EN
Saulės baterijų įvestis: efektyvumas, pozicionavimas ir apšvietimas
Plokštės efektyvumo, galingumo klasifikacijos, nuolydžio / azimuto poveikis kasdieniam energijos surinkimui
Kai didesnės galios saulės baterijos pagauna daugiau saulės šviesos, jų galimybė pasiekti maksimalų našumą labiau priklauso nuo jų įrengimo vietos. Nuolatinėms saulės baterijų sistemoms daugumoje Šiaurės Amerikos regionų faktinė pietų kryptis (ne painioti su kompaso pietų kryptimi) ir vietovės pagrindu nustatomas posūkio kampas gali žymiai pagerinti metinį energijos prieinamumą. Taip pat pateisinami sezoniniai baterijų kampo reguliavimai. Žiemą, kai saulė yra žemiau horizonto, padidinus baterijų kampą galima paimti daugiau saulės šviesos. Vasarą mažesnis kampas pagerina energijos prieinamumą. Šiomis sąlygomis geriausios yra monokristalinės silicio baterijos (22–24 % efektyvumas). Šios baterijos gali maitinti gatvių šviestuvus ir leisti jiems šviesti trumpesnį laiką.
Dulkėtumo, uždengimo ir sezoninės saulės trajektorijos poveikis patikimam įkrovimui
Aplinkos sąlygos turi įmatomą neigiamą poveikį saulės baterijų sistemų veikimui, o našumo sumažėjimas vyksta tam tikrais modeliais ir kaupiasi laikui bėgant. Net dalinis saulės baterijų užtemdimas medžių ar pastatų šešėliu gali sukelti galios nuostolius, viršijančius 50 %, dėl saulės elementų, esančių baterijose, tarpusavio sujungimo. Be to, saulės baterijos greitai užsiteršia, o kai jos užteršiamos, jų našumas kas tris mėnesius (arba ketvirtį) sumažėja 15–25 % visą tris mėnesių laikotarpį. Šiai problemai sumažinti galima taikyti specialius purvinimo atsparius dangalus. Taip pat reikia atsižvelgti į saulės sezoninį judėjimą per visus metus, kas dar labiau sudėtingina situaciją. Palyginti su vasara, žiemos dienomis saulės yra mažiau, todėl žiemos mėnesiais galima išgauti mažiau saulės energijos. Šiuo atveju saulės baterijų našumas sumažėja 40 %, todėl surenkama mažiau saulės energijos; vasaros dienomis saulės energijos yra daugiau, o dienos ilgesnės (saulė dangaus skliaute yra aukščiau). Be to, kad būtų užtikrintas saulės baterijų optimalus veikimas ir pagerintas bei užtikrintas patikimas jų veikimas iki minimalaus našumo lygio, taip pat būtina užtikrinti efektyvų ir patikimą saulės baterijų veikimą. Saulės baterijų sistemos užtikrina, kad saulės energija varomos lempos visą naktį degtų.
Baterijų sistema: talpa, cheminė sudėtis ir išnaudojimo laikui būdingas nusidėvėjimas
Litio ir švinų rūgšties baterijos: naudinga talpa, iškrovimo gylis ir naktinio veikimo trukmės kompromisiniai sprendimai
Litio baterijos gali suteikti naudingą talpą iki 80–90 procentų nuo jų bendros talpos, o švinų rūgšties baterijos – tik 50 procentų. Tai reiškia, kad švinų rūgšties baterijos gali būti iškraunamos tik iki šio lygio, o litio baterijos – daug labiau. Praktiškai tai reiškia ilgesnį veikimo laiką. Pavyzdžiui, įsivaizduokime 100 Ah litio bateriją.
Paprastai jis gali maitinti LED lempas daugiau nei 10 valandų. Tuo tarpu šio paties dydžio švino-rūgštinė baterija gali maitinti LED lempas tik 6–7 valandas, kol reikės ją perkrauti. Litio baterijos gali ištverti daugiau ciklų, nes jas galima iškrauti giliau, o švino-rūgštinėms baterijoms reikia elgtis atsargiau, kad būtų išvengta greitesnio sulfatavimo. Dėl to švino-rūgštinės baterijos tarnavimo laikas yra trumpesnis; nors litio baterijos pradžioje gali kainuoti brangiau, jų energijos išvestis ir ilgesnis tarnavimo laikas padaro šį investicinį sprendimą vertingą. Tai ypač aktualu saulės energija veikiamoms gatvės lemputėms, kurios turi veikti kiekvieną naktį.
Baterijų sistemų degradacija saulės gatvės lemputėse labai priklauso nuo temperatūros. Lauko bandymuose buvo nustatyta, kad dėl per didelės temperatūros baterijos talpa gali sumažėti net iki 30 %. Visais kitais vienodais veiksniais švininės rūgštinės baterijos degraduojasi maždaug dvigubai greičiau nei litio baterijos. Pavyzdžiui, po apytiksliai 500 pilnų įkrovimo ir iškrovimo ciklų švininės rūgštinės baterijos vidutiniškai išlaiko tik apie 60 % pradinės talpos, o litio baterijos – apie 80–85 %. Ką tai reiškia? Tai reiškia, kad lemputės šviečia trumpesnį laiką. Žiemą senesnės baterijų sistemos gali užtikrinti 20–40 % trumpesnį veikimo laiką – būtent tada, kai ilgesnis veikimo laikas reikalingas labiausiai. Veikiant pastoviai temperatūrose, kurios yra žemesnės nei 15 °C arba aukštesnės nei 35 °C, senėjimo procesas paspartėja. Todėl svarbu pasirinkti baterijas, kurios suprojektuotos konkrečiai tam regionui ir jo klimatui. Kelios unikalios litio baterijos sukurtos taip, kad geriau veiktų šaltesniuose klimatuose, todėl jų įsigijimas yra vertas investicijos regionuose, kuriose būdingos griežtos žiemos.
Išmanieji valdikliai taip pat padeda išlaikyti akumuliatorių sveikatą ir leidžia šviesti šviesos šaltiniams ilgą laiką, nes jie naudoja įmontuotus algoritmus, kurie analizuoja informaciją apie dabartinį įkrovos lygį ir prognozuojamą prieinamą įkrovą kelioms artimiausioms dienoms, remiantis tikėtina orų būsena, temperatūra ir ankstesniais saulėtais laikais. Temperatūros kompensavimo funkcija neleidžia perdaug ar nepakankamai įkrauti akumuliatorių. Adaptacinis pritemdinimas sumažina LED šviesos intensyvumą 50 % ir užtikrina reikiamą saugą. Valdikliai padidina litio akumuliatorių numatomą tarnavimo trukmę 25 %, ribodami įkrovą iki 80 % talpos esant temperatūrai aukštesnei nei 35 °C ir pratęsdami įkrovos ciklą. Judėjimo jutiklių ir pritemdinimo derinys užtikrina tikslinį 8–12 valandų šviesos trukmės laiką visais metų laikais ir sumažina suvartojamą energiją 30–50 %.
Judėjimo jutikliai, laiko pagrindu veikiantis pritemdinimas ir pažangūs LED šviesos šaltiniai gali sumažinti saulės energijos gatvės šviestuvų energijos suvartojimą.
Šviesos sistemose judėjimo jutiklių įdiegimas sumažina energijos suvartojimą 40 procentų, nes sistema veikia pilna galia ir pilna šviesos intensyvumu tik tada, kai kas nors patekia į judėjimo jutiklio užfiksuojamą zoną. Kitas puikus energijos taupymo bruožas – laiko pagrindu reguliuojama šviesos intensyvumo mažinimo funkcija, kai sistema automatiškai sumažina šviesos intensyvumą tam tikru paros metu. Pavyzdžiui, vidurnaktį šviesos gali būti sumažintos iki 30 procentų ir automatiškai padidintos iki 70 procentų iki 6 valandos ryto, kad būtų užtikrinta pakankama šviesos intensyvumas ryto keliautojams matyti. Be to, naujausios gamybos LED lempos gali generuoti nuo 180 iki 200 lumenų vienam vatai. Tai reiškia, kad LED lempos yra energiškai efektyvesnės ir sunaudoja maždaug 50 procentų mažiau energijos nei tradicinės aukštosios įtampos išlyginamosios (HID) ir fluorescencinės šviesos technologijos. Puiki efektyvumas išlaikomas ir dėl šviesos įrenginių konstrukcijos, kurioje numatyta šilumos šalinimo sistema, kai temperatūra pakyla iki 45 °C. Visų aukščiau minėtų technologijų derinys bei saulės energija varomos gatvės lempos rodo, kad jos patikimai veikia penkias iš eilės debesuotas dienas, todėl bendruomenėms pirmą kartą suteikiamos energijos nepriklausomos sistemos.
Kaip geografija ir klimatas veikia sistemos patikimumą
Saulės gatvės žiburių veikimas labai priklauso nuo geografijos. Ličio baterijoms esant žemesnėms nei šaldymo temperatūroms, dalis energijos laikinai prarandama. Karštesnėse klimato sąlygose saulės elementų energijos nuostoliai ir nusidėvėjimas vyksta greičiau. Pakrantės aplinkoje, kur oras yra druskingas, druska gali koroduoti elektrinius komponentus, tokius kaip jungiamieji dėžutės ir valdikliai. Šių sistemų tarnavimo trukmė sutrumpėja, jei nevykdoma papildoma priežiūra. Kalnuose ir tolimuosiuose šiaurės regionuose žiemą trunka ilgesnės tamsos periodai ir susikaupia daugiau sniego, kuris užstoja saulės šviesą ir sušildo bei tirpina ledo sluoksnius. JAV energijos departamentas atliko tyrimus, kuriuose pabrėžia reikšmę protingam planavimui, atsižvelgiant į bendruomenėse vykstančius orų reiškinius – nuo tropinių audrų iki smėlio audrų ir žiemos šalčio bei atšilimo ciklų. Protingas planavimas apima kelis pagrindinius žingsnius, tarp kurių...
Šaltuoju metų laiku (-20 °C) veikiančių litio baterijų nustatymas veikimui šiaurės polinėse zonose.
Jūros klasės nerūdijančiųjų plienų arba aliuminio lydinių, turinčių didesnį korozijos atsparumą, nustatymas naudojimui pakrantės arba drėgno klimato sąlygomis.
Vietų, kur galima padidinti konstrukcinius vėjo apkrovos reitingus ciklonų arba tornadų linkusioms vietovėms, nustatymas.
Vietų, kur galima naudoti 45 laipsnių ar didesnio nuolydžio saulės baterijų modulių plokštumą ir nelipdžias lygiu paviršių sniego nuvertimui, nustatymas.
Saulės energijos gaminančių gatvės lempų inžinerinis projektavimas klimato regionams sumažins 40 % veikimo laiko sumažėjimą per stipriausius žiemos ir vasaros periodus, remiantis mikrotinklo našumo duomenimis iš NREL.
Klausimai ir Atsakymai
Kokie yra vienakristalinio silicio elementų privalumai?
Vienakristaliniai silicio elementai turi 22–24 % naudingumo koeficientą, t. y. jie efektyviai paverčia sugautą saulės šviesą elektros energija; todėl jie palankiai veikia saulės energijos gaminančias gatvės lempas, padidindami jų tarnavimo trukmę.
Kaip aplinkos veiksniai veikia saulės elementų veikimą?
Aplinkos veiksniai, įskaitant nešvarumus ir šešėlius, taip pat sezonines saulės trajektorijas, gali žymiai sumažinti plokštės bendrą naudingumą. Užsešėlintos plokštės dalys gali sumažinti išvestį daugiau kaip 50 %, o nesivalyti plokštės – naudingumą 15–25 %.
Kodėl ličio baterijos yra pageidaujamos prieššvino rūgšties baterijas saulės gatvės lempoms?
Švinо rūgšties baterijos turi trumpesnį tarnavimo laiką ir mažesnį iškrovos pajėgumą. Todėl ličio baterijos užtikrina geriau veikimo trukmę pastovesniu įtampa, nors jos yra brangesnės.
Kokia yra protingų valdiklių funkcija saulės gatvės lempose?
Protingi valdikliai padeda pratęsti baterijos tarnavimo laiką ir taupyti energiją stebėdami baterijos būklę bei naudodami adaptacinį pritemdinimą šviesos optimizavimui.
Kaip klimato sąlygos veikia saulės gatvės lempų patikimumą?
Patikimumą gali paveikti ekstremalios temperatūros ir iššūkiai, kuriuos kelia krantas bei geografija. Patikimumą veikia ekstremalios temperatūros. Patikimumą veikia ekstremalios temperatūros.