EN
Vstup slnečného panela: účinnosť, umiestnenie a expozícia
Vplyv účinnosti panela, výkonového označenia v W a sklonu/azimutu na denný zber energie
Hoci panely s vyšším výkonom zachytia viac slnečného svetla, ich šanca dosiahnuť plný výkon závisí od ich umiestnenia. Pri trvalých inštaláciách slnečných panelov v väčšine Severnej Ameriky môže ich orientácia presne na juh (nie na juh podľa kompasu) a prispôsobenie uhla náklonu podľa polohy miesta výrazne zvýši ročný zber energie. Odôvodnené sú aj sezónne úpravy uhla panelov. Počas zimných mesiacov, keď je slnko nižšie na oblohe, sa zvýšením uhla panelov dá zachytiť viac slnečného svetla. V lete sa zber energie zlepší pri nižšom uhle panelov. Za týchto podmienok sú najvhodnejšie monokryštálové kremíkové panely (účinnosť 22–24 %). Tieto panely môžu napájať uličné osvetlenie a spôsobiť, že sa bude rozsvietené kratšie dobu.
Vplyv znečistenia, zatienenia a sezónnej dráhy Slnka na spoľahlivé nabíjanie
Environmentálne podmienky majú merateľné nepriaznivé účinky na výkon solárnych panelov, pričom degradácia prebieha špecifickými vzormi a postupne sa hromadí v čase. Aj čiastočné zatienenie solárnych panelov stromami alebo budovami môže spôsobiť straty výkonu vyššie ako 50 % v dôsledku medzi sebou prepojených solárnych článkov v rámci panelov. Okrem toho sa solárne panely rýchlo zašpinia a s ich zašpinením sa ich účinnosť každé tri mesiace (t.j. štvrťročne) zníži o 15–25 %. Na zníženie tohto problému je možné použiť špeciálne neprilnavé povlaky proti prachu. Zohľadnenie sezónnej dráhy slnka počas celého roka predstavuje ďalšiu úroveň zložitosti. V porovnaní s letom majú zimné dni menej slnečného svetla, čo znamená, že v zimných mesiacoch je možné zachytiť menej slnečnej energie. V tomto prípade sa výkon solárnych panelov zníži o 40 %, čo vedie k nižšiemu zhromažďovaniu slnečnej energie; letné dni naopak ponúkajú viac slnečnej energie a sú dlhšie (slunce je vyššie na oblohe). Okrem toho je potrebné zabezpečiť optimálny výkon solárnych panelov a posilniť a zaručiť spoľahlivý výkon solárnych panelov aspoň na minimálnej úrovni výkonu. Preto je tiež nevyhnutné zabezpečiť efektívny a spoľahlivý výkon solárnych panelov. Solárne panelové systémy zabezpečujú, že solárne osvetlenie môže zostať zapnuté počas celej noci.
Batériový systém: kapacita, chemické zloženie a degradácia v čase
Lítiové vs. oloveno-kyselinové batérie: využiteľná kapacita, hĺbka vybíjania a kompromisy medzi nočnou výdržou
Lítiové batérie môžu poskytnúť využiteľnú kapacitu až 80 až 90 percent ich celkovej kapacity, zatiaľ čo oloveno-kyselinové batérie môžu poskytnúť využiteľnú kapacitu len 50 percent. To znamená, že oloveno-kyselinové batérie sa môžu vybíjať len do tejto miery, kým lítiové batérie sa môžu vybíjať oveľa viac. V praxi to znamená dlhšie životnosti a väčšiu výdrž. Napríklad uvažujme o lítiovej batérii s kapacitou 100 Ah.
Zvyčajne môže napájať LED svietidlá viac ako 10 hodín. Oloveno-kyselinová batéria rovnakej veľkosti môže napájať LED svietidlá len 6 až 7 hodín, kým sa znova neprevedie nabíjanie. Lithiové batérie vydržia viac cyklov, pretože sa dajú hlbšie vybíjať, zatiaľ čo oloveno-kyselinové batérie je potrebné zachádzať s väčšou opatrnosťou, aby sa zabránilo rýchlejšej sulfatácii. To spôsobuje, že oloveno-kyselinové batérie majú kratšiu životnosť; hoci lithiové batérie môžu mať vyššiu počiatočnú cenu, ich investícia sa vyplatí vzhľadom na výstup energie a životnosť. To platí najmä pre slnečné uličné osvetlenie, ktoré musí byť prevádzkyschopné každú noc.
Degradácia batériových systémov v slnečných uličných svietidlách je veľmi ovplyvnená teplotou. Poľné testy ukázali, že kapacita batérie môže klesnúť až o 30 % v dôsledku nadmerného zahrievania. Za rovnakých ostatných podmienok sa oloveno-kyselinové batérie degradujú približne dvakrát rýchlejšie ako litiové batérie. Napríklad po približne 500 úplných cykloch nabíjania a vybíjania budú oloveno-kyselinové batérie v priemere mať len približne 60 % pôvodnej kapacity, zatiaľ čo litiové batérie si zachovajú približne 80 až 85 %. Čo to znamená? Znamená to, že svetlá budú svietiť kratší čas. V zime staršie batériové systémy dokážu poskytnúť o 20 až 40 % kratšie doby prevádzky – presne vtedy, keď je potrebná najdlhšia doba prevádzky. Ak sú batérie prevádzkované v trvalých teplotách mimo rozsahu 15 až 35 °C, proces starnutia sa zrýchľuje. Preto je dôležité vybrať batérie navrhnuté pre miestne podnebie. Niekoľko špecifických litiových batérií je navrhnutých tak, aby lepšie fungovali v chladnejšom podnebí, a v regiónoch s prísne zimnými podmienkami sa ich investícia vyplatí.
Chytré regulátory tiež pomáhajú udržiavať batérie v dobrom stave a zabezpečujú dlhodobý prevádzkový čas svietidiel, pretože využívajú zabudované algoritmy, ktoré analyzujú údaje o aktuálnej nábojovej úrovni a odhadovanej dostupnej kapacite v nasledujúcich niekoľkých dňoch na základe predpokladaného počasia, teploty a predchádzajúcich podmienok slnečného svetla. Funkcia kompenzácie teploty zabraňuje nadmernému alebo nedostatočnému nabíjaniu batérií. Adaptívne stmievanie zníži jas LED diód o 50 % a zabezpečí potrebnú bezpečnosť. Regulátory predĺžia očakávanú životnosť litiových batérií o 25 % tak, že pri teplotách vyšších ako 35 °C obmedzia náboj na 80 % kapacity a predĺžia tak cyklus nabíjania. Kombinácia pohybových senzorov a stmievania zabezpečuje cieľový čas svietenia 8–12 hodín počas celého roka a zníži spotrebu energie o 30 – 50 %.
Pohybové senzory, časovo riadené stmievanie a pokročilé LED diódy môžu znížiť energetickú náročnosť slnečných uličných svietidiel.
V osvetľovacích systémoch pridaním senzorov pohybu sa spotreba energie zníži o 40 percent, pretože systém aktivuje plný výkon a plnú jasnosť len vtedy, keď sa niekto dostane do rozsahu senzora pohybu. Ďalšou výbornou funkciou na úsporu energie je časovo riadené stmievanie, pri ktorom systém automaticky zníži jas svetiel v určitých časoch dňa. Napríklad o 0:00 hod. sa môžu svetlá stmievať na 30 percent a automaticky sa zvýši na 70 percent do 6:00 hod. ráno, aby boli svetlá dostatočne jasné na to, aby ich videli cestujúci v rannom dopravnom špičkovom zaťažení. Okrem toho nové LED diódy dokážu vyrábať medzi 180 a 200 lumenov na watt. To znamená, že LED technológia má vyššiu energetickú účinnosť a spotrebuje približne 50 percent energie v porovnaní s tradičnými výbojkami HID a fluorescenčnými osvetľovacími technológiami. Vynikajúcu účinnosť zabezpečujú tiež svietidla navrhnuté tak, aby odvádzali teplo, keď teplota stúpne na 45 °C. Kombináciou všetkých vyššie uvedených prvkov ukazujú inteligentné technológie a slnečné uličné svietidlá, že ich možno spoľahlivo používať počas piatich po sebe idúcich zamračených dní, čím poskytujú komunitám prvýkrát systémy bez potreby dodávky elektrickej energie.
Ako geografia a klíma ovplyvňujú spoľahlivosť systému
Prevádzka slnečných uličných svietidiel je výrazne ovplyvnená geografiou. Pri batériách na báze lítia sa časť energie dočasne stratí, ak je teplota pod bodom mrazu. V teplejších klímatu dochádza k rýchlejšej strate energie a degradácii panelov. V pobrežných oblastiach s prítomnosťou soľného vzduchu môže soľný vzduch spôsobiť koróziu elektrických komponentov, ako sú rozvádzače a regulátory. Tieto systémy majú skrátenú životnosť, ak sa nevykonáva žiadna dodatočná údržba. V horách a na ďalekom severe v zimných mesiacoch trvajú dlhšie obdobia tmy a hromadí sa viac snehu, ktorý blokuje slnečné svetlo a zadržiava teplo na roztápanie ľadu. Úrad pre energetiku Spojených štátov amerických vykonal výskum, v ktorom zdôrazňuje potrebu inteligentného plánovania s ohľadom na počasiové javy v jednotlivých komunitách – od tropických búrok až po piesočné búrky a cykly zamrzania a rozmrazovania v zime. Inteligentné plánovanie zahŕňa niekoľko kľúčových krokov vrátane...
Identifikácia litiových batérií s nízkou pracovnou teplotou (-20 °C) na prevádzku v arktických oblastiach.
Identifikácia nerezovej ocele alebo hliníkových zliatin námornej kvality s vyššou odolnosťou voči korózii pre použitie v pobrežných alebo vlhkom klíme.
Identifikácia miest, kde je možné zvýšiť hodnoty štrukturálneho vetrového zaťaženia pre oblasti ohrozené cyklónmi alebo tornádami.
Identifikácia lokalít, kde je možné použiť uhol sklonu panelov 45° alebo vyšší a nepriľnavé hladké povrchy na odstraňovanie snehu.
Inžiniersky návrh slnečných uličných svietidiel pre klimatické regióny zníži dobu prevádzky o 40 % počas vrcholných zimných a letných období na základe údajov o výkone mikro-siete od NREL.
Otázky a odpovede
Aké sú výhody používania monokryštalických kremíkových panelov?
Monokryštalické kremíkové panely majú účinnosť 22 – 24 %, čo znamená, že efektívne premieňajú zachytené slnečné svetlo na elektrickú energiu; tým sa zvyšuje životnosť slnečných uličných svietidiel.
Ako ovplyvňujú environmentálne faktory výkon slnečných panelov?
Environmentálne faktory, vrátane znečistenia a tieňovania, ako aj sezónne dráhy slnka, môžu výrazne znížiť celkovú účinnosť panela. Zatienené časti panela môžu znížiť výkon o viac ako 50 %, zatiaľ čo neprečistené panely môžu znížiť účinnosť o 15 – 25 %.
Prečo sa pre solárne uličné svietidlá uprednostňujú batérie na báze lítia pred oloveno-kyselinovými batériami?
Oloveno-kyselinové batérie majú kratšiu životnosť a nižšiu kapacitu vybíjania. Preto lítiové batérie poskytnú lepší výdržový čas pri viac konštantnom napätí, hoci sú drahšie.
Akú funkciu majú inteligentné regulátory v solárnych uličných svietidlách?
Inteligentné regulátory predlžujú životnosť batérií a šetria energiu sledovaním stavu batérií a používaním adaptívneho stmievania na optimalizáciu osvetlenia.
Ako ovplyvňujú klimatické podmienky spoľahlivosť solárnych uličných svietidiel?
Spoľahlivosť môže ovplyvniť extrémne teploty a výzvy vyplývajúce z pobrežnej polohy a geografických podmienok. Spoľahlivosť je ovplyvnená extrémnymi teplotami. Spoľahlivosť je ovplyvnená extrémnymi teplotami.