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Altezza della luce stradale solare e impatto sulle prestazioni illuminotecniche
Legge dell'inverso del quadrato
Un esempio della legge dell'inverso del quadrato è rappresentato dal caso di un palo della luce alto il doppio rispetto a un palo standard: l'illuminamento al livello del suolo si ridurrà di circa il 75%. Ad esempio, una lampada solare per illuminazione stradale installata a un'altezza di 6 metri produrrà soltanto un quarto dell'illuminamento al suolo rispetto a una lampada installata a un'altezza di 3 metri. Questo fattore è generalmente determinante nella scelta dell'altezza ottimale del palo della luce in relazione alla larghezza della strada. In linea generale, si adotta un approccio 1:1. Utilizzando come riferimento la norma indiana 3500, una strada larga 7 metri richiederà un palo della luce della stessa altezza per garantire un illuminamento uniforme superiore a 20 lux. L'abbagliamento costituisce un problema serio quando l'altezza di installazione della lampada è bassa; lo è altrettanto quando la lampada è orientata orizzontalmente nella direzione di propagazione della luce. Pali più alti risultano più efficaci nel ridurre l'abbagliamento e lampade progettate correttamente convoglieranno una percentuale maggiore della luce nella zona effettivamente da illuminare. Maggiore sarà l'energia consumata per produrre una quantità minore di luce visibile, rispetto all'energia necessaria per produrre una quantità maggiore di luce visibile con un elevato livello di consumo energetico.
Altezza rispetto alla potenza: perché l’altezza è fondamentale per i lampioni stradali solari
Un’altezza maggiore consente alle lampade una distribuzione della luce più ampia rispetto all’aumento della potenza. Nel nostro caso, l’aumento dell’altezza da 4 a 8 metri ha quasi triplicato la superficie illuminata senza incrementare il consumo energetico. Si tratta di un esempio emblematico dell’importanza del posizionamento rispetto alla potenza della lampadina. Questo risultato è stato confermato anche sul campo nel Gujarat: pali per lampioni stradali alti 12 metri hanno utilizzato il 25% in meno di energia per coprire un’area circa il 40% superiore rispetto ai pali da 8 metri. Pannelli posti a maggiore altezza incontrano minori ostacoli circostanti che generano ombre, consentendo di catturare circa il 18% in più di energia durante l’intera giornata. La maggior parte degli ingegneri conosce bene questo principio, motivo per cui privilegia l’altezza piuttosto che la potenza della batteria nei sistemi il cui costo è di circa 120 dollari USA in più per unità. Tutto ruota infatti intorno all’altezza, poiché essa ottimizza la distribuzione della luce, la captazione solare, il carico del vento e la durata complessiva del sistema.
Altezza ottimale contestuale per i pali dei lampioni stradali solari
L'altezza dei lampioni solari è determinata dal punto in cui la soluzione tecnologica incontra il contesto circostante. Di seguito sono riportate le linee guida basate sull'uso previsto.
Aree residenziali/parchi (3-6 m): per percorsi larghi meno di 7 m, pali alti 3-6 m dotati di corpi illuminanti da 30-60 W garantiscono un'illuminanza media di 15-20 lux. Ciò consente una ragionevole limitazione dell'inquinamento luminoso, garantendo al contempo un'illuminazione confortevole della zona pedonale.
Strade urbane (8-10 m): per strade larghe 8-12 m e con un requisito di illuminanza pari a 30 lux, abbinare lampade da 100 W a pali alti 8-10 m. L'installazione su lati opposti migliora inoltre l'efficienza della copertura e riduce la necessità di minore distanza tra i pali.
Autostrade (10-14 m): per carreggiate di larghezza superiore a 20 m, che richiedono un'elevata visibilità, pali alti 10-14 m equipaggiati con unità da 100-200 W sono adatti e possono essere posizionati a una distanza di 40-50 m l'uno dall'altro, per ridurre l'abbagliamento e l'inquinamento luminoso.
Uno studio Luxman (2023) ha dimostrato che, in caso di deviazioni di altezza inferiori a ±1,5 m, l’emissione luminosa era ridotta del 40% e l’energia veniva sprecata del 35%, evidenziando l’importanza di una scelta accurata dell’altezza per massimizzare le prestazioni fotometriche e ridurre il costo sul ciclo di vita.
Selezione dell’altezza dei lampioni solari
Considerazione della larghezza delle strade, dell’altezza dei lampioni e dell’interasse tra i lampioni
Raggiungere i livelli di illuminazione richiesti lungo le strade rappresenta un perfetto equilibrio tra tre elementi: la larghezza della strada, l’altezza dei pali e la distanza tra un palo e l’altro. Ad esempio, un sentiero stretto di circa 3–4 metri richiede pali di altezza pressoché equivalente (circa 3–4 metri), distanziati tra loro di circa 10–15 metri, per evitare le temute zone d’ombra tra un punto luce e l’altro. Per strade più larghe, ad esempio di 8–12 metri, l’altezza e la distanza tra i pali cambiano in modo significativo: i pali dovranno essere alti 8–10 metri e distanziati tra loro di 25–30 metri. Questa configurazione soddisfa generalmente le linee guida IES RP-8. I calcoli matematici garantiscono il rispetto dei requisiti obbligatori in termini di luminosità, limitando al contempo l’abbagliamento e il riverbero luminoso sulle proprietà adiacenti.
Esistono compromessi tra efficienza del pannello solare, carico del vento e altezza del pannello.
I carichi del vento aumentano con l'altezza, il che richiede che i pali siano realizzati con materiali di alta qualità (ad esempio acciaio zincato) per resistere a velocità del vento di circa 150 km/h. Il vantaggio è che un'altezza maggiore dei pali consente ai pannelli solari un migliore accesso alla luce solare, senza ostruzioni causate dall'ombreggiamento di edifici o alberi circostanti. Per progettisti e ingegneri, è sempre necessario valutare un compromesso. Secondo le segnalazioni sul campo ricevute nel 2023, un aumento dell'altezza comporta un incremento dei costi dei materiali di circa il 18% e un aumento della produzione di energia di circa il 9% al giorno. Sebbene i regolatori PWM gestiscano parzialmente i problemi legati all'ombreggiamento parziale, non riescono comunque a compensare pienamente gli effetti negativi derivanti da un'altezza eccessiva. Maggiore è la lunghezza dei cavi, maggiori sono le perdite di potenza. Il montaggio diventa più complesso e l'angolazione potrebbe risultare troppo piatta per garantire un'esposizione solare ottimale.
Dalla documentazione normativa alla verifica dei dati sul campo: IS 3500
Conformità ai requisiti di illuminamento (lux) IES RP-8 e IS 3500 per tutte le categorie di strade
Quando si tratta di conformità agli standard IES RP-8 e alla norma indiana IS 3500, l’altezza del lampione solare è uno dei fattori più influenti per il raggiungimento di tali standard. Alcuni esempi includono:
- Vie residenziali (larghezza: 5 m): pali da 6 m forniscono un’illuminazione compresa tra 10 e 15 lux
- Strade di raccolta (larghezza: 7–10 m): pali da 8 m possono soddisfare il valore minimo di 20 lux richiesto dalla norma IS 3500
- Autostrade (larghezza: 12 m e oltre): pali da 10 m o più garantiscono un’illuminazione uniforme di almeno 30 lux, necessaria per una circolazione sicura ad alta velocità
Altezze troppo basse possono generare zone oscure non conformi, mentre altezze eccessive possono causare una distribuzione non uniforme della luce e uno spreco di energia. Un audit recente (2023) condotto nel Gujarat ha rilevato una percentuale di non conformità pari al 22% sulle strade rurali a causa del mancato rispetto del valore minimo di 10 lux previsto dalla norma IS 3500, non garantito da pali superiori a 6 m. Ciò sottolinea l’importanza di una progettazione adeguata dell’arredo stradale e urbano.
Evidenze sul campo: confronto tra pali da 8 m e da 12 m su una strada rurale larga 7 m nel Gujarat, India
è stato condotto un test sperimentale di 12 mesi per valutare l’effetto dell’altezza dei pali su una strada larga 7 m.
Anche se il palo di 8 metri dava un punto positivo di luce qui e là, il 12 metri di impostazione, quando si guarda dal lux medio e la distribuzione uniforme della luce nel percorso, era sicuramente il migliore con un punteggio di 0,68 contro 0,41 del palo più corto. Il conducente sentirà sicuramente meno tensione lungo la strada e meno luce si diffonderà nei campi adiacenti, meglio adattandosi agli standard indiani del cielo scuro. Considerando tutto ciò, abbiamo imparato che, quando si installa una luce solare per le strade, è di estrema importanza che la copertura sia buona e che sia migliore di quella di lusso. L'uniformità è la misura migliore della qualità rispetto a un numero elevato di lux.
Domande frequenti
Qual è la legge del quadrato della distanza inversa per quanto riguarda i lampioni solari?
La legge del quadrato della distanza inversa afferma che quando l'altezza del palo di luce è raddoppiata, l'illuminazione del suolo sarà ridotta a un quarto del valore dell'illuminazione che esisteva originariamente e informa la impostazione dei poli di luce alla distanza.
Cosa rende l'altezza del palo più importante della potenza nei lampioni stradali solari?
Nei lampioni stradali solari, l'altezza è più importante della potenza perché influenza maggiormente la portata della distribuzione della luce rispetto a un semplice aumento della potenza. Esistono esempi provenienti dal Gujarat, in India, dove la regolazione dell'altezza dei pali ha determinato una maggiore diffusione della luce e persino una riduzione del consumo di energia elettrica.
Quali sono gli ambienti di installazione e i parametri relativi all'altezza dei pali?
pali da 3 a 6 metri sono ideali per ambienti residenziali e parchi, mentre su strade urbane l’altezza dei pali dovrebbe essere compresa tra 8 e 10 metri; sulle autostrade, invece, si raccomanda un’altezza dei pali compresa tra 10 e 14 metri per garantire un’illuminazione adeguata e al contempo energeticamente efficiente.
Quali sono gli svantaggi legati all’aumento dell’altezza dei pali?
Gli svantaggi derivanti dall’aumento dell’altezza dei pali includono costi maggiori per i materiali, una maggiore esposizione al vento e possibili problemi di efficienza energetica e di distribuzione della luce, qualora la progettazione non sia adeguata.