EN
Вхідна потужність сонячної панелі: ефективність, розташування та експозиція
Вплив ефективності панелі, номінальної потужності у ваттах, кута нахилу/азимуту на щоденну енергозбір
Хоча панелі з більшою потужністю в ваттах захоплюють більше сонячного світла, ймовірність того, що вони досягнуть свого повного потенціалу, залежить від їх розташування. Щодо постійних установок сонячних панелей у більшості районів Північної Америки, їх точне південне положення (що не слід плутати з компасним південним напрямком) та кут повороту, адаптований до конкретного місця розташування, можуть значно покращити щорічне збирання енергії. Також виправдано вносити сезонні коригування кута нахилу панелей. У зимові місяці, коли Сонце перебуває нижче над горизонтом, збільшення кута нахилу панелей дозволяє збирати більше сонячного світла. У літні місяці нижчий кут нахилу покращує ефективність збирання енергії. За таких умов найкращими панелями є монокристалічні кремнієві (ККД 22–24 %). Ці панелі можуть живити вуличні ліхтарі, але тривалість їх роботи буде коротшою.
Вплив забруднення, затінення та сезонного шляху Сонця на надійне заряджання
Екологічні умови мають вимірний негативний вплив на ефективність роботи сонячних панелей, причому деградація відбувається за певними закономірностями й накопичується з часом. Навіть часткове затінення сонячних панелей деревами чи будівлями може призвести до втрат потужності понад 50 % через послідовне з’єднання сонячних елементів у межах однієї панелі. Крім того, сонячні панелі швидко забруднюються, а зі зростанням ступеня забруднення їхня ефективність знижується на 15–25 % кожні три місяці (щоквартально) протягом трьох місяців. Щоб зменшити цю проблему, можна застосовувати спеціальні грязевідштовхувальні покриття. Також необхідно враховувати сезонну траєкторію Сонця протягом року, що додає ще один рівень складності. Узимку тривалість світлового дня менша, ніж влітку, а отже, кількість сонячної енергії, яку можна зібрати, також менша. У цьому випадку ефективність сонячних панелей знижується на 40 %, тому збирається менше сонячної енергії; влітку ж доступно більше сонячної енергії, а також тривалість світлового дня більша (Сонце розташоване вище над горизонтом). Крім того, щоб забезпечити оптимальну роботу сонячних панелей та підвищити й гарантувати їхню надійну роботу навіть на мінімальному рівні ефективності, необхідно також забезпечити ефективну й надійну роботу сонячних панелей. Системи сонячних панелей забезпечують, що сонячні ліхтарі можуть працювати протягом усієї ночі.
Система акумуляторів: ємність, хімічний склад та деградація з часом
Літієві та свинцево-кислотні акумулятори: корисна ємність, глибина розряду та компроміси щодо тривалості роботи вночі
Літієві акумулятори можуть забезпечувати корисну ємність до 80–90 % від їхньої загальної ємності, тоді як свинцево-кислотні — лише 50 %. Це означає, що свинцево-кислотні акумулятори можуть розряджатися лише до цього рівня, тоді як літієві — значно глибше. На практиці це означає більшу тривалість роботи протягом усього терміну експлуатації. Наприклад, розглянемо літієвий акумулятор ємністю 100 А·год.
Зазвичай він може живити світлодіодні лампи понад 10 годин. Акумуляторна батарея того самого розміру на основі свинцю та кислоти може живити світлодіодні лампи лише 6–7 годин до необхідності підзаряджання. Літієві акумулятори витримують більшу кількість циклів, оскільки їх можна розряджати глибше, тоді як акумулятори на основі свинцю та кислоти вимагають більш обережного поводження, щоб запобігти прискореній сульфатації. Це призводить до скорочення терміну служби акумуляторів на основі свинцю та кислоти; хоча літієві акумулятори спочатку коштують дорожче, їх вартість виправдовується енерговіддачею та тривалістю служби. Це особливо актуально для вуличних ліхтарів із сонячним живленням, оскільки вони мають працювати щоночі.
Деградація акумуляторних систем у сонячних вуличних ліхтарях значною мірою залежить від температури. У польових випробуваннях було показано, що ємність акумулятора може знизитися настільки, наскільки 30 % через надмірну температуру. За інших рівних умов свинцево-кислотні акумулятори, як правило, деградують приблизно вдвічі швидше, ніж літієві. Наприклад, після приблизно 500 повних циклів зарядження та розрядження свинцево-кислотні акумулятори в середньому зберігають лише близько 60 % початкової ємності, тоді як літієві — близько 80–85 %. Що це означає? Це означає, що тривалість роботи ліхтарів скорочується. Взимку старі акумуляторні системи забезпечують тривалість роботи на 20–40 % меншу саме в той час, коли потрібна максимальна тривалість роботи. Якщо акумулятори експлуатуються при стійких температурах за межами діапазону від 15 до 35 °C, процес старіння прискорюється. Саме тому важливо вибирати акумулятори, розроблені для місцевого клімату. Деякі спеціальні літієві акумулятори розроблені для кращої роботи в холодному кліматі й варті інвестицій у регіонах із суворими зимовими умовами.
Розумні контролери також сприяють збереженню здоров’я акумуляторів та тривалій роботі світлодіодних ліхтарів, оскільки вони використовують вбудовані алгоритми, які аналізують інформацію про поточний заряд та орієнтовний доступний заряд протягом наступних кількох днів з урахуванням очікуваної погоди, температури та попередніх умов освітлення сонцем. Функція компенсації температури запобігає надмірному або недостатньому заряджанню акумуляторів. Адаптивне затемнення зменшує яскравість світлодіодів на 50 % й забезпечує необхідний рівень безпеки. Контролери збільшують розрахунковий термін служби літієвих акумуляторів на 25 % шляхом обмеження заряду до 80 % ємності при температурі понад 35 °C та оптимізації циклу заряджання. Поєднання датчиків руху та затемнення забезпечує цільову тривалість світіння 8–12 годин протягом усього року й знижує споживання енергії на 30–50 %.
Датчики руху, затемнення за часом і сучасні світлодіоди можуть знизити енергоспоживання сонячних вуличних ліхтарів.
У системах освітлення додавання датчиків руху зменшує споживання електроенергії на 40 відсотків, оскільки система активує повну потужність і повну яскравість лише тоді, коли хтось потрапляє в зону виявлення датчика руху. Ще однією чудовою функцією економії енергії є часове затемнення, за якого система автоматично знижує яскравість світильників у певний час доби. Наприклад, о 00:00 яскравість може бути знижена до 30 відсотків і автоматично підвищена до 70 відсотків до 6:00 ранку, щоб забезпечити достатню яскравість для комутантів вранці. Крім того, нові світлодіоди, що випускаються сьогодні, здатні виробляти від 180 до 200 люменів на ват. Це означає, що світлодіоди мають вищу енергоефективність і споживають приблизно на 50 відсотків менше енергії порівняно з традиційними системами освітлення на основі розрядних ламп високого тиску (HID) та люмінесцентних ламп. Висока ефективність також зберігається завдяки світильникам, розробленим для відведення тепла, коли температура піднімається до 45 °C. Об’єднавши всі вищезазначені технології, розумні системи та вуличні ліхтарі, що працюють від сонячної енергії, демонструють свою надійну роботу протягом п’яти поспіль хмарних днів, забезпечуючи таким чином громади першими у світі автономними системами освітлення.
Як географія та клімат впливають на надійність системи
Експлуатація сонячних вуличних ліхтарів значною мірою залежить від географічного розташування. У разі літієвих акумуляторів частина енергії тимчасово втрачається при температурі нижче точки замерзання. У спекотніших кліматичних умовах відбувається швидша втрата й деградація енергії панелей. У прибережних районах, де повітря насичене соллю, солоне повітря може викликати корозію електричних компонентів, таких як розподільні коробки та контролери. Термін служби таких систем скорочується, якщо не проводити додаткового технічного обслуговування. У гірських районах та на далекому півночі зимові місяці характеризуються тривалішими періодами темряви та більшою кількістю снігу, що блокує сонячне світло й утримує тепло для танення снігу й льоду. Департамент енергетики США провів дослідження, у якому наголошує на необхідності розумного планування з урахуванням метеорологічних явищ, що відбуваються в різних спільнотах — від тропічних штормів до піщаних бурь і циклів замерзання-відтаювання взимку. Розумне планування передбачає кілька ключових етапів, у тому числі…
Визначення літієвих акумуляторів з низькотемпературним рейтингом (–20 °C) для експлуатації в арктичних зонах.
Визначення морських марок нержавіючої сталі або алюмінієвих сплавів із підвищеною стійкістю до корозії для використання в прибережних або вологих кліматичних умовах.
Визначення місць, де можна підвищити розрахункові значення вітрового навантаження на конструкції для районів, схильних до циклонів або торнадо.
Визначення місць, де можна використовувати кути нахилу сонячних панелей 45° і більше та поверхні з низькою адгезією (гладкі, не прилипальні) для ефективного зсуву снігу.
Інженерне проектування сонячних вуличних ліхтарів для конкретних кліматичних регіонів дозволить зменшити скорочення тривалості роботи на 40 % під час пікових зимових і літніх періодів на основі даних про продуктивність мікромережі від Національної лабораторії відновлюваних джерел енергії (NREL).
Питання та відповіді
Які переваги використання моно-кристалічних кремнієвих панелей?
Ефективність моно-кристалічних кремнієвих панелей становить 22–24 %, що означає їх високу здатність перетворювати захоплене сонячне світло на електричну енергію; отже, такі панелі забезпечують більш тривалий термін служби сонячних вуличних ліхтарів.
Як екологічні чинники впливають на ефективність роботи сонячних панелей?
Екологічні чинники, зокрема забруднення та затінення, а також сезонні траєкторії руху Сонця, можуть значно знизити загальну ефективність панелі. Затінені ділянки панелі можуть зменшити вихідну потужність більш ніж на 50 %, тоді як непочищені панелі можуть знижувати ефективність на 15–25 %.
Чому літієві акумулятори переважніші за свинцево-кислотні для сонячних вуличних ліхтарів?
Свинцево-кислотні акумулятори мають коротший термін служби та нижчу ємність розряду. Отже, літієві акумулятори забезпечують кращий час роботи при більш стабільному напрузі, хоча й коштують дорожче.
Яка функція розумних контролерів у сонячних вуличних ліхтарях?
Розумні контролери продовжують термін служби акумуляторів і економлять енергію шляхом моніторингу стану акумуляторів та застосування адаптивного затемнення для оптимізації освітлення.
Як кліматичні умови впливають на надійність сонячних вуличних ліхтарів?
Надійність може знижуватися через екстремальні температури та виклики, пов’язані з прибережною зоною й рельєфом. Надійність знижується через екстремальні температури. Надійність знижується через екстремальні температури.