Факты о простом солнечном светодиодном освещении и автономной солнечной энергии для дома

Начнём с некоторых основных фактов о солнечном светодиодном освещении и автономных солнечных энергосистемах. Эти факты объяснят, как работают системы на энергии солнца, и предоставят информацию о том, почему солнечные панели имеют такие размеры, как учитывать переменные, такие как место установки и автономная работа ночью, и как убедиться, что у вас есть надежная система. Изучение этих фактов поможет лучше понять автономную солнечную систему, используемую для освещения, как солнечные уличные светильники или ночное питание всего дома. Давайте посмотрим на первый факт:

Что такое световой солнечный час?

Солнечные часы — это единица измерения, используемая солнечными компаниями при определении доступного солнца в определенном месте. Сетевые системы используют среднегодовые значения для оценки доступного солнца, поскольку сеть может компенсировать зимний дефицит, когда летом будет производиться больше, чем в остальное время года. Кроме того, ориентация солнечных панелей не так специфична, что позволяет людям устанавливать солнечные батареи на крышах независимо от того, в каком направлении они смотрят.

Автономные системы должны использовать сценарии наихудшего случая, чтобы определить, как правильно определить размер системы. Эта информация должна быть собрана осторожно и требует, чтобы солнце было направлено именно на юг. Если панели необходимо установить в каком-либо другом направлении, например, на юго-восток, это необходимо учитывать при определении размера системы, и это не должно быть второстепенным.

Первая мысль будет заключаться в том, что солнце светит около 10 часов в день; однако полная солнечная энергия используется для определения доступного количества солнечных часов. Следовательно, количество солнечных лучей, падающих на панель в 10 часов утра, сильно отличается от количества солнечного света в полдень и позднее в 14 часов дня. Данные, собранные на каждой площадке, предоставят вам средние значения за каждый месяц, и использование декабря в качестве наихудшего сценария имеет решающее значение для определения размера автономной солнечной системы.

Количество солнца в одном месте может сильно различаться. Например, в некоторых северных районах зимой может быть только несколько солнечных часов, тогда как в более южных районах может быть от четырех до пяти солнечных часов. Даже в местах, которые относительно близко друг к другу, солнечные часы могут сильно различаться из-за изменений, связанных с погодными условиями, горами, пустынями и многим другим.

Подрядчики и производители солнечной энергии могут использовать это и такие программы, как RETScreen, для окончательного анализа для определения доступного солнца. Затем к расчету добавляются корректирующие факторы, такие как наклон и направление панели, чтобы найти оптимальную солнечную инсоляцию в определенной области. Тем не менее, большинство автономных производителей систем солнечного освещения и энергоснабжения используют стандарт наклона в 45 градусов для монтажа солнечных батарей.

Предоставленная информация относится к пиковому доступному солнцу в определенное время (обычно отображается в виде годового обзорного календаря со средним значением). Например, автономные системы используют декабрь в качестве определяющего фактора при правильной оценке системы; однако иногда в январе может быть меньше доступного солнца, и его следует использовать, но январь бывает редко.

Самая длинная ночь в году также используется для определения наихудшего случая работы освещения или подачи питания. Поскольку электроэнергия в основном используется ночью, использование наихудшего случая обеспечит надежную систему и может варьироваться от 15 часов или более в северных районах и до примерно 13,5 часов в большинстве южных регионов. Большинство готовых систем рассчитаны всего на 8-10 часов и не будут правильно работать в зимние месяцы.

Сетевые солнечные энергетические системы по-прежнему используют среднее значение как фактор, для определения размера всей системы солнечных панелей. Этот размер обычно учитывает полную загрузку системы как среднюю. Затем нагрузка делится на среднее количество солнечных часов, чтобы определить количество энергии, необходимой солнечной энергии для питания сети и компенсации потребления электроэнергии. Например, вы можете взять общую мощность, использованную в течение года, и разделить ее на 12, затем взять среднюю доступность солнца в этом месте и разделить то, что потребуется для солнечной энергии в месяц.

Все эти варианты используются при комплектовании солнечного светодиодного освещения или автономных систем электроснабжения, и количество солнечных часов играет огромную роль в расчетах. Понимание локально доступного солнца в вашем регионе поможет вам определить, достаточно ли большая солнечная система, которую вы покупаете и используете, для правильного выполнения требований вашей системы. Поговорите со своим специалистом по солнечной энергии, чтобы убедиться, что ваша система имеет правильный размер и сколько солнечных часов они используют для проектирования вашей системы.

Солнечная энергия за пределами солнечного пояса

Хорошо, теперь мы рассмотрим солнечные лучи за пределами солнечного пояса. Солнечные батареи устанавливаются по всему миру для освещения и питания. Солнечные батареи правильного размера могут быть установлены практически в любом месте. Конечно, солнечные установки внутри солнечного пояса более эффективны и требуют гораздо меньше энергии, поскольку там больше доступного солнца и короткие ночи, но это не означает, что солнечную энергию нельзя использовать за пределами солнечного пояса.

Солнечные осветительные  и  энергетические системы  всегда должны иметь соответствующие размеры, чтобы обеспечить правильную работу внутри и снаружи солнцезащитного пояса. Внутри солнечного пояса можно получить больше энергии, используя ту же солнечную электростанцию, которая нужна северным районам для гораздо меньшего энергопотребления.

Например, в солнечном поясе для потребляемой мощности в 50 Вт потребуется только одна солнечная батарея мощностью 200 Вт, чтобы работать всю ночь, тогда как в северных районах эта же система будет вдвое больше. Это потому, что ночи длиннее, а доступность солнца намного меньше. В некоторых случаях 50 Вт может быть недостижимо даже для работы в течение всей ночи, что требует использования какой-либо другой настройки.

Если требуется больше мощности, изучаются альтернативные методы работы, такие как адаптивное освещение, когда системы работают на полную мощность в течение установленного периода, а затем уменьшают, когда зона больше не активна. Еще один отличный способ уменьшить энергопотребление — работать с разделенным временем или просто активировать сумерки на определенное количество часов.

Также можно использовать датчики движения, но будьте осторожны. Многие импортеры используют технологию движения солнечных панелей вслед за солнцем, что делает системы слишком маленькими и подверженными сбоям. Во многих случаях мы видели систему, помеченную как «всю ночь», но оказалось, что свет работает только час или два в лучшем случае. Именно эти теневые методы во многих случаях создают дурную репутацию солнечной энергии.

Профили работы солнечных батарей — отличный способ уточнить, как свет работает в разных местах. Солнечные системы освещения имеют множество способов адаптации к каждому проекту, а энергетические приложения могут работать до 24/7/365 в зависимости от потребностей устройства. Одна из  лучших особенностей солнечной энергетики — это способность адаптироваться к проекту и местоположению даже в местах, находящихся далеко за пределами солнечного пояса.

Как подобрать размер для наихудшего случая

Оценка солнечной системы освещения или энергоснабжения может быть трудной задачей. Есть два основных способа сделать все расчеты правильными для двух совершенно разных типов систем; сетевые и автономные. Понимание того, как будет работать ваша система, позволит вам получить правильную информацию для правильного определения размера системы.

Размер сетевой системы

Связанные с сетью системы солнечного освещения и энергоснабжения используют средние значения для определения размера системы. Среднее количество солнечных часов используется для расчета доступного солнечного света в вашем районе, и в соответствии с этим определяются размеры систем. Они также используют среднюю продолжительность ночи и среднее энергопотребление.

Например, если у вас есть 100 Вт, работающие 24/7/365, и у вас в среднем 4,5 солнечных часа, вам потребуется около 750 Вт солнечной энергии. В периоды, когда солнце сильнее и у вас больше доступного солнца, это будет кормить сеть больше, чем то, что используется. В периоды, когда солнце не такое яркое, система будет получать энергию из сети, чтобы компенсировать то, что не могут сделать панели.

Размер автономной системы

Размеры автономных систем полностью отличаются от сетевых. Сценарии наихудшего случая используются для определения размера системы, которая обычно включает самую длинную ночь в году в качестве времени работы и наименьшее доступное количество солнечного света, обычно декабрьские солнечные часы (инсоляция). Другие факторы, такие как низкие температуры и условия влажности, также учитываются в этой системе размеров.

Наихудшие солнечные часы варьируются от региона к региону. Пасмурная погода сильно влияет на это, и это также следует помнить в процессе определения размера.

Самая длинная ночь также является фактором, влияющим на работу от заката до рассвета. Если у систем могут быть разные варианты управления, например, использование режима работы с разделением времени, отключаемого посреди ночи, это может сильно повлиять на размер системы и при этом обеспечить хороший дизайн системы.

Поскольку автономные системы — это всего лишь автономные аккумуляторные системы хранения, они используются в качестве резервных. Автономность или резервное питание обеспечивается в течение как минимум пяти дней в системах надлежащего размера и дольше в более холодных регионах, поскольку в этих климатических условиях глубина разряда батарей больше. Это означает, что если область установки упадет до нуля градусов или ниже по Цельсию, или до 32 градусов или ниже по Фаренгейту, вы можете потерять до 20% емкости аккумулятора. Как только вы достигнете -20°C или -4°F, ваша емкость снизится до 50%. Если в систему встроена только трехдневная резервная работа, система быстро выйдет из строя.

Принятие во внимание всех этих различных факторов при определении размера автономной системы и рассмотрении наихудшего сценария условий гарантирует, что система изготовлена ​​должным образом для работы в наихудшее время и, следовательно, безупречно в остальное время года. Это важно, когда в системе нет резервного питания от сети.

Как свет включается и выключается?

Основные элементы управления системой солнечного освещения по большей части довольно просты. «Солнечные огни» включаются в сумерках и выключаются на рассвете, если используется конфигурация от заката до рассвета. Они также могут включаться в сумерках и работать в соответствии с предустановленными конфигурациями для других установок. Мы хотели показать, как солнечные огни понимают, когда наступают сумерки и рассвет, разбив их на части.

Солнечная панель вырабатывает электроэнергию в течение дня. Управляющая электроника знает, когда солнечная панель вырабатывает энергию, и подает ее на аккумуляторную батарею. С заходом солнца панель вырабатывает все меньше и меньше энергии, и как только будет достигнут определенный порог, заданный производителем, контроллер переключится, и загорится свет. Это так просто.

На рассвете панель снова вырабатывает энергию, когда восходит солнце. Генерация энергии запускает управляющую электронику, чтобы выключить свет и снова начать подавать вырабатываемую энергию в аккумуляторную батарею. Этот процесс повторяется ежедневно.

Если используется адаптивное управление освещением или работа в режиме разделения времени, система настроена на заводе на сумерки в течение x часов после наступления сумерек и на количество часов до рассвета, с режимом пониженной освещенности или выключенным режимом между ними. После того, как система установлена, она понимает, когда наступают сумерки, а затем угадывает рассвет; однако она быстро учится реальному времени рассвета. Чтобы система работала идеально, требуется всего одна или две ночи, когда органы управления изучают точное время рассвета, чтобы знать, когда система должна работать и как.

Графики работы с разделением времени и адаптивным освещением становятся все более популярными, поскольку активность практически отсутствует, обычно после полуночи и до 5 утра; свет может либо выключаться, либо уменьшаться, что позволяет использовать меньшие солнечные батареи или большую мощность в течение полных периодов освещения.

Управляющая электроника управляет освещением в соответствии с предустановленной операцией, необходимой для конкретного проекта. Больше нет необходимости в фотоэлементе на солнечных светильниках, которые обычно необходимо заменять из-за сбоев, поскольку солнечная панель действует как фотоэлемент в системах солнечного освещения. Эта установка снижает количество отказов из-за наличия дополнительной электроники, которая может выйти из строя, и снижает затраты на техническое обслуживание.

Энергетические системы работают очень похоже и используют одну и ту же управляющую электронику, даже если система работает круглосуточно и без выходных. Тот же контроллер, который используется для освещения, может использоваться в автономных солнечных энергосистемах и регулировать вырабатываемую мощность, заряжать батареи, разряжать ночью, когда энергия не вырабатывается, и снова повтор на следующий день. Простота управления делает систему более надежной, чем другие формы управления системами.

Как тень влияет на солнце?

Как тень влияет на солнце? Это должен быть простой ответ, верно? И да и нет. Тень сделает солнечную батарею неработоспособной в полную мощь; однако, если есть известные проблемы с затенением, системы могут быть увеличены, чтобы использовать время, когда они не затенены. Но общее мнение заключается в том, чтобы подстригать деревья, размещать солнечные панели в самом солнечном месте и держать их вне тени с 9 до 16 часов круглый год.

Лучше всего установить солнечную панель в незатененном месте, чтобы обеспечить правильную работу силового агрегата, или как обрезка деревьев — отличный способ полностью устранить проблему. Установка системы солнечных панелей на крыше также может гарантировать, что солнечные лучи не станут тенью, когда поблизости находятся не высокие здания с южной стороны.

Но давайте сделаем еще один шаг. Я нашел англоязычное видео, которое в режиме реального времени наглядно показывает, что затенение может сделать с солнечной панелью:

 

Небольшая тень уже влияет на солнечную панель и снижает выработку электроэнергии. Не требуется, чтобы панель полностью затенилась, чтобы сделать ее неработоспособной. Это падение мощности связано с тем, что солнечные батареи разделены на цепочки. Зтените одну часть панели, и вся струна перестанет работать. Затените все струны, и панель полностью перестанет работать.

Увеличение размера панели может немного компенсировать это, но это не лучшее решение. Поскольку невозможно сказать, насколько тень повлияет на панели без полевых испытаний, всегда лучше убедиться, что ваша солнечная батарея вообще не затенена, обращена на юг и расположена под углом 45 °. Это лучший метод установки почти для всех приложений, особенно для автономных установок.

Если вы будете следовать вышеизложенному и держать свои солнечные панели подальше от тени, вы будете уверены, что ваша солнечная батарея производит достаточно энергии для полной зарядки батарей в течение дня. Кроме того, это гарантирует, что ваши системы солнечного освещения и энергоснабжения смогут стабильно работать в ночное время по мере необходимости.

Как анализировать затраты?

Солнечные осветительные системы предназначены для установки в случаях, когда подключение к электросети является непомерно дорогим, когда подземная проводка изношена или повреждена, или для нового проекта на ранней стадии. Системы солнечного освещения обычно не используются в качестве зеленой альтернативы при замене старых технологий освещения в качестве рентабельного решения.

Системы солнечного освещения, которые производятся в промышленных масштабах и должным образом спроектированы, могут быть дорогими, поскольку вы платите за электроэнергию авансом, а не с течением времени, как традиционные светильники с питанием от сети. Вместо того, чтобы просто платить за осветительный прибор, а затем за энергию для работы этого прибора с течением времени, вы платите за солнечную энергию для выработки энергии и аккумуляторную батарею для хранения энергии, произведенной в течение дня, для использования ночью.

Сборка солнечной энергии должна быть достаточно большой, чтобы ваша установка могла обеспечить необходимое освещение в течение заданного периода времени. Светильники, подключенные к сети, также не учитывают установленную мощность или затраты на электроэнергию с течением времени.

Вот почему автономные системы солнечного освещения отлично подходят для установок, где стоимость электроэнергии является непомерно высокой, или в случаях, когда линии электросети вышли из строя, или подключение к сети не возможно. Установка автономной солнечной системы не требует рытья траншей или подключения к столбу с протягиванием к ближайшей линии; солнечная энергия обеспечивает питание, а вся проводка расположена у источника света или рядом с такими сооружениями, как вывески и бигборды.

Например, если у вас есть большая парковка, где подземная проводка вышла из строя из-за времени или из-за того, что кто-то перерезал линию, прокладка траншей на парковке, ремонт линий и ремонт тротуара могут быть дорогостоящим проектом. Автономные солнечные фонари могут быть лучшим вариантом, поскольку столбы просто размещаются там, где они необходимы. Это снизит стоимость проекта по ремонту всей проводки и сократит время монтажа.

Автономные солнечные электростанции работают в основном так же. Если электричество трудно провести или проводка повреждена, солнечная энергия является отличной альтернативой традиционной электросети.

Если требуется автономное солнечное освещение или электроэнергия, может быть выполнен анализ затрат на системы, чтобы показать рентабельность инвестиций и / или экономию солнечной энергии по сравнению с системой с питанием от сети. Это можно запросить у производителя. Для проведения такого анализа необходимо предоставить подробную информацию о затратах на электроэнергию в сети для данного района, а также о стоимости проекта.

Как долго прослужит система?

Коммерческое солнечное освещение и солнечные энергетические системы имеют большой срок службы при соответствующем размере. Срок службы каждого компонента разный, но как система в целом солнечный свет должен прослужить 30 или более лет при надлежащем обслуживании. Давайте рассмотрим каждый компонент и проанализируем, как системы должны работать в течение 30 с лишним лет.

Солнечные батареи

Есть два типа батарей, используемых в солнечном освещении и автономных энергосистемах: гелевая и литий-ионная. Гелевые аккумуляторы являются наиболее распространенными, а литий-ионные начинают появляться на рынке всё больше. У каждого типа батареи есть свои плюсы и минусы; тем не менее, мы рассмотрим здесь срок службы гелевых батарей, поскольку этот тип батарей проверен в области, где литий-ионные батареи все еще являются новыми для игры.

Гелевые батареи должны работать от пяти до семи лет в полевых условиях, при правильном уходе. Необходимо учитывать глубину разряда в холодную погоду, чтобы количество циклов оставалось в этом диапазоне. Поскольку холод разрушает батареи, следует предусмотреть дополнительную автономию, чтобы системы никогда не использовали более 20% емкости батареи за ночь и имели днём достаточную солнечную мощность, чтобы полностью зарядить батареи.

Электроника управления

Управляющая электроника является мозгом системы солнечной энергии и освещения и контролирует все аспекты функциональности. Управляющая электроника сообщает батареям, когда солнечная энергия вырабатывает энергию и когда нужно включать свет или электронное устройство. Этот мозг должен прослужить 15 и более лет и не требовать обслуживания для сохранения своих функций.

Постоянно разрабатываются новые элементы управления, и, как и любое электронное устройство, технологические достижения постоянно меняются. Тем не менее, большинство основных функций оставались неизменными в течение последнего десятилетия или более.

Светодиоды и светильники

Светодиоды развиваются так же быстро, как и любое другое электронное устройство. Несколько лет назад вы могли ожидать, что светодиодный светильник будет работать 50 000 часов, но сегодня вы сможете получить 100 000 часов или больше. Это более 20 лет службы от заката до рассвета.

Корпуса светильников также совершенствовались с годами. С улучшением методов порошкового покрытия и покраски, а также материалов сами светильники должны служить столько же, сколько и светодиоды внутри них.

Солнечные панели

Солнечная энергия по-прежнему имеет самый длительный срок службы среди всех компонентов. Гарантия на солнечные панели обычно составляет 20–25 лет, а срок службы — более 30 лет. Поскольку нет движущихся частей или чего-либо, что можно было бы заменить, вы можете просто установить солнечные панели и забыть о них, но не затенять их.

Крепления и оборудование

Большинство компаний сегодня используют алюминий для крепления и нержавеющую сталь для оборудования. Это позволяет системам работать в прибрежных и других суровых условиях, не ржавея и не изнашиваясь. Если используется стандартная сталь, даже с порошковым покрытием, крепления и крепеж не выдержат погодных условий. Если используются алюминий и нержавеющая сталь, они должны прослужить 30 и более лет.

Как видите, солнечные системы освещения и энергоснабжения коммерческого класса должны работать довольно долго практически без обслуживания. Учет этих факторов при первоначальной покупке гарантирует, что вы получите систему, которая выдержит испытание временем и обеспечит хорошую отдачу от инвестиций. Проверьте гарантии вашего производителя и историю бизнеса, чтобы убедиться, что вы работаете с уважаемой компанией, которая может поддержать свой продукт.

Это все, что у нас есть для вас. Мы рассмотрели, что такое солнечный час, как работает солнечная энергия за пределами солнечного пояса, как она включается и выключается и как тень может повлиять на солнечную систему. Базовое понимание различных тем, связанных с солнечной энергетикой, может гарантировать, что вы получите систему, которая будет работать в вашем регионе. Кроме того, задавая вопросы спецификаторам и наблюдая, насколько они прозрачны при ответах, вы узнаете, насколько они опытны в проектировании систем, и убедитесь, что вы не получите систему, которая вас не подведет.