invece di attendere un guasto, i team addetti alla manutenzione possono ricorrere al monitoraggio intelligente, una forma di manutenzione proattiva. Ogni unità intelligente è dotata di una serie di sensori intelligenti che monitorano numerose variabili, tra cui lo stato della batteria, la produzione di energia, il degrado dei LED e altri parametri che potrebbero influire negativamente sulle prestazioni dei lampioni solari, compresi gli elementi esterni. Ciascun lampione solare è dotato di un software di analisi dati in grado di elaborare tali informazioni e rilevare anomalie che altrimenti potrebbero passare inosservate. Ad esempio, il software di analisi dati può monitorare le prestazioni della batteria e la stabilità delle tensioni della batteria, segnalando un possibile imminente guasto della batteria. Il software di analisi dati può inoltre rilevare un aumento della produzione energetica durante le ore diurne, indicativo della presenza di un ostacolo che limita l’esposizione del pannello solare alla luce solare. Secondo il journal di ricerca «Sustainable Facilities Journal» (2023), le città possono ridurre i costi di manutenzione del 25%, oltre ad allungare la vita utile dei lampioni solari, passando da una manutenzione a intervalli fissi a una manutenzione reattiva. Inoltre, le città hanno dimostrato di risparmiare sui costi di riparazione manutentiva effettuata al di fuori dell’orario lavorativo standard (ad es. dopo le ore lavorative, nei fine settimana, ecc.) una volta che i lampioni sono stati messi in servizio.
Domande frequenti
Perché la gestione della batteria è importante per i lampioni solari?
Una gestione efficace della batteria è fondamentale per garantire che le batterie dei lampioni solari sfruttino al meglio la loro durata operativa e per evitare guasti completi della batteria (ovvero la perdita totale di funzionalità del lampione solare).
Con quale frequenza è necessario pulire i pannelli solari per ottenere prestazioni ottimali?
La frequenza di pulizia dei pannelli solari dipende dall’ambiente locale. In regioni aride i pannelli devono essere puliti ogni mese per garantire prestazioni ottimali, mentre in zone costiere la pulizia va effettuata ogni tre mesi.
Quali condizioni ambientali riducono la durata dei lampioni solari?
La durata dei lampioni solari viene ridotta da escursioni termiche, umidità, polvere e nebbia salina. Queste condizioni ambientali compromettono la vita utile dei lampioni solari danneggiando i LED e i cablaggi.
Quali sono i vantaggi del monitoraggio intelligente per la manutenzione dei lampioni solari?
Con il monitoraggio intelligente, la manutenzione può essere eseguita solo quando necessario per mantenere i lampioni solari in condizioni di funzionamento ottimali, riducendo così i costi di manutenzione e prolungandone la durata.