איך לפתור את בעיית הטעינה הנמוכה של אורות רחוב סולאריים עם LED בחורף?

פתרונות טעינה לחורף למערכות אורות רחוב סולאריים עם LED באקלים קרים

החורף מציג את תנאי ההפעלה המאתגרים ביותר לכל פנס רחוב סולארי LED שעות האור הקצרות יותר מפחיתות את סך האנרגיה הסולארית הזמינה. זוויות השמש הנמוכות יותר מגדילות את אורך המסלול באטמוספירה, מה שמקטין את עוצמת הקרינה על פני הלוחות הסולאריים. כיסוי שלג משחיר חלק מהאור הרחוק מלוחות סולאריים המותקנים באופן אופקי. ובעיקר, טמפרטורות נמוכות מאטות את התגובות האלקטרו-כימיות בתוך הסוללה בדיוק כאשר המערכת זקוקה ביותר לכל וואט-שעה זמין. פתרון חוסר הטעינה בחודשי החורף דורש טיפול בכל אחד מהגורמים הללו באמצעות בחירת רכיבים והגדרת המערכת — אין פתרון בודד שמבטל את כל הגורמים בו זמנית.

למה הטעינה בחודשי החורף נכשלת

הבעיה הגאומטרית של השמש

בخط רוחב 45° צפוני במהלך יום השוויון החורפי, גובה השמש המרבי הוא רק 21.5°. קרני השמש עוברות דרך אטמוספירה בערך פי שלושה יותר מאשר בקיץ, ואור היום מצטמצם ל-8–9 שעות. סך הקרינה הסולארית היומית על הלוחות יכול לרדת ל-25–30% מערכות הקיץ.

לוח סולרי של 100 וואט שמאגר 500 וואט-שעות בקיץ עלול לאגור רק 120–150 וואט-שעות ביום קריר חורפי בהיר, ו-50–80 וואט-שעות בתנאי ענן. נורה LED של 60 וואט שפועלת 12 שעות דורשת 720 וואט-שעות לילה — מה שיוצר פגיה שמתעכבת עם כל יום מעונן.

כימיה של סוללה בטמפרטורות נמוכות

סוללות LiFePO4 חווים הפחתה משמעותית בקיבולת בטמפרטורות נמוכות — 70–80% ב-10-°C, ויורדות ל-50–60% ב-20-°C. מערכת ניהול הסוללה (BMS) מחמירה על כך על ידי חסימת טעינה מתחת ל-0°C כדי למנוע ציפוי ליתיום, כלומר הסוללה אינה יכולה לקבל טעינה בשעות הבוקר הקרים ביותר, כשלפני השמש מתחילה להופיע.

עִירָה בַּצֶּפֶר הַסִּינַאי הֶחֱלִיפָה 300 נֵרוֹת רְחוֹבוֹת מְסוּדָּרִים בְּנֵרוֹת רְחוֹבוֹת סוֹלָרִיִּים בַּאֲשֶׁר הַחֲבָרָה לְרֶשֶׁת הַחַשְׁמַל הָיְתָה יְקָרָה מִדַּי עַל גִּבְעוֹת כְּפָרִיּוֹת. בַּחֹרֶף הָרִאשׁוֹן נִמְצָא שֶׁהַנֵּרוֹת בַּחֲלָקִים הַפּוֹנִים לַצָּפוֹן נִכְבְּתוּ בְּ־2:00 בַּלַּיְלָה — בְּיוֹתֵר מִ־4 שָׁעוֹת קֹדֶם הַזְּמַן הַמְּצוּוָּה לְהִכָּבֵת בְּעֵת הַשַּׁחַר. הַבְּחִינָה הִרְאֲתָה שֶׁהַפָּאנֵלִים נִתְכַּנְּנוּ לְפִי מִמְּצָע שְׁנָתִי שֶׁל הַזְּרִיקָה הַשִּׁמְשִׁית, וְלֹא לְפִי הַמִּינִימֻם הַחִוְרִי, וְהַסּוּלָּלוֹת מִסְגַּר LiFePO4 לֹא הִכִּלּוּ הַגָּנָה מִתְּשׁוּקַת חֹם נָמוּךְ. צִוּת הַמְּשִׁימָה עָבְדָה עִם Haisiou Lighting כְּדֵי לְהַשְׁמִישׁ אֶת הַיְּחִידוֹת הַנִּפְגָּעוֹת בְּפָּאנֵלִים גְּדוֹלִים יוֹתֵר, בְּחַלְקֵי חִמּוּם לַסּוּלָּלָה וּבְמוֹשְׁטְרֵי MPPT. בַּחֹרֶף הַבָּא, 96% מִן הַיְּחִידוֹת שָׁמְרוּ עֲבוֹדָה מַשְׁלִימָה בַּלַּיְלָה בְּחֹדְשֵׁי הַקְּרִירָה הַמַּרְגִּיעִים.

פִּתְרוֹנוֹת עֲשִׂיְּתִיִּים לְמִשְׁמַעַת חֹרֶף

לְהַגְדִּיל אֶת הַפָּאנֵל לְפִי הַחֹדֶשׁ הַקָּשֶׁה בְּיוֹתֵר

לבחירת גודל המערכת יש להשתמש בנתוני הקרינה של דצמבר או ינואר, ולא בממוצע השנתי. יש להכפיל את הספק הפאנלים שחושב בתנאי ממוצע שנתי ב-1.5–2.0 עבור התקנות מעל קו רוחב של 40°. עליונות קיץ מטופלת על ידי בקרת הטעינה.

יישום ניהול חום הסוללה

חבילות הסוללות בתוך גוף התאורה נהנות מחום הפסולת של ה-LED במהלך הפעולה בלילה — כ-15–20% מההספק החשמלי הופך לחום. החימום הפסיבי הזה בדרך כלל שומר על הסוללה ב-5–10° צלזיוס por על פני הטמפרטורה הסביבתית.

עבור התקנות קרות יותר, חימום פעיל מס diverted זרם טעינה אל אלמנט התנגדותי, ומעביר את ההספק לתאים רק לאחר שהחבילה מגיעה לטמפרטורה בטוחה. עלות האנרגיה היא מועטה: 5–10% מהטעינה היומית.

זווית הפאנלים וניהול השלג

זווית הלוח החורפית צריכה להיות קו הרוחב ועוד 15° בחצי הכדור הצפוני. שיפוע תלול יותר עוזר לשלג להחליק, וציפויים הידרופוביים מפחיתים את הדבקות הקרח. אלמנטים חימום משולבים יכולים להמיס פעיל את השלג במתקנים קריטיים.

Haisiou Lighting מציעה אורות רחוב סולריים LED המיועדים לביצוע באקלים קרים, עם סוללות LiFePO4, בקרים MPPT, ואפשרויות לחימום הסוללה ולוחות מונוקריסטליים מגודלים.

שאלות נפוצות

למה האור הסולרי ברחוב שלי לא נמשך לאורך לילות החורף?

הסיבה הנפוצה ביותר היא לוח סולרי קטן מדי שחושב עבור תנאי הקיץ או ממוצע שנתי, ולא עבור השמש המינימלית של החורף. סיבות נוספות כוללות ירידה בקיבולת הסוללה עקב מחזורי פריקה עמוקה חוזרים, זיהום על פני הלוח שמפחית את זרם הטעינה, וירידת טמפרטורת הסוללה מתחת לסף הפרעה לטעינה בשעות הבוקר המוקדמות.

באיזו מידה יש להגדיל את גודל הלוח הסולרי עבור החורף?

להכפיל את קיבולת הלוח המחושבת לתנאי ממוצע שנתי ב-1.5–2.0 עבור התקנות מעל קו הרוחב ה-40. הגודל המדויק של המקדם תלוי בשעות השמש המירביות היומיות בדצמבר לעומת הממוצע השנתי במיקום. מסד נתונים מקצועי של קרינה סולרית מספק נתונים מדויקים למיקום לצורך חישוב מדויק.

האם ניתן לטעון סוללות LiFePO4 באקלים קפוא?

סוללות LiFePO4 סטנדרטיות אינן צריכות להיטען כאשר טמפרטורת התאים נמוכה מ-0° צלזיוס. סוללות עם הגנה מובנית מפני טמפרטורות נמוכות יחסמו את הטעינה עד שהתאים יתחממו מעבר לסף. סוללות עם יכולת חימום עצמאי משתמשות בחלק מהזרם הטעינה כדי לחמם תחילה את התאים, ולאחר מכן מתחילות טעינה רגילה — מה שהופך אותן מתאימות לפעולת ירח בכל עונות השנה באקלים קריר.

למה האור הסולרי שלי נטען פחות בימים ענניים וקרירים?

כיסוי עננים מפחית את הקרינה השמשית הישירה ב-70–90%. בשילוב עם קוצר משך היום והזווית הנמוכה של השמש בחורף, כמות האנרגיה היומית הכוללת שיכולה להיאסף יורדת ל-10–20% מהפלט המדורג של הלוחות. בקרת טעינה מסוג MPPT עוזרת על ידי חילוץ הספק המקסימלי מהאור המפוזר הזמין, אך אינה יכולה לפצות על חוסר בסיסי בגודל הלוחות.

איך שומרות על אורות רחוב סולאריים באזורים מושלגים?

להגדיר את זווית הנטיה של הלוחות לרוחב המיקום ועוד 15° לחורף, כדי למקסם את האיסוף ולעודד את נפילת השלג. לנקות את הלוחות לאחר אירועים של שלג באמצעות מוט הרחבה עם מברשת רכה — להימנע ממשקפי מתכת שגורמים לפגמים על פני הלוח. לבחור לוחות עם ציפוי הידרופובי ולשקול הוספת אלמנטים חימום מובנים במתקנים קריטיים בהם גישה לתחזוקה מוגבלת.

באיזו זווית יש להתקין לוחות סולאריים לחורף?

בחצי הכדור הצפוני, זווית המישור של הפאנלים בתקופת החורף צריכה להיות שווה לרוחב הנקודה בתוספת 10–15 מעלות. ב-45 מעלות צפונה, זה אומר זווית נטיה של 55–60 מעלות. כיוון דרומה אמתי מקסם את כמות האנרגיה היומית הכוללת שמאוגרת. תקעים ניתנים להתאמה מאפשרים שינוי עונתי של הזווית — תלולה יותר בחורף ושטוחה יותר בקיץ — כדי למקסם את הביצועים לאורך כל השנה.