Sådan dimensionerer du et solcellegadelys korrekt
Vi hos Sol by Sunna Design er glade for at være i stand til at give samfund pålidelig solcellebelysning, så de kan nå bæredygtighedsmål og samtidig oplyse deres parker og offentlige rum. Vores lys er blevet testet i marken for konsekvent at nå industristandard lysniveauer i årevis uden vedligeholdelse. Hvad er processen? Vi bruger meget tid på at sikre, at solceller og batterier i vores systemer har den rigtige størrelse, udover at have et innovativt systemdesign og specialbygget, effektiv energistyring.
Et solcellesystem af den rigtige størrelse vil have den helt rigtige mængde solenergi, batteriopbevaring og LED-armatureffektivitet til at køre på projektets påkrævede lysniveauer hver nat i flere år, samtidig med at det giver backup-strøm til at holde tingene kørende i tilfælde af dårligt vejret og undgå behovet for ekstra solpaneler eller batterier. Det er den ideelle løsning – ikke for mange solcellekomponenter, som ville gøre systemet for dyrt, og heller ikke for få, som ville få systemet til at svigte tidligt.
Tre essentielle komponenter - et sundt array-til-belastningsforhold, tilstrækkelig batterikapacitet og backup-strøm og en effektiv LED-armatur og driftsprofil - er nødvendige for et korrekt skaleret, pålideligt solcellegadelys.
Download vores Ultimate Solar Lighting Guide for at lære mere om optimal dimensionering. Denne omfattende reference udforsker produktdetaljer og sammenligninger, samt hvordan solcellebelysning fungerer, og hvorfor kunderne vælger det.
Forholdet mellem arrays og belastninger
Korrekt dimensionering af et funktionelt solcellelys kræver afbalancering af en række input og output. Disse omfatter undersøgelse af projektets placering, definering af den korrekte batterikemi og kapacitet, valg af en effektiv LED-armatur og driftstidsplan, hold nok batteri backup strøm ved hånden i tilfælde af dårligt vejr og undersøgelse af projektets placering.
Array-to-load ratio (ALR), et ligetil, ubrydeligt kriterium for design af solcellebelysningssystemer, bør tages i betragtning i første omgang. Det er forholdet mellem den energi, der produceres af solpanelerne (benævnt "array" eller energi-ind), og den energi, der bruges af lysarmaturen (benævnt "belastningen" eller energiudgangen). Et belysningssystem har en sund ALR, hvis det optager mere solenergi i løbet af dagen, end det bruger, når lyset tændes om natten.
Enhver solcelleinstallation bør altid starte med området i tankerne. Mængden af solenergi, der når forskellige breddegrader varierer; dette er kendt som solinsolation og udtrykkes i kWh/m2/dag. Den gennemsnitlige årlige daglige solenergi for Amerika er vist i grafen nedenfor. Som du kan se, får Californien og andre sydlige stater langt mere solenergi hver dag end Alaska og andre nordlige stater. Dette indebærer, at for at opnå de samme lysniveauer vil nordlige steder ofte have brug for et større solcellepanel og ekstra batterier end deres modstykker i syd.
Direkte normal stråling fra Solar America
Placeringen af et projekt kan bruges til at estimere solenergien og batterikapaciteten af et potentielt system. Manglende overvejelse af placering kan resultere i et system, der ikke kan håndtere den beskedne efterspørgsel og fejler tidligt eller i et dyrere system med overflødig solcellekapacitet. Som følge heraf bør placering altid tages i betragtning i første omgang.
For at skjule ineffektiv energistyring eller et utilstrækkeligt designet system kan producenter installere flere eller større solpaneler. Desværre kan der være for meget solenergi. Det koster ekstra at transportere og installere en alt for stor maskine. Afhængig af æstetikken i den lokale byarkitektur fremstår den tung og uattraktiv og øger vindbelastningen på panelerne, hvilket nødvendiggør større, dyrere pæle for at kompensere.
For yderligere information, se vores artikel om bedste praksis for dimensionering af solpaneler.
2. Backup strøm og batterier
Batterierne i en solcellegadelampe bestemmer, om den vil fungere eller ej, derfor kan en potentiel køber være bekymret for et batteri, der svigter for tidligt. Et batteri eller solcelleteknologis iboende fejlbehæftede design er stort set aldrig årsagen til for tidlig batterinedlæggelse. Dette problem er resultatet af defekt systemskalering, dårlig energikontrol og forkert design. Dette solcellelys vil fungere pålideligt i mange år, når en producent omhyggeligt har konstrueret et system, arbejdet på effektiv energistyring og skaleret det med en passende solcellestrøm og batterikapacitet.
De primære batterityper bruges af producenter af solbelysning.
Bly-syre: Pålidelige og billige bly-syre-batterier har været i brug i mange år. De bruges ofte i biler og i større industrielle applikationer, herunder som hospitalsudstyr og UPS-systemer (Uninterruptible Power Supply), hvor det er vigtigt at have adgang til pålidelig strøm i en nødsituation. Den mest almindelige batteriteknologi til solbelysningsapplikationer er denne.
En af de mest populære genopladelige batterityper til forbrugerbrug er batteritypen nikkel-metalhydrid (NiMH). NiMH-batterier, som All-in-One (iSSL) og All-in-Two fra SOL by Sunna Design, er ideelle til solcellebelysningssystemer, når du ikke har brug for ekstra store batteribanker på grund af deres høje energitæthed, dybe cyklusegenskaber og bredt arbejdstemperaturområde (UP)
Lithium-ion (Li-ion) batterier har den bedste energitæthed, mens de er de dyreste af de tre. Li-ion-batterier findes ofte i bærbare computere og mobiltelefoner, men de bliver også brugt i et voksende antal nye produkter, herunder fly- og militærhardware. En ulempe ved lithium-ion-batterier er deres manglende evne til at modstå meget kolde temperaturer (de holder op med at oplade under 32 grader F), såvel som deres begrænsede kapacitet til genbrug. Mindre end 5 procent af lithium-ion-batterier menes at blive genbrugt i USA.
Fordelene og ulemperne ved hver batterikemi varierer baseret på applikations- og projektkravene. Deres karakteristiske dybde af udledningsmønstre er en af de tre gruppers vigtigste forskelle.
Den andel af et batteris kapacitet, der er brugt op, mens det er i drift, omtales som dybden af afladning (nogle gange omtalt som DOD). DOD ville for eksempel være 25 procent, hvis en solcellelampe kørte hele natten og brugte en fjerdedel af sin batterikapacitet.
Forståelse af afladningsdybden er vigtig for solenergiapplikationer, da det i høj grad påvirker et batteris cykluslevetid, eller hvor mange gange det kan aflades og derefter genoplades. Nogle batterikemier, såsom NiMH og Li-ion, kan sikkert holde til at blive næsten fuldstændig afladet, før de skal genoplades. Denne mængde af afladning vil væsentligt forkorte batteriets cykluslevetid for andre kemier, såsom bly-syre. Kapaciteten, der sikkert kan drænes for hver af de tre batterityper, er vist i skemaet nedenfor som et eksempel.
Mens NiMH- og Li-ion-batterier sikkert kan dræne mere hver nat, har bly-syre-batteriet den ekstra fordel at have større indbygget backup-strøm på grund af dets kortere DOD. Flere batterier ville være nødvendige, og systemomkostningerne ville stige betydeligt, hvis et NiMH- eller Li-ion-baseret system kunne levere backup-strøm på niveau med en bly-syre-baseret løsning. Når længere perioder med dårligt vejr er hyppige, kan det være med til at forbedre lysets funktion og udholdenhed at sikre, at et system har nok backup-batteristrøm.
Her er en illustration af, hvordan man dimensionerer solcellebatterier. Overvej af hensyn til dette eksempel, at vores solcellelys driver en 40-watt LED-armatur til en 14-times vinternat i Los Angeles ved 100 procent lysstyrke. Den samlede belastning på vores system hver nat ville være 560 watt-timer (40 watt x 14 timer=560 watt-timer). Hvad er minimumskapaciteten for hver batteritype under forudsætning af ideelle forhold og et fuldt opladet batteri ved begyndelsen af natten?
Her er nogle eksempler på sund og lav systembatteristørrelse, der bruger batterityperne nævnt ovenfor, så vi kan have en bedre forståelse af, hvad vores minimumsbatterikapacitet skal være.
For yderligere detaljer om batteristørrelse, se vores side om reservestrøm til solbelysning.
3. Størrelsen og driftsprofilen af LED-armaturer
LED-teknologier og solenergi-gadgets går godt sammen. De mest energieffektive lysarmaturer på markedet, LED-armaturer, har gjort solcelleudstyrede lyssystemer pålidelige og overkommelige erstatninger for konventionel kommerciel belysning. Derudover vokser LED'ers effektivitet, hvilket giver dem mulighed for at producere flere lumen (også kendt som lysenheder), mens de bruger mindre energi end tidligere. For eksempel kan moderne LED-belysning ved varme farvetemperaturer som 3000K give 160 lumen pr. watt. Inden for solsystemets størrelse er dette et velkomment gennembrud, da det giver mindre systemer mulighed for at få de samme resultater som større installationer, der anvender armaturer med lavere effektivitet.
Valg af en acceptabel driftsprofil er et andet element i solar dimensioneringsprocessen. En tidsplan kendt som en driftsprofil styrer, hvornår en lysarmatur tændes og slukkes, samt om (og hvornår) den skal reducere sit output. Disse profiler gør det muligt for producenterne at tilpasse deres systemer til specifikke strømstyringskrav.
Her er et par illustrationer af typiske driftsprofiler:
Dusk to dawn (drift hele natten): lyset vil forblive tændt hele natten på samme udgangsniveau.
Dim på ikke-spidsbelastningstider; lyset kan for eksempel forblive tændt i fem timer efter solnedgang ved det nødvendige udgangsniveau, før det dæmpes til 30 procent af dette niveau. Udgangsniveauet går tilbage til 100 procent indtil solopgang to timer før daggry.
På et bestemt tidspunkt vil lyset blive dæmpet eller slukket. For eksempel kan den forblive tændt indtil kl. 23.00 på det passende udgangsniveau.
Driftsprofilen, sammen med armaturets strømforbrug, hjælper med at beregne energiforbrug natten over og er afgørende for at vælge den rigtige systemstørrelse.
Den mest afgørende fase i udviklingen af en solcellegadelampe for at garantere langsigtet pålidelighed er den rigtige størrelse. Tjek vores infografik her for at forstå mere om videnskaben om solskalering, eller download vores omfattende reference til solbelysningsspecifikationer.
