EN
Почему основным препятствием для интегрированных систем солнечных уличных фонарей является замена аккумуляторов
Аккумулятор является основной причиной возникновения проблем во всей интегрированной системе солнечных уличных фонарей. В интегрированных солнечных уличных фонарях много компонентов, срок службы которых составляет многие годы, например, солнечные панели и светодиодные лампы; однако аккумуляторы являются самым слабым звеном. Признаки снижения способности к зарядке и разрядке могут проявиться уже через 5–7 лет. Затраты на замену аккумуляторов составляют около 60 % от общей стоимости технического обслуживания фонарей. При замене аккумуляторов в интегрированных солнечных уличных фонарях возникают три основные проблемы:
1. Химические изменения аккумулятора, вызванные ежедневной зарядкой и разрядкой
2. Внутренняя термическая коррозия, вызванная экстремальными температурами — как высокими, так и низкими
3. Проблемы, связанные с пасмурной погодой, когда аккумуляторы полностью разряжаются
Стратегии интегрированного проектирования систем усугубляют проблему. В отличие от других систем, эти герметичные блоки требуют полной разборки для доступа к аккумулятору, в результате чего трудозатраты на разборку и сборку становятся в три раза выше, чем при работе с другими типами аккумуляторов. Извлечение аккумулятора может нарушить целостность системы защиты от атмосферных воздействий. Аккумуляторы, подлежащие замене, считаются удалёнными блоками, что означает, что расходы на их замену и транспортировку могут составлять до 40 % общей стоимости.
Без стратегического подхода цикл замены сводит на нет преимущества солнечного уличного освещения в плане устойчивого развития. Для увеличения интервалов обслуживания и обеспечения надёжности эксплуатации требуется проактивное управление аккумуляторами. Прочность, срок службы и интервалы замены в эксплуатации в составе интегрированных солнечных уличных фонарей
Ресурс циклов зарядки-разрядки, термостойкость и частота отказов в эксплуатации (2–5 лет)
При сравнении свинцово-кислых и литиевых аккумуляторов средний срок службы литиевых аккумуляторов составляет от 2000 до 6000 циклов зарядки-разрядки, тогда как у свинцово-кислых — всего от 500 до 1000 циклов, то есть разница в количестве циклов составляет от 4 до 6 раз. Доказано, что литиевые аккумуляторы служат дольше своих свинцово-кислых аналогов, а также демонстрируют улучшенные эксплуатационные характеристики в более широком диапазоне температур по сравнению со свинцово-кислыми. Литиевые аккумуляторы хорошо работают и сохраняют высокую производительность при низких температурах, например при −20 °C, а также при высоких температурах, например при +60 °C. Свинцово-кислые аккумуляторы, напротив, теряют в начальной производительности около 20–50 % при температурах замерзания и могут испытывать снижение производительности и ёмкости при повышенных температурах — начиная с +25 °C и выше. Внутренние компоненты свинцово-кислых аккумуляторов подвергаются серьёзному старению. Большинство систем на основе свинцово-кислых аккумуляторов страдают от внутренней сульфатации и коррозии внутренних компонентов, что приводит к необходимости их замены каждые 2–3 года в тёплом климате и каждые 3–5 лет — в прохладном. Напротив, большинство литиевых систем сохраняют не менее 80 % первоначальной ёмкости уже через 5 лет эксплуатации, а в 7 из 10 случаев даже после 10 лет эксплуатации они не требуют технического обслуживания и сохраняют сопоставимый уровень удержания ёмкости.
Неудивительно, что столь многие города переходят на использование литий-железо-фосфатных (LiFePO4) аккумуляторов в системах уличного освещения: их увеличенный срок службы снижает эксплуатационные расходы на 40–60 % по сравнению с традиционными свинцово-кислыми аналогами.
Интеграция интеллектуальной технологии BMS: прогнозирование неисправностей и оптимизация срока службы аккумуляторов в комбинированных солнечных уличных фонарях
Как передовая технология BMS снижает деградацию аккумуляторов за счёт балансировки напряжения и температуры, а также оценки уровня заряда (SOC)
Современные системы управления батареями (BMS) в солнечных уличных фонарях направлены на предотвращение преждевременного износа аккумуляторов и используют для этого три метода. Первый метод — выравнивание напряжения, при котором предотвращается перезарядка или недозарядка отдельных элементов аккумуляторной батареи (полный разряд); одно лишь применение этого метода может увеличить срок службы всего аккумуляторного блока на 30 % и более. Во-вторых, применяются датчики температуры, предотвращающие перегрев системы, например, во время жарких летних волн, что способствует сохранению полной ёмкости аккумулятора. В-третьих, используются алгоритмы оценки SOC (State of Charge — степени заряженности), анализирующие предыдущие циклы разряда для прогнозирования возможности работы аккумулятора в диапазонах напряжения, считающихся опасными. Вероятно, наиболее примечательной особенностью таких систем BMS являются их прогнозные функции, касающиеся вероятности возникновения указанных проблем. Прогнозные функции позволяют выявлять незначительные отклонения напряжения или аномальные температурные режимы, которые могут привести к отказу системы, и тем самым обеспечивают возможность проведения профилактического обслуживания для предотвращения аварийных простоев и сохранения работоспособности системы — что представляет значительную ценность с экономической и эксплуатационной точек зрения.
Модульная модернизация системы управления батареями (BMS): преодоление конструктивных ограничений герметичных интегрированных солнечных уличных фонарей
Модернизация интегрированных уличных фонарей с солнечными батареями путём установки интеллектуальных систем управления батареями (BMS) может быть ограничена конструкцией корпуса. В более старых моделях уличных фонарей используется герметичный корпус, в котором отсутствует дополнительное пространство для модификаций или размещения дополнительной электроники, что требует установки внешних корпусов систем BMS, рассчитанных на эксплуатацию на открытом воздухе. Однако хорошая новость заключается в том, что разъёмы, как правило, совместимы благодаря наличию стандартных адаптеров, подключаемых к существующим клеммам, и при этом не требуется вносить какие-либо изменения в существующий корпус. Для управления тепловым режимом и интеграции теплоотвода между новыми компонентами и существующими элементами теплоотвода устанавливаются термопроводящие прокладки. В более чем 80 % случаев этот проверенный на практике метод модернизации позволяет увеличить срок службы аккумуляторов на 2–4 года. При этом степень защиты от погодных условий исходных и модернизированных (бесшумных) устройств сохраняется и обеспечивается соответствующим проектированием. Многие муниципалитеты считают данный метод технически и экономически целесообразным.
Методы замены аккумуляторов для технического обслуживания интегрированных солнечных уличных фонарей
Руководство по замене: химический состав, напряжение и тепловой интерфейс
Используйте этот протокол для простой замены аккумуляторов в интегрированных солнечных уличных фонарях.
Химический состав: убедитесь в совместимости контроллеров заряда (существующих) и аккумуляторов (новых) — у литий-железо-фосфатных (LiFePO4) и свинцово-кислых аккумуляторов различны требования к напряжению.
Напряжение: измерьте напряжение холостого хода до установки. Любое отклонение от стандартного значения (±0,5 В) скорее всего указывает на заводской дефект.
Тепловой интерфейс: используйте термопроводящую пасту с теплопроводностью 1,5 Вт/(м·К) и замените термоинтерфейсные прокладки (если имеются) на контактах аккумулятора, чтобы предотвратить перегрев.
Пыле- и влагозащищённость: после установки аккумулятора и перед закрытием корпуса проверьте герметичность отсека аккумулятора путём погружения в воду на глубину 30 см на 10 минут.
Циклическая проверка: выполните 3 полных цикла зарядки-разрядки и не превышайте глубину разряда 80 % для обеспечения оптимального ресурса аккумулятора.
Следуя этой процедуре, полевые техники достигают 92%-го уровня успешности. По сравнению с другими методами замены это снижает количество повторных обращений на 40%.
Что такое ЧаВо?
Почему аккумуляторы в солнечных уличных фонарях деградируют быстрее, чем солнечные панели и светодиодные лампы?
Аккумуляторы солнечных уличных фонарей подвергаются глубоким разрядам, экстремальным температурам и ежедневным циклам зарядки/разрядки, поэтому они деградируют быстрее других компонентов.
Какие преимущества литий-железо-фосфатных (LiFePO4) аккумуляторов по сравнению со свинцово-кислыми аккумуляторами при использовании в солнечных уличных фонарях?
Литий-железо-фосфатные (LiFePO4) аккумуляторы обладают более длительным сроком службы и лучшей работой при экстремальных температурах; свинцово-кислые аккумуляторы требуют более частой замены, что увеличивает эксплуатационные расходы на 40–60%.
Каким образом системы управления аккумуляторами (BMS) способствуют увеличению срока службы аккумуляторов солнечных уличных фонарей?
Что касается срока службы аккумуляторов, системы управления аккумуляторами (BMS) замедляют процессы их деградации и способствуют безопасной эксплуатации аккумуляторов. Этого можно достичь путём балансировки и/или выравнивания модулей аккумуляторов по напряжению и/или температуре; оценки степени заряда (SOC); а также обнаружения неисправностей до того, как они приведут к отказу системы управления аккумуляторами.
С какими трудностями вы сталкиваетесь при попытке интеграции современных систем управления аккумуляторами (BMS) в старые солнечные уличные фонари?
Старые солнечные уличные фонари, как правило, имеют компактную конструкцию с многосторонним герметичным корпусом, что требует создания внешних корпусов для BMS, а также обеспечения совместимости разъёмов.