Cum se rezolvă problema înlocuirii bateriei la lampa solară integrată pentru iluminatul stradal?

De ce este înlocuirea bateriei principalul obstacol în cazul sistemelor integrate de lămpi solare pentru iluminatul stradal?

Bateria este principalul vinovat al problemelor întâmpinate în cadrul întregului sistem integrat de iluminat stradal solar. Sistemele integrate de iluminat stradal solar au numeroase componente care pot dura mulți ani, cum ar fi panourile solare și becurile LED; totuși, bateriile reprezintă elementul cel mai slab. Acestea pot începe să manifeste semne de încărcare și descărcare după aproximativ 5–7 ani. Factorii legați de înlocuirea bateriei reprezintă aproximativ 60% din costurile aferente întreținerii iluminatului. Sistemele integrate de iluminat stradal solar se confruntă cu trei probleme principale în ceea ce privește înlocuirea bateriei:

1. Modificări chimice ale bateriei provocate de încărcarea și descărcarea zilnică

2. Coroziune termică internă cauzată de temperaturi extreme, atât ridicate, cât și scăzute

3. Probleme apărute în zilele înnorate, când bateriile se descarcă complet

Strategiile de proiectare a sistemelor integrate îl agravează și mai mult. Spre deosebire de alte sisteme, aceste unități etanșe necesită o dezasamblare completă pentru a avea acces la baterie, ceea ce face ca procesul de dezasamblare și reasamblare să dureze de trei ori mai mult decât în cazul celorlalte tipuri de baterii. Scoaterea bateriei poate compromite integritatea sistemului etanș la apă și la aer. Bateriile care necesită înlocuire sunt considerate unități remote, ceea ce înseamnă că costurile de înlocuire și transport pot ajunge chiar la 40 % din costuri.

Ciclul de înlocuire, fără abordări strategice, anulează beneficiile privind durabilitatea iluminatului stradal solar. Gestionarea proactivă a bateriilor devine esențială pentru a mări intervalele de service și pentru a menține fiabilitatea. Durabilitatea, durata de viață în exploatare și intervalele de înlocuire în timpul utilizării în cadrul unităților integrate de iluminat stradal solar

Durata în cicluri, toleranța termică și ratele de defectare în exploatare (2–5 ani)

Când se compară bateriile cu plumb și cele cu litiu, bateriile cu litiu au o durată medie de viață de 2.000–6.000 de cicluri de încărcare, în timp ce bateriile cu plumb au doar 500–1.000 de cicluri — ceea ce reprezintă o diferență de 4–6 ori mai mare în numărul de cicluri. S-a demonstrat, de asemenea, că bateriile cu litiu au o durată de viață mai lungă decât omologii lor cu plumb și că performanța lor s-a îmbunătățit și s-a extins pe un domeniu mai larg de temperaturi, comparativ cu bateriile cu plumb. Bateriile cu litiu funcționează și își păstrează performanța în condiții de frig extrem, cum ar fi –20 °C, dar și la temperaturi ridicate, cum ar fi 60 °C. În schimb, bateriile cu plumb suferă o pierdere inițială de performanță de aproximativ 20–50 % la temperaturi sub punctul de îngheț și pot avea o scădere a performanței și a capacității la temperaturi ridicate — de 25 °C sau mai mari. Bateriile cu plumb suferă o degradare severă a componentelor interne ale celulelor. Majoritatea sistemelor cu baterii cu plumb sunt afectate de sulfatare internă și coroziune a componentelor interne, ceea ce duce la înlocuirea bateriilor la fiecare 2–3 ani în climatul cald și la fiecare 3–5 ani în climatul mai rece. Pe de altă parte, majoritatea instalațiilor cu baterii cu litiu își păstrează cel puțin 80 % din capacitatea de stocare după 5 ani de funcționare, iar 7 din 10 instalații nu necesită întreținere și își mențin o capacitate similară chiar și după 10 ani de funcționare.

Nu este de mirare că atât de multe orașe adoptă LiFePO4 pentru sistemele lor de iluminat stradal, deoarece aceste durate extinse de viață reduc costurile de întreținere cu 40 % până la 60 % comparativ cu alternativele convenționale pe bază de plumb-acid.

Integrarea tehnologiei inteligente BMS: Prevederea defecțiunilor și optimizarea durabilității bateriei în luminile stradale solare cu design integrat

Cum reduce tehnologia avansată BMS degradarea bateriei prin echilibrarea tensiunii/temperaturii și estimarea stării de încărcare (SOC)

Sistemele actuale de management al bateriilor (BMS) din lămpile solare de stradă încearcă să prevină degradarea prematură a bateriilor prin utilizarea a trei metode. Prima metodă implică echilibrarea tensiunii, adică prevenirea supraîncărcării sau subîncărcării (descărcării complete) a celulelor individuale ale bateriei; această singură modificare poate crește durata de viață a întregului pachet de baterii cu 30% sau mai mult. În al doilea rând, există senzori de temperatură care previn suprâncălzirea sistemului, de exemplu în timpul undelor de căldură estivale temute, pentru a ajuta la menținerea capacității totale a bateriei. În fine, există algoritmi de estimare a SOC (Starea de Încărcare), care evaluează modelele anterioare de descărcare pentru a prezice dacă tensiunea bateriei susține funcționarea în domenii considerate periculoase. Cel mai remarcabil aspect al acestor sisteme BMS este, probabil, funcționalitatea lor predictivă privind apariția probabilității acestor probleme. Funcționalitățile predictive pot detecta mici neregularități ale tensiunii sau modele anormale de temperatură care ar putea duce la defectarea sistemului, permițând astfel întreținerea preventivă pentru evitarea defectării operaționale și conservarea funcționalității operative a sistemului, ceea ce este valoros din punct de vedere economic și operațional.

Retrofitarea modulară a sistemului BMS: Depășirea constrângerilor de proiectare ale unităților integrate de iluminat stradal solar, etanșe

Retrofitarea unităților integrate de iluminat stradal solar cu soluții inteligente BMS poate fi limitată de designul carcasei. Luminile stradale mai vechi sunt integrate într-o carcasă etanșă care nu oferă spațiu suplimentar pentru modificări sau integrarea unor circuite suplimentare, ceea ce determină necesitatea instalării unor sisteme externe de carcasă BMS, certificate pentru utilizare în exterior. Totuși, vestea bună este că conectoarele sunt, de obicei, compatibile, datorită disponibilității adaptoarelor standard care se conectează la terminalele existente, fără a necesita nicio modificare a carcasei existente. Pentru gestionarea termică și integrarea radiatorului de căldură, se folosesc plăci termoconductoare între componentele noi și elementele existente ale radiatorului de căldură. În peste 80% dintre cazuri, această metodă de retrofitare, testată pe teren, este cunoscută pentru faptul că prelungește durata de viață a bateriei cu 2–4 ani. În această metodă, gradul de etanșare la intemperii al unităților originale rămâne, de asemenea, păstrat și este proiectat corespunzător. Multe municipalități consideră această soluție fezabilă din punct de vedere tehnic și economic.

Metode de înlocuire a bateriilor pentru întreținerea lampelor solare integrate pentru iluminatul stradal

Listă ghidată de înlocuire: chimie, tensiune și interfață termică

Utilizați acest protocol pentru înlocuirea simplă a bateriilor în lămpile solare integrate pentru iluminatul stradal.

Chimie: Asigurați-vă compatibilitatea între controlerele de încărcare (existente) și bateriile (noi) — LiFePO4 și acumulatorii cu plumb-acid au cerințe diferite de tensiune.

Tensiune: Măsurați tensiunea în gol înainte de instalare. Orice valoare de tensiune în afara domeniului standard (±0,5 V) indică probabil o defecțiune de fabrică.

Interfață termică: utilizați pastă termoconductoare cu o conductivitate termică de 1,5 W/mK și înlocuiți, dacă este cazul, garniturile de la interfața bateriei, pentru a evita suprîncălzirea.

Etanșeitate la apă: După montarea bateriei și înainte de închiderea compartimentului, testați etanșeitatea acestuia prin scufundarea în apă la o adâncime de 30 cm timp de 10 minute.

Cicluri repetate: Efectuați 3 cicluri complete de încărcare-descărcare și nu depășiți o adâncime de descărcare de 80 % pentru a obține un ciclu optim al bateriei.

În urma acestui proces, tehnițienii de teren au un procentaj de reușită de 92%. Comparativ cu celelalte metode de înlocuire, acesta reduce numărul de apeluri ulterioare cu 40%.

Ce este secțiunea Întrebări frecvente (FAQ)?

De ce se degradează bateriile din luminile solare de stradă mai repede decât panourile solare și becurile LED?

Bateriile din luminile solare de stradă suferă descărcări profunde, variații extreme de temperatură și cicluri zilnice de încărcare/descărcare, ceea ce determină o degradare mai rapidă comparativ cu celelalte componente.

Care sunt avantajele bateriilor LiFePO4 față de bateriile cu plumb-acid în cazul utilizării lor în luminile solare de stradă?

Bateriile LiFePO4 au o durată de viață mai lungă și o performanță mai bună la temperaturi extreme, în timp ce bateriile cu plumb-acid necesită înlocuire mai frecventă, ceea ce crește costurile de întreținere cu 40–60%.

În ce mod contribuie sistemele de management al bateriilor (BMS) la prelungirea duratei de viață a bateriilor din luminile solare de stradă?

În ceea ce privește durata de viață a bateriilor, sistemele de management al bateriilor întârzie efectele degradării bateriilor și favorizează funcționarea sigură a acestora. Acest lucru poate fi realizat prin echilibrarea și/sau egalizarea modulelor de baterii în ceea ce privește tensiunea și/sau temperatura lor; estimarea stării de încărcare; și detectarea problemelor înainte ca acestea să conducă la defectarea sistemului de management al bateriilor.

Ce dificultăți întâmpinați atunci când încercați să integrați sisteme moderne de management al bateriilor în luminile solare pentru străzi mai vechi?

Luminile solare pentru străzi mai vechi au, de obicei, o construcție compactă, etanșată pe mai multe laturi, ceea ce necesită crearea unor carcase exterioare pentru SGB, precum și asigurarea compatibilității conectorilor.