A napelemek iránya irányítószám alapján és a napelemek optimális szöge: A teljes gyakorlati útmutató

Fénypólusok magassága, lámpaoszloptípusok és napelemek tájolása egy pillantásra

A villanyoszlopok 3 métertől (10 lábtól) a lakókertekhez és utakon történő alkalmazásokhoz a 40 métertől (130 láb) vagy még nagyobbig terjednek a magas árbocú stadionokhoz és autópályák csomópontjaihoz. A szabványos utcai lámpaoszlopok általában 8-12 méteresek lakó- és főútvonalakon, míg a parkolók oszlopai 6-10 méteresek (20-33 láb). Az egyes alkalmazásokhoz szükséges helyes magasság megértése elengedhetetlen a beszerzés előtt, mert az oszlop magassága közvetlenül meghatározza a talaj megvilágítási szintjét, a szükséges oszlopok számát és az alapozási specifikációt, amely az adott magasságban a szélterhelés elleni küzdelemhez szükséges.

Azokhoz a napelemekhez, amelyek a Napelem világítótest mellett vagy tetején, a napelemek optimális szöge az Egyesült Államok kontinentális részén körülbelül 25 fok Floridában (25-30 fok északi szélesség) és 47 fok Montanában és Észak-Dakotában (az északi szélesség 45-49 foka). Az irány valóban dél, az északi féltekén a fix dőlésszögű telepítéseknél. Az Egyesült Államokban található bármely konkrét irányítószámhoz a Nemzeti Megújuló Energia Laboratórium (NREL) PVWatts kalkulátora biztosítja a pontos napenergia-erőforrást és az optimális dőlésszöget az adott helyen, kiküszöbölve a napelemekre vonatkozó napelem-specifikációból származó találgatásokat.

Ez az útmutató mindezeket a témaköröket gyakorlati részletességgel tárgyalja: szabványos villanyoszlop magasságok alkalmazásonként, a főbb lámpaoszlopok típusai és műszaki különbségeik, hogyan működnek a napelem oszlopok integrált rendszerként, hogyan határozható meg a napelem panelek helyes iránya irányítószám alapján, és hogyan számítható ki a napelemek optimális szöge a maximális éves energiahozam érdekében.

Milyen magasak a világos oszlopok: szabványos magasságok alkalmazás szerint

Arra a kérdésre, hogy milyen magasak a villanyoszlopok, nem lehet egyetlen számmal megválaszolni, mert a helyes szerelési magasság az alkalmazástól függ: a talaj megvilágításának célszintjétől, az oszlopok közötti távolságtól, a megvilágított terület szélességétől és a felszerelt lámpatest fotometriai eloszlásától. Ezeknek a változóknak minden kombinációja egyedi optimális rúdmagasságot eredményez, amely egyensúlyban tartja a lefedettséget, az egyenletességet és a tükröződés szabályozását.

Lakossági utca és út világítás

A lakókörnyezeti közvilágítás a közúti alkalmazások közül a legrövidebb oszlopmagasságot használja. A szabványos lakossági utcai villanyoszlopok az Egyesült Államokban és Európában jellemzően ilyenek 5-8 méter (16-26 láb) magas, a 6 méter a legszélesebb körben meghatározott magasság a 6-8 méteres útszélességű szabványos lakóutcáknál. Ezen a magasságon egy szabványos, II-es vagy III-as típusú fotometriai eloszlású LED-es közúti lámpatest biztosítja a megfelelő megvilágítást az úttesten és a szomszédos gyalogúton, 25-35 méteres oszloptávolság mellett.

Az ösvény- és csak gyalogos világítás jellemzően még rövidebb oszlopokat használ 3-5 méter (10-16 láb) , mert a gyalogos övezetek megvilágítása alacsonyabb, mint a jármű utaké, és mert az alacsonyabb beépítési magasságok emberi léptékű, meghittebb vizuális környezetet biztosítanak a parkok, terek és lakókertek számára. A 0,6-1,2 méteres magassági tartományban lévő oszlopos oszlopos felső lámpatestek a pályavilágítási kategória legalacsonyabb végét határozzák meg, és elsősorban éllehatárolásra használják, nem pedig általános megvilágításra.

Kereskedelmi és főútvilágítás

A kereskedelmi utcák, a főútvonalak és a városi gyűjtőutcák magasabb beépítési magasságot igényelnek, mint a lakóutcák, hogy megfelelő megvilágítást biztosítsanak a szélesebb autópályákon, és fenntartsák az elfogadható egyenletességi arányokat több közlekedési sávban. A kereskedelmi utcai és főútvilágítás szabványos szerelési magassága a következő 8-12 méter (26-40 láb) , ahol a 10 méter a leggyakrabban meghatározott magasság a 10-14 méteres útszélességű kétsávos főutakon.

Osztott autópályák és kettős autópályás utak esetében, ahol az oszlopok a középső középvonalban vannak elhelyezve, és mindkét irányban egyetlen oszlopról kell megvilágítaniuk a forgalmat, a szabványos szerelési magasság 12-14 méter (40-46 láb) kétkaros konzol-konfigurációkkal, amelyek kiterjesztik a lámpatesteket az egyes úttestekre. Ez a konfiguráció körülbelül 40%-kal csökkenti a megosztott útszakaszok teljes oszlopszámát az egykaros út menti rögzítéshez képest, ami jelentősen csökkenti a telepítési költségeket.

Parkoló és terület világítás

A parkolók villanyoszlopai jellemzően 6-10 méter (20-33 láb) magas, a parkoló elrendezése, a szükséges megvilágítási szint (jellemzően 10-50 lábgyertya fokozaton a biztonsági követelményektől függően) és a lámpatest fotometriai eloszlása alapján választott specifikus magassággal. Az alacsonyabb beépítési magasságok (6-7 méter) gyakoriak a lakóparkolókban, ahol a tervezési prioritás a szomszédos ingatlanokra való fényátszivárgás minimalizálása. Nagyobb szerelési magasságot (8-10 méter) használnak a kereskedelmi és kiskereskedelmi parkolóhelyeken, ahol az oszlopok közötti szélesebb távolság kívánatos, hogy csökkentse az oszlopok és alapozások számát egy nagy területen.

Sport és magas árboc világítás

A közösségi rekreációs és iskolai létesítmények sportpályái világítóoszlopai a 12-20 méter (40-65 láb) a professzionális megvilágításhoz szükséges szerelési magasság eléréséhez a játéktereken anélkül, hogy a játékosok túlzottan tükröződnének a lámpatestek felé. A professzionális és stadionszintű sportlétesítmények speciális toronyszerkezeteket használnak 20-45 méter (65-150 láb) a sportágtól és a szükséges megvilágítási szinttől függően (akár 2000 lux a jelentősebb események közvetítésminőségű televíziós közvetítéséhez).

A magas árbocú világítóoszlopok autópálya csomópontokhoz, kikötői létesítményekhez, repülőtéri előterekhez és nagy ipari udvarokhoz 20-40 méter (65-130 láb) magasságban, oszloponként 6-20 lámpatestből álló lámpatest gyűrűszerelvényekkel, amelyek együttesen akár 30 000 négyzetméternyi területet is megvilágítanak egyetlen pólusú helyről.

Fénypólus magassága Gyors referencia

A lámpaoszlopok típusai: gyakorlati osztályozás

A manapság használatos lámpaoszlopok típusai a hagyományos öntöttvas dekoratív kialakításoktól a modern mérnöki acél és alumínium szerkezetekig terjednek, amelyek mindegyike különböző esztétikai, szerkezeti és funkcionális követelményeknek felel meg. A lámpaoszlopok főbb típusainak ismerete lehetővé teszi a tervezők, önkormányzatok és ingatlantulajdonosok számára, hogy az oszloptípust az alkalmazási követelményekhez igazítsák, ahelyett, hogy a legismertebb vagy legalacsonyabb költségű opciót választanák.

Egyenes acél vagy alumínium kúpos rudak

A legtöbb modern közúti és parkolóvilágítási alkalmazáshoz a szabványos használati lámpaoszlop az egyenes, kúpos acél vagy alumínium oszlop. Ezeket az oszlopokat acéllemez hengerlésével és hegesztésével (a horganyzott acél modellekhez) vagy alumínium tuskótestek (alumínium modellekhez) kúpos kúpos extrudálásával gyártják, amely nagyobb alapátmérőről kisebb csúcsátmérőre csökken. A kúp javítja a szerkezeti hatékonyságot azáltal, hogy az anyagot oda koncentrálja, ahol a legnagyobb a hajlítási feszültség (az alján), és csökkenti az anyagot, ahol a legkisebb a feszültség (a csúcson).

A horganyzott acél kúpos oszlopok a legszélesebb körben használt lámpaoszlop típusok világszerte, mivel kiváló szerkezeti teljesítményt nyújtanak a legalacsonyabb méterenkénti anyagköltség mellett. Az ASTM A123 szerinti tűzihorganyzás 85-140 mikronos cinkbevonatot biztosít, amely 20-30 évig védi az alatta lévő acélt a legtöbb légköri körülmény között mielőtt az újrafestés szükségessé válik. Az alumínium kúpos oszlopok körülbelül 30-50%-kal drágábbak, mint az egyenértékű acéloszlopok, de nem igényelnek felületkezelést, és korlátlanul ellenállnak a korróziónak a legagresszívebb ipari és tengeri környezetben, így a part menti létesítmények számára előnyös választás.

Dekoratív és műemléki lámpaoszlopok

A dekoratív lámpaoszlopokat történelmi kerületekben, városközpontokban, bevásárlóutcákban, plázákban, parkokban és minden olyan létesítményben használják, ahol a lámpaoszlopnak magának kell hozzájárulnia a környezet esztétikai jellegéhez, nem pedig pusztán haszonelvű szerkezetnek. A dekoratív és a hagyományos típusú lámpaoszlopok főbb anyagai a következők:

• Öntöttvas: A viktoriánus és Edward-kori utcai világításban használt hagyományos lámpaoszlop anyag, amelyet ma is reprodukálnak az örökségvédelmi projektekhez és az autentikus korabeli megjelenést igénylő új installációkhoz. Az öntöttvas lámpaoszlopok rendkívül nehezek (általában 200-600 kg egy szabványos 4 méteres oszlopnál), és rendszeres festést igényelnek a rozsdásodás elkerülése érdekében, de olyan vizuális karaktert biztosítanak, amelyet a modern anyagok nem képesek megismételni. Ellenállnak az ütési sérüléseknek, amelyek behorpadhatják az acél- vagy alumíniumoszlopokat.
• Öntött alumínium: A modern dekoratív lámpaoszlopok a hagyományos öntöttvas kivitelek vizuális profilját replikálják öntött alumíniumból, amely lényegesen könnyebb (az öntöttvas tömegének körülbelül egyharmada), festés nélkül ellenáll a korróziónak, és a tervezési rugalmasság érdekében bármilyen porszórt színben kapható. Az öntött alumínium dekoratív lámpaoszlopok a domináns választás az új dekoratív közvilágítási rendszerekben, mert örökség esztétikát biztosítanak modern anyagtulajdonságokkal.
• Üvegszállal megerősített polimer (FRP): Az FRP dekoratív lámpaoszlopokat tengerparti, vegyi üzemekben és más korrozív környezetekben használják, ahol még az alumínium is elfogadhatatlan karbantartást igényel, és olyan alkalmazásokban, ahol nem tolerálhatók fém alkatrészek. Az FRP oszlopok bármilyen színben és felületi textúrában gyárthatók, és nulla a korrózió kockázata bármilyen légköri környezetben.

Fonott betonoszlopok

A fonott betonoszlopok a fejlődő piacokon és egyes nagy forgalmú autópálya-alkalmazásokban használt lámpaoszlopok egyik fő kategóriáját alkotják a fejlett piacokon, ahol nagyon alacsony költségük és karbantartásmentes szükségleteik meghaladják a nehézsúly és a korlátozott esztétikai rugalmasság hátrányait. Az előfeszített fonott betonoszlopokat úgy állítják elő, hogy betont öntenek egy forgó hengeres formába, amely centrifugális erőt használ a keverék megszilárdítására egy előfeszített acélhuzalmag körül. Az így kapott rúd erős, strapabíró, felületkezelést nem igényel, viszont nagyon nehéz, nehezen szállítható távoli helyszínekre, és nem lehet porszórt bevonattal, illetve gyártás után könnyen módosítani.

Nyolcszögletű és kerek acélrudak kereskedelmi használatra

Parkolóhelyek, kereskedelmi ingatlanok és könnyűipari létesítmények esetében, ahol a mérsékelt szerkezeti teljesítmény és a versenyképes költség egyaránt fontos, a nyolcszögletű egyenes acéloszlopokat széles körben határozzák meg. A nyolcoldalú keresztmetszet jobb ellenállást biztosít a szél okozta rezgéssel szemben, mint az egyenértékű falvastagságú körkeresztmetszet, mert a nyolcszögletű geometria felbontja az örvényleválást, amely bizonyos szélsebességek mellett a körpólusok oszcillációját okozza (a Karman örvényrezonanciának nevezett jelenség, amely a nagy körkörös pólusú telepítések fáradási meghibásodását okozza).

Lámpaoszlopok típusai: Összehasonlító táblázat

Napelemek: Hogyan működik az integrált napelemes világítás

Nappólusok kombinálja a hagyományos villanyoszlop szerkezeti funkcióját a lámpatest táplálásához szükséges elektromos energiát előállító integrált napelemmel, egy akkumulátorrendszerrel, amely a nappali fényben összegyűjtött energiát tárolja éjszakai használatra, és egy intelligens vezérlővel, amely a napelem, az akkumulátor és a lámpatest között irányítja az energiaáramlást, hogy maximalizálja a megbízható világítási órákat, függetlenül a napsugárzás napi ingadozásától.

A nappólusrendszer fő alkotóelemei

Minden napelemes rendszer a következő komponenseket integrálja, és az egyes komponensek specifikációja határozza meg a rendszer megbízhatóságát, autonómiáját (hány egymást követő felhős napon képes újratöltés nélkül működni) és a teljes költséget:

• Napelem: A napfényt egyenáramú elektromos energiává alakító fotovoltaikus modul. A 20% és 23% közötti hatásfokú monokristályos szilícium panelek a szabványos specifikációk a napelemes pólus alkalmazásokhoz, mivel nagyobb területegységenkénti hatásfokuk kisebb panelméreteket tesz lehetővé egy adott teljesítmény mellett, ami csökkenti az oszlop szélterhelését és javítja a napelem pólusmagassághoz viszonyított vizuális arányát. A napelemoszlopok panelek teljesítménye a kis pályavilágítási oszlopok 30 wattjától a nagy teljesítményű útvilágítási napelem oszlopok 400 wattig terjed.
• Akkumulátor tároló rendszer: Tárolja a napelem által termelt elektromos energiát éjszakai és borús időszakokban való használatra. A lítium-vas-foszfát (LiFePO4) akkumulátorok a jelenlegi szabványok a szoláris pólus alkalmazásokhoz, hosszú élettartamuk (2000-4000 teljes töltési-kisütési ciklus, ami 5-11 év napi ciklust jelent), termikus stabilitásuk és nagy energiasűrűségük miatt. Az ólom-savas akkumulátorokat még mindig használják költségérzékeny alkalmazásokban, de gyakoribb cserét igényelnek (általában 2-4 évente), és jelentősen rövidebb élettartamúak.
• LED lámpatest: A fénykibocsátó eszköz, amely szinte univerzálisan LED-ez az új naposzlopos rendszerekben, mivel a LED nagy fényhatékonysága (tipikusan 130-180 lumen/watt közúti és környéki lámpatesteknél) minimálisra csökkenti az adott megvilágítási szinthez szükséges napelem- és akkumulátorméretet, ami közvetlenül csökkenti a teljes nappólus rendszer tőkeköltségét.
• Töltésvezérlő: Az elektronikus eszköz, amely kezeli az akkumulátor töltését a napelemről, megakadályozza a túltöltést és a túlmerülést, és a modern rendszerekben a LED-es lámpatest adaptív elsötétítését szabályozza az akkumulátor hátralévő töltöttségi állapota, az éjszakai idő és a mozgásérzékelő bemenetek alapján, hogy maximalizálja a rendszer autonómiáját a csökkent napsugárzás időszakában.

A napelem oszlopok előnyei a hálózatra csatlakoztatott világítással szemben

• Nincs szükség hálózati csatlakozásra: A napelemes oszlopok kiküszöbölik a föld alatti elektromos kábelek árokásásának polgári költségeit, amelyek általában a hagyományos hálózatra kapcsolt világítási rendszerek teljes beépített költségének 40-60%-át teszik ki. Távoli helyeken, új útvonalak mentén, ahol nincs elektromos infrastruktúra, vagy olyan helyeken, ahol a hálózati csatlakozási költségek különösen magasak, a polgári költségek kiküszöbölése a szolárpólusokat gazdaságilag versenyképessé vagy felülmúlja a hálózatra kapcsolt alternatívákat.
• Nulla folyamatos áramköltség: A tőkeköltség-megtérülési időszak után a napelempólusok nulla elektromos energia költséggel működnek, mivel a napelem minden szükséges elektromos energiát szabad napsugárzásból állít elő. A magas villamosenergia-tarifákkal rendelkező piacokon működő önkormányzatok számára ez a folyamatos költségmegtakarítás jelentős pénzügyi előnyt jelent a napelem-pólus telepítésének 15-25 éves élettartamához képest.
• Gyors telepítés: A napelemes pólusok telepítése lényegesen gyorsabban elvégezhető, mint a hálózatra kapcsolt egyenértékűek, mivel nincs függés az elektromos hálózat elérhetőségétől a hálózati csatlakozás biztosításához. Ez az előny különösen jelentős a vészvilágítás kiépítése, az ideiglenes rendezvények világítása és az új fejlesztési infrastruktúra esetében, amelyeknek működőképesnek kell lenniük az állandó elektromos hálózati infrastruktúra létrehozása előtt.

A naposzlopok korlátai és tervezési korlátai

• Helyfüggő napenergia erőforrás: A nappólusok megbízható teljesítményt nyújtanak olyan helyeken, ahol megfelelő a napsugárzás (az éves csúcsidőben napi 4 óra felett), de megbízhatóságuk problémássá válik az északi szélességi körökben (észak 55 fok felett) a téli hónapokban, amikor a napsütéses csúcsidő hosszabb ideig napi 1-2 óra alá csökkenhet. Ezeken a helyeken nagyon nagyméretű napelemes és akkumulátoros rendszerekre van szükség a megbízható téli üzemhez, ami jelentősen megnöveli a tőkeköltséget és potenciálisan gazdaságosabbá teszi a hálózatra kapcsolt alternatívákat.
• Árnyékolási érzékenység: A napelem oszlopra szerelt napelem rögzített magasságban és tájolásban van felszerelve, és nem helyezhető át, ha a telepítés után a helyet fák, új épületek vagy egyéb építmények árnyékolják be. A napelem panelek részleges árnyékolása is drámaian csökkentheti az energiakibocsátást, mivel a legtöbb szabványos napelem-konfiguráció bypass diódákat használ, amelyek az árnyékolt cellák hatékony leválasztását okozzák, így a panel teljesítménye többel csökken, mint amennyit az árnyékolt terület önmagában feltételezne.
• Az akkumulátor csere költsége: Ellentétben a hálózatra csatlakoztatott lámpatestekkel, amelyek csak lámpa és meghajtó karbantartást igényelnek, a Solar Pole rendszerek akkumulátorát 5-10 évente kell cserélni, az akkumulátor kémiai állapotától és a kisülési ciklus mélységétől függően. Ezt az akkumulátorcsere költségét bele kell számítani a napelem oszlopok és a hálózatra kapcsolt alternatívák teljes életciklus-költségének összehasonlításába.

Optimális szög a napelemekhez: A fizika és a gyakorlati szabályok

A napelemek optimális szöge az a dőlésszög (vízszintes szögből mérve), amelynél a fix dőlésszögű napelemtábla rögzíti a maximális teljes napsugárzást a teljes év során egy adott földrajzi helyen. Ezt a szöget a létesítmény szélessége és a napdeklináció év közbeni változása határozza meg.

Miért határozza meg a Latitude a napelemek optimális szögét?

A nap magassága az égen a szoláris délben (amikor a legmagasabb az égbolton, és az északi féltekén pontosan délre) a megfigyelő földrajzi szélességétől és az évszaktól függően változik. Az Egyenlítőnél (szélesség 0 fok) a nap közvetlenül a napéjegyenlőségek idején, délben halad el a fejünk felett. Az északi szélesség 45 fokán (Minneapolis, Minnesota vagy Milánó, Olaszország hozzávetőleges szélessége) a nap 45 fokkal a horizont felett van a napéjegyenlőségek idején délben, télen alacsonyabban, nyáron magasabban.

A fix dőlésszögű napelemek a maximális napsugárzást rögzítik, ha merőlegesen állnak a napsugárzásra. Mivel a nap átlagos emelkedési szöge az év során megegyezik a szélesség komplementerével (90 fok mínusz a szélesség), a napelemek optimális szöge egy adott helyen megközelítőleg megegyezik a helyi szélességi szöggel. Az északi szélesség 35. fokán (körülbelül Los Angeles (Kalifornia) vagy Tokió (Japán) szélessége) az optimális éves dőlésszög körülbelül 33–37 fok. Az északi szélesség 51. fokán (körülbelül London, Anglia vagy Calgary, Kanada szélessége) az optimális éves dőlésszög körülbelül 49-53 fok.

Pontos optimális szögszámítás az éves hozammaximalizáláshoz

Az NREL és a PVWatts eszköz kutatási és szimulációs adatai megerősítik, hogy a szélesség és az optimális dőlésszög közötti empirikus kapcsolat az éves hozammaximalizáláshoz a legtöbb helyen a következő mintát követi:

• 0 és 25 fok közötti szélességi fokok esetén: Az optimális dőlésszög körülbelül a szélesség 0,87-szerese plusz 3,1 fok. A 20. szélességi fokon ez körülbelül 20,5 fokos optimális dőlést ad.
• 25 és 50 fok közötti szélességi körök esetén: Az optimális dőlésszög körülbelül szélesség plusz 2-5 fok. A 40. szélességi fokon az optimális dőlésszög körülbelül 42-45 fok.
• 50 fok feletti szélességi körök esetén: Az optimális éves dőlésszög jellemzően 50-55 fok, bár a szezonális optimalizálási stratégiák, amelyek télen növelik és nyáron csökkentik a dőlést, javíthatják az éves hozamot a fix szög optimálishoz képest ezeken a nagy szélességi fokokon.

Az optimális szögtől plusz-mínusz 5 fokkal való eltérés esetén a hozambüntetés általában csak az éves hozam 1-3%-a , ami azt jelenti, hogy az olyan gyakorlati korlátok, mint a szerkezeti kényelem, az esztétika vagy a fix szögű konzol szükségessége a nappóluson, jelentős energiatermelési áldozatok nélkül teljesíthetők. A hozambüntetés jelentősebbé válik az optimálistól 10-15 foknál nagyobb eltérések esetén, különösen a déli fekvésű panelek esetében az északi féltekén, ahol az optimális dőlésszögtől való 20 fokos eltérés az éves hozamot 5-10%-kal csökkenti.

Optimális éves dőlésszögek az Egyesült Államok régiói szerint

Napelem Direction by Zip Code: How to Find Your Site-Specific Optimal Orientation

A napelempanelek pontos irányának irányítószám alapján történő megtalálásához az Egyesült Államok bármely helyére a nyilvánosan elérhető napelem-elemző eszközök valamelyikét kell használni, amely kiszámítja a napelemek optimális tájolását és becsült éves energiahozamát adott földrajzi koordinátákon. A leghitelesebb és legszélesebb körben használt eszköz az NREL PVWatts Calculator, amely ingyenesen elérhető online, és kiszámítja a várható éves AC energia kibocsátást és kapacitástényezőt egy napelemes rendszerhez bármely USA-beli helyen.

Az NREL PVWatts használata a napelemek irányításához irányítószám alapján

1. Keresse meg a PVWatts kalkulátort a pvwatts.nrel.gov oldalon és írja be irányítószámát vagy címét a helykereső mezőbe. Az eszköz azonosítja a legközelebbi napenergia-adatbázist, és betölti a napsugárzási adatokat az Ön tartózkodási helyéhez.
2. Adja meg a rendszer kapacitását az értékelni kívánt napelem panel (a panel vagy tömb egyenáramú watt-csúcs teljesítménye). Egyetlen nappólusú rendszer esetén ez 100-200 watt lehet; nagy tető vagy földre szerelt tömb esetén kilowatt vagy megawatt lehet.
3. Állítsa be a dőlésszöget az Ön szélességével megegyező értékre (jó kiindulási közelítés), és állítsa az azimutot 180 fokra (az északi féltekén valóban délre). Jegyezze fel a megjelenített becsült éves energiatermelést.
4. Változtassa meg a dőlésszöget 5 fokkal a szélességi fok felett és alatt, és figyelje meg az éves energiakibocsátás változását. Az a dőlésszög, amely a maximális éves energiakibocsátást eredményezi, a napelemek helyspecifikus optimális szöge.
5. Erősítse meg, hogy az irány igaz délre (azimut 180 fok a PVWatts konvenció szerint), nem mágneses dél. A valódi dél és a mágneses dél közötti különbség (mágneses deklináció) helyenként változik: az Egyesült Államok keleti részén a mágneses észak körülbelül 10-15 fokkal nyugatra van a valódi északtól, ami azt jelenti, hogy a déli iránytűt korrigálni kell a valódi dél megtalálásához.

Az Egyesült Államok legtöbb kontinentális részén a PVWatts optimális dőlésszöge a helyszín szélességi fokának 2-4 fokán belül van, ami megerősíti a szélesség egyenlő-optimális dőlés ökölszabályt praktikus kiindulópontként. Azok a helyek, ahol bizonyos évszakokban jelentős a felhőzet (például a Csendes-óceán északnyugati része erős téli felhőkkel), az egyszerű szélességi szabálytól kissé eltérő optimumot mutathatnak, mivel a napenergia nem egyenletesen oszlik el a négy évszak között.

Napelem Direction for Solar Poles: Practical Mounting Considerations

A napelem napelem oszlopra szerelésekor a PVWattból számított optimális tájolást kell megvalósítani az oszlopra szerelt konzol kialakításában. Mindazonáltal a napelemes pólusú berendezéseknek konkrét gyakorlati korlátai vannak, amelyek néha módosítják az elméleti optimumot:

• Szélterhelés a napelemen: Az oszlopra dőlésszögben szerelt napelem szélvitorlaként működik, jelentős oldalirányú erőt hozva létre az oszlopon, amely a panel területével és dőlésszögével növekszik. 45 fok feletti szélességi fokon az optimális 45-50 fokos dőlésszög nagyobb szélterhelést eredményez, mint az alacsonyabb dőlésszög, ami erősebb oszlopkeresztmetszetet vagy alapozási specifikációt igényelhet. Erős szeles zónákban az elméleti optimum alatti 10-15 fokkal gyakorlati dőlés is alkalmazható a szélterhelés elfogadható szintre történő csökkentése érdekében, elfogadva az éves energiahozam kismértékű (2-5%-os) csökkentését.
• Árnyékolás az oszlopról vagy a lámpatest karról: Maga az oszlopszerkezet és a lámpatest karja árnyékot vethet a napelemre a nap bizonyos szakaszaiban, különösen kora reggel és késő délután, amikor alacsonyan süt a nap, és olyan szögben, hogy az oszlop árnyéka a panelen áthaladjon. Az oszlopon lévő panel elhelyezését értékelni kell az önárnyékolás szempontjából a nap szélső szögeinél a telepítési szélességi fokon, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a nagy besugárzású déli órákban nem fordul elő jelentős árnyékolás.
• Útirány-beállítás: Az utak mentén telepített napelemek tájolását korlátozhatja az útvonal, amely nem feltétlenül kelet-nyugati irányban halad. Az észak-déli úton lévő napsarkon lévő napelem nem nézhet dél felé anélkül, hogy ki ne nyúlna az úttestbe. Ilyen esetekben a panel tájolása jellemzően a telepítés térbeli korlátai között elérhető maximális déli szögre van beállítva.

Napelem oszlopok meghatározása hálózaton kívüli világítási projektekhez: A teljes rendszer méretezése

A hálózaton kívüli világításra szolgáló napelemoszlop helyes méretezése megköveteli a rendszer energiaigényének kiszámítását (a LED lámpatest teljesítménye és a szükséges éjszakai üzemórák alapján), a telephelyen rendelkezésre álló napenergiát, a szükséges autonómiához szükséges akkumulátortárolást (az egymást követő felhős napok száma a rendszernek napfény nélkül kell működnie), valamint a telephely megbízható újratöltéséhez szükséges napelem területet.

Lépésről lépésre a napelemes rendszer méretezése

1. Határozza meg az éjszakai energiaszükségletet: Szorozza meg a LED-es lámpatest wattban kifejezett teljesítményét a szükséges éjszakai üzemórákkal. Egy 60 wattos LED-es lámpatest éjszakánként 12 órán át üzemel, és éjszakánként 720 wattóra (0,72 kWh) energiát igényel.
2. Határozza meg a szükséges akkumulátorkapacitást: Szorozzuk meg az éjszakai energiaigényt a szükséges autonómiai napokkal (általában 3-5 nap a legtöbb kereskedelmi napelemes alkalmazás esetén), és osszuk el az akkumulátor lemerülési mélységével (maximum 80% LiFePO4 esetén). 5 napos önállósághoz: 720 Wh x 5 nap osztva 0,80-zal = 4500 Wh (4,5 kWh) akkumulátorkapacitás szükséges.
3. Határozza meg a napelem minimális kapacitását: A napelemnek a minimális töltöttségi állapotról (a fenti példában 5 egymást követő felhős nap után) ésszerű időn belül újra kell töltenie az akkumulátort, amikor visszatér a nap, miközben a napi működési energiát is szolgáltatja. A webhely PVWatts-ból származó átlagos napi csúcsnapi óráinak felhasználásával ossza el a teljes napi energiaszükségletet (töltési tartalék plusz az üzemi energia) a csúcsidőszakkal, hogy megkapja a panel minimális watt-csúcsát.
4. Alkalmazza a tervezési margót: Adjon hozzá 20-30%-os tervezési tartalékot a számított minimális panelmérethez, hogy figyelembe vegye a panel szennyeződését, a hőmérséklet csökkenését, a kábelveszteségeket és a vezérlő hatékonyságát. Ez a ráhagyás megbízható teljesítményt biztosít a rendszer tervezési élettartama alatt, ahogy ezek a veszteségi tényezők felhalmozódnak.

Gyakran Ismételt Kérdések

1. Milyen magasak a villanyoszlopok a szabványos lakóutcákban?

A szabványos lakossági utcai villanyoszlopok jellemzően 5-8 méter (16-26 láb) magas, a 6 méter a legszélesebb körben meghatározott magasság a 6-8 méteres egysávos autópálya-szélességű szabványos lakóutcáknál. Ezen a magasságon a II-es vagy III-as típusú fotometriai eloszlású szabványos LED-es közúti lámpatestek biztosítják a lakóutcák célmegvilágítását (jellemzően 5-15 lux átlagos fenntartott megvilágítás az érvényes útvilágítási szabványtól függően) 25-35 méteres oszloptávolság mellett.

2. Melyek a modern városi környezetben használt lámpaoszlopok fő típusai?

A modern városi környezetben a lámpaoszlopok fő típusai a következők: horganyzott acél kúpos oszlopok általános útvilágításhoz (a szerkezeti teljesítmény és az alacsony költség kombinációja miatt a legszélesebb körben használt típus világszerte); alumínium kúpos oszlopok tengerparti és prémium telepítésekhez, amelyek karbantartás nélkül korrózióállóságot igényelnek; öntött alumínium díszoszlopok városközpontokba, plázákba és bevásárlóutcákba, ahol az esztétika ugyanolyan fontos, mint a funkció; FRP kompozit oszlopok kémiailag agresszív környezetekhez; és fonott betonoszlopokat a fejlődő piacokon, ahol a minimális karbantartás és a nagyon alacsony költség az elsődleges hajtóerő. A napelem oszlopok egyre növekvő kategóriát képviselnek, amelyek bármelyik szerkezeti formába konfigurálhatók napelemes és akkumulátor-komponensek hozzáadásával.

3. Mekkora a napelemek optimális szöge a 35. északi szélességi fokon?

Az északi szélesség 35. fokán (körülbelül Los Angeles, Kalifornia; Dallas, Texas; vagy Tokió, Japán) a napelemek optimális szöge a maximális éves energiahozam eléréséhez körülbelül 33-37 fok a vízszinteshez képest, ami közel van a helyi szélességi szöghöz, de valamivel meghaladja a szöget. Ez a dőlés a nyári és a téli napsugárzás ezen a szélességi fokon fennálló aszimmetriájának az eredménye: a nyár nagyon magas napszöget hoz hosszú nappalokkal, amelyek alacsonyabb dőlésszöggel is megörökíthetők, míg a tél alacsony napszöget hoz rövid napokkal, ami a magasabb dőlési szögek előnyeit élvezi, és az optimális éves egyensúly valamivel a szélességi szög fölé esik ezeken a középső szélességi helyeken.

4. Hogyan találhatom meg a napelem irányát az irányítószám alapján az adott helyemhez?

A napelem irányának irányítószám alapján történő meghatározásának legpontosabb módja a pvwatts.nrel.gov címen található NREL PVWatts kalkulátor használata. Adja meg irányítószámát, állítsa a panel azimutját 180 fokra (valódi dél), változtassa a dőlésszöget 5 fokos lépésekben, és jegyezze fel az éves energiakibocsátást minden dőlésnél. A maximális éves teljesítményt produkáló dőlésszög a napelemek helyspecifikus optimális szöge. Ne feledje, hogy a PVWatts azimut a valódi északot nullaként használja, tehát a 180 fok a valódi délnek felel meg. A mágneses dél eltér a valódi déltől a helyi mágneses deklináció értékében, amelyet akkor kell alkalmazni, ha iránytűt használ a panel tájolásához.

5. Hogyan működnek és mennyi ideig tartanak a nappólusok?

A napelemek úgy működnek, hogy a napenergiát az oszlopszerkezetre szerelt napelemen keresztül gyűjtik össze, az energiát egy fedélzeti akkumulátorrendszerben tárolják, és ezt a tárolt energiát egy LED-es lámpatest táplálására használják fel éjszakai órákban. Egy intelligens töltésvezérlő irányítja az energiaáramlást, a lámpatest fényerejét az akkumulátor állapotához és az éjszakai időhöz igazítva a megbízhatóság maximalizálása érdekében. A szerkezeti oszlopelemek élettartama a hagyományos lámpaoszlopokhoz hasonlóan 20-30 év. A napelemek átlagos teljesítménygaranciája 25 év. A LED-es lámpatestek 50 000-100 000 órát bírnak. A LiFePO4 akkumulátorokat 7-10 évente cserélni kell, ami a leggyakoribb karbantartási esemény a Nappólus életciklusában.

6. A napelem oszlopok költséghatékonyabbak, mint a hálózatra kapcsolt világítás?

A napelem oszlopok általában költséghatékonyabbak, mint a hálózatra csatlakoztatott világítás, ha a föld alatti elektromos kábelek árokásásának költsége magas, ha a telepítés helye távol van a meglévő elektromos infrastruktúrától, vagy ha az alkalmazandó villamosenergia-tarifa magas. A szolároszlop-rendszer tőkeköltsége jellemzően 30-60%-kal magasabb, mint egy oszloponkénti hálózatra kapcsolt egyenérték, de ezt a prémiumot ellensúlyozza az árokásás polgári költségének kiküszöbölése (amely általában a hálózatra kapcsolt teljes telepítési költség 40-60%-át teszi ki), valamint a rendszer élettartama alatti folyamatos villamosenergia-költségek kiküszöbölése. Azon telephelyeken, ahol alacsonyak a hálózati csatlakozási költségek és alacsonyak az áramdíjak, a gazdaságosság a hálózatra kapcsolt rendszereket részesíti előnyben.

7. Számít a napelem iránya, ha megfelelő szögbe döntöm?

Igen, a napelem dőlésszöge és iránya (azimutja) egyaránt fontos az energiahozam maximalizálásához. Az északi féltekén a napelemnek valódi dél felé kell néznie (azimut 180 fok), hogy maximalizálja a napfény útját az égen. A valódi déltől keletre vagy nyugatra néző jelentősen csökkenti az éves energiakibocsátást: a délkeleti vagy délnyugati fekvésű panel (a valódi délitől 45 fokkal) az optimális dőlés mellett a valódi déli fekvésű panelek energiájának körülbelül 90-93%-át veszi fel. A valóban keletre vagy nyugatra néző panel az optimális déli fekvésű panel energiájának csak körülbelül 75-80%-át veszi fel. A napelem panel irányítószám eszközzel történő iránya megerősíti a valódi déli irányt bármely helyen, miközben figyelembe veszi a helyi tényezőket.

8. Mi a különbség a napelem oszlop és a hagyományos, napelemes csatlakozású villanyoszlop között?

A szolároszlop egy teljesen integrált, önálló világítási rendszer, amelyben a napelem, az akkumulátor, a vezérlő és a lámpatest úgy van megtervezve és kialakítva, hogy egyetlen rendszerként működjenek, az oszlopszerkezet pedig úgy van kialakítva, hogy elviselje a napelem szélterhelését, és integrálja az akkumulátorrekeszt az oszloptalpba vagy egy erre a célra tervezett házba. A különálló napelemes csatlakozással rendelkező hagyományos villanyoszlop egy hibrid elrendezés, ahol az oszlopot eredetileg hálózatra kapcsolt szolgáltatásra tervezték, és utógondolatként napelemes panelt is hozzáadtak, gyakran felületre szerelt akkumulátordobozsal és töltésvezérlővel, amelyek szerkezetileg nem integráltak vagy nem optimálisan meghatározottak az oszlop földrajzi elhelyezkedéséhez és megvilágítási követelményeihez. Az erre a célra épített napelem oszlopok a legtöbb alkalmazásban jobb teljesítményt, jobb esztétikai megjelenést és hosszabb élettartamot biztosítanak, mint az átalakított hagyományos oszlopok.

9. Megbízhatóan működhetnek a nappólusok az északi államokban, kevesebb napsütés mellett?

A nappólusok megbízhatóan működhetnek az északi államokban, például Minnesotában, Wisconsinban, Michiganben és a Csendes-óceán északnyugati részén, de ezeken a helyeken megfelelő méretezésűnek kell lenniük az alacsonyabb téli napenergia-készlethez. A legfontosabb tervezési adaptációk az északi nappólusi létesítményekhez a következők: nagyobb napelem-kapacitás a megfelelő energia felvételéhez a rövid téli napokon (a panel/terhelés arányának növelése a déli létesítményekre jellemző 1,2-ről 1,5-re 2,0-ra 3,0-ra vagy magasabbra); nagyobb akkumulátorkapacitás, amely biztosítja a szükséges többnapos autonómiát a hosszabb felhős időszakokon keresztül; adaptív fényerőszabályzók, amelyek csökkentik a lámpatest teljesítményét alacsony erőforrásigényű időszakokban az autonómia növelése érdekében; és a napelemek optimális szögének gondos optimalizálása, hogy a téli energia befogása elsőbbséget élvezzen a panel szélességi szögnél meredekebb megdöntésével, és némi nyári hozamcsökkentés elfogadása a jobb téli teljesítményért cserébe.

10. Hogyan befolyásolja a szélterhelés a Naposzlop kialakítását a hagyományos villanyoszlopokhoz képest?

A naposzlop szélterhelése lényegesen nagyobb, mint egy azonos magasságú hagyományos villanyoszlopé, mivel az oszlopra szerelt napelem vitorlaként működik, és jelentős oldalirányú erőt hoz létre, amikor a szél merőlegesen fúj a panel felületére. A körülbelül 1,0 x 1,7 méteres 200 wattos monokristályos napelem 1,7 négyzetméteres vetített területet mutat a szélnek. 45 m/s tervezési szélsebességnél (az ASCE 7 II. kategóriájú szélzónára jellemző érték) ez a panellap hozzávetőlegesen 2500-3500 newton szélerőt hoz létre a panelkonzolon és az oszlop tetején, amelyet az oszlopszerkezetnek és az alapozásnak ellen kell állnia. Ez a további terhelés általában 20-40%-kal nagyobb oszlopfalvastagságot igényel, mint egy azonos magasságú hagyományos oszlop, és mélyebb beágyazási mélységgel vagy nagyobb betonalapátmérővel rendelkező alapozást igényel, hogy ellenálljon a magasabb borulási nyomatéknak.