Comment dimensionner correctement un lampadaire solaire
Chez Sol by Sunna Design, nous sommes heureux de pouvoir fournir aux communautés un éclairage public solaire fiable afin qu'elles puissent atteindre leurs objectifs de durabilité tout en éclairant leurs parcs et espaces publics. Nos lampes ont été testées sur le terrain pour atteindre constamment les niveaux d'éclairage standard de l'industrie pendant des années sans entretien. Quel est le processus ? Nous passons beaucoup de temps à nous assurer que l'énergie solaire et les batteries de nos systèmes sont de la bonne taille, en plus d'avoir une conception de système innovante et une gestion de l'énergie efficace et spécialement conçue.
Un système d'éclairage solaire correctement dimensionné aura juste la bonne quantité d'énergie solaire, de stockage de batterie et d'efficacité de luminaire LED pour fonctionner aux niveaux d'éclairage requis par le projet chaque nuit pendant plusieurs années, tout en fournissant une alimentation de secours pour maintenir les choses en marche en cas d'intempéries. météo et en évitant le besoin de panneaux solaires ou de batteries supplémentaires. C'est la solution idéale : pas trop de composants solaires, ce qui rendrait le système trop coûteux, ni trop peu, ce qui entraînerait une défaillance prématurée du système.
Trois composants essentiels - un rapport baie / charge sain, une capacité de batterie et une alimentation de secours suffisantes, ainsi qu'un luminaire LED et un profil de fonctionnement efficaces - sont nécessaires pour un lampadaire solaire fiable et correctement dimensionné.
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Rapport des tableaux aux charges
Pour dimensionner correctement une lampe solaire fonctionnelle, il faut équilibrer une variété d'entrées et de sorties. Celles-ci incluent l'examen de l'emplacement du projet, la définition de la chimie et de la capacité correctes de la batterie, le choix d'un luminaire LED et d'un calendrier de fonctionnement efficaces, la conservation d'une alimentation de secours suffisante en cas de mauvais temps et l'étude de l'emplacement du projet.
Le rapport matrice-charge (ALR), un critère simple et incassable pour la conception de systèmes d'éclairage solaire, doit être pris en compte dans un premier temps. C'est le rapport entre l'énergie produite par les panneaux solaires (appelée "matrice" ou énergie entrante) et l'énergie utilisée par le luminaire (appelée "charge" ou énergie sortante). Un système d'éclairage a un ALR sain s'il capte plus d'énergie solaire pendant la journée qu'il n'en utilise lorsque la lumière s'allume la nuit.
Toute installation d'éclairage solaire doit toujours commencer par la zone à l'esprit. La quantité d'énergie solaire qui atteint différentes latitudes varie ; c'est ce qu'on appelle l'ensoleillement et qui s'exprime en kWh/m2/jour. L'énergie solaire quotidienne moyenne annuelle pour les Amériques est indiquée dans le graphique ci-dessous. Comme vous pouvez le constater, la Californie et les autres États du sud reçoivent chaque jour beaucoup plus d'énergie solaire que l'Alaska et les autres États du nord. Cela implique que pour atteindre les mêmes niveaux de lumière, les sites du nord auront souvent besoin d'un plus grand panneau solaire et de batteries supplémentaires que leurs homologues du sud.
Rayonnement normal direct de l'Amérique solaire
L'emplacement d'un projet peut être utilisé pour estimer l'énergie solaire et la capacité de la batterie d'un système potentiel. Le fait de ne pas tenir compte de l'emplacement peut entraîner un système qui ne peut pas gérer la demande modeste et tombe en panne tôt ou dans un système plus coûteux avec une capacité solaire redondante. Par conséquent, l'emplacement doit toujours être pris en compte au départ.
Afin de masquer une gestion de l'énergie inefficace ou un système mal conçu, les fabricants peuvent installer des panneaux solaires plus nombreux ou plus gros. Malheureusement, il peut y avoir trop d'énergie solaire. Il en coûte un supplément pour transporter et installer une machine excessivement grande. Selon l'esthétique de l'architecture urbaine locale, il apparaît lourd et peu attrayant et augmente la pression du vent sur les panneaux, nécessitant des poteaux plus grands et plus coûteux pour compenser.
Pour plus d'informations, consultez notre article sur les bonnes pratiques pour le dimensionnement des panneaux solaires.
2. Alimentation de secours et batteries
Les batteries d'un lampadaire solaire déterminent s'il fonctionnera ou non, donc un acheteur potentiel pourrait s'inquiéter d'une batterie qui tombe en panne trop tôt. La conception intrinsèquement défectueuse d'une batterie ou d'une technologie solaire n'est pratiquement jamais la cause de la mort prématurée d'une batterie. Ce problème est le résultat d'une mauvaise mise à l'échelle du système, d'un mauvais contrôle de l'énergie et d'une conception incorrecte. Cette lampe solaire fonctionnera de manière fiable pendant de nombreuses années lorsqu'un fabricant a soigneusement construit un système, travaillé sur une gestion efficace de l'énergie et l'a mis à l'échelle avec une puissance de panneau solaire et une capacité de batterie adéquates.
Les principaux types de batteries sont utilisés par les producteurs d'éclairage solaire.
Plomb-acide : Fiables et peu coûteuses, les batteries au plomb-acide sont utilisées depuis de nombreuses années. Ils sont souvent utilisés dans les automobiles et dans les grandes applications industrielles, y compris comme équipement hospitalier et systèmes d'alimentation sans coupure (UPS), où l'accès à une alimentation fiable en cas d'urgence est essentiel. La technologie de batterie la plus courante pour les applications d'éclairage solaire est celle-ci.
L'un des types de batteries rechargeables les plus populaires pour les consommateurs est le type de batterie au nickel-hydrure métallique (NiMH). Les batteries NiMH, comme les batteries All-in-One (iSSL) et All-in-Two de SOL by Sunna Design, sont idéales pour les systèmes d'éclairage solaire lorsque vous n'avez pas besoin de bancs de batteries extra-larges en raison de leur densité d'énergie élevée, profonde capacités de cycle et large plage de température de travail (UP)
Les batteries lithium-ion (Li-ion) ont la meilleure densité d'énergie tout en étant les plus chères des trois. Les batteries Li-ion se trouvent souvent dans les ordinateurs portables et les téléphones portables, mais elles sont également utilisées dans un nombre croissant de nouveaux produits, notamment le matériel aérospatial et militaire. Un inconvénient des batteries lithium-ion est leur incapacité à supporter des températures très froides (elles cessent de se recharger en dessous de 32 degrés F), ainsi que leur capacité de recyclage limitée. On pense que moins de 5% des batteries lithium-ion sont recyclées aux États-Unis.
Les avantages et les inconvénients de chaque chimie de batterie varient en fonction de l'application et des exigences du projet. Leur profondeur distinctive des modèles de décharge est l'une des principales différences entre les trois groupes.
La proportion de la capacité d'une batterie qui est utilisée pendant son fonctionnement est appelée profondeur de décharge (parfois appelée DOD). Le DOD serait de 25 %, par exemple, si une lampe solaire fonctionnait toute la nuit et utilisait un quart de la capacité de sa batterie.
Comprendre la profondeur de décharge est important pour les applications solaires car cela affecte considérablement la durée de vie d'une batterie, ou combien de fois elle peut être épuisée puis rechargée. Certaines chimies de batterie, telles que NiMH et Li-ion, peuvent supporter en toute sécurité une décharge presque complète avant de devoir être rechargées. Cette quantité de décharge réduirait considérablement la durée de vie de la batterie pour d'autres produits chimiques, tels que le plomb-acide. La capacité qui peut être vidée en toute sécurité pour chacun des trois types de batterie est indiquée dans le tableau ci-dessous à titre d'exemple.
Alors que les batteries NiMH et Li-ion peuvent se décharger davantage chaque nuit en toute sécurité, la batterie au plomb a l'avantage supplémentaire d'avoir une plus grande alimentation de secours intégrée en raison de son DOD plus court. Plus de batteries seraient nécessaires et le coût du système augmenterait considérablement si un système à base de NiMH ou de Li-ion pouvait fournir une alimentation de secours comparable à une solution à base d'acide de plomb. Lorsque de longues périodes de mauvais temps sont fréquentes, s'assurer qu'un système dispose d'une batterie de secours suffisante peut aider à améliorer le fonctionnement et l'endurance de la lumière.
Voici une illustration de la façon de dimensionner les batteries solaires. Considérons, pour cet exemple, que notre lampe solaire alimente un luminaire LED de 40- watts pendant une nuit d'hiver de 14- heures à Los Angeles avec une luminosité de 100 %. La charge globale de notre système chaque nuit serait de 560 wattheures (40 watts x 14 heures=560 wattheures). Quelle est la capacité minimale pour chaque type de batterie, en supposant des conditions idéales et une batterie complètement chargée en début de nuit ?
Voici quelques exemples de taille de batterie système saine et faible utilisant les types de batterie énumérés ci-dessus afin que nous puissions avoir une meilleure compréhension de ce que devrait être notre capacité minimale de batterie.
Pour plus de détails sur la taille de la batterie, consultez notre page sur l'alimentation de secours pour l'éclairage solaire.
3. Le taille et profil opérationnel de LED luminaires
Les technologies LED et les gadgets solaires font bon ménage. Les appareils d'éclairage les plus éconergétiques du marché, les luminaires à DEL, ont fait des systèmes d'éclairage à énergie solaire des substituts fiables et abordables à l'éclairage commercial conventionnel. De plus, l'efficacité des LED augmente, leur permettant de produire plus de lumens (également appelés unités de lumière) tout en utilisant moins d'énergie que par le passé. Par exemple, à des températures de couleur chaudes comme 3000K, l'éclairage LED moderne peut fournir 160 lumens par watt. Dans le domaine de la taille du système solaire, il s'agit d'une percée bienvenue car elle permet aux systèmes plus petits d'obtenir les mêmes résultats que les installations plus grandes qui utilisent des appareils à faible efficacité.
La sélection d'un profil opérationnel acceptable est un autre élément du processus de dimensionnement solaire. Un calendrier connu sous le nom de profil opérationnel régit le moment où un luminaire est allumé et éteint ainsi que si (et quand) il doit diminuer sa puissance. Ces profils permettent aux fabricants d'adapter leurs systèmes à des exigences spécifiques en matière de gestion de l'alimentation.
Voici quelques illustrations de profils opérationnels types :
Du crépuscule à l'aube (fonctionnement toute la nuit) : la lumière restera allumée toute la nuit au même niveau de puissance.
Dim aux heures creuses ; par exemple, la lumière peut rester allumée pendant cinq heures après le coucher du soleil au niveau de sortie nécessaire avant d'être atténuée à 30 % de ce niveau. Le niveau de sortie revient à 100 % jusqu'au lever du soleil deux heures avant l'aube.
À un certain moment, la lumière sera atténuée ou éteinte. Par exemple, il peut rester allumé jusqu'à 23h00 au niveau de sortie approprié.
Le profil opérationnel, associé à la consommation électrique du luminaire, aide à calculer la consommation d'énergie pendant la nuit et est crucial pour choisir la bonne taille de système.
La phase la plus cruciale dans le développement d'un lampadaire solaire pour garantir une fiabilité à long terme est la bonne taille. Consultez notre infographie ici pour en savoir plus sur la science de la mise à l'échelle solaire, ou téléchargez notre référence complète sur les spécifications d'éclairage solaire.
