EN
Výška slnečného uličného svietidla a jej vplyv na výkon osvetlenia
Zákon o prevrátenej druhej mocnine
Príkladom zákona o nepriamej úmernosti k druhej mocnine je prípad svietidla umiestneného na stĺpe dvojnásobnej výšky štandardného stĺpa. Osvetlenie na úrovni zeme sa zníži približne o 75 %. Napríklad slnečné uličné svietidlo umiestnené vo výške 6 metrov bude na úrovni zeme vytvárať len 1/4 osvetlenia v porovnaní so svietidlom umiestneným vo výške 3 metrov. Toto je zvyčajne hlavný faktor pri určovaní výšky svietidlového stĺpa v súvislosti s šírkou cesty. Všeobecne sa používa pomer 1 ku 1. Ak vezmeme ako príklad indický štandard 3500, pre cestu širokú 7 metrov bude potrebný svietidlový stĺp rovnakej výšky, aby sa dosiahlo rovnomerné osvetlenie nad 20 luxov. Oslnenie je vážnym problémom, ak je montážna výška svietidla nízka. Je to tiež problém, ak je svietidlo nastavené horizontálne v smere svetelného lúča. Vyššie stĺpy sú účinnejšie pri znížení oslnenia a dobre navrhnuté svietidlá presmerujú väčšiu časť svetla tam, kde je potrebné. Pri výrobe menšieho množstva viditeľného svetla sa spotrebuje viac energie ako pri výrobe väčšieho množstva viditeľného svetla s vysokou úrovňou spotreby energie.
Výška vs. výkon: Prečo je výška dôležitá pre solárne uličné svietidlá
Zvýšená výška poskytuje svietidlám lepšie rozptýlenie svetla ako zvýšenie výkonu. V našom prípade zvýšenie výšky z 4 metrov na 8 metrov takmer trojnásobne zväčšilo osvetlenú plochu bez zvyšovania spotreby energie. Ide o klasický príklad výhod umiestnenia oproti výkonu žiarovky. Toto sa potvrdilo aj v teréne v Gudžarátu: uličné svietidlá na stožiaroch vysokých 12 metrov spotrebovali o 25 % menej energie a pokryli približne o 40 % väčšiu plochu ako stožiary vysoké 8 metrov. Vyššie umiestnené panely sa stretávajú s menším počtom prekážok, ktoré by vytvárali tieň, čo umožňuje počas dňa zachytiť približne o 18 % viac slnečnej energie. Toto je známe väčšine inžinierov, preto sa pri systémoch, ktoré stojia približne o 120 USD viac za kus, sústreďujú skôr na výšku než na výkon batérií. Celá otázka sa totiž točí okolo výšky, keďže táto premenná optimalizuje rozloženie svetla, výnos slnečnej energie, záťaž vetrom a životnosť celého systému.
Kontextovo optimálna výška pre solárne uličné lampy
Výška solárnych uličných svietidiel je určená miestom, kde sa technologické riešenie stretáva s okolitým kontextom. Nižšie uvedené sú pokyny založené na konkrétnych prípadoch použitia.
Obydlia/parky (3–6 m): Pre chodníky širšie ako 7 m sa odporúčajú stĺpy výšky 3–6 m vybavené svietidlami s výkonom 30–60 W, ktoré zabezpečujú priemernú osvetlenosť 15–20 lux. Toto riešenie poskytuje primerané obmedzenie rozptylu svetla a zároveň pohodlne osvetľuje chodníkovú zónu.
Mestské cesty (8–10 m): Pre ulice široké 8–12 m s požiadavkou na osvetlenosť 30 lux sa odporúča kombinovať svietidlá s výkonom 100 W so stĺpmi výšky 8–10 m. Inštalácia svietidiel na protiľahlých stranách tiež zvyšuje účinnosť pokrytia a zníži potrebné vzdialenosti medzi nimi.
Diaľnice (10–14 m): Pre jazdné pruhy širšie ako 20 m, kde je vyžadovaná vysoká viditeľnosť, sú vhodné stĺpy výšky 10–14 m vybavené jednotkami s výkonom 100–200 W; tieto môžu byť umiestnené vo vzdialenosti 40–50 m od seba, čím sa zníži nepríjemné oslnenie a rozptyl svetla.
Štúdia spoločnosti Luxman (2023) preukázala, že v prípade odchýlok výšky menších ako ±1,5 m bol svetelný výkon o 40 % nižší a energia sa naprázdno spotrebovala o 35 %, čo ukazuje na dôležitosť starostlivej voľby výšky s cieľom maximalizovať fotometrický výkon a znížiť celkové náklady počas životného cyklu.
Výber výšky solárnych uličných svietidiel
Zohľadnenie šírky ciest, výšky uličných svietidiel a vzdialenosti medzi svietidlami
Splnenie požadovaných úrovní osvetlenia na cestách je dokonalou rovnováhou troch prvkov – šírky cesty, výšky stožiarov a vzdialenosti medzi stožiarmi. Napríklad úzka chodníková plocha široká približne 3 až 4 metre vyžaduje stožiary približne rovnakej výšky (približne 3 až 4 metre) umiestnené vo vzdialenosti približne 10 až 15 metrov od seba, aby sa predišlo nežiadúcim tmavým miestam medzi svetlom. Pri širších cestách, napríklad širokých 8 až 12 metrov, sa výška a vzdialenosť stožiarov výrazne menia. Stožiary by mali mať výšku 8 až 10 metrov a mali by byť umiestnené vo vzdialenosti 25 až 30 metrov od seba. Táto konfigurácia zvyčajne spĺňa pokyny IES RP-8. Matematické výpočty zabezpečujú splnenie povinných požiadaviek na jasnosť pri súčasnom obmedzení oslnenia a prenikania svetla na susedné nehnuteľnosti.
Medzi účinnosťou slnečných panelov, veternou zaťažiteľnosťou a výškou panelov existujú kompromisy.
Veterné zaťaženie sa zvyšuje s výškou, čo vyžaduje, aby boli stĺpy vyrobené z kvalitných materiálov (napr. pozinkovanej ocele) pre rýchlosti vetra približne 150 km/h. Výhodou je, že zvýšená výška stĺpov zabezpečuje fotovoltickým panelom lepší prístup k slnečnému svetlu bez prekážok spôsobených tieňovaním okolitých budov alebo stromov. Pre návrhárov a inžinierov vždy existuje kompromis, ktorý je potrebné zvážiť. Na základe polních správ získaných v roku 2023 sa pri zvýšenej výške náklady na materiál zvyšujú približne o 18 % a denná výroba energie sa zvyšuje približne o 9 %. Hoci PWM regulátory zvládajú čiastočné tieňovanie, úplne nemôžu kompenzovať negatívny vplyv nadmerného zvýšenia výšky. Čím sú káble dlhšie, tým väčšie sú straty výkonu. Montáž sa stáva zložitejšou a uhol môže byť príliš plochý na dosiahnutie optimálneho slnečného vystavenia.
Od štandardnej dokumentácie po overenie polných údajov: IS 3500
Dodržiavanie požiadaviek normy IES RP-8 a normy IS 3500 na osvetlenie (lux) pre všetky triedy ciest
Keď ide o súlad so štandardmi IES RP-8 a indickým štandardom IS 3500, výška slnečného uličného svietidla je jedným z najvýznamnejších faktorov ovplyvňujúcich dosiahnutie týchto požiadaviek. Niektoré príklady zahŕňajú:
- Obydlia (šírka: 5 m): stĺpy výšky 6 m poskytujú osvetlenie 10 – 15 lux
- Zberné cesty (šírka: 7 – 10 m): stĺpy výšky 8 m spĺňajú minimálny požadovaný stupeň osvetlenia 20 lux podľa IS 3500
- Diaľnice (šírka: 12 m a viac): stĺpy výšky 10 m a vyššie zabezpečujú rovnomerné osvetlenie ≥30 lux, ktoré je potrebné na bezpečnú jazdu vysokou rýchlosťou
Nízka výška môže viesť k vytvoreniu nevyhovujúcich tmavých zón, zatiaľ čo nadmerná výška môže spôsobiť nerovnomernosť osvetlenia a zbytočnú spotrebu energie. Nedávna auditná skúška (2023) v Gujarate odhalila 22 % nezhody na obecných cestách kvôli nesplneniu minimálneho požiadavku IS 3500 na osvetlenie 10 lux, ktorý nebol dosiahnutý stĺpmi vyššími ako 6 m. To zdôrazňuje význam primeraného návrhu komunálnej a uličnej infraštruktúry.
Políčne dôkazy: stĺpy výšky 8 m vs. 12 m na vidieckej ceste šírky 7 m v Gujarate, India
bola uskutočnená 12-mesačná skúška hodnotenia výšky stĺpov na ceste šírky 7 m.
Aj keď 8-metrový stĺp poskytoval tu a tam pozitívne jasnejšie miesta, 12-metrová inštalácia bola z hľadiska priemernej hodnoty osvetlenia v luxoch a rovnomerného rozloženia svetla na vozovke jednoznačne najlepšia s indexom rovnomernosti 0,68 oproti 0,41 u kratšieho stĺpa. Vodič bude po celej dĺžke cesty určite menej zaťažený a menej svetla sa bude rozptyľovať do susedných polí, čo lepšie vyhovuje indickým štandardom tmavej oblohy. Z toho všetkého sme sa naučili, že pri solárnych uličných svietidlách je dobré pokrytie najdôležitejším faktorom a je výhodnejšie než vysoká hodnota osvetlenia v luxoch. Rovnomernosť je najlepším ukazovateľom kvality v porovnaní s len vysokou hodnotou osvetlenia v luxoch.
Často kladené otázky
Čo je zákon o nepriamej úmernosti štvorca vzdialenosti v súvislosti so solárnymi uličnými svietidlami?
Zákon o nepriamej úmernosti štvorca vzdialenosti uvádza, že ak sa výška svietidlového stĺpa zdvojnásobí, intenzita osvetlenia na zemi klesne na jednu štvrtinu pôvodnej hodnoty a tým sa určuje vzájomná vzdialenosť svietidlomontážnych stĺpov.
Čo robí výšku stožiara cennejšou ako výkon pri slnečných uličných svietidlách?
Pri slnečných uličných svietidlách je výška cennejšia ako výkon, pretože ovplyvňuje rozsah osvetlenia viac než samotné zvyšovanie výkonu. Príklady z Gujaratu v Indii ukazujú, že úprava výšky stožiarov viedla k širšiemu rozptylu svetla a dokonca aj k zníženiu spotreby elektrickej energie.
Aké sú prostredia a parametre výšky stožiarov?
stožiary výšky 3–6 metrov sú ideálne pre použitie v rezidenčných oblastiach a parkoch, zatiaľ čo na mestských cestách by mali mať stožiary výšku 8–10 metrov a na diaľniciach sa odporúča výška stožiarov 10–14 metrov, aby sa dosiahlo primerané osvetlenie, ktoré je zároveň energeticky účinné.
Aké sú nevýhody zvyšovania výšky stožiara?
Nevýhodami zvyšovania výšky stožiara sú vyššie náklady na materiál, väčšia vystavenosť vetru a možné problémy s energetickou účinnosťou a rozptylom svetla v prípade nesprávneho návrhu.