מתח סוללה של פנסי רחוב סולאריים: מה ההבדל בין 3.2V ל-12.8V?

 

בתכנון ההנדסי של תאורת כבישים עירונית ומערכות אחסון אנרגיה סולארית- מחוץ לרשת, הגדרת מתח ההפעלה של המערכת היא אחת מנקודות ההתחלה החשובות לפיתוח תכנון חשמלי. מאמר זה משווה מתח סוללת תאורת רחוב סולארית של 3.2V, 12.8V ו-24V-, כולל הפסדי חיווט, דרישות BMS וגורמי בחירת פרויקטים.

 

בתקשורת בשוק, היישומים של מערכות 3.2V, 12.8V ו-24V- מבולבלים לפעמים. אם מערכת סוללות של 3.2V המיועדת לתאורת גינה או מסלולים בהספק נמוך-משמשת ישירות בפרויקט תאורת כביש עירוני באורך 8–12 מ' מבלי לבדוק את העומס בפועל, עיצוב הממיר, מד החוט ואורך הכבלים, הדבר עלול להגביר את הסיכונים של ירידת מתח, יצירת חום ועוצמת הארה לא מספקת, ועלול להשפיע גם על אמינות המערכת לטווח ארוך{9}}.

 

1. עקרונות החשמל: כיצד מתח הפעלה משפיע על הפסדי מערכת

בהעברת כוח DC, הפסדי קו קשורים לריבוע הזרם ולהתנגדות המוליך. בתנאי השוואה אידיאליים-עם אותו הספק עומס והתנגדות מוליכים, ומבלי להתחשב בהבדלי יעילות בין-סכימות ההמרה-להספק, הכפלת מתח הפעולה מפחיתה את הזרם בכמחצית ואת הפסדי ההתנגדות בחוט לכ-רבע. במערכת אמיתית, יש לקחת בחשבון גם גורמים כגון טווח מתח הסוללה, המרת DC-DC, יעילות הבקר, שטח חתך- מוליכים והתנגדות למגע.

 

הדוגמה הבאה ממחישה תרחיש תאורה עירוני טיפוסי:

 

נניח שהספק של גוף תאורה בפועל של 80W וגובה מוט של 10 מ'. כולל זרוע הגישה וקצבת הכבלים התת-קרקעיים, אורך מעגל הכבלים הכולל הוא כ-15 מ'. זהו ניתוח פשוט; יש לחשב פרויקטים בפועל על סמך מעגל המערכת והפרמטרים הנמדדים.

 

 

עם מערכת סוללות 3.2V-נמוכה:

בהערכה אידיאלית המניחה אספקה ​​ישירה של 3.2V ואינה כוללת המרת דחיפה, עומס של 80W יגרור כ-25A, שהוא גבוה יחסית. אם שטח החתך המולי-, אורך הכבל או עיצוב החיבור אינם מתאימים, עלולים להתרחש הפסדי קו בולטים, נפילת מתח ועליית טמפרטורה, שעלולים להשפיע על הכוח הנמסר לגוף התאורה. בפועל, פנסי רחוב סולאריים עשויים להניע את נוריות ה-LED באמצעות ממיר דחיפה או שיטת המרת חשמל- אחרת. לכן, המתח הנומינלי של הסוללה לבדו אינו יכול לקבוע אם גוף התאורה יפעל כראוי; יש לבדוק גם את טופולוגיית הבקר, יעילות ההמרה, מד החוט ותכנון ההגנה.

 

עם מערכת סוללות 12V-:

באותו הספק ובהתעלמות מהפסדי המרה, הזרם המשוער הוא בערך 6.7A, נמוך מההערכה לאספקה ​​ישירה של 3.2V. חיווט מתוכנן כהלכה ובקר מתאים יכולים לסייע בהפחתת הפסדי קו ועליית טמפרטורה. הביצועים בפועל עדיין תלויים במתח הפעולה של הסוללה, במעגל ההמרה, בכבלים ובפרמטרים של העומס.

 

עם מערכת סוללות 24V-:

תחת אותן הנחות אידיאליות, הזרם הוא בערך חצי מזה של מערכת 12V-, מה שיכול להפחית עוד יותר את הפסדי הקו ההתנגדות. עבור פרויקטים עם חיבורי כבלים ארוכים יותר או עומסים גדולים יותר, מתח ערכת סוללה- גבוה יותר עשוי לסייע בשליטה על הפסדי קווים. עם זאת, התכנון חייב לקחת בחשבון גם את יעילות הבקר, דרישות בידוד והגנה, עלות ותנאי תחזוקה.

 

מסקנה הנדסית: עבור פרויקטים עם הספק בפועל גבוה יותר, מוטות גבוהים יותר או מסלולי כבלים ארוכים יותר, אין לשפוט את ההתאמה של מערכת 3.2V רק לפי הספק או גובה מוט. יש להעריך את טופולוגיית האספקה, זרם הקו ונפילת המתח, יכולת הבקר, דרישות עוצמת ההארה וההגנה החשמלית. אם פרויקט משתמש במערכת 12V-מחלקה או 24V-מערכת, יש לאשר את התצורה שלו גם מול העומס ותנאי האתר.

 

2. השוואה מקיפה של פרמטרים מרכזיים על פני שלושה סוגי מערכות

הטבלה שלהלן מספקת התייחסות מקדימה לתצורות ויישומים נפוצים. זה לא קבוצה קבועה של מגבלות בחירה לכל פרויקט. מתח הסוללה של תאורת רחוב סולארית, מתח הפנל הסולארי ומתח ההפעלה של גוף התאורה עשויים להיות שונים; עיין בתרשים החיווט של המערכת, מפרטי הבקר וחישובי הפרויקט עבור התצורה בפועל.

 

3. כיצד מערכת ניהול הסוללות ואיכות התא משפיעות על ביצועי המערכת

במערכות מרובות-סדרות (12V-class ו-24V-class), חיי השירות תלויים לא רק בביצועי התא, אלא גם בעקביות התא, הרכבת החבילה, עיצוב BMS, טמפרטורה ואסטרטגיות טעינה ופריקה.

 

חוסר איזון בתאים והבדלים בין תאים בודדים: אם התאים במארז סוללות מחוברות-סדרה שונים באופן משמעותי במצבם, מצב הטעינה או המתח שלהם עלולים להיות לא מאוזנים עם הזמן. שימוש בתאים עם מקורות לא עקביים, מצבים בריאותיים או רמות השפלה עלולים להגביר את הסיכון לחוסר איזון בחבילה. במקרים מסוימים, תא בודד עלול להפעיל הגנה בטרם עת, להפחית את הקיבולת השמישה של החבילה כולה או לגרום לכיבוי האורות מוקדם מהצפוי. בעת הרכישה רצוי לבדוק מעקב אחר תאים, רישומי מיון והתאמה, והאם ה-BMS מספק פונקציות ניטור והגנה מתאימות.

 

אמצעי בקרת איכות-מומלצים ברמת הייצור: עבור מערכות סוללות תעשייתיות, ניתן לציין את הדרישות הבאות במפרטים הטכניים ובקריטריוני הקבלה, ולאחר מכן לאמת באמצעות תיעוד או בדיקות דגימה:

 

• תעדוף תאים חדשים עם מקורות הניתנים למעקב. מפרטי מחזור-החיים צריכים לציין את תנאי הבדיקה, קצבי טעינה ופריקה, טמפרטורה וקיבולת-קריטריוני שימור. לדוגמה, מוצרים מסוימים עשויים להשיג 3,500 מחזורים או יותר בתנאי בדיקה מוגדרים; חיי השירות בפועל תלויים בסביבת ההפעלה ובאסטרטגיית השימוש.

 

• בדוק את הדרישות לבדיקה והתאמת תאים לפני הרכבת החבילה, כולל קיבולת, מתח מעגל פתוח- והתנגדות פנימית. בקש מהספק רישומים תומכים בעת הצורך.

 

• בהתאם לדרישות הפרויקט, מודולי הסוללה עשויים להיות מצוידים ב-BMS המספק הגנה מפני זרם יתר, טעינת יתר,-פריקת יתר, קצר-מעגל והגנה מפני טמפרטורה. BMS מתאים יכול לעזור להפחית את הסיכון לפעולה חריגה, אך הוא אינו מחליף בקרת איכות תאים, תכנון נכון של מערכת, התקנה או תחזוקה.

 

 

4. חישובי בחירה ועיצוב מקיפים לפרויקטים עירוניים

בעת פיתוח תכנון חשמלי לתאורת רחוב סולארית, מהנדסי עיצוב ומנהלי פרויקטים של EPC יכולים לבצע את השלבים הבאים:

 

שלב 1: קבע את עוצמת הארת הכביש הנדרשת ואת צריכת האנרגיה בפועל של לילה

הערך את אנרגיית הפלט של הסוללה עבור הלילה המלא (Wh) על ידי הכפלת הספק המבוא בפועל של גוף התאורה בזמן ההפעלה שלו במהלך כל תקופה, תוך התחשבות בצריכת האנרגיה לאחר עמעום חכם מאוחר יותר בלילה. שקול גם הפסדים בשלבי הבקר וההמרה של-הספק, וודא את תקופת האוטונומיה הנדרשת עבור הפרויקט.

 

שלב 2: בצע הערכה ראשונית של מתח המערכת על סמך גובה המוט, הספק בפועל ותנאי החיווט

• עבור עומסים מתחת ל-35W וגובה מוטות של עד 6 מ', ניתן לשקול מערכת קומפקטית של 3.2V. בדוק את זרם השיא, אורך הפעלת הכבל, מד החוט וסכימת ההמרה.

 

• עבור עומסים של 40-80W וגובה עמודים של 6-9 מ', ניתן לשקול מערכת 12V-, בכפוף לאימות מול העומס בפועל ונפילת מתח הקו.

 

• עבור עומסים של 80–150W ומעלה, או גבהים של מוטות מעל 9 מ', מערכת 24V- עשויה להיחשב כאופציה אפשרית אחת. השווה את זה מול מפרטי הפרויקט, דרישות הבקר והסוללה, ירידת מתח הקו ועלויות מחזור החיים.

 

שלב 3: קבע את מפרטי הפאנלים הסולאריים בהתבסס על זמינות שמש נמוכה יותר בחורף

השתמש בשעות השמש האפקטיביות של מיקום הפרויקט, שינויים עונתיים, תנאי התקנת הפאנלים ויעילות ההמרה-לטעינה כדי לחשב את שיא ההספק הנדרש של הפאנלים הסולאריים. בדוק גם את מאזן האנרגיה של המערכת במהלך ימים מעוננים או גשומים רצופים.

 

שלב 4: בחר את מוט הפלדה המבני בהתבסס על עומסי הרוח ותנאי האתר

בהתאם לדרישות התכנון, ניתן לשקול דרגות פלדה כגון Q235B או Q355. ודא הגנה מפני קורוזיה כנגד תקני הגלוון החמים- החלים ושרטוטי הפרויקט. יש לקבוע את עובי ציפוי האבץ- על פי הרכיב, התקנים הרלוונטיים ומפרטי הפרויקט. אם מצוין ערך כגון 86 מיקרומטר, יש לציין את הבסיס שלו בבירור ולאמת במהלך בדיקת הקבלה.

 

מַסְקָנָה

במערכות תאורה סולארית מחוץ לרשת-, בחירת מתח הסוללה של תאורת הרחוב הסולארית היא יותר מאשר השוואת מפרטים; זה משפיע גם על הפסדי קו, תצורת בקר וסוללה, תחזוקה ואמינות תפעולית. יש לבחור את המערכת באמצעות חישוב ואימות בהתבסס על העומס בפועל, תנאי האתר, טופולוגיית המערכת והתקנים החלים-לא רק על המתח הנומינלי של הסוללה, גובה הקוטב או סף הספק יחיד.