EN
Висота сонячного вуличного ліхтаря та її вплив на показники освітлення
Закон обернених квадратів
Прикладом закону обернених квадратів є випадок, коли стовп освітлення має подвійну висоту порівняно зі стандартним стовпом. Освітленість на рівні землі зменшиться приблизно на 75 %. Наприклад, сонячний вуличний ліхтар, встановлений на висоті 6 метрів, забезпечить лише 1/4 освітленості на рівні землі порівняно з ліхтарем, встановленим на висоті 3 метри. Це, як правило, є головним чинником при визначенні оптимальної висоти стовпа освітлення з урахуванням ширини дороги. Загалом, застосовується співвідношення «один до одного». Використовуючи приклад індійського стандарту 3500, для дороги завширшки 7 метрів потрібен стовп освітлення такої ж висоти, щоб забезпечити рівномірну освітленість понад 20 люкс. Блиск — серйозна проблема, коли висота кріплення ліхтаря є низькою. Це також проблема, коли світло регулюється горизонтально у напрямку світлового потоку. Вищі стовпи ефективніше зменшують блиск, а правильно спроектовані ліхтарі спрямовують більшу частку світла туди, де воно потрібне. Для отримання меншої кількості видимого світла витрачається більше енергії, ніж для отримання більшої кількості видимого світла при високому рівні енергоспоживання.
Висота порівняно з потужністю: чому висота має значення для сонячних вуличних ліхтарів
Збільшення висоти забезпечує лампам краще розповсюдження світла, ніж підвищення потужності. У нашому випадку збільшення висоти стовпа з 4 до 8 метрів майже потроїло освітлювану площу без збільшення споживаної потужності. Це наочний приклад важливості правильного розташування порівняно з потужністю лампи. Такий ефект було підтверджено й на практиці в Гуджараті: вуличні ліхтарі на стовпах заввишки 12 метрів споживали на 25 % менше енергії, але охоплювали приблизно на 40 % більшу площу, ніж ліхтарі на стовпах заввишки 8 метрів. Вищі положення сонячних панелей означають меншу кількість перешкод, що створюють тінь навколо, і дозволяють отримувати протягом дня приблизно на 18 % більше енергії. Більшість інженерів це добре знають, тому вони надають перевагу висоті замість потужності акумулятора в системах, вартість яких на ~120 дол. США вища за одиницю. Усе зводиться до висоти — саме вона забезпечує оптимальне розподілення світла, збір сонячної енергії, стійкість до вітрового навантаження та тривалість роботи системи.
Контекстно оптимальна висота для стовпів сонячних вуличних ліхтарів
Висота сонячних вуличних ліхтарів визначається місцем, де технологічне рішення зустрічається з навколишнім контекстом. Нижче наведено рекомендації, засновані на конкретному випадку застосування.
Житлові райони/парки (3–6 м): для доріжок шириною менше 7 м стовпи висотою 3–6 м із світильниками потужністю 30–60 Вт забезпечують середню освітленість 15–20 лк. Це забезпечує доцільне обмеження розсіювання світла й одночасно комфортно освітлює пішохідну зону.
Міські дороги (8–10 м): для вулиць шириною 8–12 м із вимогою освітленості 30 лк слід використовувати лампи потужністю 100 Вт у поєднанні зі стовпами висотою 8–10 м. Встановлення ліхтарів з протилежних боків також покращує ефективність охоплення й зменшує необхідну відстань між ними.
Автомагістралі (10–14 м): для проїзних частин завширшки понад 20 м, де потрібна висока видимість, підходять стовпи висотою 10–14 м із одиницями потужністю 100–200 Вт; їх можна розташовувати на відстані 40–50 м один від одного, щоб зменшити спалахи та розсіювання світла.
Дослідження компанії Luxman (2023 р.) довело, що у разі відхилень висоти на менше ніж ±1,5 м світловий потік зменшувався на 40 %, а енергія витрачалася неефективно на 35 %, що підкреслює важливість уважного вибору висоти для максимізації фотометричних характеристик та зниження витрат протягом життєвого циклу.
Вибір висоти сонячних вуличних ліхтарів
Урахування ширини доріг, висоти вуличних ліхтарів та відстані між ними
Забезпечення необхідного рівня освітлення на дорогах — це ідеальний баланс трьох елементів: ширини дороги, висоти опор та відстані між опорами. Наприклад, для вузької доріжки завширшки близько 3–4 метрів потрібні опори приблизно такої ж висоти (близько 3–4 метрів), розташовані на відстані 10–15 метрів одна від одної, щоб уникнути небажаних темних плям між ліхтарями. Щодо ширших доріг — наприклад, завширшки 8–12 метрів — висота опор та відстань між ними змінюються значно: опори мають бути висотою 8–10 метрів і розташовані на відстані 25–30 метрів одна від одної. Така конфігурація, як правило, відповідає рекомендаціям IES RP-8. Математичні розрахунки забезпечують виконання обов’язкових вимог щодо яскравості, а також обмежують осліплення та поширення світла на суміжні ділянки.
Існують компроміси між ефективністю сонячних панелей, вітровим навантаженням та висотою панелей.
Навантаження вітром зростає з висотою, що вимагає виготовлення стовпів із якісних матеріалів (наприклад, оцинкованої сталі) для витримування вітрових швидкостей близько 150 км/год. Перевагою збільшення висоти стовпів є покращений доступ сонячних панелей до сонячного світла без перешкод у вигляді затінення від навколишніх будівель або дерев. Для проектантів та інженерів завжди існує компроміс, який потрібно враховувати. Згідно з польовими звітами, отриманими в 2023 році, при збільшенні висоти вартість матеріалів зростає приблизно на 18 %, а виробництво енергії — приблизно на 9 % щодня. Хоча ШІМ-контролери дозволяють частково компенсувати проблеми часткового затінення, вони не можуть повністю компенсувати надто велику висоту. Чим довші кабелі, тим більші втрати потужності. Монтаж стає складнішим, а кут нахилу може бути надто малим для забезпечення ефективного сонячного опромінення.
Від стандартної документації до перевірки польових даних: IS 3500
Відповідність вимогам IES RP-8 та IS 3500 щодо освітленості (люкс) для всіх категорій доріг
Щодо відповідності стандартам IES RP-8 та індійському стандарту IS 3500, висота сонячного вуличного ліхтаря є одним із найважливіших чинників, що впливають на досягнення цих стандартів. Ось кілька прикладів:
- Житлові проїзди (ширина: 5 м): стовпи заввишки 6 м забезпечують освітленість 10–15 люкс
- Збірні дороги (ширина: 7–10 м): стовпи заввишки 8 м можуть задовольняти мінімальну вимогу IS 3500 — 20 люкс
- Автомагістралі (ширина: 12 м і більше): стовпи заввишки 10 м і більше забезпечують рівномірну освітленість ≥30 люкс, необхідну для безпечного руху з високою швидкістю
Низька висота може призвести до утворення невідповідних темних зон, тоді як надмірна висота може спричинити нерівномірність освітлення й марнотратство енергії. Нещодавній аудит (2023 р.) у штаті Гуджарат виявив 22 % випадків невідповідності на сільських дорогах через те, що мінімальна вимога IS 3500 — 10 люкс — не була виконана стовпами висотою понад 6 м. Це підкреслює важливість належного проектування дорожнього та вуличного обладнання.
Польові дані: стовпи заввишки 8 м проти 12 м на сільській дорозі завширшки 7 м у штаті Гуджарат, Індія
було проведено 12-місячне випробування з оцінки висоти стовпів на дорозі завширшки 7 м.
Навіть якщо 8-метровий стовп забезпечував тут і там позитивну, яскравішу ділянку освітлення, установка з 12-метровим стовпом, з урахуванням середнього рівня освітленості в люксах та рівномірного розподілу світла на проїзній частині, безумовно, була найкращою — її показник становив 0,68 проти 0,41 у коротшого стовпа. Водій відчуватиме менше навантаження під час руху вздовж дороги, а також менше світла буде розсіюватися за межі дороги в прилеглі поля, що краще відповідає індійським стандартам «Темного неба». З урахуванням усього цього ми дійшли висновку, що в контексті сонячних вуличних ліхтарів надійне покриття є найважливішим фактором і має перевагу перед високою освітленістю в люксах. Рівномірність є найкращим показником якості порівняно з просто високим значенням освітленості в люксах.
Часті запитання
Що таке закон оберненої квадратичної залежності щодо сонячних вуличних ліхтарів?
Закон оберненої квадратичної залежності стверджує, що при подвоєнні висоти опори ліхтаря освітленість на поверхні землі зменшується до чверті початкового значення й визначає співвідношення між висотою опори ліхтаря та відстанню між ними.
Що робить висоту стовпа більш цінною, ніж потужність, у разі сонячних вуличних ліхтарів?
У разі сонячних вуличних ліхтарів висота є більш цінною, ніж потужність, оскільки вона впливає на дальність світлорозподілу сильніше, ніж просто збільшення потужності. Є приклади з Гуджарату (Індія), де регулювання висоти стовпів призвело до кращого розподілу світла й навіть зниження споживання електроенергії.
Які середовища та параметри висоти стовпів?
стовпи заввишки 3–6 метрів ідеально підходять для житлових районів та парків, тоді як на міських дорогах висота стовпів має становити 8–10 метрів, а на автомагістралях рекомендовано використовувати стовпи заввишки 10–14 метрів, щоб забезпечити достатнє освітлення, яке водночас є енергоощадним.
Які недоліки збільшення висоти стовпів?
Недоліками збільшення висоти стовпів є вищі витрати на матеріали, зростання впливу вітрового навантаження та можливі проблеми з енергоефективністю й розподілом світла, якщо конструкція не буде правильно спроектована.