Come dimensionare correttamente un lampione solare
Noi di Sol by Sunna Design siamo lieti di poter fornire alle comunità un'illuminazione stradale solare affidabile in modo che possano raggiungere gli obiettivi di sostenibilità illuminando anche i loro parchi e spazi pubblici. Le nostre luci sono state testate sul campo per raggiungere costantemente i livelli di luce standard del settore per anni senza manutenzione. Qual è il processo? Dedichiamo molto tempo ad assicurarci che il solare e le batterie nei nostri sistemi siano della giusta dimensione, oltre ad avere un design di sistema innovativo e una gestione energetica efficiente e appositamente costruita.
Un sistema di illuminazione solare di dimensioni adeguate avrà la giusta quantità di energia solare, accumulo della batteria ed efficienza dell'apparecchio a LED per funzionare ai livelli di luce richiesti dal progetto ogni notte per diversi anni, fornendo anche alimentazione di riserva per mantenere le cose in funzione in caso di inclemente meteo ed evitando la necessità di pannelli solari o batterie supplementari. È la soluzione ideale: non troppi componenti solari, che renderebbero il sistema troppo costoso, né troppo pochi, che causerebbero il guasto anticipato del sistema.
Tre componenti essenziali: un sano rapporto array-carico, capacità della batteria e alimentazione di backup sufficienti, nonché un dispositivo LED e un profilo operativo efficaci, sono necessari per un'illuminazione stradale solare affidabile e adeguatamente dimensionata.
Scarica la nostra guida definitiva all'illuminazione solare per saperne di più sul dimensionamento ottimale. Questo riferimento completo esplora i dettagli e i confronti dei prodotti, nonché come funziona l'illuminazione solare e perché i clienti la scelgono.
Rapporto tra array e carichi
Il corretto dimensionamento di una luce solare funzionale richiede il bilanciamento di una varietà di ingressi e uscite. Questi includono l'esame della posizione del progetto, la definizione della chimica e della capacità della batteria corrette, la scelta di un dispositivo LED e un programma di funzionamento efficaci, il mantenimento di una sufficiente alimentazione di riserva della batteria a portata di mano in caso di maltempo e lo studio della posizione del progetto.
Il rapporto array-carico (ALR), un criterio semplice e indistruttibile per la progettazione di sistemi di illuminazione solare, dovrebbe essere preso in considerazione inizialmente. È il rapporto tra l'energia prodotta dai pannelli solari (denominata "array" o energia in entrata) e l'energia utilizzata dall'apparecchio di illuminazione (denominata "carico" o energia in uscita). Un sistema di illuminazione ha un ALR sano se cattura più energia solare durante il giorno di quanta ne utilizza quando la luce si accende di notte.
Qualsiasi installazione di illuminazione solare dovrebbe sempre iniziare con l'area in mente. La quantità di energia solare che raggiunge le varie latitudini varia; questo è noto come insolazione solare ed è espresso in kWh/m2/giorno. L'energia solare giornaliera media annua per le Americhe è mostrata nel grafico sottostante. Come puoi vedere, la California e altri stati del sud ricevono ogni giorno molta più energia solare dell'Alaska e di altri stati del nord. Ciò implica che per raggiungere gli stessi livelli di luce, i siti settentrionali avranno spesso bisogno di un pannello solare più grande e di batterie extra rispetto alle loro controparti del sud.
Radiazione normale diretta dall'America solare
La posizione di un progetto può essere utilizzata per stimare l'energia solare e la capacità della batteria di un potenziale sistema. La mancata considerazione della posizione potrebbe comportare un sistema che non è in grado di gestire la domanda modesta e si guasta presto o un sistema più costoso con capacità solare ridondante. Di conseguenza, la posizione dovrebbe sempre essere presa in considerazione inizialmente.
Per nascondere una gestione energetica inefficace o un sistema progettato in modo inadeguato, i produttori possono installare più o più pannelli solari. Sfortunatamente, potrebbe esserci troppa energia solare. Il trasporto e l'installazione di una macchina eccessivamente grande costa di più. A seconda dell'estetica dell'architettura urbana locale, appare pesante e poco attraente e aumenta la sollecitazione del vento sui pannelli, richiedendo pali più grandi e più costosi per compensare.
Per ulteriori informazioni, consulta il nostro articolo sulle migliori pratiche per il dimensionamento dei pannelli solari.
2. Alimentazione di backup e batterie
Le batterie di un lampione solare determinano se funzionerà o meno, quindi un potenziale acquirente potrebbe essere preoccupato per una batteria che si guasta troppo presto. Il design intrinsecamente imperfetto di una batteria o di una tecnologia solare non è praticamente mai la causa della morte prematura della batteria. Questo problema è il risultato di una scalatura errata del sistema, di uno scarso controllo dell'energia e di una progettazione errata. Questa luce solare funzionerà in modo affidabile per molti anni quando un produttore ha costruito con cura un sistema, ha lavorato su un'efficace gestione dell'energia e lo ha ridimensionato con un'adeguata potenza dell'array solare e capacità della batteria.
I tipi di batterie primarie sono utilizzati dai produttori di illuminazione solare.
Piombo-acido: affidabili ed economiche, le batterie al piombo-acido sono in uso da molti anni. Sono spesso utilizzati nelle automobili e in applicazioni industriali più grandi, comprese le apparecchiature ospedaliere e i sistemi di continuità (UPS), dove è essenziale avere accesso a un'alimentazione affidabile in caso di emergenza. La tecnologia di batteria più comune per le applicazioni di illuminazione solare è questa.
Uno dei tipi di batterie ricaricabili più popolari per l'uso da parte dei consumatori è il tipo di batteria al nichel-metallo idruro (NiMH). Le batterie NiMH, come All-in-One (iSSL) e All-in-Two di SOL di Sunna Design, sono ideali per i sistemi di illuminazione solare quando non sono necessari banchi di batterie extra-grandi grazie alla loro elevata densità energetica, capacità di ciclo e ampio intervallo di temperature di lavoro (UP)
Le batterie agli ioni di litio (Li-ion) hanno la migliore densità di energia pur essendo le più costose delle tre. Le batterie agli ioni di litio si trovano spesso nei laptop e nei telefoni cellulari, ma vengono anche impiegate in un numero crescente di nuovi prodotti, tra cui hardware aerospaziale e militare. Uno svantaggio delle batterie agli ioni di litio è la loro incapacità di resistere a temperature molto fredde (smettono di caricarsi sotto i 32 gradi F), così come la loro limitata capacità di riciclaggio. Si ritiene che meno del 5% delle batterie agli ioni di litio venga riciclato negli Stati Uniti.
I vantaggi e gli svantaggi della composizione chimica di ciascuna batteria variano in base all'applicazione e ai requisiti del progetto. La loro profondità distintiva dei modelli di scarica è una delle principali differenze dei tre gruppi.
La proporzione della capacità di una batteria che viene consumata mentre è in funzione è indicata come profondità di scarica (a volte indicata come DOD). Il DOD sarebbe del 25 percento, ad esempio, se una lampada solare funzionasse tutta la notte e consumasse un quarto della capacità della batteria.
La comprensione della profondità di scarica è importante per le applicazioni solari poiché influisce notevolmente sulla durata del ciclo di vita di una batteria o su quante volte può essere scaricata e quindi ricaricata. Alcune composizioni chimiche della batteria, come NiMH e Li-ion, possono sostenere in sicurezza di essere quasi completamente scariche prima di dover essere ricaricate. Questa quantità di scarica ridurrebbe significativamente il ciclo di vita della batteria per altri prodotti chimici, come il piombo-acido. La capacità che può essere scaricata in modo sicuro per ciascuno dei tre tipi di batteria è mostrata nella tabella seguente come esempio.
Mentre le batterie NiMH e agli ioni di litio possono tranquillamente scaricarsi di più ogni notte, la batteria al piombo ha l'ulteriore vantaggio di avere una maggiore potenza di backup integrata grazie al suo DOD più corto. Sarebbero necessarie più batterie e il costo del sistema aumenterebbe in modo significativo se un sistema basato su NiMH o Li-ion potesse fornire un'alimentazione di backup pari a una soluzione a base di piombo acido. Quando sono frequenti periodi prolungati di maltempo, assicurarsi che un sistema disponga di una batteria di backup sufficiente può aiutare a migliorare il funzionamento e la durata della luce.
Ecco un'illustrazione di come dimensionare le batterie solari. Consideriamo per il bene di questo esempio che la nostra luce solare alimenta un apparecchio LED da 40-watt per 14-ora notte invernale a Los Angeles al 100% di luminosità. Il carico complessivo sul nostro sistema ogni notte sarebbe di 560 wattora (40 watt x 14 ore=560 wattora). Qual è la capacità minima per ogni tipo di batteria, ipotizzando condizioni ideali e una batteria completamente carica all'inizio della notte?
Ecco alcuni esempi di dimensioni della batteria del sistema sane e basse che utilizzano i tipi di batteria sopra elencati in modo da poter avere una migliore comprensione di quale dovrebbe essere la nostra capacità minima della batteria.
Per ulteriori dettagli sulle dimensioni della batteria, consultare la nostra pagina sull'alimentazione di backup per l'illuminazione solare.
3. Le dimensioni e il profilo operativo degli apparecchi a LED
Le tecnologie LED e i gadget solari vanno d'accordo. Gli apparecchi di illuminazione più efficienti dal punto di vista energetico sul mercato, gli apparecchi di illuminazione a LED, hanno reso i sistemi di illuminazione dotati di energia solare sostituti affidabili e convenienti per l'illuminazione commerciale convenzionale. Inoltre, l'efficienza dei LED sta crescendo, consentendo loro di produrre più lumen (noti anche come unità di luce) consumando meno energia rispetto al passato. Ad esempio, a temperature di colore calde come 3000K, la moderna illuminazione a LED può fornire 160 lumen per watt. Nell'area delle dimensioni del sistema solare, questo è un gradito passo avanti poiché consente ai sistemi più piccoli di ottenere gli stessi risultati delle installazioni più grandi che impiegano dispositivi di minore efficacia.
La selezione di un profilo operativo accettabile è un altro elemento nel processo di dimensionamento solare. Un programma noto come profilo operativo regola quando un dispositivo di illuminazione viene acceso e spento, nonché se (e quando) deve ridurne la potenza. Questi profili consentono ai produttori di adattare i propri sistemi a specifici requisiti di gestione dell'alimentazione.
Ecco alcune illustrazioni di tipici profili operativi:
Dal tramonto all'alba (funzionamento notturno): la luce rimarrà accesa per tutta la notte allo stesso livello di potenza.
Dim nelle ore non di punta; ad esempio, la luce può rimanere accesa per cinque ore dopo il tramonto al livello di uscita necessario prima di essere ridotta al 30 percento di tale livello. Il livello di uscita torna al 100 percento fino all'alba due ore prima dell'alba.
Ad un certo momento, la luce verrà attenuata o spenta. Ad esempio, può rimanere attivo fino alle 23:00 al livello di uscita appropriato.
Il profilo operativo, insieme all'assorbimento di potenza dell'apparecchio, aiuta a calcolare l'utilizzo di energia durante la notte ed è fondamentale per la scelta della giusta dimensione del sistema.
La fase più cruciale nello sviluppo di un lampione solare per garantire l'affidabilità a lungo termine è la dimensione corretta. Dai un'occhiata alla nostra infografica qui per saperne di più sulla scienza del ridimensionamento solare o scarica il nostro riferimento completo alle specifiche di illuminazione solare.
