Может ли солнечное уличное освещение работать эффективно в пасмурных регионах или регионах с низким солнечным светом?

Да — солнечное уличное освещение может эффективно работать в облачных регионах или регионах с низким солнечным светом , но только тогда, когда система правильно спроектирована для этих условий. Уличный фонарь на солнечных батареях, рассчитанный на солнечный климат и помещенный в северный европейский город или в тропическую муссонную зону, выйдет из строя в течение нескольких недель. Тот же светильник, правильно спроектированный с использованием панелей большего размера, батарей большей емкости и интеллектуального управления энергопотреблением, может обеспечить надежное освещение в течение всей ночи даже в длительные периоды пасмурной погоды. Препятствием не являются технологии, а плохой дизайн системы.

Понимание часов пиковой солнечной активности: основа определения размера системы

Ключевым показателем для оценки солнечного потенциала любого места является Часы пиковой солнечной активности (PSH) — количество часов в день, в течение которых солнечное излучение составляет в среднем 1000 Вт/м². Эта единственная цифра определяет, сколько энергии данная панель может собирать ежедневно, и является отправной точкой для каждого расчета солнечного уличного освещения.

Облачные регионы получают значительно меньше PSH, чем солнечные, но они редко бывают такими низкими, как думают люди:

Критическое правило проектирования: всегда рассчитывайте солнечную систему уличного освещения на основе показателя PSH наихудшего месяца. , а не среднегодовое значение. Система, рассчитанная на среднегодовой показатель Лондона в 2,8 PSH, потерпит неудачу в декабре, когда PSH упадет до 0,9.

Как облачная погода на самом деле влияет на мощность солнечных батарей

Распространенным заблуждением является то, что солнечные панели производят нулевую мощность под облачным покровом. В действительности, солнечные панели продолжают генерировать электроэнергию из рассеянного света даже в пасмурные дни — просто на пониженных уровнях:

• Легкая облачность: панели обычно производят 50–70% от номинальной мощности.
• Тяжелая пасмурность/густая облачность: мощность падает до 10–25% от номинальной мощности
• Дождливые дни с темными облаками: всего 5–10% от номинальной мощности, но редко ноль

Этот остаточный заряд, накопленный за дневное время, вносит существенный вклад в подзарядку аккумулятора даже в плохую погоду — при условии, что аккумулятор и панель имеют достаточный запас. Монокристаллические панели также имеют тенденцию превосходить поликристаллические в условиях рассеянного освещения, что делает их лучшими предпочтительный выбор для регионов с низким солнечным светом .

Автономность батареи: наиболее важный параметр проектирования для облачных регионов

В солнечном климате обычно достаточно 2–3 дней автономной работы от аккумулятора. В облачных или высокоширотных регионах этот показатель необходимо полностью пересчитывать. 5–7 пасмурных дней подряд нередки в Северной Европе или муссонной Азии. Это означает, что батарея должна поддерживать освещение независимо в течение этого времени без полной солнечной подзарядки.

Проектирование автономности по типу климата

Батареи LiFePO4 не подлежат обсуждению в холодных и облачных условиях, поскольку свинцово-кислотные батареи теряют до 50% номинальной мощности при 0°C — как раз те условия, которые совпадают с наихудшей доступностью солнечной энергии зимой.

Интеллектуальное затемнение: экономия каждого ватт-часа в ночное время

В регионах с низким уровнем солнечного света энергосбережение за счет интеллектуального регулирования яркости не является обязательным — это основное требование системы. Хорошо спроектированный профиль затемнения может снизить ночное потребление энергии на 40–60% при этом соблюдая стандарты дорожного освещения в часы, когда движение пешеходов и транспортных средств наименьшее.

Пример графика затемнения для пасмурного климата

• От заката до 22:00: 100% выход — пиковая пешеходная и транспортная активность
• С 22:00 до 02:00: Выход 60 % — умеренный трафик, снижение энергопотребления.
• С 02:00 до рассвета: Выход 30 % — минимальная активность, максимальная экономия заряда батареи
• Ускорение, вызванное движением: мгновенно возвращается к 100%, когда датчик обнаруживает движение в периоды низкого уровня выходного сигнала

Для светодиодного светильника мощностью 30 Вт этот профиль снижает среднее ночное потребление с 30 Вт × 12 ч = От 360 Втч до примерно 180–200 Втч — эффективно удваивает количество ночей, в течение которых батарея может поддерживать освещение без полной подзарядки.

Выбор размера панели для условий низкой солнечной освещенности: практический пример

Чтобы проиллюстрировать разницу между солнечным и пасмурным климатом, рассмотрим светодиодный солнечный уличный фонарь мощностью 30 Вт, работающий 11 часов в сутки:

• Суточная потребность в энергии (с затемнением): ~200Втч
• В Дубае (худший месяц 4,5 PSH): 200 Втч ÷ 4,5 ФСХ ÷ 0,8 КПД системы = Требуется панель ~56 Вт
• В Лондоне (худший месяц на 0,9 PSH): 200Втч ÷ 0,9 ПШ ÷ 0,8 = Требуется панель ~278 Вт

Эта пятикратная разница в размерах панелей объясняет, почему готовые солнечные уличные фонари, предназначенные для солнечного климата, просто невозможно повторно использовать в Северной Европе или регионах с муссонами. без полной переделки. Это также означает, что для мест с экстремально низким уровнем солнечного света гибридная солнечно-ветровая или сетевая солнечная система может быть наиболее прагматичным решением.

Когда следует рассмотреть гибридные или резервные солнечные системы

Для мест, где PSH в худший месяц постоянно ниже 1,5, таких как Скандинавия, Исландия или Великобритания к северу от Шотландии зимой, Решение, основанное на использовании чистой солнечной энергии, становится все труднее обосновать с точки зрения экономики или надежности. . В этих случаях два гибридных подхода дают лучшие результаты:

• Солнечная небольшая ветряная турбина: Ветровая генерация эффективно дополняет солнечную энергию в северных широтах, где зима — это сезон как самого низкого солнца, так и самого сильного ветра. Микротурбина мощностью 300–400 Вт на полюс может компенсировать зимний дефицит солнечной энергии.
• Резервное копирование солнечной сети: Подключенный к сети солнечный уличный фонарь собирает солнечную энергию для компенсации потребления сети и автоматически потребляет ее из сети в течение длительных периодов низкой солнечной активности, поддерживая 100% время безотказной работы без батарей большого размера.

Оба гибридных подхода сохраняют основные преимущества солнечной энергии — снижение зависимости от сети, снижение долгосрочных затрат на электроэнергию и сокращение выбросов углекислого газа — одновременно устраняя риск надежности чистой солнечной энергии в климате с экстремально низкой освещенностью.

Ключевые рекомендации по развертыванию солнечного уличного освещения в пасмурных регионах

• Всегда проектируйте с учетом PSH наихудшего месяца. , а не среднегодовые значения — это самое важное правило
• Укажите монокристаллические панели PERC , которые работают лучше, чем стандартные монокристаллические в условиях рассеянного освещения
• Использование Батареи LiFePO4 с элементами, рассчитанными на низкие температуры (разряд до −20°C или ниже)
• Внедрить многоступенчатый адаптивный профиль затемнения как необсуждаемая системная особенность
• Использование an Контроллер заряда MPPT — в условиях низкой освещенности прирост эффективности по сравнению с ШИМ (до 30%) особенно заметен
• Для худшего месяца PSH ниже 1,5, оценить гибридные конфигурации солнечного ветра или резервной сети вместо того, чтобы навязывать негабаритную конструкцию, основанную на чистой солнечной энергии
• Установите угол наклона панели на широта 10–15° в высоких широтах, чтобы максимизировать захват зимнего солнца под малым углом