EN
Анализ классификации дорог и норм освещённости для солнечных уличных фонарей
Нормы освещённости по классам дорог согласно стандартам CIE и IES: жилые зоны, сборные дороги, магистральные артерии, автомагистрали
Классификация дороги определяет минимально необходимые уровни яркости для эффективной и безопасной работы солнечных уличных фонарей. Согласно международно признанным стандартам CIE S 017 и IES RP-8:
Для жилой улицы требуемый уровень освещённости составляет 5–10 люкс, что достаточно для обеспечения безопасности пешеходов без создания ослепляющего эффекта и светового загрязнения.
Сборная дорога, по которой движется умеренный объём транспорта и где действуют умеренные скоростные ограничения, требует уровня освещённости 10–15 люкс.
Для магистральных дорог, где скорость и плотность движения транспортных средств высоки, требуется уровень освещённости не менее 20 люкс, а равномерность распределения освещения должна строго контролироваться.
Для автомагистралей требуется уровень освещённости 15–30 люкс, при этом особое внимание уделяется продольной равномерности освещения, чтобы водители могли вовремя реагировать при движении с высокой скоростью.
Любая ошибка в классификации дороги может привести к: 1) недостаточному освещению, что связано с ростом числа дорожно-транспортных происшествий в ночное время на 40 %, или 2) избыточному освещению, приводящему к потере 35 % вырабатываемой энергии (Исследовательский центр освещения, 2024 г.). Перед проектированием всегда используйте надёжные геопространственные картографические инструменты для подтверждения национальных или региональных версий этих стандартов.
Значение и сложность коэффициентов равномерности освещённости (U1/U2) при развертывании автономных солнечных систем
Коэффициенты равномерности освещённости — U1 (минимальная освещённость / средняя освещённость, лк) и U2 (минимальная освещённость / максимальная освещённость, лк) — должны соблюдаться для обеспечения визуальной безопасности при автономном солнечном уличном освещении. Целевые пороговые значения: U1 ≥ 0,4 и U2 ≥ 0,7. Любое значение ниже этих порогов создаёт опасный «зебровый» эффект, вследствие чего дорога становится визуально небезопасной и возрастает риск падений — на 55 % на дорогах с низкой скоростью движения («Journal of Solar Energy», 2023).
Существует несколько причин несоблюдения коэффициентов равномерности:
- Высота опоры не соответствует ширине проезжей части (опоры высотой 6 м установлены на дороге шириной 10 м).
- Неравномерное расстояние между опорами, нарушающее правило «3–4 × высота опоры».
- Игнорирование оптических характеристик отражателей, влияющих на распределение светового потока и резкость границы освещённой зоны.
До закупки фотометрическое моделирование является единственным реалистичным методом предотвращения избыточного инженерного решения, которое не снижает охват и позволяет оценить равномерность освещённости.
Проведение фотометрических расчётов размещения для оценки расстояния между солнечными уличными фонарями и их количества
Треугольник «высота опоры — расстояние между опорами — ширина дороги»: обеспечение оптимального покрытия без перекрытий и пропусков.
Эффективное размещение солнечных уличных фонарей предполагает сбалансированность трёх параметров: высоты монтажа, расстояния между опорами и ширины дороги. В отрасли принято, что расстояние между опорами составляет от 3 до 4 кратной высоты монтажа. То есть опоры высотой 10 м следует устанавливать на расстоянии 30–40 м друг от друга. На узких дорогах (шириной менее 10 м) обычно применяется одностороннее размещение фонарей. На более широких дорогах опоры следует располагать в шахматном порядке или по противоположным сторонам проезжей части, чтобы устранить центральную тёмную зону. На участках дорог с изгибами и перекрёстках требуется дополнительная корректировка положения фонарей, особенно если боковые расстояния видимости влияют на обзор пешеходов и транспортных средств, выполняющих поворот.
Наиболее важно, чтобы ширина светового пучка фонарей соответствовала расстоянию между ними: для больших пролётов и большего межосевого расстояния следует использовать узкие пучки, тогда как при меньшем расстоянии между фонарями необходимо применять широкие пучки, чтобы избежать их перекрытия. В целом, фотометрическое испытание проекта — а не расчёты на основе эмпирических правил — должно подтверждать, что коэффициент равномерности освещённости U1 ≥ 0,4, а коэффициент равномерности освещённости U2 ≥ 0,7.
Пошаговый расчёт количества солнечных уличных фонарей: от требуемой освещённости (люкс) до суммарного светового потока (люмены) и далее — до необходимого количества единиц оборудования
Первым шагом при определении требуемого количества солнечных уличных фонарей является последовательное применение логики расчёта, а не приблизительная оценка на основе требуемой освещённости. Последовательность шагов включает следующие этапы
Затем необходимо учесть практические потери: для расчёта суммарного светового потока определите световой поток одного светильника и примените коэффициент эксплуатационной сохранности (0,7–0,8), чтобы компенсировать снижение светового потока, загрязнение пылью и оптическое загрязнение.
Пример: при светильнике мощностью 8000 люмен и коэффициенте поддержания 0,75 → 60 000 ÷ (8000 × 0,75) = 10 шт.
Проверка шага установки с геометрической и фотометрической точек зрения: убедитесь, что рассчитанный шаг установки соответствует правилу «высота × 3–4» и подтверждён имитационным расчётом (с учётом баланса излучаемого света). Такая двойная проверка позволяет избежать как недостаточного освещения, так и неоправданно высоких затрат на оборудование из-за снижения светового потока менее чем на 50 % от заданного уровня освещённости.
Проверка технической осуществимости системы солнечных уличных фонарей посредством анализа энергобаланса.
Ежедневное энергобюджетирование: нагрузка светодиодов, время работы, полезная ёмкость аккумулятора и запас солнечной перезарядки
Система солнечных уличных фонарей проектируется исходя из ежедневного энергобаланса, а не только из пиковой мощности. Во-первых, определяем энергопотребление системы в течение ночи:
Нагрузка светодиодов (Вт·ч) = мощность светильника × время работы (например, 60 Вт × 10 ч = 600 Вт·ч).
Кроме того, необходимо учитывать полезную ёмкость аккумулятора, которая определяется характеристиками литий-ионных аккумуляторов и составляет 80–90 % от общей ёмкости батареи из-за ограничений по глубине разряда и потерь эффективности. Таким образом, аккумулятор ёмкостью 1000 Вт·ч в среднем отдаёт около 850 Вт·ч.
Кроме того, мощность вашей солнечной электростанции должна быть рассчитана с запасом на 25 % для восполнения заряда — это обеспечит не только покрытие суточного потребления, но и бесперебойную работу в течение 2–3 последовательных пасмурных дней. Следовательно, суточная цель выработки энергии должна составлять 1,25 × от общей нагрузки; например, 600 Вт·ч × 1,25 = минимум 750 Вт·ч солнечной генерации в день.
Системы, не прошедшие эту трёхкомпонентную проверку, рискуют столкнуться с повторяющимися отключениями или ускоренным выходом аккумуляторов из строя. Всегда основывайте расчёт площади солнечных панелей на данных о солнечной инсоляции, характерных для конкретного места установки, а не на общих усреднённых значениях.
ЧаВо: Распространённые вопросы о солнечных уличных фонарях
Для разных типов дорог действуют различные стандарты освещения. Какие они?
Нормы освещенности для дорог следующие: жилые дороги (5–10 лк), сборные дороги (10–15 лк), магистральные дороги (≥20 лк) и автомагистрали (15–30 лк).
Почему коэффициент равномерности считается важным при развертывании солнечных уличных фонарей?
Да. Коэффициент равномерности — это отношение средней освещённости к минимальной освещённости в заданной точке. Для солнечных уличных фонарей рекомендуется коэффициент U1 (мин/средн.) не менее 0,4 и коэффициент U2 (мин/макс) не менее 0,7, чтобы избежать резких изменений освещённости (эффект «зебры»), которые могут поставить под угрозу безопасность.
Как определить количество солнечных уличных фонарей, необходимых для установки?
После определения требуемой освещённости можно рассчитать суммарный световой поток (в люменах), необходимый для освещения участка дороги. Затем, с учётом реальных потерь в эксплуатации и фотометрических правил размещения, определяется точное количество фонарей.
Как определить подходящие размеры солнечной панели и аккумуляторной системы?
Во-первых, определите суточную нагрузку по энергии. Во-вторых, выберите аккумулятор с полезной ёмкостью 80–90 % и спроектируйте систему солнечных панелей так, чтобы обеспечить минимальный запас перезарядки 25 % для компенсации неблагоприятных погодных условий.