איך להרחיב את טווח הטעינה של פנס רחוב סולרי LED?

אופטימיזציה של מיקום ושיפוע הלוח הסולארי לייצור מקסימלי של אנרגיה סולארית

שיפוע = קו הרוחב + המיקום העונתי של השמש

החשיבות של מיקום הנכון של לוחות סולריים לפעולת נורות רחוב סולריות LED איננה ניתנת להגזמה. הלוחות מותקנים בדרך כלל בזווית המתאימה לרוחב המיקום בו הם מותקנים. במילים אחרות, על הלוחות להיות מותקנים בזווית כזו שיאפשרו להם להיות מאונכים למיקום השמש בזניט במרכז חודשי הקיץ. אם נבחן מיקום ברוחב 35 מעלות צפונה, הלוחות שמותקנים בזווית של 35 מעלות ביחס לאופק יפיקו תוצאות טובות, אך ניתן לשפר את התוצאות הללו על ידי התאמת זווית הלוחות בהתאם לעונה. בחודשי החורף, יש להגדיל את הזווית של הלוח(ות) ב-10–15 מעלות (קרוב יותר למאונך), כדי לאפשר ללוחות לקלוט חלק גדול יותר מהאנרגיה הסולרית הנובעת מהמיקום הנמוך של השמש. בחודשי הקיץ המצב הפוך: יש לקבוע את זווית הלוחות בזווית נמוכה יותר כדי למנוע חימום יתר של הלוחות ולצמצם את קליטת האנרגיה הסולרית כדי למנוע חימום יתר. הורדת הזווית באותו גודל (10–15 מעלות) מנקודת האנך נקראת 'הגדרת קיץ'. מחקרים מעידים שעל ידי התאמות אלו בהתאם לעונה, אפשר למנוע איבודי אנרגיה (עד 20%) הנובעים מהטיה של הלוח(ות). האנרגיה הנאגרת במערכות הסוללות תהיה אמינה לאורך כל השנה, כולל בחודשי הקיץ והחורף.

אופטימיזציה דינמית של הזווית: מקרה למידה ברג'סטאן

בוצעה בדיקה שדהית באופטימיזציה דינמית של זווית הטיית הפאנלים הסולריים ברג'סטאן. מחקרים שדהיים קודמים הראו שאפילו עם התאמות עונתיות של הזווית, פאנלים קבועים המוצבים בזווית של 27 מעלות מייצרים פחות אנרגיה (כ-4.2 קילו וاط-שעה מדי יום) מאשר פאנלים ניתנים להתאמה. במבחן זה הותקנו מנועי הטייה ניתנים להתאמה עם מיקומים עונתיים מוגדרים (זווית הטייה לחורף – 42 מעלות, וזווית הטייה לקיץ – 12 מעלות). התוצאה הייתה עלייה בייצור האנרגיה עד 5.8 קילו וاط-שעה. כתוצאה מכך, משקי הבית באזור נהנו מ-2.5 שעות נוספות של תאורה בערב, אשר בעבר התבססה על מקור חשמל לא מתחדש. המערכת החזירה את עלותה של 220 דולר (ליחידת סולארית אחת) תוך פחות מ-14 חודשים, בזכות הפחתת התלות ברשת החשמל המרכזית. כפי שנחזה, הפאנלים הניתנים להתאמה הדגימו תשואה גבוהה על ההשקעה, בשל ההשתנות העונתית במיקום היחסי של השמש.

אי-יעילות טעינה של סוללות עופרת-חומצה מתחת ל-0° צלזיוס

סוללות חומצה-עופרת עדיין נפוצות במערכות תאורה סולאריות זולות, אך ביצועיהן מושפעים קשות בטמפרטורות מתחת לאפס. כאשר הטמפרטורה יורדת ל-0 מעלות צלזיוס, סוללות אלו מספקות רק 70–80 אחוז מהאנרגיה שעבורן עוצבו. ואף ב-10- מעלות צלזיוס, כמות האנרגיה שמספקות היא לעיתים קרובות פחות מחצי מהכמות הצפויה. תופעה זו נגרמת בעיקר מהטבע הוויסקוזי של الإلكטרוליט, אשר פוגע בשטף היונים. כתוצאה מכך, הסוללה אינה נטענת באופן מלא, וקצב היווצרות 결정ים של סולפט על לוחות הסוללה מתגבר. כתוצאה מכך, אורות רחוב סולאריים הופכים ללא תפקודיים בחורף. עובדה זו לא רק מסכנת את בטיחות הנהגים על ידי יצירת רחובות חשוכים, אלא גם יוצרת סיכון חמור לרגלים.

יתרונות LiFePO₄: פעולה ב-20-°C ויעילות קולומבית של 95%

בשל הבעיות שטמונות בתנאי מזג אוויר קרים עבור מערכות רבות, טכנולוגיית LiFePO₄ מהווה נדבה של אויר segol. 결정ים מסוג אוליבין מאפשרים להן לפעול בבטחה וביעילות גם בתנאים מתחת לנקודת הקיפאון. הן אף מגיעות ליעילות של 95% בתנאים של 20-°C. זהו גורם משמעותי מאוד בימים חורפיים קרים וענניים, שבהם קליטת ואספקת האנרגיה קריטיות. הטווח של התנאים בהם סוללות עופרת-חמצן יכולות לפעול מוגבל במידה רבה, והסוללות מגיעות במהרה לנקודת הפסקה הנמוכה של המתח, מה שמביא לפיזור מלא של הסוללה ואיבוד בהדרגה של הקיבולת הכוללת שלה. בימי החורף, גם אם הסוללות נפרקות לעומק, תהליך השיקום שלהן טוב בהרבה בהשוואה לסוללות עופרת-חמצן. סוללות LiFePO₄ משקימות בקלות מתהליכי הפריקה והטעינה, ועושות זאת לאורך זמן שאורכו לפחות שש פעמים יותר מאשר סוללות עופרת-חמצן. ערים מגינות על כך שמעבר לטכנולוגיה זו של סוללות בעת יישום רחב היקף של תאורת רחוב סולארית מביא לשיפור עצום באימונים הכוללים של אסטרטגיית התאורה הסולארית בחודשי החורף, בהשוואה לכימיות אחרות של סוללות.

למקסם את איסוף האנרגיה באור נמוך על ידי התקנת בקרים חכמים לטעינה עם טכנולוגיית MPPT

PWM לעומת MPPT: שיפור של 25–35% בכفاءת הטעינה בשעות החשכה, השחר והטילים הענניים

בקרי הטעינה מסוג MPPT (מעקב אחר נקודת ההספק המרבית) מتفوقים על בקרי PWM בסיסיים (מודולציה של גל פולסים) בכל היבטים, כולל שעות הבוקר המוקדמות, ערב מאוחר ותנאי מזג אוויר ענניים – כאשר תאורת הרחוב הסולארית LED זקוקה לדחיפה של אנרגיה. בעוד שבקרי PWM מגבילים את מתח הטעינה והזרם, בקרי MPPT מתאימים באופן דינמי את מתח הטעינה והזרם כדי למקסם את קליטת האנרגיה הסולארית, ללא תלות בשינויי כיסוי העננים. יעילות הטעינה של בקר MPPT יכולה להיות טובה ב-25–35% לעומת בקר PWM בתנאי אור נמוך, צל חלקית או אור מפוזר. כתוצאה מכך, תוחלת חיים של הסוללות מוארכת והאורות נשארים דולקים לאורך זמן רב יותר. ביישומים לא מחוברים לרשת, מערכות MPPT אוספות 15–30% יותר אנרגיה בתנאי אור נמוך בהשוואה למערכות PWM. עובדה זו מסבירה את העדפת בקרי MPPT במערכות תאורה לא מחוברות לרשת.

פיתוח טכניקות היברידיות לטעינה לצורך אמינות לאורך כל השנה

סולארית + רוח מיקרו או תמיכה מהרשת: זמינות הוכחה ב-99.2% בשימוש מציאותי

באמצעות (אנרגיה סולארית + רוח מיקרו) או (אנרגיה סולארית + רשת חכמה), נעלמת התלות בסיכונים הקשורים במזג האוויר. טורבינות רוח מיקרו מספקות אנרגיה בלילות רוחניים, ימים עננים או שבועות של ימים עננים. הרשת החכמה מושכת חשמל רק כאשר רמת הסוללה היא 20% או נמוכה יותר, ובכך ממזערת את דעיכת הרשת הראשית. ערים באירופה הצפונית משתמשות בטכנולוגיות אלו בהצלחה מוכחת. אחוז הממוצע של מחזורי ההפעלה/השבתירה הוא 99.2%, כאשר ימי החורף (סولאריים) פועלים ב-12 נקודות פחות טוב. בהשוואה ל- (אנרגיה סולארית + רוח מיקרו), מנהלי ערים חשים ירידה של 30% בתיקונים הנובעים מתקלות. כנראה זו הסיבה municipalities מתקינות אותן על כבישים מרכזיים, שבילים להולכי רגל ולanes אוטובוסים.

שאלות נפוצות

מהו הזווית הטובה ביותר להתקנת הפאנלים הסולאריים בהתאם לרוחב הגרין?

הזווית הטובה ביותר להתקנה היא בערך זהה לערך הרוחב הגאוגרפי של המקום. לדוגמה, ניתן להתאים את הזווית האנכית של הפאנלים לחודשי החורף כדי לקלוט יותר אנרגיה.

למה חלק מהאנשים מעדיפים להשתמש בסוללות LiFePO₄ באקלים קיצוני?

בסביבות קיצוניות, סוללות LiFePO₄ פועלות באופן מושלם בטמפרטורה של 20- מעלות צלזיוס. בנוסף, הן פועלות ביעילות של כ־95%. לעומת זאת, סוללות עופרת-חמצן הופכות לחלוטין לאיעילות ופועלות רק בטמפרטורה של 0 מעלות צלזיוס.

איך שיפור טעינת הסולארית מתבצע באמצעות טכנולוגיית MPPT?

טכנולוגיית MPPT יכולה למקסם את תהליך הטעינה בלוחות סולריים בזכות היכולת לשנות מאפיינים שונים ולשמור על תהליכי הטעינה והפריקה ביעילות המרבית האפשרית. לדוגמה, בתנאי תאורה לא מיטיבים, נקצרת יעילות של 25–35 אחוז בהשוואה לשלטים מסוג PWM.

מה היתרונות של מערכות טעינה היברידיות?

השילוב של אנרגיה סולרית עם מערכות טעינה מיקרו-רוח גורם לפעולת התאורות ברחוב להיות אמינה, מכיוון שמערכות היברידיות מסוגלות לספק זמינות של 99.2% בתנאי אקלים קיצוניים.