Cómo dimensionar correctamente una farola solar
En Sol by Sunna Design nos complace poder brindarles a las comunidades alumbrado público solar confiable para que puedan lograr sus objetivos de sustentabilidad al mismo tiempo que iluminan sus parques y espacios públicos. Nuestras luces han sido probadas en el campo para alcanzar constantemente los niveles de luz estándar de la industria durante años sin mantenimiento. ¿Cuál es el proceso? Dedicamos mucho tiempo a asegurarnos de que la energía solar y las baterías de nuestros sistemas tengan el tamaño correcto, además de tener un diseño de sistema innovador y una gestión de energía eficiente y especialmente diseñada.
Un sistema de luz solar del tamaño adecuado tendrá la cantidad justa de energía solar, almacenamiento de batería y eficiencia de lámparas LED para funcionar a los niveles de luz requeridos por el proyecto todas las noches durante varios años, al mismo tiempo que proporcionará energía de respaldo para mantener las cosas funcionando en caso de inclemencias. clima y evitando la necesidad de paneles solares o baterías adicionales. Es la solución ideal: no demasiados componentes solares, lo que haría que el sistema fuera demasiado costoso, ni demasiado pocos, lo que haría que el sistema fallara antes de tiempo.
Se necesitan tres componentes esenciales: una relación saludable de matriz a carga, suficiente capacidad de batería y energía de respaldo, y un dispositivo LED y un perfil operativo efectivos para una farola solar confiable y con la escala adecuada.
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Relación de arreglos a cargas
Dimensionar correctamente una luz solar funcional requiere equilibrar una variedad de entradas y salidas. Estos incluyen examinar la ubicación del proyecto, definir la química y la capacidad correctas de la batería, elegir un dispositivo LED efectivo y un cronograma de operación, mantener suficiente batería de respaldo disponible en caso de mal tiempo y estudiar la ubicación del proyecto.
La relación matriz-carga (ALR), un criterio directo e inquebrantable para diseñar sistemas de iluminación solar, debe tenerse en cuenta inicialmente. Es la relación entre la energía producida por los paneles solares (denominada "matriz" o entrada de energía) y la energía utilizada por la lámpara (denominada "carga" o salida de energía). Un sistema de iluminación tiene un ALR saludable si captura más energía solar durante el día que la que usa cuando se enciende la luz por la noche.
Cualquier instalación de iluminación solar siempre debe comenzar con el área en mente. La cantidad de energía solar que llega a varias latitudes varía; esto se conoce como insolación y se expresa en kWh/m2/día. La energía solar diaria promedio anual para las Américas se muestra en el siguiente gráfico. Como puede ver, California y otros estados del sur obtienen mucha más energía solar cada día que Alaska y otros estados del norte. Esto implica que para lograr los mismos niveles de luz, los sitios del norte a menudo necesitarán un panel solar más grande y baterías adicionales que sus contrapartes del sur.
Radiación normal directa de Solar America
La ubicación de un proyecto puede usarse para estimar la energía solar y la capacidad de la batería de un sistema potencial. Si no se tiene en cuenta la ubicación, podría resultar en un sistema que no pueda manejar la modesta demanda y falle antes de tiempo o en un sistema más costoso con capacidad solar redundante. Como resultado, la ubicación siempre debe tenerse en cuenta inicialmente.
Para ocultar una gestión energética ineficaz o un sistema diseñado de forma inadecuada, los fabricantes pueden instalar más paneles solares o de mayor tamaño. Desafortunadamente, puede haber demasiada energía solar. Cuesta más transportar e instalar una máquina excesivamente grande. Dependiendo de la estética de la arquitectura urbana local, parece pesado y poco atractivo y aumenta la tensión del viento en los paneles, lo que requiere postes más grandes y más caros para compensar.
Para obtener información adicional, consulte nuestro artículo sobre las mejores prácticas para el dimensionamiento de paneles solares.
2. Energía de respaldo y baterías
Las baterías de una farola solar determinan si funcionará o no, por lo tanto, un comprador potencial podría estar preocupado por una batería que falla demasiado pronto. El diseño inherentemente defectuoso de una batería o tecnología solar prácticamente nunca es la causa de la muerte prematura de la batería. Este problema es el resultado de un escalado defectuoso del sistema, un control deficiente de la energía y un diseño incorrecto. Esta luz solar funcionará de forma fiable durante muchos años cuando un fabricante haya construido cuidadosamente un sistema, haya trabajado en una gestión eficaz de la energía y lo haya escalado con una potencia adecuada del panel solar y la capacidad de la batería.
Los tipos de baterías primarias son utilizados por los productores de iluminación solar.
Plomo-ácido: Las baterías de plomo-ácido, confiables y económicas, han estado en uso durante muchos años. A menudo se usan en automóviles y en aplicaciones industriales más grandes, incluso como equipos hospitalarios y sistemas de suministro de energía ininterrumpida (UPS), donde es esencial tener acceso a energía confiable en una emergencia. La tecnología de batería más común para aplicaciones de iluminación solar es esta.
Uno de los tipos de baterías recargables más populares para el uso del consumidor es el tipo de batería de hidruro metálico de níquel (NiMH). Las baterías NiMH, como All-in-One (iSSL) y All-in-Two de SOL by Sunna Design, son ideales para los sistemas de iluminación solar cuando no necesita bancos de baterías extra grandes debido a su alta densidad de energía, profundidad capacidades de ciclo y amplio rango de temperatura de trabajo (UP)
Las baterías de iones de litio (Li-ion) tienen la mejor densidad de energía y son las más caras de las tres. Las baterías de iones de litio se encuentran a menudo en computadoras portátiles y teléfonos móviles, pero también se están empleando en un número creciente de nuevos productos, incluido el hardware aeroespacial y militar. Un inconveniente de las baterías de iones de litio es su incapacidad para soportar temperaturas muy frías (dejan de cargarse por debajo de los 32 grados F), así como su limitada capacidad de reciclaje. Se cree que menos del 5 por ciento de las baterías de iones de litio se reciclan en los EE. UU.
Las ventajas y desventajas de la química de cada batería varían según la aplicación y los requisitos del proyecto. Sus patrones distintivos de profundidad de descarga son una de las principales diferencias de los tres grupos.
La proporción de la capacidad de una batería que se consume mientras está en funcionamiento se denomina profundidad de descarga (a veces denominada DOD). El DOD sería del 25 por ciento, por ejemplo, si una lámpara solar funcionara toda la noche y consumiera una cuarta parte de la capacidad de su batería.
Comprender la profundidad de descarga es importante para las aplicaciones solares, ya que afecta en gran medida el ciclo de vida de una batería, o cuántas veces se puede agotar y luego recargar. Algunas químicas de batería, como las de NiMH y Li-ion, pueden soportar de forma segura una descarga casi completa antes de tener que recargarlas. Esta cantidad de descarga acortaría significativamente el ciclo de vida de la batería para otros productos químicos, como el plomo-ácido. La capacidad que se puede drenar de forma segura para cada uno de los tres tipos de batería se muestra en la siguiente tabla como ejemplo.
Si bien las baterías de NiMH y de iones de litio pueden consumir más cada noche de manera segura, la batería de plomo-ácido tiene la ventaja adicional de tener una mayor energía de respaldo incorporada debido a su DOD más corto. Se necesitarían más baterías y el costo del sistema aumentaría significativamente si un sistema basado en NiMH o Li-ion pudiera proporcionar energía de respaldo a la par con una solución basada en plomo-ácido. Cuando los períodos prolongados de mal tiempo son frecuentes, asegurarse de que un sistema tenga suficiente batería de respaldo puede ayudar a mejorar el funcionamiento y la duración de la luz.
Aquí hay una ilustración de cómo dimensionar las baterías solares. Por el bien de este ejemplo, considere que nuestra luz solar alimenta una lámpara LED de 40-vatios durante una noche de invierno de 14-horas en Los Ángeles con un brillo del 100 por ciento. La carga total de nuestro sistema cada noche sería de 560 vatios-hora (40 vatios x 14 horas=560 vatios-hora). ¿Cuál es la capacidad mínima para cada tipo de batería, suponiendo condiciones ideales y una batería completamente cargada al comienzo de la noche?
Aquí hay algunos ejemplos de baterías de sistemas saludables y de bajo tamaño que utilizan los tipos de baterías enumerados anteriormente para que podamos tener una mejor comprensión de cuál debería ser nuestra capacidad mínima de batería.
Para obtener detalles adicionales sobre el tamaño de la batería, consulte nuestra página sobre energía de respaldo para iluminación solar.
3. El tamaño y el perfil operativo de las luminarias LED
Las tecnologías LED y los dispositivos solares se llevan bien. Los accesorios de iluminación con mayor eficiencia energética del mercado, las luminarias LED, han convertido a los sistemas de iluminación equipados con energía solar en sustitutos fiables y asequibles de la iluminación comercial convencional. Además, la eficiencia de los LED está creciendo, lo que les permite producir más lúmenes (también conocidos como unidades de luz) mientras usan menos energía que en el pasado. Por ejemplo, a temperaturas de color cálidas como 3000 K, la iluminación LED moderna puede proporcionar 160 lúmenes por vatio. En el área del tamaño del sistema solar, este es un avance bienvenido ya que permite que los sistemas más pequeños obtengan los mismos resultados que las instalaciones más grandes que emplean accesorios de menor efectividad.
La selección de un perfil operativo aceptable es otro elemento en el proceso de dimensionamiento solar. Un programa conocido como perfil operativo rige cuándo se enciende y se apaga una lámpara, así como si (y cuándo) necesita reducir su rendimiento. Estos perfiles permiten a los fabricantes ajustar sus sistemas a los requisitos específicos de administración de energía.
Aquí hay algunas ilustraciones de perfiles operativos típicos:
Desde el anochecer hasta el amanecer (funcionamiento toda la noche): la luz permanecerá encendida durante toda la noche con el mismo nivel de salida.
Atenuar en horas no pico; por ejemplo, la luz puede permanecer encendida durante cinco horas después de la puesta del sol en el nivel de salida necesario antes de atenuarse al 30 por ciento de ese nivel. El nivel de salida vuelve al 100 por ciento hasta el amanecer dos horas antes del amanecer.
En un momento determinado, la luz se atenuará o se apagará. Por ejemplo, puede permanecer encendido hasta las 11 pm en el nivel de salida adecuado.
El perfil operativo, junto con el consumo de energía del accesorio, ayuda a calcular el uso de energía durante la noche y es crucial para elegir el tamaño correcto del sistema.
La fase más crucial en el desarrollo de una farola solar para garantizar la confiabilidad a largo plazo es el tamaño adecuado. Consulte nuestra infografía aquí para comprender más sobre la ciencia del escalado solar, o descargue nuestra referencia completa sobre las especificaciones de iluminación solar.
