Hoe een straatlantaarn op zonne-energie correct te dimensioneren
Wij bij Sol by Sunna Design zijn blij dat we gemeenschappen betrouwbare straatverlichting op zonne-energie kunnen bieden, zodat ze duurzaamheidsdoelen kunnen bereiken en tegelijkertijd hun parken en openbare ruimtes kunnen verlichten. Onze lampen zijn in de praktijk getest om jarenlang zonder onderhoud consequent de industriestandaard lichtniveaus te bereiken. Wat is het proces? We besteden veel tijd om ervoor te zorgen dat de zonne-energie en batterijen in onze systemen de juiste maat hebben, naast een innovatief systeemontwerp en speciaal gebouwd, efficiënt energiebeheer.
Een zonnelichtsysteem van de juiste grootte heeft precies de juiste hoeveelheid zonne-energie, batterijopslag en LED-armatuurefficiëntie om gedurende meerdere jaren elke nacht op de vereiste lichtniveaus van het project te werken, terwijl het ook back-upstroom levert om de zaken draaiende te houden in geval van guur weer weer en vermijdt de noodzaak van extra zonnepanelen of batterijen. Het is de ideale oplossing: niet te veel zonnecomponenten, waardoor het systeem te duur zou worden, en niet te weinig, waardoor het systeem vroegtijdig zou uitvallen.
Drie essentiële componenten - een gezonde array-to-load-verhouding, voldoende batterijcapaciteit en back-upstroom, en een effectief LED-armatuur en bedrijfsprofiel - zijn nodig voor een goed geschaalde, betrouwbare straatlantaarn op zonne-energie.
Download onze Ultimate Solar Lighting Guide voor meer informatie over de optimale maatvoering. Deze uitgebreide referentie onderzoekt productdetails en vergelijkingen, evenals hoe zonneverlichting werkt en waarom klanten ervoor kiezen.
Verhouding van arrays tot belastingen
Om een functioneel zonnelicht correct te dimensioneren, moet een verscheidenheid aan inputs en outputs in evenwicht worden gebracht. Deze omvatten het onderzoeken van de locatie van het project, het definiëren van de juiste batterijchemie en -capaciteit, het kiezen van een effectief LED-armatuur en werkingsschema, het bij de hand houden van voldoende back-upbatterijvoeding in geval van slecht weer, en het bestuderen van de locatie van het project.
In eerste instantie moet rekening worden gehouden met de array-to-load ratio (ALR), een eenvoudig, onbreekbaar criterium voor het ontwerpen van verlichtingssystemen op zonne-energie. Het is de verhouding tussen de energie die wordt geproduceerd door de zonnepanelen (ook wel de "array" of energie-in genoemd) en de energie die wordt gebruikt door de lamp (de "load" of energie-uit genoemd). Een verlichtingssysteem heeft een gezonde ALR als het overdag meer zonne-energie opvangt dan het gebruikt als het licht 's nachts aangaat.
Elke installatie van zonne-verlichting moet altijd beginnen met het gebied in gedachten. De hoeveelheid zonne-energie die verschillende breedtegraden bereikt, varieert; dit staat bekend als zonnestraling en wordt uitgedrukt in kWh/m2/dag. De gemiddelde jaarlijkse zonne-energie per dag voor Noord- en Zuid-Amerika wordt weergegeven in de onderstaande grafiek. Zoals je kunt zien krijgen Californië en andere zuidelijke staten elke dag veel meer zonne-energie dan Alaska en andere noordelijke staten. Dit houdt in dat noordelijke locaties vaak een groter zonnepaneel en extra batterijen nodig hebben om dezelfde lichtniveaus te bereiken dan hun tegenhangers in het zuiden.
Directe normale straling van zonne-Amerika
De locatie van een project kan worden gebruikt om de zonne-energie en batterijcapaciteit van een potentieel systeem te schatten. Als er geen rekening wordt gehouden met de locatie, kan dit resulteren in een systeem dat de bescheiden vraag niet aankan en vroegtijdig uitvalt, of in een duurder systeem met overtollige zonnecapaciteit. Daarom moet in eerste instantie altijd rekening worden gehouden met de locatie.
Om ineffectief energiebeheer of een onvoldoende ontworpen systeem te verbergen, kunnen fabrikanten meer of grotere zonnepanelen plaatsen. Helaas kan er te veel zonne-energie zijn. Het kost extra om een te grote machine te vervoeren en te installeren. Afhankelijk van de esthetiek van de lokale stedelijke architectuur, lijkt het zwaar en onaantrekkelijk en verhoogt het de windbelasting op de panelen, waardoor grotere, duurdere palen nodig zijn om te compenseren.
Zie voor meer informatie ons artikel over de best practices voor het dimensioneren van zonnepanelen.
2. Back-upvoeding en batterijen
De batterijen van een straatlantaarn op zonne-energie bepalen of deze zal werken of niet, daarom kan een potentiële koper zich zorgen maken over een batterij die te snel kapot gaat. Het inherent gebrekkige ontwerp van een batterij of zonnetechnologie is vrijwel nooit de oorzaak van voortijdige batterij-ondergang. Dit probleem is het resultaat van een foutieve systeemschaling, een slechte energiecontrole en een onjuist ontwerp. Deze lamp op zonne-energie zal vele jaren betrouwbaar werken wanneer een fabrikant zorgvuldig een systeem heeft gebouwd, heeft gewerkt aan effectief energiebeheer en het heeft geschaald met voldoende vermogen en batterijcapaciteit van het zonnepaneel.
De primaire batterijtypen worden gebruikt door producenten van zonneverlichting.
Loodzuur: Betrouwbare en goedkope loodzuuraccu's worden al vele jaren gebruikt. Ze worden vaak gebruikt in auto's en in grotere industriële toepassingen, onder meer als ziekenhuisapparatuur en UPS-systemen (uninterruptible power supply), waar toegang tot betrouwbare stroomvoorziening in noodgevallen essentieel is. De meest gebruikelijke batterijtechnologie voor toepassingen op het gebied van zonneverlichting is deze.
Een van de meest populaire oplaadbare batterijtypen voor consumentengebruik is het batterijtype nikkel-metaalhydride (NiMH). NiMH-batterijen, zoals de All-in-One (iSSL) en All-in-Two van SOL by Sunna Design, zijn ideaal voor zonneverlichtingssystemen wanneer u geen extra grote batterijbanken nodig heeft vanwege hun hoge energiedichtheid, diepe cyclusmogelijkheden en breed werktemperatuurbereik (UP)
Lithium-ion (Li-ion) batterijen hebben de beste energiedichtheid terwijl ze de duurste van de drie zijn. Li-ionbatterijen worden vaak aangetroffen in laptops en mobiele telefoons, maar ze worden ook gebruikt in een groeiend aantal nieuwe producten, waaronder ruimtevaart- en militaire hardware. Een nadeel van lithium-ionbatterijen is hun onvermogen om zeer koude temperaturen te weerstaan (ze stoppen met opladen onder 32 graden F), evenals hun beperkte capaciteit voor recycling. Aangenomen wordt dat minder dan 5 procent van de lithium-ionbatterijen in de VS wordt gerecycled.
De voor- en nadelen van elke batterijchemie variëren op basis van de toepassing en projectvereisten. Hun onderscheidende ontladingsdieptepatronen zijn een van de belangrijkste verschillen van de drie groepen.
Het deel van de capaciteit van een batterij dat tijdens het gebruik wordt opgebruikt, wordt de ontladingsdiepte genoemd (ook wel DOD genoemd). De DOD zou bijvoorbeeld 25 procent zijn als een zonnelamp de hele nacht zou branden en een kwart van zijn batterijcapaciteit zou verbruiken.
Het begrijpen van de ontladingsdiepte is belangrijk voor toepassingen op zonne-energie, omdat dit een grote invloed heeft op de levensduur van een batterij, of hoe vaak deze kan worden leeggemaakt en vervolgens weer kan worden opgeladen. Sommige chemische samenstellingen van batterijen, zoals NiMH en Li-ion, kunnen het veilig volhouden om bijna volledig ontladen te zijn voordat ze moeten worden opgeladen. Deze hoeveelheid ontlading zou de levensduur van de batterij voor andere chemicaliën, zoals loodzuur, aanzienlijk verkorten. De capaciteit die voor elk van de drie batterijtypes veilig kan worden afgevoerd, wordt als voorbeeld in de onderstaande tabel weergegeven.
Terwijl NiMH- en Li-ion-batterijen elke nacht veilig meer kunnen leeglopen, heeft de loodzuurbatterij het extra voordeel dat ze een groter ingebouwd back-upvermogen heeft vanwege de kortere DOD. Er zouden meer batterijen nodig zijn en de systeemkosten zouden aanzienlijk stijgen als een op NiMH of Li-ion gebaseerd systeem back-upvermogen zou kunnen bieden dat vergelijkbaar is met een op loodzuur gebaseerde oplossing. Wanneer langdurige periodes van slecht weer vaak voorkomen, kan het helpen om ervoor te zorgen dat een systeem over voldoende back-upbatterijvermogen beschikt om de werking en het uithoudingsvermogen van de lamp te verbeteren.
Hier is een illustratie van het formaat van zonnebatterijen. Neem ter wille van dit voorbeeld eens dat ons zonnelicht een 40-watt LED-armatuur voedt gedurende een 14-uur durende winternacht in Los Angeles met 100 procent helderheid. De totale belasting van ons systeem per nacht zou 560 wattuur zijn (40 watt x 14 uur=560 wattuur). Wat is de minimale capaciteit per accutype, uitgaande van ideale omstandigheden en een volledig opgeladen accu aan het begin van de nacht?
Hier zijn enkele voorbeelden van gezonde en lage systeembatterijen met behulp van de hierboven genoemde batterijsoorten, zodat we een beter begrip kunnen krijgen van wat onze minimale batterijcapaciteit zou moeten zijn.
Zie onze pagina over back-upstroom voor zonneverlichting voor meer informatie over het batterijformaat.
3. De grootte en het operationele profiel van LED-armaturen
LED-technologieën en gadgets op zonne-energie gaan goed samen. De meest energie-efficiënte verlichtingsarmaturen op de markt, LED-armaturen, hebben van op zonne-energie voorziene lichtsystemen betrouwbare en betaalbare vervangers gemaakt voor conventionele commerciële verlichting. Bovendien neemt de efficiëntie van LED's toe, waardoor ze meer lumen kunnen produceren (ook wel lichteenheden genoemd) terwijl ze minder energie verbruiken dan in het verleden. Bij warme kleurtemperaturen zoals 3000K kan moderne LED-verlichting bijvoorbeeld 160 lumen per watt leveren. Op het gebied van de grootte van het zonnestelsel is dit een welkome doorbraak, omdat het kleinere systemen in staat stelt dezelfde resultaten te behalen als grotere installaties met armaturen met een lagere effectiviteit.
Het selecteren van een acceptabel operationeel profiel is een ander element in het proces van dimensionering van zonne-energie. Een schema dat bekend staat als een operationeel profiel, bepaalt wanneer een armatuur wordt in- en uitgeschakeld en of (en wanneer) het de output moet verminderen. Met deze profielen kunnen fabrikanten hun systemen aanpassen aan specifieke vereisten voor energiebeheer.
Hier zijn een paar illustraties van typische operationele profielen:
Dusk to dawn (nachtwerking): het licht blijft de hele nacht branden op hetzelfde uitgangsniveau.
Dim tijdens daluren; het licht kan bijvoorbeeld vijf uur na zonsondergang op het vereiste uitgangsniveau blijven branden voordat het wordt gedimd tot 30 procent van dat niveau. Het uitgangsniveau gaat terug naar 100 procent tot zonsopgang twee uur voor zonsopgang.
Op een bepaald moment wordt het licht gedimd of uitgeschakeld. Het kan bijvoorbeeld tot 23.00 uur aan blijven op het juiste uitgangsniveau.
Het operationele profiel, samen met het stroomverbruik van de armatuur, helpt bij het berekenen van het energieverbruik 's nachts en is cruciaal voor het kiezen van de juiste systeemgrootte.
De meest cruciale fase bij het ontwikkelen van een straatlantaarn op zonne-energie om betrouwbaarheid op lange termijn te garanderen, is de juiste maat. Bekijk hier onze infographic om meer te weten te komen over de wetenschap van schaalvergroting door zonne-energie, of download onze uitgebreide referentie naar specificaties voor zonneverlichting.
