Como dimensionar uma luz de rua solar corretamente
Nós da Sol by Sunna Design temos o prazer de poder fornecer iluminação pública solar confiável às comunidades, para que possam atingir metas de sustentabilidade e, ao mesmo tempo, iluminar seus parques e espaços públicos. Nossas luzes foram testadas em campo para atingir consistentemente os níveis de luz padrão da indústria por anos sem manutenção. Qual é o processo? Gastamos muito tempo certificando-nos de que a energia solar e as baterias em nossos sistemas sejam do tamanho certo, além de ter um design de sistema inovador e gerenciamento de energia eficiente e específico.
Um sistema de luz solar de tamanho adequado terá a quantidade certa de energia solar, armazenamento de bateria e eficiência de luminária LED para funcionar nos níveis de luz necessários do projeto todas as noites durante vários anos, além de fornecer energia de backup para manter as coisas funcionando em caso de intempéries. clima e evitando a necessidade de painéis solares ou baterias extras. É a solução ideal - não muitos componentes solares, o que tornaria o sistema muito caro, nem poucos, o que faria com que o sistema falhasse antes do tempo.
Três componentes essenciais - uma proporção saudável de matriz para carga, capacidade suficiente da bateria e energia de backup e um dispositivo de LED eficaz e perfil operacional - são necessários para uma iluminação pública solar confiável e dimensionada adequadamente.
Baixe nosso Guia Definitivo de Iluminação Solar para saber mais sobre o dimensionamento ideal. Esta referência abrangente explora detalhes e comparações de produtos, bem como como funciona a iluminação solar e por que os clientes a escolhem.
Proporção de matrizes para cargas
O dimensionamento correto de uma luz solar funcional requer o equilíbrio de uma variedade de entradas e saídas. Isso inclui examinar a localização do projeto, definir a química e a capacidade corretas da bateria, escolher uma luminária de LED eficaz e um cronograma de operação, manter energia de backup suficiente disponível em caso de mau tempo e estudar a localização do projeto.
A relação array-to-load (ALR), um critério direto e inquebrável para projetar sistemas de iluminação solar, deve ser levado em consideração inicialmente. É a relação entre a energia produzida pelos painéis solares (referida como "matriz" ou entrada de energia) e a energia usada pela luminária (referida como "carga" ou saída de energia). Um sistema de iluminação tem um ALR saudável se captar mais energia solar durante o dia do que quando a luz se acende à noite.
Qualquer instalação de iluminação solar deve sempre começar com a área em mente. A quantidade de energia solar que atinge várias latitudes varia; isto é conhecido como insolação solar e é expresso em kWh/m2/dia. A energia solar diária média anual para as Américas é mostrada no gráfico abaixo. Como você pode ver, a Califórnia e outros estados do sul recebem muito mais energia solar todos os dias do que o Alasca e outros estados do norte. Isso implica que, para atingir os mesmos níveis de luz, os locais do norte geralmente precisam de um painel solar maior e baterias extras do que seus equivalentes no sul.
Radiação normal direta da América Solar
A localização de um projeto pode ser usada para estimar a energia solar e a capacidade da bateria de um sistema potencial. Deixar de considerar a localização pode resultar em um sistema que não consegue lidar com a demanda modesta e falha cedo ou em um sistema mais caro com capacidade solar redundante. Como resultado, a localização deve sempre ser levada em consideração inicialmente.
A fim de ocultar um gerenciamento de energia ineficaz ou um sistema projetado inadequadamente, os fabricantes podem instalar mais painéis solares ou maiores. Infelizmente, pode haver muita energia solar. Custa extra transportar e instalar uma máquina excessivamente grande. Dependendo da estética da arquitetura urbana local, parece pesado e pouco atraente e aumenta a tensão do vento nos painéis, necessitando de postes maiores e mais caros para compensar.
Para obter informações adicionais, consulte nosso artigo sobre as melhores práticas para dimensionamento de painéis solares.
2. Energia de backup e baterias
As baterias de uma luz de rua solar determinam se ela funcionará ou não, portanto, um comprador em potencial pode se preocupar com uma bateria que falha cedo demais. O design inerentemente defeituoso de uma bateria ou tecnologia solar praticamente nunca é a causa do fim prematuro da bateria. Este problema é o resultado de dimensionamento defeituoso do sistema, controle de energia deficiente e projeto incorreto. Esta luz solar funcionará de forma confiável por muitos anos quando um fabricante construiu cuidadosamente um sistema, trabalhou no gerenciamento de energia eficaz e o dimensionou com uma energia de painel solar e capacidade de bateria adequados.
Os tipos de baterias primárias são usados pelos produtores de iluminação solar.
Chumbo-ácido: confiáveis e baratas, as baterias de chumbo-ácido estão em uso há muitos anos. Eles são frequentemente usados em automóveis e em aplicações industriais maiores, inclusive como equipamentos hospitalares e sistemas de fonte de alimentação ininterrupta (UPS), onde é essencial ter acesso a energia confiável em caso de emergência. A tecnologia de bateria mais comum para aplicações de iluminação solar é esta.
Um dos tipos de bateria recarregáveis mais populares para uso do consumidor é o tipo de bateria de hidreto metálico de níquel (NiMH). As baterias NiMH, como o All-in-One (iSSL) e o All-in-Two da SOL by Sunna Design, são ideais para sistemas de iluminação solar quando você não precisa de bancos de baterias extragrandes devido à sua alta densidade de energia, profundidade capacidades de ciclo e ampla faixa de temperatura de trabalho (UP)
As baterias de íon-lítio (Li-ion) têm a melhor densidade de energia e são as mais caras das três. As baterias de íons de lítio são frequentemente encontradas em laptops e telefones celulares, mas também estão sendo empregadas em um número crescente de novos produtos, incluindo hardware aeroespacial e militar. Uma desvantagem das baterias de íon-lítio é sua incapacidade de suportar temperaturas muito baixas (elas param de carregar abaixo de 32 graus F), bem como sua capacidade limitada de reciclagem. Acredita-se que menos de 5% das baterias de íon-lítio sejam recicladas nos EUA.
As vantagens e desvantagens da química de cada bateria variam de acordo com a aplicação e os requisitos do projeto. Sua profundidade distinta de padrões de descarga é uma das principais diferenças dos três grupos.
A proporção da capacidade de uma bateria que é usada enquanto ela está em operação é chamada de profundidade de descarga (às vezes chamada de DOD). O DOD seria de 25%, por exemplo, se uma lâmpada solar funcionasse a noite toda e usasse um quarto da capacidade da bateria.
Compreender a profundidade de descarga é importante para aplicações solares, pois afeta muito o ciclo de vida de uma bateria ou quantas vezes ela pode ser descarregada e depois recarregada. Algumas composições químicas de bateria, como NiMH e Li-ion, podem suportar com segurança ser quase totalmente descarregadas antes de precisarem ser recarregadas. Essa quantidade de descarga encurtaria significativamente o ciclo de vida da bateria para outros produtos químicos, como chumbo-ácido. A capacidade que pode ser esgotada com segurança para cada um dos três tipos de bateria é mostrada na tabela abaixo como exemplo.
Enquanto as baterias NiMH e Li-ion podem descarregar com segurança mais a cada noite, a bateria de chumbo-ácido tem a vantagem extra de ter maior energia de reserva integrada devido ao seu DOD mais curto. Mais baterias seriam necessárias e o custo do sistema aumentaria significativamente se um sistema baseado em NiMH ou Li-ion pudesse fornecer energia de backup a par de uma solução baseada em chumbo-ácido. Quando longos períodos de mau tempo são frequentes, certificar-se de que o sistema tenha bateria de backup suficiente pode ajudar a melhorar a operação e a durabilidade da luz.
Aqui está uma ilustração de como dimensionar baterias solares. Considere, para fins deste exemplo, que nossa luz solar está alimentando uma luminária de LED de 40-watt por uma noite de inverno de 14-hora em Los Angeles com 100% de brilho. A carga geral em nosso sistema a cada noite seria de 560 watts-hora (40 watts x 14 horas=560 watts-hora). Qual é a capacidade mínima para cada tipo de bateria, assumindo condições ideais e bateria totalmente carregada no início da noite?
Aqui estão alguns exemplos de tamanho de bateria de sistema saudável e baixo, utilizando os tipos de bateria listados acima, para que possamos entender melhor qual deve ser a capacidade mínima da bateria.
Para obter detalhes adicionais sobre o tamanho da bateria, consulte nossa página sobre energia de backup para iluminação solar.
3. O tamanho e o perfil operacional das luminárias LED
As tecnologias LED e os dispositivos solares combinam bem. As luminárias com maior eficiência energética do mercado, as luminárias LED, tornaram os sistemas de iluminação equipados com energia solar substitutos confiáveis e acessíveis para a iluminação comercial convencional. Além disso, a eficiência dos LEDs está crescendo, permitindo que eles produzam mais lúmens (também conhecidos como unidades de luz) usando menos energia do que no passado. Por exemplo, em temperaturas de cores quentes como 3000K, a iluminação LED moderna pode fornecer 160 lúmens por watt. Na área do tamanho do sistema solar, este é um avanço bem-vindo, pois permite que sistemas menores obtenham os mesmos resultados que instalações maiores que empregam luminárias de menor eficácia.
Selecionar um perfil operacional aceitável é outro elemento no processo de dimensionamento solar. Um cronograma conhecido como perfil operacional determina quando uma luminária é ligada e desligada, bem como se (e quando) ela precisa diminuir sua produção. Esses perfis permitem que os fabricantes ajustem seus sistemas a requisitos específicos de gerenciamento de energia.
Aqui estão algumas ilustrações de perfis operacionais típicos:
Crepúsculo ao amanhecer (operação durante toda a noite): a luz permanecerá acesa durante toda a noite no mesmo nível de saída.
Dim fora dos horários de pico; por exemplo, a luz pode permanecer acesa por cinco horas após o pôr do sol no nível de saída necessário antes de ser reduzida para 30% desse nível. O nível de saída volta a 100% até o nascer do sol, duas horas antes do amanhecer.
Em um determinado momento, a luz será reduzida ou desligada. Por exemplo, pode permanecer ligado até às 23h no nível de saída apropriado.
O perfil operacional, juntamente com o consumo de energia do dispositivo, auxilia no cálculo do uso de energia durante a noite e é crucial para escolher o tamanho certo do sistema.
A fase mais crucial no desenvolvimento de uma iluminação pública solar para garantir a confiabilidade a longo prazo é o tamanho adequado. Confira nosso infográfico aqui para entender mais sobre a ciência do escalonamento solar ou baixe nossa referência abrangente para especificações de iluminação solar.
