Jak wysokie są słupy latarni ulicznych? Przewodnik po żywotności i energii słonecznej

Słupy latarni ulicznych, zewnętrzne latarnie uliczne i słupy fotowoltaiczne stanowią szkielet infrastruktury fizycznej publicznego i komercyjnego oświetlenia zewnętrznego na całym świecie, jednak szczegółowe kwestie techniczne dotyczące ich projektu, żywotności, wysokości, instalacji i wydajności rzadko są omawiane w przystępnej, praktycznej głębi poza specjalistycznymi publikacjami inżynieryjnymi. Niezależnie od tego, czy jesteś inżynierem oświetlenia miejskiego, deweloperem określającym oświetlenie nowego osiedla, zarządcą obiektu odpowiedzialnym za istniejącą sieć słupów, czy instalatlubem przygotowującym się do uruchomienia nowego systemu oświetlenia słnaecznego, odpowiedzi na pytania takie jak oczekiwana trwałość słupa oświetlenia ulicznego, jaka jest wysokość latarni ulicznej, jak wysoki jest słup oświetleniowy, jak działają latarnie uliczne i jaki jest optymalny kąt montażu paneli słonecznych na słupach fotowoltaicznych, mają kluczowe znaczenie dla podejmowania dobrych decyzji i osiągnięcia długoterminowej wydajności systemu.

Bezpośrednie odpowiedzi na te podstawowe pytania są następujące. Oczekiwana długość życia słupa oświetlenia ulicznego zależy od materiału i środowiska, ale zazwyczaj wynosi od 25 do 50 lat w przypadku słupów stalowych z odpowiednią ochroną przed korozją, od 50 do 80 lat lub więcej w przypadku słupów betonowych i od 20 do 30 lat w przypadku słupów aluminiowych w standardowych warunkach. Wysokość latarni ulicznej zależy od rodzaju drogi: od 5 do 6 metrów w przypadku ciągów pieszych, od 8 do 12 metrów w przypadku dróg zbiorczych i od 12 do 20 metrów w przypadku głównych arterii komunikacyjnych. Wysokość słupa oświetleniowego na parkingach, w parkach i w krajobrazie komercyjnym waha się od 4 do 10 metrów, w zależności od zasięgu i wymagań estetycznych. Instalacja słonecznej latarni ulicznej obejmuje systematyczny proces oceny miejsca, przygotowania fundamentów, wznoszenia słupów oraz uruchomienia paneli i opraw, który w przypadku doświadczonych instalatorów zajmuje od 2 do 4 godzin na słup. Kąt nachylenia panelu słonecznego na słupach słonecznych jest zwykle ustawiony na równy szerokości geograficznej miejsca instalacji plus minus 5 do 15 stopni, w zależności od sezonowego priorytetu energii. Optymalny kąt dla mocy panelu słonecznego to kąt dopasowany do szerokości geograficznej, aby zapewnić zrównoważoną wydajność przez cały rok, lub szerokość geograficzna plus 10 do 15 stopni w przypadku instalacji z priorytetem zimowym w klimacie umiarkowanym. Działanie oświetlenia ulicznego obejmuje interakcję źródła zasilania, fotokomórki lub inteligentnego sterownika, obwodu sterownika oraz diody LED lub innego źródła światła, które razem zapewniają niezawodne, zaplanowane oświetlenie. W tym artykule szczegółowo omówiono wszystkie te pytania.

Jaka jest oczekiwana długość życia słupa latarni ulicznej: materiały, korozja i żywotność

Pytanie jaka jest oczekiwana długość życia słupa oświetlenia ulicznego nie ma jednej odpowiedzi, ponieważ żywotność słupa zależy od połączenia materiału słupa, zabezpieczenia, narażenia na działanie środowiska, jakości konserwacji i historii obciążeń konstrukcyjnych. Słupy latarni ulicznych które są regularnie sprawdzane, odmalowywane lub ponownie powlekane w przypadku pogorszenia się powłoki ochronnej i które nie były narażone na uderzenia pojazdu lub ekstremalne wiatry, rutynowo przekraczają swój projektowy okres użytkowania, podczas gdy słupy w środowiskach przybrzeżnych, o dużej wilgotności lub silnie zasolonych drogach, które są niewłaściwie konserwowane, mogą wykazywać pogorszenie struktury w ciągu 10 do 15 lat od instalacji.

Stalowe słupy latarni ulicznych: żywotność i zarządzanie korozją

Stal jest najpowszechniej stosowanym materiałem na słupy latarni ulicznych w większości krajów, cenionym ze względu na wysoki stosunek wytrzymałości do masy, łatwość produkcji i możliwość uzyskania szerokiego zakresu kształtów i wysokości przekrojów poprzecznych w standardowych procesach produkcyjnych. Słupy stalowe ocynkowane ogniowo (gdzie stal jest zanurzana w roztopionym cynku w celu wytworzenia metalurgicznie związanej powłoki cynkowej) stanowią standardową specyfikację dla większości zastosowań komunalnych, przy czym powłoka cynkowa zapewnia ochronę katodową stali pod spodem, nawet jeśli powłoka jest zarysowana lub uszkodzona. Słupy latarni ulicznych ze stali ocynkowanej ogniowo z odpowiednią grubością powłoki cynkowej (zwykle średnio 85 mikronów dla słupów według specyfikacji ASTM A123 klasa 45) osiągają żywotność od 25 do 50 lat w środowiskach śródlądowych nieprzybrzeżnych, skracając się do 15 do 30 lat w strefach przybrzeżnych regularnie narażonych na działanie mgły solnej i potencjalnie poniżej 20 lat w bardzo agresywnych środowiskach przemysłowych lub morskich bez dodatkowych powłok ochronnych.

Podstawowym mechanizmem awarii stalowych słupów latarni ulicznej jest korozja u podstawy słupa, w strefie od 300 mm nad do 300 mm pod powierzchnią gruntu, gdzie naprzemienne warunki mokre i suche, skład chemiczny gleby oraz szczelina między słupem a betonowym fundamentem tworzą szczególnie agresywne środowisko korozyjne. Właśnie dlatego regularna kontrola podstawy, czyszczenie i ponowne malowanie słupów stalowych jest najważniejszą czynnością konserwacyjną mającą na celu wydłużenie ich żywotności. Wiele awarii słupów przypisywanych starzeniu to w rzeczywistości awarie spowodowane niezabezpieczoną korozją podłoża, która rozwija się w ciągu 10–20 lat, podczas gdy nadziemna część słupa wydaje się strukturalnie solidna.

Betonowe słupy oświetleniowe: trwałość i długa żywotność

Słupy latarni ulicznych ze sprężonego lub żelbetowego betonu zapewniają najdłuższą żywotność ze wszystkich popularnych materiałów słupów, a dobrze skonstruowane słupy betonowe w nieagresywnym środowisku rutynowo zapewniają od 50 do 80 lat użytkowania bez znaczącej degradacji strukturalnej. Odporność na korozję słupów betonowych w normalnych warunkach gruntowych i atmosferycznych jest zasadniczo nieograniczona z konstrukcyjnego punktu widzenia, ponieważ matryca betonowa nie podlega korozji elektrochemicznej, która ogranicza żywotność słupów stalowych. Głównym problemem dotyczącym długoterminowej trwałości słupów betonowych jest korozja zbrojenia spowodowana przenikaniem chlorków z soli drogowej lub mgły morskiej, co może powodować pękanie i odpryskiwanie otuliny betonowej nad stalą zbrojeniową po 20 do 40 latach w agresywnym środowisku. W klimacie tropikalnym, gdzie występuje duża intensywność promieniowania UV i częste cykle mokrego i suchego, słupy z betonu wirowanego z gęstym, dobrze zagęszczonym betonem i odpowiednią osłoną zbrojenia (minimum 25 mm w środowiskach nieagresywnych, 40 mm w strefach morskich) niezmiennie wykazują trwałość użytkową wynoszącą 50 lat lub więcej przy minimalnej konserwacji poza okresowym myciem w celu usunięcia osadów powierzchniowych.

Aluminiowe słupy oświetleniowe: lekkie i o umiarkowanej żywotności

Słupy latarni ulicznych ze stopu aluminium są stosowane w architekturze i krajobrazie komercyjnym, gdzie lekkość aluminium ułatwia montaż i gdzie naturalne anodowane lub malowane proszkowo wykończenie zapewnia akceptowalny wygląd przy minimalnej konserwacji. Żywotność słupów aluminiowych wynosi zazwyczaj od 20 do 30 lat w standardowych środowiskach, przy czym głównym mechanizmem degradacji jest utlenianie powierzchniowe i wżery w środowiskach przybrzeżnych bogatych w chlorki, a nie korozja przez ściany, która wpływa na stal. Wytrzymałość mechaniczna aluminium jest niższa niż stali przy równoważnej masie, co sprawia, że ​​słupy aluminiowe ogólnie nadają się do zastosowań w zewnętrznych latarniach ulicznych o mniejszej wysokości (poniżej 10 metrów), a nie w przypadku słupów latarni ulicznych z wysokim masztem o większym obciążeniu, stosowanych na głównych drogach.

Sprawdzanie i przedłużanie żywotności słupa

Niezależnie od materiału słupa, najskuteczniejszym działaniem pozwalającym zmaksymalizować żywotność słupa oświetlenia ulicznego jest regularna, systematyczna kontrola. Najlepsza praktyka branżowa, odzwierciedlona w normach takich jak ANSI/NAAMM MH 26, zaleca inspekcję wzrokową słupów latarni ulicznych w odstępach od 1 do 2 lat oraz ocenę integralności strukturalnej co 5 lat w przypadku słupów starszych niż 25 lat. Kontrola powinna w szczególności ocenić: stan korozji podłoża (za pomocą owinięcia łańcucha lub testu uderzenia młotkiem w celu wykrycia korozji pustych ścian w słupach stalowych), integralność śrub i fundamentów, stan i uszczelnienie pokrywy otworu włazowego, wszelkie oznaki odkształcenia po uderzeniu pojazdu oraz stan ramienia montażowego oprawy. Należy zaplanować wymianę słupów wykazujących ponad 10-procentową utratę przekroju poprzecznego w krytycznej strefie bazowej, niezależnie od ich wyglądu nad poziomem gruntu.

Jak wysoka jest latarnia uliczna i jak wysoki jest słup oświetleniowy: standardy wysokości według zastosowania

Wysokość A Słup latarni ulicznej or Zewnętrzne latarnie uliczne Instalacja jest jedną z głównych zmiennych projektowych w każdym projekcie oświetlenia ulicznego, ponieważ bezpośrednio określa oświetlaną powierzchnię na słup, równomierność oświetlenia na powierzchni drogi, wymaganą moc świetlną oprawy oraz obciążenie konstrukcyjne słupa od wiatru i masę oprawy. Nie ma jednej odpowiedzi na pytanie, jak wysoka jest latarnia uliczna, ponieważ optymalna wysokość zależy od klasyfikacji drogi, wymaganego poziomu oświetlenia, zastosowanego rozstawu słupów i rodzaju zastosowanego rozsyłu opraw.

Standardowe wysokości słupów latarni ulicznych według klasyfikacji dróg i lokalizacji

Jak wysokość słupa wpływa na wydajność oświetlenia

Zależność pomiędzy wysokością słupów latarni ulicznych a natężeniem oświetlenia na powierzchni drogi jest zgodna z prawem odwrotnego kwadratu oświetlenia: podwojenie wysokości montażu zmniejsza natężenie oświetlenia bezpośrednio pod słupem do jednej czwartej poprzedniej wartości, ale zwiększa oświetlany obszar przy danym poziomie luksów. Zależność ta oznacza, że ​​wyższe słupy z oprawami o większej mocy mogą osiągnąć to samo średnie natężenie oświetlenia na nawierzchni drogi przy większym rozstawie słupów, zmniejszając całkowitą liczbę słupów wymaganych dla danej długości drogi. W przypadku typowej drogi zbiorczej zaprojektowanej na średnie natężenie oświetlenia 20 luksów, 10-metrowy słup z oprawą LED o mocy 10 000 lumenów w rozstawie 35 metrów osiąga porównywalną wydajność z 8-metrowym słupem z oprawą o mocy 6000 lumenów w rozstawie 25 metrów, przy czym wyższa opcja wymaga około 30 procent mniej słupów, a tym samym niższy koszt infrastruktury cywilnej pomimo wyższych kosztów pojedynczego słupa i oprawy.

Względy wysokości słupów słonecznych

Słupy słoneczne do samodzielnych słonecznych systemów oświetlenia ulicznego uwzględniają wysokość projektu wykraczającą poza standardowe obliczenia fotometryczne: panel fotowoltaiczny na szczycie słupa nie może być zacieniony przez sąsiednie słupy, drzewa, budynki lub inne przeszkody w godzinach, w których wytwarzanie energii słonecznej jest najbardziej produktywne (zwykle od 9:00 do 15:00). W przypadku instalacji słupów fotowoltaicznych wzdłuż drogi, gdzie panele są skierowane na południe (na półkuli północnej) lub na północ (na półkuli południowej), minimalny odstęp między słupami, aby uniknąć zacienienia między biegunami, zależy od wysokości słupa i kąta nachylenia panelu słonecznego. Ogólna zasada jest taka, że ​​wolna odległość między słupami powinna wynosić co najmniej 3-krotność łącznej wysokości słupa i pionowego rzutu pochylonego panelu, aby zapobiec zacienieniu podczas zimowego oświetlenia przy niskim kącie słońca.

Jak działają latarnie uliczne: od źródła zasilania do oświetlonej nawierzchni drogi

Zrozumienie, jak działają latarnie uliczne na poziomie systemu, obejmujące dostarczanie mocy, mechanizm sterujący, technologię źródła światła i dystrybucję optyczną, stanowi podstawę wiedzy do określania, instalowania i konserwacji Zewnętrzne latarnie uliczne skutecznie. Nowoczesne systemy oświetlenia ulicznego, czy to jednostki LED zasilane z sieci na konwencjonalnych słupach latarni ulicznych, czy systemy LED zasilane energią słoneczną na słupach słonecznych, mają tę samą funkcjonalną architekturę poboru mocy, obwodu sterującego, sterownika i źródła światła, różniąc się przede wszystkim sposobem dostarczania mocy do stopnia sterownika.

System dostarczania mocy

Zewnętrzne lampy uliczne zasilane z sieci odbierają prąd przemienny (zwykle od 220 do 240 woltów przy 50 Hz w większości krajów lub od 110 do 120 woltów przy 60 Hz w Ameryce Północnej) przez podziemne obwody kablowe podłączone do podstacji dystrybucyjnej lub lokalnego punktu zasilania. W przypadku dużych sieci obwód kablowy jest zazwyczaj trójfazowy, a poszczególne bieguny są połączone jedną fazą z kabla dystrybucyjnego, co pozwala na zrównoważenie obciążenia w trzech fazach. Trasa kablowa przebiega wzdłuż linii słupów i jest zwykle zakopana na minimalnej głębokości od 450 do 600 mm poniżej powierzchni drogi lub chodnika w kanale kablowym lub kablu do bezpośredniego zakopania w ziemi, zatwierdzonym do stosowania na zewnątrz pod ziemią.

Słupy słoneczne otrzymują energię z panelu fotowoltaicznego zamontowanego na szczycie słupa, który generuje prąd stały (DC) proporcjonalny do padającego natężenia promieniowania słonecznego. To wyjście prądu stałego jest podawane do kontrolera ładowania, który reguluje ładowanie akumulatora, aby zapobiec przeładowaniu i chroni akumulator przed głębokim rozładowaniem. Bateria magazynuje energię słoneczną w ciągu dnia, a w nocy dostarcza ją do sterownika oprawy LED. Dobrze zaprojektowany system słupów słonecznych z odpowiednim rozmiarem paneli, pojemnością baterii i mocą diod LED może zapewnić niezawodne oświetlenie przez 3 do 5 kolejnych nocy bez dostępu światła słonecznego, dzięki czemu jest skuteczny w lokalizacjach, w których występują długie okresy zachmurzenia, charakterystyczne dla klimatu morskiego i umiarkowanego.

System sterowania: skąd latarnie wiedzą, kiedy się włączyć i wyłączyć

Najpopularniejsza metoda kontroli Zewnętrzne latarnie uliczne to fotokomórka lub fotokomórka, światłoczułe urządzenie półprzewodnikowe montowane na oprawie lub w jej pobliżu, które mierzy natężenie światła otoczenia. Fotokomórka aktywuje obwód lampy, gdy oświetlenie otoczenia spadnie poniżej około 35 luksów (co odpowiada warunkom głębokiego zmierzchu) i dezaktywuje go, gdy światło otoczenia wzrośnie powyżej około 70 luksów (aby zapobiec oscylacjom spowodowanym przez chmury częściowo zasłaniające słońce). Fotokomórka to prosta, niezawodna i tania metoda sterowania, która nie wymaga programowania ani połączenia sieciowego i działa autonomicznie, dopóki ma zasilanie. Fotokomórki mają znamionową żywotność od 10 do 15 lat i należy je wymienić po osiągnięciu tego wieku, nawet jeśli nadal pozornie działają, ponieważ zdegradowane fotokomórki, które włączają się przy nieprawidłowym poziomie oświetlenia, powodują albo marnowanie energii elektrycznej (niepotrzebne pozostawianie włączonych świateł w ciągu dnia), albo skrócenie czasu świecenia (wyłączanie świateł przed całkowitym zmrokiem).

Zegary czasu astronomicznego służą jako podstawowa metoda sterowania lub jako rezerwa dla fotokomórek, obliczających dokładne godziny zachodu i wschodu słońca dla zainstalowanej lokalizacji geograficznej na podstawie zaprogramowanych współrzędnych i daty oraz przełączających obwód oświetlenia ulicznego w tych obliczonych momentach, niezależnie od rzeczywistych warunków oświetlenia otoczenia. Nowoczesne inteligentne sterowniki do zewnętrznych lamp ulicznych idą dalej, wykorzystując komunikację sieciową (protokoły DALI 2, Zhaga, Zigbee lub LoRa), aby umożliwić indywidualne monitorowanie i ściemnianie opraw z centralnej platformy zarządzania, umożliwiając oszczędność energii od 30 do 50 procent poprzez adaptacyjne przyciemnianie obwodów w okresach nocnych o małym natężeniu ruchu.

Sterownik LED i źródło światła w nowoczesnym oświetleniu ulicznym

Nowoczesne zewnętrzne lampy uliczne wykorzystują źródła światła LED napędzane elektronicznymi obwodami sterownika prądu stałego. Sterownik przekształca napięcie zasilania (sieć prądu przemiennego w przypadku jednostek zasilanych z sieci, akumulator prądu stałego w przypadku systemów słupów słonecznych) na określony regulowany prąd wymagany przez układ diod LED, utrzymując ten prąd na stałym poziomie niezależnie od zmian napięcia zasilania i zmian napięcia przewodzenia diody LED wraz z temperaturą. Sterownik stałoprądowy ma kluczowe znaczenie dla żywotności diod LED: matryce LED zasilane prądem stałym o niskim tętnieniu podlegają znacznie mniejszym naprężeniom termicznym i elektrycznym niż równoważne diody LED zasilane prostszymi obwodami o wysokim prądzie tętnienia, a jakość sterownika jest zazwyczaj głównym wyznacznikiem żywotności opraw LED w terenie.

Nowoczesne oprawy uliczne LED o mocy od 130 do 200 lumenów na wat zapewniają oszczędność energii od 40 do 65 procent w porównaniu z zastępowanymi przez nie wysokoprężnymi oprawami sodowymi (HPS), a ich znamionowa żywotność wynosząca od 50 000 do 100 000 godzin do L70 (punkt, w którym moc wyjściowa spada do 70 procent wartości początkowej) jest od 3 do 6 razy dłuższa niż żywotność lampy HPS, co radykalnie zmniejsza częstotliwość konserwacji oraz koszt całego słupa latarni ulicznej i systemu opraw w okresie jego eksploatacji.

Instalacja słonecznej latarni ulicznej: kompletny przewodnik krok po kroku

Instalacja słonecznej latarni ulicznej na słupach słonecznych to odrębny proces techniczny od konwencjonalnej instalacji oświetlenia ulicznego zasilanego z sieci, obejmujący dodatkowe kwestie dotyczące orientacji panelu, instalacji akumulatora, konfiguracji kontrolera ładowania i uruchomienia systemu, które są specyficzne dla architektury energii słonecznej poza siecią. Systematyczny proces instalacji przeprowadzany przez przeszkolony personel pozwala uzyskać system, który będzie działał niezawodnie przez 8 do 12 lat, zanim konieczna będzie wymiana głównych podzespołów; źle wykonana instalacja może skutkować przedwczesną awarią akumulatora, niewystarczającym ładowaniem lub błędami w uruchomieniu, które są trudne do zdiagnozowania i skorygowania po postawieniu słupa.

Ocena miejsca przed instalacją

Przed rozpoczęciem jakichkolwiek prac fundamentowych należy ocenić każdą proponowaną lokalizację słupów słonecznych pod kątem dostępu światła słonecznego, aby potwierdzić, że panel będzie otrzymywał odpowiednią ilość niezakłóconego światła słonecznego przez cały rok. Ocena lokalizacji powinna obejmować:

• Analiza cieniowania: Każdy obiekt (budynek, drzewo, billboard, sąsiedni słup) w promieniu 30 stopni nad horyzontem w kierunku, w którym zwrócony jest panel, powinien zostać zbadany i obliczona ścieżka jego cienia dla kąta słońca podczas przesilenia zimowego, który reprezentuje najgorszy przypadek zacienienia. Nawet częściowe zacienienie małej części panelu fotowoltaicznego może zmniejszyć całkowitą moc systemu o 50 do 80 procent w konfiguracjach paneli połączonych szeregowo ze względu na efekt maskowania cienia na prąd stringu.
• Badanie gleby: Potwierdź nośność gruntu i warunki gruntowe w proponowanej lokalizacji słupa, aby określić wymaganą głębokość i średnicę fundamentu. Miękkie lub podmokłe gleby mogą wymagać większego fundamentu lub montażu pali wbijanych, aby uzyskać odpowiednią stabilność podstawy słupa dla oczekiwanego obciążenia wiatrem kombinacji słupa i panelu.
• Lokalne dane dotyczące wiatru: Zidentyfikować projektową prędkość wiatru dla miejsca instalacji na podstawie obowiązującej krajowej normy dotyczącej obciążenia wiatrem. Słupy słoneczne przenoszą większy efektywny obszar wiatru niż konwencjonalne słupy latarni ulicznych, ponieważ panel fotowoltaiczny przedstawia wiatrowi znaczną płaską powierzchnię, generując znaczne momenty wywracające u podstawy słupa, które należy uwzględnić przy projektowaniu fundamentów i słupów.

Przygotowanie fundamentów i montaż słupów

1. Wykop otwór pod fundament. Zwykle średnica od 400 do 600 mm i głębokość od 1000 do 1500 mm dla standardowych słupów fotowoltaicznych o wysokości od 5 do 8 metrów, proporcjonalnie zwiększana w przypadku wyższych słupów. Podstawa dołka powinna znajdować się na twardym, nienaruszonym podłożu; w przypadku napotkania wypełnienia lub miękkiego materiału na wymaganej głębokości, należy przedłużyć otwór, aż do osiągnięcia twardego gruntu.
2. Zamontuj grupę śrub kotwowych i przewód. Umieścić klatkę śrub kotwowych na odpowiedniej wysokości i w orientacji odpowiadającej średnicy okręgu śrub słupa i rozmieszczeniu śrub. Wylać betonową warstwę zaślepiającą o grubości 100 mm u podstawy wykopu, ustawić klatkę śrubową na odpowiedniej wysokości nad poziomem gruntu (zwykle gwint od 50 do 80 mm widoczny ponad poziomem płyty podstawy) i zainstalować wszystkie wymagane przepusty kablowe lub tulejki wejściowe kabli wymagane dla kabla łączącego akumulator od słupa do skrzynki akumulatorowej, jeśli akumulator jest montowany w ziemi, a nie na słupie.
3. Wylać betonowy fundament. Do wylewania fundamentów należy używać betonu o wytrzymałości co najmniej C25 (25 MPa), upewniając się, że beton jest ułożony bez pustych przestrzeni wokół klatki śruby kotwiącej i odpowiednio zagęszczony. Przed zamontowaniem słupa należy pozostawić beton do utwardzenia na co najmniej 48 godzin (najlepiej 72 godziny), aby uniknąć naruszenia pozycji śrub kotwiących, zanim beton osiągnie odpowiednią wytrzymałość.
4. Ustaw słup. Używając dźwigu samojezdnego, podnośnika teleskopowego lub ręcznego systemu podnoszenia ramy odpowiedniego do ciężaru słupa, opuść płytę podstawy słupa na grupę śrub kotwiących i zainstaluj nakrętki poziomujące i przeciwnakrętki w odpowiedniej kolejności, aby uzyskać pionowy słup. Sprawdź pion pod kątem pionu za pomocą poziomicy na dwóch prostopadłych powierzchniach i wyreguluj nakrętki poziomujące przed ostatecznym dokręceniem. Orientacja wspornika do montażu panelowego musi być ustawiona na właściwy kierunek kompasu (skierowany na południe na półkuli północnej) podczas montażu słupa, zanim nakrętki zostaną całkowicie dokręcone.
5. Zamontuj panel słoneczny pod odpowiednim kątem nachylenia. Panel fotowoltaiczny przymocuj do uchwytu montażowego panelu pod kątem nachylenia obliczonym dla szerokości montażu. Ustaw kąt za pomocą kątomierza lub inklinometru, aby upewnić się, że czoło panelu znajduje się pod określonym nachyleniem od poziomu, zanim całkowicie dokręcisz wszystkie elementy mocujące panel.
6. Zainstaluj akumulator i kontroler ładowania. Zamontuj skrzynkę akumulatorową (zamontowaną na słupie w połowie wysokości lub zamontowaną na ziemi w pobliżu podstawy słupa) w określonej pozycji. Podłącz kontroler ładowania do dodatnich i ujemnych zacisków panelu, dodatniego i ujemnego zacisku akumulatora oraz dodatniego i ujemnego zacisku obciążenia (sterownik oprawy LED) w kolejności określonej w instrukcji instalacji kontrolera ładowania. Nieprawidłowa kolejność połączeń w niektórych konstrukcjach kontrolerów ładowania może spowodować nieodwracalne uszkodzenie kontrolera.
7. Uruchom i przetestuj system. Po podłączeniu panelu i dostępnym świetle dziennym sprawdź, czy wskaźnik ładowania akumulatora kontrolera ładowania wskazuje aktywne ładowanie. Uruchom ręcznie czujnik zmierzchu (poprzez tymczasowe zakrycie panelu) i sprawdź, czy oprawa LED załącza się przy zaprogramowanej jasności i czy ustawienia sterownika (czas, profil ściemniania i jakakolwiek funkcja czujnika ruchu) są prawidłowo zaprogramowane dla wymagań obiektu.

Kąt nachylenia panelu słonecznego i optymalny kąt dla panelu słonecznego: ostateczny przewodnik techniczny

Kąt pochylenia panel słoneczny on Słupy słoneczne to kąt pomiędzy powierzchnią panelu fotowoltaicznego a płaszczyzną poziomą, mierzony w stopniach. Jest to jeden z najważniejszych technicznie parametrów instalacji każdego systemu fotowoltaicznego, ponieważ bezpośrednio określa, ile promieniowania słonecznego otrzymuje czoło panelu w ciągu roku, co z kolei określa dzienną i roczną produkcję energii przez panel, a tym samym adekwatność systemu fotowoltaicznego do zamierzonego obciążenia. Zrozumienie zarówno ogólnej zasady optymalnego kąta dla panelu słonecznego, jak i konkretnego uzasadnienia dostosowania dla różnych priorytetów sezonowych jest niezbędne do prawidłowego określenia i uruchomienia systemów słupów słonecznych.

Reguła szerokości geograficznej: podstawa wyboru kąta nachylenia panelu słonecznego

Podstawową zasadą regulującą optymalny kąt dla panelu słonecznego jest to, że czoło panelu powinno być zorientowane prostopadle do średniego wektora promieniowania słonecznego dla danej lokalizacji i sezonu. Ponieważ pozorna droga słońca na niebie zmienia się wraz z porami roku (wyższa latem, niższa zimą), kąt, pod którym nachylony nieruchomy panel najlepiej przechwytuje to promieniowanie, również zmienia się sezonowo. Aby osiągnąć cel zrównoważonej produkcji energii przez cały rok, optymalny kąt nachylenia panelu stacjonarnego na półkuli północnej jest w przybliżeniu równy szerokości geograficznej instalacji, a panel powinien być skierowany dokładnie na południe. W przypadku instalacji na półkuli południowej równoważny optymalny kąt jest również w przybliżeniu równy szerokości geograficznej, ale panel jest skierowany w stronę prawdziwej północy.

Praktyczna wskazówka: panel słonecznej latarni ulicznej w Bangkoku w Tajlandii (szerokość geograficzna około 14 stopni północnych) powinien być nachylony pod kątem 14 stopni od poziomu skierowanego na południe; system w Madrycie w Hiszpanii (szerokość geograficzna około 40 stopni północnych) powinien być ustawiony na 40 stopni; a system w Oslo w Norwegii (szerokość geograficzna około 60 stopni północnych) powinien być nachylony pod kątem 60 stopni. Każde z tych ustawień zapewnia najlepszy średni uzysk energii przez cały rok dla danej lokalizacji, generując zazwyczaj roczną produkcję energii w granicach 5 procent teoretycznego maksimum możliwego do osiągnięcia przy użyciu dwuosiowego systemu śledzenia słońca.

Dostosowywanie kąta pochylenia dla priorytetu sezonowego

Kąt pochylenia solar panel can be adjusted from the latitude matched angle to prioritize either summer or winter energy production depending on the seasonal lighting demand profile of the application:

• Szerokość geograficzna minus 10 do 15 stopni (płytsze nachylenie): Zwiększa produkcję energii w lecie kosztem produkcji w zimie. To ustawienie jest odpowiednie dla słupów słonecznych w regionach tropikalnych i subtropikalnych, gdzie w okresie letnich burz powstają okresy zachmurzenia wymagające maksymalnej wydajności panelu podczas dłuższych letnich dni i gdzie zimowe noce są na tyle krótkie, że układ słoneczny ma wystarczająco dużo czasu na naładowanie nawet przy zmniejszonym zimowym napromieniowaniu.
• Szerokość geograficzna plus 10 do 15 stopni (bardziej strome nachylenie): Zwiększa produkcję energii zimowej kosztem produkcji letniej. To ustawienie jest prawidłową specyfikacją dla słupów słonecznych w lokalizacjach o umiarkowanych i dużych szerokościach geograficznych (powyżej 35 stopni szerokości geograficznej), gdzie zimowe noce są długie, nasłonecznienie jest niskie w miesiącach zimowych, a głównym ograniczeniem projektowym jest ryzyko, że akumulator nie utrzyma odpowiedniego poziomu naładowania podczas długich zimowych okresów pochmurnych. Na przykład instalacja słupów słonecznych w Wielkiej Brytanii na 51 stopniach szerokości geograficznej północnej zazwyczaj określałaby kąt nachylenia panelu od 60 do 65 stopni, a nie od 51 stopni do szerokości geograficznej, ponieważ wzrost kąta zimowego o 10 do 14 stopni powoduje wychwytywanie znacznie więcej energii w krytycznym okresie od listopada do lutego, kiedy zasoby energii słonecznej są najsłabsze, a zapotrzebowanie na oświetlenie (długie noce) największe.
• Kąt szerokości geograficznej (zrównoważone nachylenie): Prawidłowe ustawienie dla większości zastosowań słupów słonecznych na średnich szerokościach geograficznych, gdzie nie ma określonego priorytetu sezonowego, zapewniające najlepszą średnią produkcję energii przez cały rok ze stałą wydajnością we wszystkich porach roku.

Zagadnienia dotyczące samooczyszczania i wpływ przechylenia na zabrudzenie panelu

Praktyczną zaletą bardziej stromych kątów nachylenia paneli na słupach fotowoltaicznych w zapylonych, suchych lub zanieczyszczonych środowiskach jest lepsze samooczyszczanie podczas opadów deszczu. Panele nachylone pod kątem 30 stopni lub więcej wyrzucają wodę deszczową z wystarczającą prędkością, aby usunąć nagromadzony kurz i zanieczyszczenia z czoła panelu, podczas gdy panele nachylone pod kątem mniejszym niż 15 stopni mają tendencję do zatrzymywania wody w napięciu powierzchniowym i umożliwiają osadzanie się zanieczyszczeń w miarę odparowywania wody, tworząc cienką skorupę glebową, która gromadzi się na powierzchni panelu i może zmniejszyć wydajność o 5 do 20 procent w porze suchej. W przypadku instalacji słupów fotowoltaicznych w regionach półsuchych z rzadkimi opadami deszczu, określenie kąta nachylenia w kierunku górnej granicy optymalnego zakresu (szerokość geograficzna plus 10 do 15 stopni) zapewnia pośrednią korzyść samooczyszczania, oprócz korzyści w zakresie optymalizacji zużycia energii w zimie.

Wybór słupów latarni ulicznych, zewnętrznych latarni ulicznych i słupów słonecznych do różnych projektów

Ostateczny wybór typu słupów latarni ulicznych, specyfikacji zewnętrznych lamp ulicznych i konfiguracji słupów słonecznych dla dowolnego projektu obejmuje zrównoważenie wydajności, kosztów, żywotności i praktycznych względów instalacyjnych specyficznych dla miejsca i zastosowania. Poniższe wskazówki dotyczące wyboru obejmują najczęstsze typy projektów spotykanych w oświetleniu zewnętrznym komunalnym, komercyjnym i mieszkaniowym.

Kiedy wybrać słupy słoneczne zamiast słupów latarni ulicznych zasilanych z sieci?

Słupy słoneczne są preferowaną specyfikacją w stosunku do słupów latarni ulicznych zasilanych z sieci w następujących okolicznościach:

• Lokalizacje bez dostępu do sieci lub z wysokimi kosztami przyłączenia do sieci: Na drogach wiejskich, odległych ścieżkach gminnych, drogach dojazdowych do gospodarstw rolnych i w każdym miejscu, w którym najbliższy punkt przyłączenia do sieci znajduje się w odległości większej niż 30–50 metrów od instalacji oświetleniowej, domyślnie powinny być stosowane słupy fotowoltaiczne, chyba że warunki panujące w miejscu (ekstremalne zacienienie, bardzo duża szerokość geograficzna) uniemożliwiają odpowiednie gromadzenie energii słonecznej. Podłączenie do sieci w cenie od 50 do 200 dolarów za metr wykopu pod kable i koszt instalacji sprawia, że ​​słupy fotowoltaiczne są ekonomicznie lepsze w większości sytuacji poza siecią, nawet przy wyższych kosztach oprawy i słupów.
• Projekty wymagające szybkiego wdrożenia: Słupy słoneczne can be installed in a single day per pole without the civil works lead time associated with electrical infrastructure. Emergency lighting installations, temporary event lighting, and phased development lighting can be commissioned within days using Solar Poles.
• Lokalizacje wrażliwe ekologicznie: Rezerwaty przyrody, parki, miejsca dziedzictwa kulturowego i lokalizacje, w których wykopy pod kable elektryczne mogłyby uszkodzić korzenie drzew, złoża archeologiczne lub elementy środowiska, są naturalnymi kandydatami na słupy fotowoltaiczne, które wymagają tylko jednego fundamentu słupowego, bez prowadzenia kabli między słupami.

Wymagania specyfikacji konstrukcyjnej dla różnych wysokości słupów

Specyfikacja konstrukcyjna słupów latarni ulicznych znacznie wzrasta wraz z wysokością, ponieważ moment wywracający u podstawy słupa (który musi wytrzymać fundament i przekrój słupa) wzrasta zarówno wraz z kwadratem wysokości (dla obciążenia wiatrem samego słupa), jak i liniowo wraz z wysokością (dla obciążenia wiatrem oprawy i, w przypadku słupów fotowoltaicznych, panelu fotowoltaicznego). 12-metrowy stalowy słup latarni ulicznej w projektowej strefie wiatru 120 km/h musi wytrzymać moment wywracający podstawy około 4 razy większy niż równoważny 6-metrowy słup o tym samym przekroju i specyfikacji oprawy, co wymaga albo większej średnicy słupa, większej grubości ściany lub głębszego fundamentu, co znacznie zwiększa koszt instalacji. Ten wzrost kosztów konstrukcyjnych wraz z wysokością jest jednym z powodów, dla których optymalizacja projektu fotometrycznego (wybór minimalnej odpowiedniej wysokości słupa dla wymaganego standardu natężenia oświetlenia zamiast domyślnego wybierania najwyższego dostępnego słupa) jest ważna dla zarządzania kosztami projektu w zakresie zamówień na słupy latarni ulicznych.

Najlepsze praktyki w zakresie konserwacji słupów latarni ulicznych i słupów fotowoltaicznych

Program proaktywnej konserwacji słupów oświetlenia ulicznego, zewnętrznych latarni ulicznych i słupów fotowoltaicznych znacznie wydłuża efektywną żywotność wszystkich elementów systemu i zapobiega przyspieszonemu pogarszaniu się stanu, które prowadzi do przedwczesnej, nieplanowanej wymiany. Poniższe priorytety konserwacji mają zastosowanie do wszystkich typów słupów i opraw:

• Coroczna kontrola wizualna: Co roku obejdź całą sieć słupów, aby zidentyfikować i zarejestrować słupy wykazujące widoczne uszkodzenia powstałe w wyniku uderzenia pojazdu, korozji podstawy, deformacji ramion oprawy oświetleniowej lub wandalizmu wymagające natychmiastowej uwagi. Sfotografuj wszystkie usterki w dokumentacji konserwacji i ustal priorytety napraw według wagi zagrożenia bezpieczeństwa.
• Czyszczenie paneli słonecznych na słupach fotowoltaicznych: W środowiskach o dużym zapyleniu atmosferycznym, pyłkach lub zanieczyszczeniach należy czyścić panele fotowoltaiczne co najmniej dwa razy w roku czystą wodą i miękką ściągaczką, aby zachować efektywność gromadzenia energii. Nawet cienka warstwa kurzu zmniejszająca przepuszczalność panelu o 5 procent może przełożyć się na proporcjonalne zmniejszenie poziomu naładowania akumulatora i dostępnej liczby godzin oświetlenia w ciągu nocy.
• Testowanie pojemności baterii dla słupów słonecznych: Pojemność akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych w słupach fotowoltaicznych powinna być sprawdzana corocznie po trzecim roku użytkowania w celu zidentyfikowania akumulatorów, które utraciły więcej niż 20 procent swojej pojemności znamionowej i mogą zbliżać się do progu niewystarczającego zasilania nocnego w warunkach zimowych.
• Ocena fotometryczna oprawy: Po 5 latach eksploatacji diod LED należy porównać zmierzone wartości natężenia oświetlenia podłoża z docelowymi wartościami projektowymi, aby określić, czy amortyzacja oprawy wymaga dostosowania harmonogramu ściemniania lub wcześniejszej wymiany oprawy, aby zachować zgodność z obowiązującymi normami oświetleniowymi dla obsługiwanej drogi lub przestrzeni.

Referencje

Towarzystwo Inżynierii Oświetlającej (2014). ANSI/IES RP 8 14: Oświetlenie jezdni. IES, Nowy Jork.

Krajowe Stowarzyszenie Producentów Metalu Architektonicznego (2015). ANSI/NAAMM MH 26: Wytyczne dotyczące specyfikacji dotyczących projektowania metalowych masztów flagowych i norm oświetleniowych. NAAMM, Chicago, IL.

Duffie, JA i Beckman, WA (2013). Inżynieria słoneczna procesów termicznych, wydanie 4. Wiley, Hoboken, New Jersey. (Obliczenia optymalnego kąta panelu słonecznego i sezonowego nachylenia.)

Międzynarodowa Agencja Energetyczna (2020). World Energy Outlook 2020: Technologia fotowoltaiczna. MAE, Paryż.

Międzynarodowa ASTM (2017). ASTM A123/A123M: Standardowa specyfikacja dla powłok cynkowych (cynkowanych ogniowo) na wyrobach żelaznych i stalowych. ASTM, West Conshohocken, Pensylwania.

Luque, A. i Hegedus, S. (red.) (2011). Podręcznik nauki i inżynierii fotowoltaicznej, wydanie 2. Wiley, Chichester, Wielka Brytania.

Komisja Międzynarodowa de l'Eclairage (2010). CIE 115: Oświetlenie dróg dla ruchu samochodowego i pieszego. CIE, Wiedeń.

Normy Australia (2016). AS/NZS 1158: Oświetlenie dróg i przestrzeni publicznych. SAI Global, Sydney.

Diaf, S., Diaf, D., Belhamel, M., Haddadi, M. i Louche, A. (2007). Metodologia optymalnego wymiarowania autonomicznego hybrydowego systemu fotowoltaicznego/wiatrowego. Polityka energetyczna, 35(11), 5708–5718.

Departament Energii Stanów Zjednoczonych (2022). Biuro Technologii Energii Słonecznej: Wydajność systemów fotowoltaicznych. DOE, Waszyngton, DC.