So dimensionieren Sie eine Solarstraßenlaterne richtig
Wir bei Sol by Sunna Design freuen uns, Gemeinden zuverlässige Solar-Straßenbeleuchtung anbieten zu können, damit sie Nachhaltigkeitsziele erreichen und gleichzeitig ihre Parks und öffentlichen Plätze beleuchten können. Unsere Leuchten wurden in der Praxis getestet, um über Jahre ohne Wartung konstant die branchenüblichen Lichtniveaus zu erreichen. Was ist der Prozess? Wir verbringen viel Zeit damit, sicherzustellen, dass die Solarzellen und Batterien in unseren Systemen die richtige Größe haben, zusätzlich zu einem innovativen Systemdesign und einem speziell entwickelten, effizienten Energiemanagement.
Ein richtig dimensioniertes Solarlichtsystem verfügt über genau die richtige Menge an Solarenergie, Batteriespeicher und LED-Leuchteneffizienz, um mehrere Jahre lang jede Nacht mit den für das Projekt erforderlichen Lichtstärken zu laufen, und bietet gleichzeitig Notstrom, um die Dinge im Falle von Unannehmlichkeiten am Laufen zu halten Wetter und Vermeidung der Notwendigkeit für zusätzliche Sonnenkollektoren oder Batterien. Es ist die ideale Lösung – weder zu viele Solarkomponenten, die das System zu teuer machen würden, noch zu wenige, was zu einem vorzeitigen Ausfall des Systems führen würde.
Drei wesentliche Komponenten – ein gesundes Array-zu-Last-Verhältnis, genügend Batteriekapazität und Notstromversorgung sowie eine effektive LED-Leuchte und ein effektives Betriebsprofil – sind für eine richtig skalierte, zuverlässige Solarstraßenlaterne erforderlich.
Laden Sie unseren ultimativen Leitfaden zur Solarbeleuchtung herunter, um mehr über die optimale Größe zu erfahren. Diese umfassende Referenz untersucht Produktdetails und -vergleiche sowie die Funktionsweise von Solarbeleuchtung und warum Kunden sie auswählen.
Verhältnis von Arrays zu Lasten
Die richtige Dimensionierung einer funktionalen Solarleuchte erfordert das Abgleichen einer Vielzahl von Ein- und Ausgängen. Dazu gehören die Untersuchung des Projektstandorts, die Definition der richtigen Batteriechemie und -kapazität, die Auswahl einer effektiven LED-Leuchte und eines Betriebsplans, die Bereitstellung einer ausreichenden Batterie-Notstromversorgung für schlechtes Wetter und die Untersuchung des Projektstandorts.
Das Array-to-Load-Ratio (ALR), ein einfaches, unumstößliches Kriterium für die Auslegung von Solarbeleuchtungssystemen, sollte zunächst berücksichtigt werden. Es ist das Verhältnis der von den Solarmodulen erzeugten Energie (als „Array“ oder Energieeingang bezeichnet) zu der von der Leuchte verbrauchten Energie (als „Last“ oder Energieausgang bezeichnet). Ein Beleuchtungssystem hat eine gesunde ALR, wenn es tagsüber mehr Sonnenenergie einfängt, als es verbraucht, wenn das Licht nachts angeht.
Jede Solarbeleuchtungsinstallation sollte immer mit dem Bereich beginnen. Die Menge an Sonnenenergie, die verschiedene Breitengrade erreicht, variiert; Dies ist als Sonneneinstrahlung bekannt und wird in kWh/m2/Tag ausgedrückt. Die durchschnittliche jährliche tägliche Sonnenenergie für Amerika ist in der folgenden Grafik dargestellt. Wie Sie sehen können, erhalten Kalifornien und andere Südstaaten jeden Tag viel mehr Sonnenenergie als Alaska und andere Nordstaaten. Dies bedeutet, dass nördliche Standorte oft eine größere Solaranlage und zusätzliche Batterien benötigen als ihre Gegenstücke im Süden, um die gleichen Lichtniveaus zu erreichen.
Direkte Normalstrahlung aus dem solaren Amerika
Der Standort eines Projekts kann verwendet werden, um die Solarleistung und Batteriekapazität eines potenziellen Systems abzuschätzen. Wenn der Standort nicht berücksichtigt wird, kann dies zu einem System führen, das die geringe Nachfrage nicht bewältigen kann und frühzeitig ausfällt, oder zu einem teureren System mit redundanter Solarkapazität. Daher sollte zunächst immer der Standort berücksichtigt werden.
Um ein ineffektives Energiemanagement oder ein unzureichend konzipiertes System zu verbergen, installieren Hersteller möglicherweise mehr oder größere Solarmodule. Leider kann es zu viel Sonnenenergie geben. Es kostet extra, eine übermäßig große Maschine zu transportieren und zu installieren. Abhängig von der Ästhetik der lokalen Stadtarchitektur erscheint es schwer und unattraktiv und erhöht die Windbelastung auf den Paneelen, wodurch größere und teurere Stangen zum Ausgleich erforderlich werden.
Weitere Informationen finden Sie in unserem Artikel über die Best Practices für die Dimensionierung von Solarmodulen.
2. Notstromversorgung und Batterien
Die Batterien einer Solarstraßenlaterne bestimmen, ob sie funktioniert oder nicht, daher könnte ein potenzieller Käufer besorgt sein, dass eine Batterie zu früh ausfällt. Das inhärent fehlerhafte Design einer Batterie oder Solartechnologie ist praktisch nie die Ursache für einen vorzeitigen Batterietod. Dieses Problem ist das Ergebnis einer fehlerhaften Systemskalierung, einer schlechten Energiesteuerung und eines falschen Designs. Diese Solarleuchte wird viele Jahre lang zuverlässig funktionieren, wenn ein Hersteller ein System sorgfältig konstruiert, an einem effektiven Energiemanagement gearbeitet und es mit einer angemessenen Solarzellenleistung und Batteriekapazität skaliert hat.
Die primären Batterietypen werden von Solarbeleuchtungsherstellern verwendet.
Blei-Säure: Zuverlässig und preiswert, Blei-Säure-Batterien werden seit vielen Jahren verwendet. Sie werden häufig in Autos und in größeren Industrieanwendungen eingesetzt, darunter als Krankenhausausrüstung und unterbrechungsfreie Stromversorgungssysteme (USV), wo es wichtig ist, im Notfall Zugang zu zuverlässiger Stromversorgung zu haben. Die gebräuchlichste Batterietechnologie für Solarbeleuchtungsanwendungen ist diese.
Einer der beliebtesten wiederaufladbaren Batterietypen für Verbraucher ist der Nickel-Metallhydrid (NiMH)-Batterietyp. NiMH-Batterien, wie die All-in-One (iSSL) und All-in-Two von SOL by Sunna Design, sind ideal für Solarbeleuchtungssysteme, wenn Sie aufgrund ihrer hohen Energiedichte keine extra großen Batteriebänke benötigen Zyklenfähigkeiten und breiter Arbeitstemperaturbereich (UP)
Lithium-Ionen-Akkus (Li-Ion) haben die beste Energiedichte und sind gleichzeitig die teuersten der drei. Li-Ionen-Akkus sind häufig in Laptops und Mobiltelefonen zu finden, werden aber auch in einer wachsenden Zahl neuer Produkte eingesetzt, darunter Hardware für die Luft- und Raumfahrt und das Militär. Ein Nachteil von Lithium-Ionen-Batterien ist ihre Unfähigkeit, sehr kalten Temperaturen zu widerstehen (sie werden unter 32 Grad F nicht mehr aufgeladen) sowie ihre begrenzte Recyclingfähigkeit. Es wird angenommen, dass weniger als 5 Prozent der Lithium-Ionen-Batterien in den USA recycelt werden.
Die Vor- und Nachteile der einzelnen Batteriechemien variieren je nach Anwendung und Projektanforderungen. Ihre ausgeprägte Entladungstiefe ist einer der Hauptunterschiede der drei Gruppen.
Der Anteil der Kapazität eines Akkus, der während des Betriebs verbraucht wird, wird als Entladetiefe (manchmal auch als DOD bezeichnet) bezeichnet. Der DOD würde beispielsweise 25 Prozent betragen, wenn eine Solarlampe die ganze Nacht läuft und ein Viertel ihrer Batteriekapazität verbraucht.
Das Verständnis der Entladetiefe ist für Solaranwendungen wichtig, da sie die Lebensdauer einer Batterie stark beeinflusst oder wie oft sie entladen und dann wieder aufgeladen werden kann. Einige Batteriechemien, wie NiMH und Li-Ion, können problemlos fast vollständig entladen werden, bevor sie wieder aufgeladen werden müssen. Diese Entladungsmenge würde die Zykluslebensdauer der Batterie für andere Chemikalien wie Blei-Säure erheblich verkürzen. Die Kapazität, die für jeden der drei Batterietypen sicher entnommen werden kann, ist in der folgenden Tabelle beispielhaft dargestellt.
Während NiMH- und Li-Ionen-Batterien jede Nacht sicher mehr entladen können, hat die Blei-Säure-Batterie den zusätzlichen Vorteil, dass sie aufgrund ihrer kürzeren DOD eine größere eingebaute Notstromleistung hat. Es würden mehr Batterien benötigt und die Systemkosten würden erheblich steigen, wenn ein System auf NiMH- oder Lithium-Ionen-Basis eine Notstromversorgung auf Augenhöhe mit einer Lösung auf Blei-Säure-Basis liefern könnte. Wenn längere Perioden mit schlechtem Wetter häufig sind, kann es hilfreich sein, den Betrieb und die Lebensdauer der Leuchte zu verbessern, indem sichergestellt wird, dass ein System über genügend Reservebatterieleistung verfügt.
Hier ist eine Illustration zur Dimensionierung von Solarbatterien. Stellen Sie sich für dieses Beispiel vor, dass unser Solarlicht eine 40--Watt-LED-Leuchte für eine 14--stündige Winternacht in Los Angeles mit 100 % Helligkeit versorgt. Die Gesamtlast unseres Systems pro Nacht würde 560 Wattstunden (40 Watt x 14 Stunden=560 Wattstunden) betragen. Wie hoch ist die minimale Kapazität für jeden Batterietyp unter der Annahme idealer Bedingungen und einer voll geladenen Batterie zu Beginn der Nacht?
Hier sind einige Beispiele für gesunde und niedrige Systembatterien unter Verwendung der oben aufgeführten Batteriearten, damit wir besser verstehen können, wie hoch unsere minimale Batteriekapazität sein sollte.
Weitere Einzelheiten zur Batteriegröße finden Sie auf unserer Seite zur Notstromversorgung für Solarbeleuchtung.
3. Die Größe und das Betriebsprofil von LED-Leuchten
LED-Technologien und Solar-Gadgets passen gut zusammen. Die energieeffizientesten Beleuchtungskörper auf dem Markt, LED-Leuchten, haben solarbetriebene Lichtsysteme zu einem zuverlässigen und erschwinglichen Ersatz für herkömmliche kommerzielle Beleuchtung gemacht. Darüber hinaus wächst die Effizienz von LEDs, wodurch sie mehr Lumen (auch als Lichteinheiten bekannt) erzeugen können, während sie weniger Energie verbrauchen als in der Vergangenheit. Beispielsweise kann moderne LED-Beleuchtung bei warmen Farbtemperaturen wie 3000 K 160 Lumen pro Watt liefern. Im Bereich der Solarsystemgröße ist dies ein willkommener Durchbruch, da kleinere Systeme die gleichen Ergebnisse erzielen können wie größere Installationen, die weniger effektive Vorrichtungen verwenden.
Die Auswahl eines akzeptablen Betriebsprofils ist ein weiteres Element im Prozess der Solardimensionierung. Ein Zeitplan, der als Betriebsprofil bekannt ist, regelt, wann eine Leuchte ein- und ausgeschaltet wird und ob (und wann) sie ihre Leistung verringern muss. Diese Profile ermöglichen es Herstellern, ihre Systeme an spezifische Power-Management-Anforderungen anzupassen.
Hier sind einige Illustrationen typischer Betriebsprofile:
Dämmerung bis Morgengrauen (Ganznachtbetrieb): Das Licht bleibt die ganze Nacht mit der gleichen Leistung eingeschaltet.
Abdunkeln außerhalb der Spitzenzeiten; Beispielsweise kann das Licht fünf Stunden nach Sonnenuntergang auf der erforderlichen Leistungsstufe eingeschaltet bleiben, bevor es auf 30 Prozent dieser Stufe gedimmt wird. Bis zum Sonnenaufgang zwei Stunden vor Sonnenaufgang geht der Ausgangspegel wieder auf 100 Prozent zurück.
Zu einer bestimmten Zeit wird das Licht gedimmt oder ausgeschaltet. Beispielsweise kann es bis 23:00 Uhr auf der entsprechenden Ausgangsstufe eingeschaltet bleiben.
Das Betriebsprofil hilft zusammen mit der Leistungsaufnahme der Leuchte bei der Berechnung des Energieverbrauchs über Nacht und ist entscheidend für die Wahl der richtigen Systemgröße.
Die wichtigste Phase bei der Entwicklung einer Solarstraßenlaterne, um eine langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten, ist die richtige Größe. Sehen Sie sich hier unsere Infografik an, um mehr über die Wissenschaft der Solarskalierung zu erfahren, oder laden Sie unsere umfassende Referenz zu Spezifikationen für Solarbeleuchtung herunter.
