EN
Autonómia mimo siete: Zachovanie funkčnosti a spoľahlivosti v odľahlých lokalitách s nízkym osvetlením
Ako počet dní autonómie a kapacita batérie pomáhajú predchádzať prevádzkovým poruchám v noci
V oblastiach s nedostatkom slnečného svetla musia byť slnečné uličné svietidlá vybavené dostatočnou batériovou kapacitou, aby mohli fungovať počas predĺžených období bez slnečného svetla. Kľúčovým faktorom je tu koncept tzv. autonómnych dní, čo znamená počet po sebe idúcich nocí, počas ktorých môže slnečné svietidlo fungovať bez príjmu slnečného nabitia. Väčšina systémov je navrhnutá tak, aby poskytovala aspoň 3 autonómne dni záložnej energie, čo znamená, že svietidlo zostane zapnuté nepretržite po dobu 72 hodín bez príjmu slnečného nabitia. Aby sa zohľadnili aj najhoršie počasné podmienky, niektoré systémy sú navrhnuté na poskytnutie až 5 autonómnych dní záložnej energie. Ulicné svietidlá vybavené batériovými systémami s 1 alebo 2 autonómnymi dňami sa počas daždivého obdobia oveľa častejšie vybíjajú. Toto bolo potvrdené v minuloročnej Správe o energetickej odolnosti a výsledkom je potreba hlbokocyklových batérií, ktoré musia počas denných hodín absorbovať dostatočné množstvo náboja. Je nevyhnutné vybrať batériu vhodnej veľkosti. To sa dosiahne analýzou údajov o slnečnom svetle z minulosti, aby sa určil očakávaný nočný spotrebný výkon svietidla. Tým sa zabezpečí prevádzka aj počas predĺžených období zlého počasia.
Prečo 30 % prebytok výkonu fotovoltických panelov a 7-dňová autonómia stanovujú štandard pre odľahlé lokality, ako sú Himaláje.
Extrémne klímy, ako sú Himaláje, arktické tundry, vysokejší púštny plató a oblasti postihnuté tropickými cyklónmi, musia spĺňať prísnejší návrhový štandard 7-dňovej autonómie a 30 % prebytku výkonu fotovoltických (PV) modulov. Tento štandard strategicky rieši tri navzájom prepojené kľúčové návrhové aspekty.
Predĺžené obdobia slabého osvetlenia: Nad 3 000 m sa priemerne 8-krát ročne vyskytujú 5 až 7 po sebe idúcich zamračených dní.
Zníženie výkonu v dôsledku teploty: Výstup fotovoltických panelov klesá o 18–25 % pri okolitej teplote pod nulou.\n\nSnové zákrivy: Nepoškodené pokrytie panelov snehom môže spôsobiť straty výroby elektrickej energie až 90–100 %, kým nie sú panely manuálne alebo tepelne vyčistené.\n\nKeď je vybavenie dimenzované s rezervou, kompenzuje všetky tieto malé straty účinnosti, ktoré sa postupne hromadia v čase. Navyše batérie s dĺžkou prevádzky sedem a viac dní poskytujú prevádzkovú flexibilitu. Výsledky terénnych testov tejto stratégie, ktoré boli publikované v minuloročnom časopise Alpine Energy Journal, ukázali, že systémy s touto konfiguráciou mali mieru porúch nižšiu ako 5 %. To je výrazne lepšie v porovnaní s mierou porúch 35 % u systémov s trochdňovou zálohou. Táto konfigurácia je ďaleko od exotiky – stáva sa štandardnou metodikou vo všetkých situáciách, keď je prístup k bežnej elektrickej sieti alebo nasadenie technika do vzdialených lokalít príliš nákladné.
Odolná konštrukcia: Ochrana pred počasím a vysoká trvanlivosť pre použitie na mieste u solárnych uličných svietidiel
Kryty s ochranou IP66+ a tepelné tesnenie: kritické pre obdobie monzúnov, prašné prostredie a podmienky striedania mrazu a roztápania
Spoľahlivosť, najmä v nepriaznivých poveternostných podmienkach, začína fyzickou odolnosťou voči vonkajším vplyvom a použitými stavebnými materiálmi. V závažných prípadoch už nie je získanie krytu s ochranou IP66 len žiaducou možnosťou. Takéto kryty sú nepreniknuteľné pre vnikanie vody pri intenzite dažďa vyššej ako 100 mm za hodinu a zároveň bránia vnikaniu jemného prachu v dôsledku ich uzavretia. Okrem toho je pre kryt dôležité aj tepelné tesnenie. To znamená, že nedochádza k korózii spôsobenej kondenzáciou ani k mikroprasklinám spôsobeným striedaním mrazu a roztápania. Pozorovali sme teplotné extrémy dosahujúce 30 °C alebo viac a opakovane sme videli, ako sa bežné stavebné materiály deň za dňom porúšajú. Čísla to potvrdzujú. V podmienkach vysokého vzdušného vlhka, vysokohorského prostredia alebo prostredia so soľným vzduchom sa nepchránené komponenty porúšajú o 47 % častejšie. To vyvoláva otázku: aké opatrenia prijímame na ochranu komponentov nachádzajúcich sa na druhej strane krytu?
- Šošovky z nárazuvzdorného polykarbonátu navrhnuté tak, aby vydržali krúpy a odpad vynášaný vetrom
- Skrutky a matica z nerezovej ocele námornej kvality navrhnuté na odolnosť voči korózii spôsobenej soľou a galvanickej degradácii
- Elektronika chránená priemyselnými pottingovými zlúčeninami, ktoré bránia skratom spôsobeným vlhkosťou
Vyššie popísaná integrovaná stratégiu odolnosti eliminuje potrebu neplánovaných údržbových návštev a tým zníži celkové životné náklady na prevádzku o 34 % v porovnaní s alternatívami, ktoré neboli pre tento účel navrhnuté, najmä v lokalitách, ktoré je ťažké dosiahnuť.
Chemické zloženie batérií diaľkovo ovládaných slnečných uličných svietidiel
Životnosť cyklov, odolnosť voči teplote, reálny návrat investícií (ROI) v podmienkach vysoké vlhkosti a podnulových teplôt: LiFePO4 vs. olovené batérie
Najdôležitejším aspektom batérií diaľkovo ovládaných slnečných uličných svietidiel je ich chemické zloženie. Batérie z lithium-železo-fosfátu (LiFePO4) sú v porovnaní so štandardnými olovenými batériami lepšie takmer vo všetkých environmentálnych aj ekonomických aspektoch:
Životnosť cyklov: LiFePO4: 2 000–5 000 cyklov pri hĺbke vybitia (DoD) 80 % v porovnaní s olovenými batériami: 300–500 cyklov. Výmena nie je možná v ťažko prístupných lokalitách
Stabilná prevádzka v rôznych teplotných podmienkach: Batérie LiFePO4 sú funkčné v extrémnych prostrediach, ich prevádzkový rozsah teplôt je od –20 °C do 60 °C (zachovanie kapacity pri –10 °C je vyššie ako u olovených batérií: <50 % kapacity). Olovené batérie stratia prevádzkovú funkčnosť a kapacitu pod 0 °C a tiež stratia prevádzkovú funkčnosť nad 40 °C
Návratnosť investície (ROI): Batérie LiFePO4 sú ekonomicky výhodnejšie aj napriek vyšším počiatočným nákladom v extrémnych prostrediach (prísne klímy), pretože nevyžadujú žiadnu údržbu, majú životnosť 8–10 rokov (v porovnaní s 2–4 rokmi u olovených batérií) a poskytujú spoľahlivú funkčnosť aj počas dňov monzúnneho počasia (cyklov zamrzanie–roztápanie)
Parameter výkonu LiFePO4 Olovená batéria
Prevádzkový teplotný rozsah –20 °C až 60 °C 0 °C až 40 °C (optimálny)
Životnosť cyklov pri 80 % DoD 2 000–5 000 cyklov 300–500 cyklov
Zachovanie kapacity pri –10 °C >85 % <50 %
Pri vzdialených nasadeniach sú batérie typu LiFePO4 nielen výkonnejšie, ale aj kľúčové pre zabezpečenie osvetlenia a súčasne eliminujú drahé a zložité logistické operácie spojené so výmenou batérií.
Správne určenie veľkosti slnečných panelov pre autonómny prevádzkový režim v oblastiach s nízkym slnečným žiarením je kľúčové pre off-grid a diaľkové aplikácie. Navrhovatelia takýchto systémov musia využívať skutočné slnečné údaje a vyhýbať sa použitiu zovšeobecnených údajov pre danú oblasť. Kvalitnými zdrojmi by boli napríklad údaje NASA POWER a údaje oficiálnych meteorologických služieb. Po získaní údajov je možné porovnať nameralú intenzitu slnečného žiarenia s požadovanou zaťažovacou poptávkou (napríklad zaťažovacia poptávka môže byť spotreba energie niekoľkých LED diód, celkový čas ich prevádzky a zohľadnenie strát v regulátore a medzipripojovacích vodičoch). Väčšina odborníkov sa domnieva, že pri výpočte zaťažovacej poptávky je najlepšou praxou pridať k výpočtu 30 % rezervu. Tento prístup bol overený v rôznych terénnych testoch v rôznych regiónoch s prudkým, alpskym a snehovým terénom. Dodatočná kapacita systému predstavuje bezpečnú rezervu pre reálne výzvy, ako napríklad neočakované usadeniny prachu na slnečných paneloch, uhol dopadu slnečného žiarenia v rôznych ročných obdobiach, sneh, ktorý zakrýva niektoré články fotovoltaickej batérie, alebo prechody oblakov. Táto rezerva slnečných panelov zabezpečuje, že batéria sa nevybije skôr, než sa očakáva. V regiónoch s zimnou intenzitou slnečného žiarenia < 2 kWh/m²/deň v každom inom ročnom období vedie správne dimenzovanie rezervy slnečných panelov k tomu, že systémy sa vyhýbajú zlyhaniu počas viacerých dní, na rozdiel od nepretržitej prevádzky po dlhšie obdobia bez dodatočného zdroja energie.
Často kladené otázky
Čo znamená autonómia pri slnečných uličných svietidlách?
Autonómia označuje počet po sebe nasledujúcich nocí, počas ktorých môže slnečné uličné svietidlo fungovať bez nabíjania zo slnečných článkov. Svietidlá budú stále fungovať aj v prípade absencie slnečného svetla po niekoľko dní.
Prečo je pre extrémne podmienky potrebná 7-dňová autonómia a 30 % premeranie fotovoltaických panelov?
7-dňová autonómia a 30 % premeranie fotovoltaických panelov zohľadňujú všetky extrémne podmienky, ako sú nízka dĺžka osvetlenia, zníženie výkonu v dôsledku teploty a prítomnosť snehu. Toto je nevyhnutné pre oblasti Himalájov a arktickej tundry.
Aký je význam ochranných krytov s ochranou IP66+ a tepelnej tesnenia?
Tieto funkcie zabezpečujú spoľahlivý prevádzkový režim za extrémnych podmienok, keďže chránia pred vniknutím vody a prachu, ako aj pred koróziou spôsobenou kondenzáciou.
Ako sa vzdialené prostredia výhodne skladajú na použitie batérií LiFePO₄ oproti oloveným batériám?
Batérie typu LiFePO₄ sú výrazne lepšie z hľadiska životnosti v cykloch, odolnosti voči teplote a celkovej nižšej životnej ceny v porovnaní s oloveno-kyselinovými batériami. Toto platí ešte viac v odľahlých prostrediach.