אילו גורמים משפיעים על זמן האירוס של תאורת רחוב סולארית?

קלט מהפאנל הסולארי: יעילות, מיקום והצגה

השפעת היעילות של הפאנל, הדירוג בוואט, הזווית והכיוון (Tilt/Azimuth) על לכידת האנרגיה היומית

בעוד שפאנלים בעלי וואטאז' גבוה יותר אוספים יותר אור שמש, קיימת סבירות גבוהה יותר שהם יגשים את הפוטנציאל המלא שלהם בהתאם למיקומם. כשמדובר בהתקנות קבועות של פאנלים סולריים ברוב צפון אמריקה, הכיוון האמיתי לדרום (שאינו זהה לדרום המבוסס על המצפן) וההתאמות לזווית הסיבוב בהתאם למיקום גאוגרפי יכולים לשפר באופן דרמטי את כמות האנרגיה המופקת במהלך השנה. גם התאמות עונתיות של זווית הפאנלים מוצדקות. בחודשי החורף, כאשר גובה השמש נמוך יותר, ניתן לאסוף כמות גדולה יותר של אור שמש על ידי הגדלת זווית הפאנלים. בחודשי הקיץ, זווית נמוכה יותר תאפשר איסוף טוב יותר. בתנאים אלו, הפאנלים הטובים ביותר הם פאנלים מקריסטל סיליקון חד-גוני (יעילות של 22–24%). פאנלים אלו יכולים להפעיל תאורת רחוב ולהקטין את משך הזמן שבו התאורה נשארת דולקת.

השפעת האבק, הצללה ומסלול השמש העונתי על טעינה אמינה

התנאים הסביבתיים משפיעים באופן מדיד ומזיק על ביצועי מערכות פאנלים סולריים, כאשר הדרוג מתרחש בתבניות מסוימות ומצטבר עם הזמן. אפילו חסימה חלקית של פאנלים סולריים על ידי עצים או בניינים יכולה לגרום לאובדן הספק גדול מ-50% בשל החיבור בין התאים הסולריים בתוך הפאנלים. בנוסף, הפאנלים הסולריים מתלכדים במהרה, וככל שהם מתלכדים, יעילותם יורדת ב-15–25% כל שלושה חודשים (כלומר מדי רבעון) במשך תקופה של שלושה חודשים. כדי להפחית בעיה זו, ניתן ליישם שכבת כיסוי דוחה אבק ספציפית. גם התחשבות במסלול העונתי של השמש לאורך השנה מוסיפה שכבה נוספת של מורכבות. לעומת הקיץ, ימי החורף מכילים פחות שמש, כלומר יש פחות אנרגיה סולרית שאפשר לאגור בחודשי החורף. במקרה זה, ביצועי הפאנלים הסולריים יורדים ב-40%, ולכן נאספת פחות אנרגיה סולרית; ימי הקיץ מכילים יותר אנרגיה סולרית וימי הקיץ ארוכים יותר (השמש נמצאת בגובה גבוה יותר בשמיים). בנוסף, כדי להבטיח ביצוע אופטימלי של הפאנלים הסולריים ולשפר ולהבטיח ביצועים אמינות של הפאנלים הסולריים לפחות ברמה המינימלית של הביצועים, יש צורך גם להבטיח יישום ביצועים אפקטיביים ואמינות של הפאנלים הסולריים. מערכות פאנלים סולריים מבטיחות שהאורות המופעלים על ידי אנרגיה סולרית יישארו דולקים לאורך כל הלילה.

מערכת סוללות: קיבולת, כימיה ודעיכה לאורך זמן

סוללות ליתיום לעומת סוללות עופרת-חמצן: קיבולת שימושית, עומק פריקה וסיבובים של זמן פעילות לילי

סוללות ליתיום מספקות קיבולת שימושית של עד 80–90 אחוז מהקיבולת הכוללת שלהן, בעוד שסוללות עופרת-חמצן מספקות רק 50 אחוז קיבולת שימושית. כלומר, סוללות עופרת-חמצן יכולות להתפרק רק עד ערך זה, בעוד שסוללות ליתיום יכולות להתפרק במידה רבה יותר. בפועל, זה אומר תקופת חיים ארוכה יותר וזמן פעילות ממושך יותר. לדוגמה, נבחן סוללת ליתיום של 100 אמפר-שעה.

בדרך כלל הוא מספק חשמל למדליות LED במשך יותר מ-10 שעות. סוללת עופרת-חמצן באותו הגודל יכולה להפעיל מדליות LED רק 6–7 שעות לפני שהצטרכות לטעינה מחדש. לסוללות ליתיום ניתן להשתמש יותר פעמים, מכיוון שאפשר ל descargar אותן יותר, בעוד שסוללות עופרת-חמצן דורשות טיפול זהיר יותר כדי למנוע סולפציה מהירה יותר. כתוצאה מכך, לסלולות עופרת-חמצן תקופת חיים קצרה יותר, ולמרות שמחיר הסוללות הליתיומיות גבוה יותר בתחילה, הן מצדיקות את ההשקעה בזכות תפוקת האנרגיה ותקופת החיים הארוכה שלהן. עובדה זו נכונה במיוחד עבור תאורת רחוב נשלטת על ידי פאנלים סולריים, אשר חייבות לפעול כל לילה.

הדרוג של מערכות הסוללות באורות רחוב סולריים מושפע במידה רבה מהטמפרטורה. בבדיקות שדה הוכח כי קיבולת הסוללה יכולה לרדת עד 30% עקב טמפרטורה גבוהה מדי. כאשר כל התחנות האחרות שוות, סוללות עופרת-חומצה נוטות לדרוג כפליים מהר מסוללות ליתיום. לדוגמה, לאחר כ־500 מחזורי טעינה ופריקה מלאים, סוללות עופרת-חומצה יישארו בממוצע ב־60% מקיבולתן ההתחלתי, בעוד שסוללות הליתיום יישארו ב־80–85%. מה זה אומר? זה אומר שהאורות יאירו זמן קצר יותר. בחורף, מערכות סוללות ישנות מסוגלות לספק 20–40% פחות זמן פעילות, בדיוק כשנדרש זמן פעילות ארוך יותר. כאשר פועלים בטמפרטורות קבועות מחוץ לטווח של 15–35 מעלות צלזיוס, תהליך ההזדקנות מאיץ. לכן חשוב לבחור סוללות שתוכננו עבור האקלים המקומי. כמה סוללות ליתיום ייחודיות מתוכננות לפעול טוב יותר באקלים קריר, והן שווות את ההשקעה באזורים החשים תנאי חורף קיצוניים.

בקרים חכמים תורמים גם לשמירה על בריאות הסוללות ועל פעולת התאורה לתקופות ארוכות, היות שהם משתמשים באלגוריתמים מובנים המנתחים מידע על עוצמת הטעינה הנוכחית והעומס הזמין המשוער לימים הבאים, בהתבסס על תנאי מזג האוויר הצפויים, הטמפרטורה ותנאי האור ששררו בעבר. תכונת התאמות לטמפרטורה מונעת טעינה יתרה או תת-טעינה של הסוללה. עמעום אדפטיבי מפחית את בהירות ה-LED ב-50% ומביא לסיוע הנדרש לביטחון. הבקרים מאריכים את משך החיים הצפוי של סוללות ליתיום ב-25%, על ידי הגבלת הטעינה ל-80% מהקיבולת בטמפרטורות גבוהות מ-35° צלזיוס, ומאריכים את מחזור הטעינה. שילוב של חיישני תנועה ועמעום מספק תאורה ממוקדת של 8–12 שעות לאורך כל העונות, ומצמצם את צריכת האנרגיה ב-30–50%.

חיישני תנועה, עמעום מבוסס זמן ולדים מתקדמים יכולים לצמצם את דרישת ההספק של תאורת רחוב סולרית.

במערכות תאורה, הוספת חיישני תנועה מצמצמת את צריכת החשמל ב־40 אחוז, מאחר שהמערכת מפעילה עוצמה מלאה ובהירות מלאה רק כאשר מישהו נכנס לטווח פעילותו של חיישן התנועה. תכונה נוספת מעולה לחיסכון בחשמל היא עקיבה זמן-מבוססת של עוצמת האור, שבה המערכת מפחיתה אוטומטית את עוצמת האור בשעות מסוימות של היום. לדוגמה, ב־00:00 ניתן להפחית את עוצמת האור ל־30 אחוז ולהגביר אותה אוטומטית ל־70 אחוז עד השעה 06:00, כדי להבטיח שהאורות יהיו בהירים מספיק כדי להיות נראים על ידי נוסעי המטוסים בבוקר. בנוסף, דיודות פולטות אור (LED) חדשות שיוצרו לאחרונה מסוגלות לייצר בין 180 ל־200 לומן לוואט. כלומר, דיודות פולטות אור (LED) יעילות יותר אנרגטית וצרכות בערך 50 אחוז מהאנרגיה שצרכות טכנולוגיות תאורה מסורתיות כמו נורות דקיקת קשת (HID) ונורות ניאון. יעילות מעולה מושגת גם באמצעות גופי תאורה שתוכננו להוציא חום כאשר הטמפרטורה עולה ל־45° צלזיוס. אם נשלב את כל המרכיבים הנזכרים לעיל, טכנולוגיות חכמות ותאורת רחוב סולארית מוכיחות שניתן להשתמש בהן באופן אמין במשך חמישה ימים רצופים של מזג אוויר מעונן, ובכך מספקות לקהילות מערכות ללא תלות ברשת החשמל לראשונה.

איך הגאוגרפיה והאקלים משפיעים על אמינות המערכת

תפעול אורות רחוב סולריים מושפע במידה רבה מהגאוגרפיה. עבור סוללות ליתיום, חלק מהאנרגיה נאבד זמנית כאשר הטמפרטורה נמוכה מנקודת הקיפאון. באקלימים חמים יותר, אובדן האנרגיה וההדרוג של הלוחות מתרחשים בקצב מהיר יותר. בסביבות חופיות שבהן יש אוויר מלוח, האוויר המלוח עלול לפגוע ברכיבים החשמליים, כגון קופסאות חיבורים ופקדים. למערכות אלו יורד טווח חייהן אם לא תבוצע תחזוקה נוספת. בהרים ובצפון הרחוק, חודשי החורף גורמים לתקופות ארוכות יותר של חושך ולקטיפות שלגים גדולות יותר, אשר יחסמו את אור השמש ויאסרו חום כדי להמיס קרח. משרד האנרגיה של ארצות הברית עשה מחקר שבו הדגיש את הצורך בתכנון חכם בנוגע לתופעות מזג האוויר המתרחשות בקהילות, החל מסופות טרופיות, דרך סופות חול, ועד מחזורים של קיפאון והפשרה בחודשי החורף. תכנון חכם כולל מספר צעדים מרכזיים, ביניהם…

זיהוי סוללות ליתיום עם דירוג קור (-20°צ) להפעלה באזורים הארקטיים.

זיהוי פלדות לא חלדאיות או סגסוגות אלומיניום למשימות ימיות עם עמידות גבוהה יותר לתהליך הקורוזיה לשימוש באזורים חוף או אקלימים לחים.

זיהוי מקומות שבהם ניתן להגביר את דירוג העומס הרוחי המבוני לאזורים הערוכים לסיקלונים או לטורנדו.

זיהוי מיקומים שבהם ניתן להשתמש בזוויות נטיה של הלוחות של 45 מעלות ומעלה ובשיטח חלק שאינו מאפשר הדבקה, כדי לאפשר את הורדת השלג.

הנדסת תאורת רחוב סולארית לאזורים אקלימיים תפחית את הפחתת משך הזמן التشغילי ב-40% בעונות החורף והקיץ השיאיות, בהתבסס על נתוני ביצועי מיקרו-רשת מה-NREL.

שאלות ותשובות

מה היתרונות בשימוש בפאנלים מסיליקון מונוקריסטלי?

פאנלים מסיליקון מונוקריסטלי הם בעלי יעילות של 22–24%, כלומר הם ממירים באפקטיביות את אור השמש הנקלט לחשמל; לפיכך הם מפריזים את חיי הפעולה של תאורת רחוב סולארית.

איך גורמים סביבתיים משפיעים על ביצועי הפאנלים הסולאריים?

גורמים סביבתיים, כולל כיסוי אבק וצלילה, וכן מסלולי השמש העונתיים, יכולים לפגוע באופן משמעותי ביעילות הכוללת של הלוח. אזורים מוצלים של הלוח יכולים להפחית את הפלט ביותר מ-50%, בעוד שלוחות לא נקיים יכולים להפחית את היעילות ב-15–25%.

למה סוללות ליתיום מועדפות על פני סוללות עופרת-חמצן לתאורת רחוב סולארית?

סוללות עופרת-חמצן יש להן תקופת חיים קצרה יותר וקיבולת פריקה נמוכה יותר. לפיכך, סוללות הליתיום יספקו זמן פעולה טוב יותר במתח יציב יותר, למרות שהן יקרות יותר.

מהי התפקידה של בקרים חכמים בתאורת רחוב סולארית?

בקרים חכמים מאריכים את תקופת החיים של הסוללה ומשמרים אנרגיה באמצעות מעקב אחר בריאות הסוללה והפעלת עמעום תואם כדי לייעל את התאורה.

איך תנאי מזג האוויר משפיעים על האמינות של תאורת רחוב סולארית?

האמינות עלולה להיפגע עקב קיצוני הטמפרטורות והאתגרים שמציעים החוף והגאוגרפיה. האמינות מושפעת מקיצוני הטמפרטורות. האמינות מושפעת מקיצוני הטמפרטורות.