EN
Žiemos įkrovos sprendimai LED saulės gatvės šviestuvų sistemoms šaltose klimato zonose
Žiema kelia didžiausius eksploatavimo reikalavimus bet kuriai lED saulės gatvės šviesa trumpes dienos valandos sumažina bendrą prieinamą saulės energiją. Žemesnė saulės kampų padėtis padidina atmosferos šviesos kelio ilgį, todėl sumažėja spinduliavimas ant saulės baterijų paviršiaus. Sniego danga atspindi dalį šviesos nuo horizontaliai sumontuotų saulės baterijų. Ir svarbiausia – žemos temperatūros sulėtina elektrochemines reakcijas viduje akumuliatoriaus tik tuo metu, kai sistema labiausiai reikalauja kiekvieno prieinamo vatvalandžio. Šalant žiemos laikotarpio įkrovos trūkumą reikia spręsti kiekvieną iš šių veiksnių – pasirenkant tinkamus komponentus ir konfigūruojant sistemą; nėra vieno sprendimo, kuris vienu metu kompensuotų visus šiuos veiksnius.
Kodėl žiemos metu įkrovimas nepavyksta
Saulės geometrijos problema
45° šiaurės platumoje žiemos saulėgrįžos metu saulė pasiekia tik 21,5° aukštį. Saulės šviesa praeina per maždaug tris kartus ilgesnį atmosferos kelią nei vasarą, o dienos šviesos trukmė sutrumpėja iki 8–9 valandų. Bendras kasdienis saulės spinduliavimas ant saulės baterijų gali sumažėti iki 25–30 % nuo vasaros reikšmių.
100 vatų saulės elementas vasarą gali sukaupti 500 vatai valandai, o žiemą gryno dangaus dieną – tik 120–150 vatai valandai, o debesuotomis sąlygomis – 50–80 vatai valandai. 60 vatų LED lempa, veikianti 12 valandų, kiekvieną naktį sunaudoja 720 vatai valandai – tai sukuria deficitą, kuris stiprėja kiekvieną debesuotą dieną.
Akumuliatorių chemija žemoje temperatūroje
LiFePO4 akumuliatoriai esant žemoms temperatūroms patiria reikšmingą talpos sumažėjimą – 70–80 % esant –10 °C, o esant –20 °C – iki 50–60 %. BMS šią problemą dar labiau pablogina, neleisdama įkrauti akumuliatorių žemesnėje nei 0 °C temperatūroje, kad būtų išvengta litio dengimo. Tai reiškia, kad šaltiausiomis ryto valandomis, kai pirmą kartą pasirodo saulė, akumuliatorius negali priimti įkrovos.
Šiaurės Kinijoje esančioje savivaldybėje 300 įprastų, elektros tinklu maitinamų gatvės šviestuvų buvo pakeista LED saulės energijos gatvės šviestuvais kaimo keliuose, kur elektros tinklo išplėtimas būtų per brangus. Pirmąją žiemą nustatyta, kad šviestuvai šiaurės kryptimi esančiose kelio dalyse pradėdavo nebeveikti 2 val. ryto – maždaug 4 valandas anksčiau nei reikėtų iki aušros. Analizė parodė, kad saulės baterijos buvo suprojektuotos remiantis metiniu vidutiniu saulės šviesos intensyvumu, o ne žiemos minimumu, o LiFePO4 akumuliatoriai neturėjo žemų temperatūrų krūvinės apsaugos. Projektinė komanda kartu su „Haisiou Lighting“ įdiegė patobulintus sprendimus: pakeitė saulės baterijas didesnėmis, įmontavo akumuliatorių šildymo elementus ir MPPT valdiklius. Kitą žiemą 96 % vienetų visą naktį veikė net šalčiausiais mėnesiais.
Praktiniai sprendimai žiemos našumui užtikrinti
Saulės baterijas reikia suprojektuoti pagal blogiausią mėnesį
Sistemos dydžio nustatymui būtina naudoti gruodžio ar sausio saulės spinduliavimo duomenis, o ne metinius vidurkius. Įrengimams, esantiems aukščiau 40° platumos, saulės elementų galingumas, apskaičiuotas metinio vidurkio sąlygomis, turi būti padaugintas iš 1,5–2,0. Vasaros perdyginimas reguliuojamas įkrovos valdiklio.
Įdiegti akumuliatorių šiluminį valdymą
Akumuliatorių baterijos, įmontuotos šviestuvo korpuso viduje, naudoja LED šilumos nuostolius naktinėje veiklos metu – apytiksliai 15–20 % elektros įėjimo energijos virsta šiluma. Šis neaktyvus šildymas paprastai palaiko akumuliatorių 5–10 °C šiltesnį už aplinkos temperatūrą.
Šaltesnėse vietovėse aktyvus šildymas nukreipia įkrovos srovę į varžinį elementą ir energija tiekiama elementams tik tuomet, kai baterijų paketas pasiekia saugią temperatūrą. Energijos sąnaudos yra nedidelės – 5–10 % kasdienės įkrovos.
Saulės elementų kampas ir sniego tvarkymas
Žiemos plokštumos nuolydžio kampas turėtų būti lygus platumai plius 15° Šiaurės pusrutulyje. Stačiau nuolydis padeda sniegui nuslysti, o hidrofobinės danga sumažina ledo sukibimą. Įmontuoti šildymo elementai gali aktyviai tirpinti sniegą kritiniuose įrengimuose.
Haisiou Lighting siūlo LED saulės gatvės šviestuvus, kurie yra suprojektuoti veikti šaltuoju metų laiku, naudojant LiFePO4 akumuliatorius, MPPT valdiklius ir galimybę pasirinkti akumuliatoriaus šildymą bei permatytus vienakristalinius saulės elementus.
Dažniausiai užduodami klausimai
Kodėl mano saulės gatvės šviestuvas neveikia visą žiemos naktį?
Dažniausia priežastis – per mažas saulės elementas, kurio dydis apskaičiuotas remiantis vasaros arba metinio vidurkio sąlygomis, o ne žiemos minimalios saulės šviesos intensyvumo sąlygomis. Kitos priežastys – akumuliatoriaus talpos sumažėjimas dėl daugkartinio gilaus iškrovimo ciklų, saulės elemento paviršiaus užterštumas, kuris mažina įkrovos srovę, ir akumuliatoriaus temperatūros kritimas žemiau įkrovos nutraukimo slenksčio ankstyvą rytą.
Kiek reikėtų padidinti saulės elemento dydį žiemos sąlygoms?
Paneles galios, apskaičiuotos metiniam vidurkio sąlygoms, daugykite iš 1,5–2,0 įrenginiams, esantiems aukščiau 40° platumos. Tikslus daugiklis priklauso nuo vietos gruodžio mėnesio dienos maksimalių saulės valandų skaičiaus palyginus su metiniu vidurkiu. Profesionalus saulės spinduliavimo duomenų bazė pateikia vietos specifinius duomenis tiksliai sistemai parinkti.
Ar LiFePO4 akumuliatoriai gali būti kraunami šaltuoju oru?
Standartiniai LiFePO4 akumuliatoriai neturėtų būti kraunami, kai elementų temperatūra žemesnė nei 0 °C. Akumuliatoriai su integruota žemos temperatūros apsauga užbloškia kravimą, kol elementai nepasiekia nustatyto minimumo. Akumuliatoriai su savaiminiu šildymu naudoja dalį kravimo srovės elementams pašildyti, o tik po to pradeda įprastinį kravimą – todėl jie tinkami naudoti visus metus šaltose klimato zonose.
Kodėl mano saulės lempa mažiau įsikrauna debesuotomis žiemos dienomis?
Debesų danga sumažina tiesioginę saulės spinduliuotę 70–90 %. Kartu su trumpesniu dienos šviesos trukme ir žemesniu saulės kampu žiemą bendras kasdienis energijos surinkimas gali sumažėti iki 10–20 % nuo įvertintos plokštės galios. MPPT įkrovimo valdiklis padeda išgauti maksimalią galią iš esamos sklaidytos šviesos, tačiau negali kompensuoti esminio saulės plokščių per mažo dydžio.
Kaip priežiūrėti saulės gatvės šviestuvus snieguotose vietovėse?
Nustatykite plokščių pasvirimą į plotį plius 15° žiemai, kad maksimaliai padidintumėte energijos surinkimą ir skatintumėte sniego nuslydimą. Po sniego įvykių valykite plokštes ilginamuoju strypu su minkšta šepetuka – vengkite metalinių šluostukų, kurie gali įbrėžti plokščių paviršių. Nurodykite plokštes su hidrofobiška danga ir svarstykite integruotus šildymo elementus kritinėms įrengimo vietoms, kur priežiūra yra ribota.
Koks turi būti saulės plokščių kampas žiemai?
Šiaurės pusrutulyje žiemos laikotarpiu saulės baterijų plokštumos nuolydžio kampas turėtų būti lygus platumai plius 10–15°. 45° šiaurės platumoje tai reiškia 55–60° nuolydžio kampą. Tikslus pietų orientavimas maksimaliai padidina bendrą kasdienę energijos gamybą. Reguliuojamos montavimo atramos leidžia keisti nuolydžio kampą pagal sezonus – stoves žiemai ir mažesnio nuolydžio vasarai – kad būtų pasiektas optimalus veikimas visus metus.