EN
Riešenia nabíjania v zime pre systémy LED slnečných uličných svietidiel v chladných oblastiach
Zima predstavuje najnáročnejšie prevádzkové podmienky pre akýkoľvek lED solárne pouličné svetlo krátkšie dňa znižujú celkové množstvo dostupnej slnečnej energie. Nižšie uhly slnka zvyšujú dĺžku atmosférickej dráhy, čím sa zníži intenzita žiarenia na povrchu panelov. Snehová pokrývka odrazí časť svetla od panelov namontovaných v horizontálnej polohe. A kriticky: nízke teploty spomaľujú elektrochemické reakcie vo vnútri batérie práve vtedy, keď systém potrebuje každý dostupný watthodinový zásobník najviac. Riešenie nedostatku nabíjania v zime vyžaduje riešenie každého z týchto faktorov prostredníctvom výberu komponentov a konfigurácie systému – neexistuje jediné riešenie, ktoré by naraz kompenzovalo všetky tieto problémy.
Prečo v zime nabíjanie zlyhá
Problém slnečnej geometrie
Na zemepisnej šírke 45° severnej šírky počas zimného slnovratu slnko dosahuje maximálnu výšku len 21,5°. Slnečné svetlo prechádza približne trojnásobne dlhšou dráhou cez atmosféru ako v lete a dĺžka dňa sa skráti na 8–9 hodín. Celkové denné slnečné žiarenie na povrchu panelov môže klesnúť na 25–30 % letných hodnôt.
Panel s výkonom 100 W, ktorý v lete zhromaždí 500 wattových hodín, môže v zime pri jasnom počasí zhromaždiť len 120–150 wattových hodín a pri zamračenom počasí len 50–80 wattových hodín. LED svetlo s výkonom 60 W, ktoré svieti 12 hodín, potrebuje každú noc 720 wattových hodín – čo vytvára deficit, ktorý sa zvyšuje s každým zamračeným dňom.
Chemické zloženie batérie pri nízkych teplotách
Batérie typu LiFePO4 zažívajú výrazné zníženie kapacity pri nízkych teplotách – na 70–80 % pri -10 °C a klesajú na 50–60 % pri -20 °C. BMS tento efekt ešte zhoršuje tým, že zakazuje nabíjanie pod 0 °C, aby sa zabránilo usadzovaniu litia; to znamená, že batéria nemôže prijať náboj v najchladnejších ranných hodinách, keď sa prvýkrát objaví slnečné svetlo.
Obec na severe Číny nahradila 300 konvenčných uličných svietidiel napájaných zo siete LED slnečnými uličnými svietidlami pozdĺž vidieckych ciest, kde rozšírenie elektrickej siete bolo ekonomicky nezmyselné. Prvá zima odhalila, že svietidlá na úsekoch ciest orientovaných na sever prestávali fungovať okolo 2:00 ráno – približne o 4 hodiny skôr, než bolo vyžadované vypnutie pri svitnutí. Analýza ukázala, že fotovoltické panely boli dimenzované podľa ročného priemerného slnečného žiarenia, nie podľa minimálneho zimného žiarenia, a batérie typu LiFePO4 nemali ochranu pred nabíjaním pri nízkych teplotách. Projektový tím spolupracoval s firmou Haisiou Lighting, aby upravil postihnuté jednotky – inštaloval väčšie panely, vykurovacie prvky pre batérie a regulátory MPPT. Nasledujúca zima potvrdila, že 96 % jednotiek udržalo plnú nočnú prevádzku aj počas najchladnejších mesiacov.
Praktické riešenia pre zimný výkon
Zvoľte fotovoltický panel s väčším výkonom pre najhorší mesiac
Pri určovaní veľkosti systému sa musia použiť údaje o žiarení z decembra alebo januára, nie ročné priemery. Výkon panelov vypočítaný pre podmienky ročného priemeru sa pre inštalácie nad 40° zemepisnej šírky násobí koeficientom 1,5–2,0. Prebytok výkonu v lete sa riadi regulátorom nabíjania.
Zaviesť tepelné riadenie batérií
Batériové balíky umiestnené vo svietidle využívajú odpadové teplo LED počas nočného prevádzkovania – približne 15–20 % elektrickej energie sa mení na teplo. Toto pasívne vyhrievanie zvyčajne udržiava batériu o 5–10 °C vyššiu ako okolitá teplota.
Pre chladnejšie inštalácie aktívne vyhrievanie odvádza nabíjací prúd do odporového prvku a energiu smeruje do článkov až po dosiahnutí bezpečnej teploty batériového balíka. Energetická náročnosť je skromná – 5–10 % denného nabíjacieho výkonu.
Uhol panelov a správa snehu
Uhol inštalácie panelov v zime by mal byť rovný zemepisnej šírke plus 15° pre severnú pologuľu. Väčší sklon pomáha snehu zosúvať sa a hydrofóbne povlaky znížia prilnavosť ľadu. Integrované vykurovacie prvky môžu aktívne topiť sneh na kritických inštaláciách.
Haisiou Lighting ponúka LED solárne pouličné svietidlá navrhnuté pre prevádzku v chladnom klíme s batériami LiFePO4, regulátormi MPPT a možnosťou vykurovania batérie a použitia veľkých monokryštalických panelov.
Často kladené otázky
Prečo moje solárne pouličné svietidlo nevydrží celú zimnú noc?
Najčastejšou príčinou je nedostatočne veľký solárny panel, ktorý bol navrhnutý pre letné podmienky alebo pre priemerné ročné slnečné podmienky namiesto minimálnych zimných podmienok osvetlenia. Ďalšími príčinami môžu byť degradácia kapacity batérie spôsobená opakovanými hlbokými vybíjacími cyklami, znečistenie povrchu panela, čo zníži nabíjací prúd, a pokles teploty batérie pod prahovú hodnotu nabíjania v raných ranných hodinách.
O koľko percent by som mal zväčšiť solárny panel pre zimnú prevádzku?
Vynásobte výkon panelov vypočítaný pre podmienky ročného priemeru číslom 1,5–2,0 pre inštalácie nad 40° zemepisnej šírky. Presný násobok závisí od počtu denných vrcholových slnečných hodín v decembri na danom mieste vo vzťahu k ročnému priemeru. Profesionálna databáza slnečného žiarenia poskytuje údaje špecifické pre dané miesto, čo umožňuje presné dimenzovanie.
Je možné nabíjať batérie typu LiFePO4 pri mrazivom počasí?
Štandardné batérie typu LiFePO4 by sa nemali nabíjať, ak je teplota článkov nižšia ako 0 °C. Batérie s integrovanou ochranou pred nízkymi teplotami zabránia nabíjaniu, kým sa články nezohrejú nad príslušnú hranicu. Batérie so schopnosťou samozohrievania využijú časť nabíjacieho prúdu na predhriatie článkov a až potom začnú normálne nabíjať – čím sa stávajú vhodnými na prevádzku po celý rok v chladných klímach.
Prečo sa moja slnečná lampa nabíja menej počas oblačných zimných dní?
Oblačnosť zníži priamu slnečnú irradianciu o 70–90 %. V kombinácii so skrátenou dĺžkou dňa a nižším uhlovým postavením Slnka v zime sa celkové denné zhromaždenie energie môže znížiť na 10–20 % menovitého výkonu panelov. Regulátor nabitia s technológiou MPPT pomáha tým, že z dostupného rozptýleného svetla extrahuje maximálny možný výkon, avšak nedokáže kompenzovať zásadné nedostatočné rozmery panelov.
Ako udržiavam slnečné uličné osvetlenie v snehových oblastiach?
Nastavte sklon panelov na zemepisnú šírku plus 15° pre zimný obdobie, aby ste maximalizovali zachytávanie svetla a podporili odpadávanie snehu. Po snehových udalostiach čistite panely pomocou predlžovacieho tyče so mäkkou kefkou – vyhýbajte sa kovovým škrabkám, ktoré poškrabú povrch panelov. Zvoľte panely s hydrofóbnym povlakom a pre kritické inštalácie s obmedzeným prístupom na údržbu zvážte integrované vykurovacie prvky.
Aký uhol by mali mať slnečné panely v zime?
Na severnej pologuli by sa sklon panelov v zime mal rovnáť zemepisnej šírke plus 10–15°. Na 45° s.š. to znamená sklon 55–60°. Presný južný smer maximalizuje celkové denné zhromaždenie energie. Prispôsobiteľné montážne konzoly umožňujú sezónne zmeny uhla – strmší pre zimu, menej strmý pre leto – aby sa optimalizoval výkon počas celého roka.