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Valutazione delle prestazioni dei lampioni solari e valutazione del sito
Esecuzione di valutazioni in loco dell’ombreggiamento, della topografia e dell’illuminazione
Un’installazione corretta di lampioni solari inizia con una valutazione in loco. Il primo passo consiste nel verificare l’ombreggiamento e nell’analizzare l’ombreggiamento annuale sui pannelli causato dagli edifici e dagli alberi circostanti. (Secondo il NREL 2023, gli ostacoli possono ridurre l’efficienza dei pannelli solari di circa il 50%). Valutare il paesaggio per individuare eventuali variazioni e stabilire le priorità relative ai punti di installazione dei lampioni. Se è necessaria un’illuminazione aggiuntiva per soddisfare i requisiti di visibilità, effettuare la misurazione dell’illuminamento con un luxmetro.
Mantenere gli obiettivi di illuminazione secondo l’IESNA: i criteri di uniformità, abbagliamento e illuminanza verticale
L’installazione di un impianto di illuminazione stradale a energia solare deve rispettare gli standard RP-8 della Illuminating Engineering Society of North America (IESNA) per l’illuminazione stradale. Tali standard prevedono che, nel valutare un’illuminanza media compresa tra 10 e 20 lux per le strade, il rapporto tra i valori massimi e minimi delle aree più illuminate sia approssimativamente pari a 4:1. L’impiego di ottiche cutoff limita l’abbagliamento, mantenendo il valore massimo consentito dagli standard IESNA sull’abbagliamento a 0,3 per l’illuminanza verticale. Sono inoltre previsti requisiti specifici per l’illuminanza verticale, pari a 3 lux, da superare nell’illuminazione pedonale, ottenibili mediante valutazioni fotometriche.
Integrazione dei fattori ambientali e climatici per migliorare la longevità dei lampioni stradali solari
Per soddisfare i requisiti delle normative urbanistiche per le regioni costiere, i pali in alluminio di grado marino resistente al sale e l'involucro con grado di protezione IP68 rispondono a tali requisiti. Nelle regioni desertiche ad alta quota, saranno necessarie modifiche per controllare la polvere e garantire una ventilazione adeguata in condizioni di bassa umidità. L'impiego di sistemi di riscaldamento e di batterie al litio ferro fosfato è finalizzato a supportare il funzionamento in condizioni di freddo intenso (-30 °C) tipiche delle regioni desertiche ad alta quota. Negli impianti tropicali caldi, sono richiesti requisiti isolanti che agevolano il corretto funzionamento degli alimentatori LED. Dopo 5 anni di utilizzo con queste adattazioni, la perdita di flusso luminoso sarà inferiore al 10% (ovvero la resa luminosa residua sarà superiore al 90%).
Progettazione strategica e posizionamento dei pannelli solari per ottimizzare la copertura dei lampioni stradali solari
Posizionamento ottimizzato dei pali, dell'altezza e dell'allineamento, basato sulla classe stradale e sulla proiezione luminosa
Le prestazioni sono proporzionali al design e alla tecnologia. Come pali stradali classificati, il software di progettazione fotometrica determina la distanza 'tipica' tra i pali, tenendo conto di un interasse pari a 2,5–4 volte l'altezza dei pali per le strade principali e di 3–5 volte l'altezza dei pali per le strade residenziali. Ad esempio, per ottenere l'uniformità raccomandata dall'IESNA, pali alti 10 metri posti lungo un’autostrada avrebbero un interasse di 25–40 metri. È inoltre importante, nel determinare l’orientamento, massimizzare l’inclinazione verso sud dei pali con un angolo compreso tra 15° e 30°, migliorando del 18% la resa complessiva della raccolta di energia nelle zone temperate. I fattori strutturali da considerare includono la curvatura stradale, la larghezza della carreggiata e la densità del traffico, che influenzano il livello di illuminazione richiesto.
Utilizzo di una progettazione integrata per l’ottica LED: angolo del fascio luminoso e distribuzione della luce per l’illuminazione
L'integrazione della progettazione del palo e dell'ottica consente una distribuzione ottimale della luce e un equilibrio di illuminazione. Per la distribuzione a 'ala di pipistrello' (Batwing) di 60° × 120°, adatta a marciapiedi stretti, la sovrapposizione ottimale tra i corpi illuminanti è del 25% per garantire uniformità a 15 lux. Con un aumento dell'altezza, la distanza massima tra i pali per strade della stessa larghezza è di 8–12 metri. L'impiego di avanzate lenti microprismatiche permette di ottenere classificazioni di cutoff (dalla classe G6 alla classe B0 secondo la norma EN 13201), riducendo il riverbero luminoso del 40% rispetto ai sistemi con riflettori. Le principali variabili da considerare nella progettazione includono l'angolo del fascio, utilizzato per il controllo della luce, e il controllo della luce dispersa mediante una distribuzione asimmetrica della luce sui pali.
L'approccio integrato tiene conto della direzione della progettazione per garantire l'utilizzo efficiente di ogni watt previsto nel calcolo progettuale, assicurando al contempo libertà da abbagliamento per la sicurezza d'uso e riducendo complessivamente il numero di elementi da calcolare nella progettazione.
Raccomandazioni progettuali per l'applicazione dell'illuminazione stradale solare
Illuminazione stradale solare All-in-One rispetto a quella a sistema diviso: progettazione del sistema, raffreddamento dei componenti e facilità di sostituzione dei componenti
La valutazione dell'integrazione tra unità tutto-in-uno e unità a sistema separato dipende dalla combinazione di criteri relativi a costo, funzionalità e progettazione. Le unità integrate tutto-in-uno combinano pannelli fotovoltaici (PV) solari, batterie e LED per i diversi componenti del sistema. Il design del prodotto elimina la necessità di cablaggi e riduce del 40% i tempi di assemblaggio e costruzione del sistema in loco. Tuttavia, a causa della mancanza di una progettazione volta al raffreddamento passivo e/o attivo per convezione, la dissipazione del calore risulta inefficace, provocando un aumento della temperatura che accelera il degrado delle batterie agli ioni di litio. I sistemi separati, o a componenti indipendenti (PV, batteria e LED), consentono di installare i pannelli fotovoltaici solari in modo da ottimizzarne l'angolo di esposizione al sole. I regolatori della batteria e dei LED, progettati per garantire un'adeguata ventilazione e raffreddamento, vengono installati sottosuperficie (al di sotto del livello del suolo). I sistemi a componenti separati permettono la sostituzione individuale dei singoli componenti anche qualora le temperature sottosuperficiali dell'ambiente superino i 45 gradi Celsius; in tal caso, i tempi e le modalità di manutenzione, indipendentemente dalle condizioni ambientali limitanti, prevedono la sostituzione isolata della batteria in circa 15 minuti oppure la rimozione dell'intera unità tutto-in-uno. Utilizzare i sistemi tutto-in-uno per lo sviluppo rapido di infrastrutture comunali e i sistemi a componenti separati per climi estremi, dove siano richiesti requisiti di validazione isolata per la manutenzione.
Installazione e posizionamento del lampione solare?
Protezione contro l'ingresso di corpi solidi e liquidi, protezione della batteria e conformità alle norme della Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC) e di Underwriters Laboratories (UL)
La ventilazione e la combinazione dei requisiti di protezione termica e della batteria sono conseguenze dirette del degrado delle batterie al litio ferro fosfato (LiFePO4). I sistemi di involucro devono essere progettati con grado di protezione IP67, che garantisce protezione contro acqua e polvere. Le migliori pratiche per la sicurezza elettrica secondo le norme IEC e UL prevedono l’isolamento doppio del cavo in corrente continua (CC) e l’uso di scatole di derivazione polarizzate e impermeabili con messa a terra sigillata. L’assenza di cortocircuiti, che rappresentano la causa principale del 23% di tutti i guasti rilevati negli audit sulla sicurezza dei sistemi energetici rinnovabili, è garantita mediante l’impiego di dispositivi di protezione contro le sovracorrenti (OCPD) che scattano e interrompono il guasto in meno di 0,1 secondi. La messa a terra costituisce un aspetto fondamentale nella progettazione dei sistemi elettrici, poiché rappresenta il metodo più efficace per indirizzare l’energia di un fulmine verso terra e dissiparla.
Ingegneria delle fondazioni per resistenza al sollevamento causato dal vento: profondità del calcestruzzo, armatura e determinazione della capacità portante del terreno
La progettazione della fondazione determina una certa resistenza ai carichi del vento. Ad esempio, la progettazione della fondazione di un palo alto 8 metri sottoposto a un vento di 33 m/s produce i seguenti risultati:
Requisito del fattore - Base del calcolo
Profondità del calcestruzzo: 1,2–1,8 metri — 1/6 dell’altezza del palo più la profondità del gelo
Armatura: griglia di barre di acciaio del diametro di 16 mm con interasse di 200 mm, norma ASTM A615 (resistenza a trazione)
Capacità portante del terreno: ≥ 150 kN/m² — prova di penetrazione secondo la norma ASTM D1586
Per prevenire il sollevamento causato dal vento, i calcoli di massa della fondazione, basati sul codice edilizio ASCE 7-22, indicano che il tipo di terreno determina le dimensioni della base. Ad esempio, per terreni sabbiosi la base deve essere del 30% più larga rispetto a quella richiesta per terreni argillosi. Un tempo di maturazione compreso tra 7 e 28 giorni consente al calcestruzzo di raggiungere una resistenza a compressione di 25 MPa, evitando così inclinazioni o crolli durante un uragano di categoria 3.
Domande frequenti
Perché un sopralluogo in campo è così importante per l’installazione di un lampione stradale solare?
Il lavoro sul campo aneddotico determina essenzialmente gli angoli ottimali per i pannelli solari e le luci, prepara le varie condizioni di ombreggiamento, misura e valuta i livelli luminosi ambientali topografici sicuri e ideali.
Quali sono alcuni degli effetti della modellazione fotometrica sul posizionamento dei pali?
La modellazione fotometrica migliora il dettaglio stradale per ottimizzare lo spaziamento del posizionamento dei pali.
Qual è il risultato delle diverse adattamenti basati sul clima nella progettazione dei lampioni solari?
La maggior parte degli adattamenti, come quelli relativi al grado di protezione IP67 e ai meccanismi antipolvere con ventilazione variabile, abbinati anche a una gestione termica, consente alle luci di funzionare in modo uniforme in condizioni ambientali diversificate.
Quali sono altri effetti dei sistemi di illuminazione stradale a componenti separati?
I sistemi a componenti separati sono molto vantaggiosi per la gestione termica e per la manutenzione generale, consentendo di realizzare facilmente progetti concepiti per durare a lungo in ambienti estremi e in altre condizioni impreviste.
Quali sono le considerazioni più importanti in termini di sicurezza durante l’installazione di lampioni stradali solari?
Le misure più importanti prevedono realizzare collegamenti elettrici conformi agli standard UL o IEC, utilizzare involucri protettivi con grado di protezione IP67+, e realizzare fondazioni stabili resistenti al vento e ad altre condizioni meteorologiche.