Koks yra idealus saulės energijos gatvės lemputės montavimo aukštis?

Saulės energijos gatvės šviestuvo aukštis ir jo poveikis apšvietimo našumui

Atvirkštinio kvadrato dėsnis

Atvirkštinio kvadrato dėsnio pavyzdys – šviestuvo stulpas, kurio aukštis dvigubai didesnis už standartinio stulpo aukštį. Šviesos intensyvumas žemės paviršiuje sumažės maždaug 75 %. Pavyzdžiui, saulės energijos galingumo gatvės šviestuvas, įrengtas 6 metrų aukštyje, žemės paviršiuje sukuria tik 1/4 šviesos intensyvumo lyginant su šviestuvu, įrengtu 3 metrų aukštyje. Tai dažniausiai yra pagrindinis veiksnys, nustatant, kiek aukštai turėtų būti įrengtas šviestuvas, atsižvelgiant į kelio plotį. Bendruoju atveju žmonės taiko 1:1 santykį. Pavyzdžiui, remiantis Indijos standartu 3500, 7 metrų pločio keliui reikia šviestuvo stulpo, kurio aukštis taip pat būtų 7 metrai, kad būtų pasiektas vienodas apšvietimas virš 20 liuksų. Blizgesys yra rimta problema, kai šviestuvo montavimo aukštis yra žemas. Ji taip pat kyla, kai šviestuvas horizontaliai nukreipiamas šviesos kryptimi. Aukštesni stulpai efektyviau sumažina blizgesį, o tinkamai suprojektuoti šviestuvai nukreipia didesnę šviesos dalį į reikiamą vietą. Daugiau energijos bus sunaudota mažiau matomos šviesos gamybai nei daugiau matomos šviesos gamybai su dideliu energijos suvartojimu.

Aukštis prieš vatinę galia: kodėl aukštis svarbus saulės gatvės lempoms

Padidinus stulpo aukštį lempos šviesa apšviečia didesnę teritoriją nei padidinus vatinę galią. Mūsų atveju stulpo ilgio padidinimas nuo 4 iki 8 metrų beveik ištrylikarto padidino apšviestą plotą, nepadidinant energijos suvartojimo. Tai puikus pavyzdys, kaip svarbi yra įrenginio padėtis lyginant su lempos vatinės galios reikšme. Šis faktas taip pat patvirtintas lauko tyrimais Gudžarate: 12 metrų aukščio gatvės lempų stulpai sunaudodavo 25 % mažiau energijos, kad apšviestų ~40 % didesnį plotą nei 8 metrų aukščio stulpai. Aukštesni saulės elementai reiškia mažiau aplinkinių šešėlius sukuriančių kliūčių, todėl per dieną gaunama apie 18 % daugiau energijos. Daugelis inžinierių tai žino, todėl jie labiau dėmesio skiria stulpo aukščiui, o ne akumuliatoriaus galiai – tokios sistemos kainuoja maždaug 120 JAV dolerių brangiau vienetui. Visas dėmesys turi būti skiriamas aukščiui, nes būtent jis leidžia optimizuoti šviesos pasiskirstymą, saulės energijos surinkimą, vėjo apkrovas ir sistemos tarnavimo trukmę.

Kontekstinis optimalus saulės gatvės lempų stulpo aukštis

Saulės energijos gatvės šviestuvų aukštis nustatomas ten, kur technologinis sprendimas susitinka su aplinkine aplinka. Žemiau pateikiamos rekomendacijos, paremtos naudojimo atvejais.

Gyvenamieji rajonai / parkai (3–6 m): takams, kurių plotis mažesnis nei 7 m, 3–6 m aukščio stulpai su 30–60 W šviestuvais užtikrina vidutinį apšvietimą 15–20 liuksų. Tai suteikia pakankamą apribojimą šviesos išsipylimui ir tuo pat metu patogiai apšviečia pėsčiųjų zoną.

Miesto gatvės (8–10 m): gatvėms, kurių plotis 8–12 m ir kurios reikalauja 30 liuksų apšvietimo, naudokite 100 W lemputes su 8–10 m aukščio stulpais. Įrengus šviestuvus priešingose gatvės pusėse padidėja dengimo efektyvumas ir sumažėja būtinas tarpas tarp jų.

Automagistralės (10–14 m): 20 m ar daugiau pločio važiuojamosioms juostoms, kur reikalingas aukštas matomumas, tinka 10–14 m aukščio stulpai su 100–200 W vienetais; juos galima išdėstyti kas 40–50 m, kad sumažėtų akis rėžianti šviesa ir šviesos išsipylimas.

Luxman tyrimas (2023 m.) parodė, kad esant aukščio nuokrypiams mažiau nei ±1,5 m šviesos našumas sumažėdavo 40 %, o energija išnaudodavoma neefektyviai – 35 %, kas rodo, kiek svarbu atidžiai parinkti aukštį, kad būtų pasiektas maksimalus fotometrinis našumas ir sumažintos viso gyvavimo ciklo sąnaudos.

Saulės gatvės žiburių aukščio parinkimas
Atsižvelgiant į kelių plotį, gatvės žiburių aukštį ir šviesos šaltinių tarpą

Reikalaujamų šviesos lygių pasiekimas visoje kelyje yra puikus trijų elementų balansas – kelio pločio, stulpų aukščio ir atstumo tarp stulpų. Pavyzdžiui, siauram takui, kurio plotis apie 3–4 metrus, reikėtų stulpų, kurių aukštis būtų maždaug toks pat (apie 3–4 metrus), o atstumas tarp jų – maždaug 10–15 metrų, kad būtų išvengta bauginančių tamsių dėmių tarp šviestuvų. Platesniems keliams, pvz., 8–12 metrų pločio, stulpų aukštis ir atstumas tarp jų keičiasi žymiai. Stulpai turėtų būti 8–10 metrų aukščio ir išdėstyti kas 25–30 metrų. Tokia konfigūracija paprastai atitinka IES RP-8 rekomendacijas. Matematiniai skaičiavimai užtikrina, kad būtų įvykdyti privalomi šviesumo reikalavimai, tuo pačiu ribojant akmenėjimą ir šviesos peršokimą į gretimus sklypus.

Tarp saulės baterijų naudingumo koeficiento, vėjo apkrovos ir baterijų skydelio aukščio egzistuoja kompromisiniai sprendimai.

Vėjo apkrovos didėja su aukščiu, todėl stulpai turi būti statomi iš kokybiškų medžiagų (pvz., cinkuoto plieno), kad atlaikytų vėjo greičius apie 150 km/val. Privalumas yra tas, kad padidėjęs stulpo aukštis leidžia saulės baterijoms gauti geriau apšviestą vietą be kliūčių, kurias sukelia aplinkinių pastatų ar medžių šešėlis. Projektuotojams ir inžinieriams visada reikia įvertinti kompromisinį sprendimą. Remiantis 2023 m. gautais lauko ataskaitomis, padidėjus stulpo aukščiui medžiagų sąnaudos padidėja maždaug 18 %, o energijos gamyba – maždaug 9 % per parą. Nors PWM valdikliai dalinai sprendžia dalinio užtemimo problemas, jie vis tiek negali visiškai kompensuoti per didelio aukščio pasekmių. Kuo ilgesni laidai, tuo didesnės galios nuostolios. Montavimas tampa sudėtingesnis, o kampas gali būti per plokščias, kad būtų pasiektas geriausias saulės apšvietimas.

Nuo standartų dokumentacijos iki lauko duomenų patvirtinimo: IS 3500

Atitikimas IES RP-8 ir IS 3500 apšviestumo reikalavimams visų kelių klasių atžvilgiu

Kai kalbama apie IES RP-8 ir Indijos standarto IS 3500 atitiktį, saulės gatvės lempos aukštis yra vienas svarbiausių veiksnių, įtakojančių šių standartų laikymąsi. Štai keletas pavyzdžių:

- Gyvenamieji keliai (plotis: 5 m): 6 m stulpai užtikrina 10–15 liuksų apšvietimą

- Rinkimo keliai (plotis: 7–10 m): 8 m stulpai gali atitikti IS 3500 nustatytą minimalų 20 liuksų reikalavimą

- Magistraliniai keliai (plotis: 12 m ir daugiau): 10 m ir aukštesni stulpai užtikrina tolygų ≥30 liuksų apšvietimą, kuris būtinas saugiai važiuoti dideliu greičiu

Per žemas stulpų aukštis gali sukurti neatitinkančias tamsias zonas, o per aukšti stulpai – nevienodą apšvietimą ir energijos švaistymą. Nesenasis (2023 m.) Gudžarato valstijos auditas nustatė 22 % neatitikimų kaimo keliuose dėl to, kad IS 3500 nustatytas minimalus 10 liuksų reikalavimas nebuvo įvykdytas naudojant stulpus aukštesnius nei 6 m. Tai dar kartą pabrėžia tinkamo kelio ir gatvės įrangos projektavimo svarbą.

Lauko tyrimo duomenys: 8 m ir 12 m stulpai 7 m pločio kaimo kelyje Gudžarate, Indijoje

buvo atlikta 12 mėnesių bandomoji eksploatacija, vertinant stulpų aukščius 7 m pločio kelyje.

Net jei 8 metrų stulpas čia ir ten sukurdavo teigiamą ryškesnį šviesos tašką, 12 metrų įrenginys, vertinant vidutinį liuksų kiekį bei šviesos vienodą pasiskirstymą kelyje, aiškiai buvo geriausias – jo vienodumo rodiklis buvo 0,68 prieš trumpesniojo stulpo 0,41. Vairuotojui kelio ruože tikrai bus mažiau apkrovos, o šviesos mažiau išsibarstys į gretimus laukus, taip geriau atitinkant Indijos „Tamsios dangaus“ standartus. Viso šito atsižvelgdami išmokome, kad saulės gatvės lempų sistemose svarbiausia yra gerai apšviesti teritoriją, o ne pasiekti aukštą liuksų reikšmę. Vienuodumas yra geriausias kokybės matavimo rodiklis lyginant su vien tik aukšta liuksų reikšme.

D.U.K.

Kas yra atvirkštinio atstumo kvadrato dėsnis, taikomas saulės gatvės lempoms?

Atvirkštinio atstumo kvadrato dėsnis nurodo, kad kai šviesos stulpo aukštis padvigubinamas, žemės apšvietimas sumažėja iki vienos ketvirtosios pradinės apšvietimo reikšmės, todėl šis dėsnis lemia šviesos stulpo aukščio ir tarpusavio atstumo tarp stulpo nustatymą.

Kas daro stulpo aukštį vertingesnį už galią saulės gatvės lempose?
Saulės gatvės lempose aukštis yra vertingesnis už galią, nes jis labiau veikia šviesos sklidimo zoną nei paprastas galios padidinimas. Yra pavyzdžių iš Gudžarato (Indija), kur stulpo aukščio reguliavimas leido pasiekti didesnį šviesos sklidimą ir net sumažinti elektros suvartojimą.

Kokie yra aplinkos sąlygos ir stulpo aukščio parametrai?
3–6 metrų stulpai yra optimalūs gyvenamųjų rajonų ir parkų naudojimui, o miesto keliuose stulpai turėtų būti 8–10 metrų aukščio, o greitkeliuose rekomenduojamas stulpo aukštis – 10–14 metrų, kad būtų pasiektas pakankamas apšvietimas ir tuo pat metu užtikrinta energijos efektyvumas.

Kokie yra stulpo aukščio padidinimo trūkumai?
Stulpo aukščio padidinimo trūkumai yra didesnės medžiagų sąnaudos, didesnė vėjo poveikio rizika bei galimos energijos efektyvumo ir šviesos sklidimo problemos, jei konstrukcija nėra tinkamai suprojektuota.