Koon valinta Natrium-ioniakku auringonlaskusta aamunkoittoon kestävään aurinkovalaistukseen. Natrium-ioniakkujen mitoitus auringonlaskusta aamunkoittoon kestävään aurinkovalaistukseen on muutakin kuin pelkkä ampeerituntien laskemista. Akuston on kyettävä tukemaan yöllistä energiankulutusta, varastointia pilvisinä päivinä, rajoitettua aurinkosähkön talteenottoa, lataamista kylmissä olosuhteissa sekä vakaata LED-valon kirkkautta ilman toistuvia BMS-suojakytkentöjä.
Monet hankkeet epäonnistuvat, koska todellisiin olosuhteisiin kuuluvat pitkät talvi-illat, himmennysohjelmat, heikko auringonvalo, paneelien ikääntyminen, säätimien tehohäviöt, kylmälatausrajoitukset sekä lämpö tai kosteus akkukotelon sisällä. Keskeinen kysymys on, kuinka paljon käyttökelpoista energiaa valmiin akkupaketin on tuotettava ja palautettava pahimmissa normaaleissa valaistusolosuhteissa.
Aloita yöenergiasta, älä akkukapasiteetista
LED-kuormitus määrää akun koon.
Hämärästä aamuun kestävän valaistuksen suunnittelussa ensimmäinen vaihe on päivittäisen energiantarpeen määrittäminen:
Valaistuksen päivittäinen energiankulutus = LED-teho × käyttötunnit
Jos valaisin toimii täydellä teholla koko yön, laskelma on suoraviivainen. 12 tuntia toimiva 40 W:n LED-valaisin kuluttaa 480 Wh ennen järjestelmähäviöitä ja varamarginaalia. Jos valaisimessa käytetään himmennystä, liiketunnistusta tai ajastettua tehonvähennystä, laskelman tulisi perustua todelliseen valaistusprofiiliin, ei valaisimeen merkittyyn maksimitehoon.
Monet aurinkovalot eivät toimi täydellä teholla koko yön ajan. Jotkut valot loistavat kirkkaasti muutaman ensimmäisen tunnin ajan, himmentävät valoa keskiyön jälkeen ja kirkastuvat jälleen ennen aamua. Toiset taas käyttävät liiketunnistukseen perustuvaa tehostusta. Akun kapasiteetti tulisi mitoittaa tämän todellisen energiankulutusprofiilin perusteella. Ampeeritunnit tulevat vasta myöhemmin. Wattitunnit ovat etusijalla.
Yön pituus vaikuttaa pariston kestoon enemmän kuin LED-valon nimellisteho
Hämärästä aamuun -järjestelmä toimii pimeyden mukaan, ei kiinteiden aukioloaikojen perusteella.
Tämä tarkoittaa, että sama LED-valaisin voi tarvita eri akkukapasiteettia eri alueilla tai eri vuodenaikoina. Valaisin, joka toimii kesällä 10 tuntia, saattaa tarvita talvella 13–15 tuntia sijainnista riippuen. Jos akku on mitoitettu keskimääräisen yön pituuden perusteella, järjestelmän suorituskyky voi jäädä odotettua heikommaksi juuri sillä vuodenaikalla, jolloin aurinkosähkön tuotanto on heikoimmillaan.
Tämä on aurinkovalaistuksen vaikein puoli: pisimmät yöt osuvat usein juuri silloin, kun latausolosuhteet ovat huonoimmillaan.
Natriumioniakkujen talvisuunnittelussa ei pidä ottaa huomioon pelkästään purkautumista. Akku saattaa tarvita latausta myös silloin, kun akkukotelo on kylmä. Jos akkujärjestelmän hallintajärjestelmä (BMS) estää tai rajoittaa latausta alhaisessa kennojen lämpötilassa, järjestelmälle tarvitaan palautusstrategia. Akku, joka pystyy purkautumaan kylmän yön aikana, ei ole automaattisesti valmis ottamaan vastaan aurinkolatausvirtaa seuraavana aamuna.
Hämärästä aamuun kestävän järjestelmän mitoitus tulisi perustua hankkeen kannalta pisimpään tavanomaiseen yöhön, ei vuoden helpoimpaan yöhön.
Autonomy Days -tapahtumassa ratkaistaan, selviääkö valo huonosta säästä
Aurinkovalaistuksen akkua ei pidä mitoittaa vain yhden aurinkoisen päivän tarpeisiin. Siinä on oltava myös varavaraa pilvisille tai sateisille päiville, jolloin paneeli ei pysty lataamaan akkua täyteen.
Tätä varantoa kuvataan yleensä toimintavaraksi: kuinka kauan valaistus voi toimia ilman riittävää aurinkosähköä. Sopiva toimintavaratavoite riippuu projektista.
Koristeellinen polkuvalaisin saattaa sietää kirkkauden heikkenemistä huonon sään jälkeen. Kunnan katuvalaisin, turvavalo, laiturivalo, pysäköintialueen valo tai syrjäisellä teollisuusalueella sijaitseva valaisin ei välttämättä kestä sitä. Jos hankkeen tavoitteena on valaistus hämärästä aamuun useiden pilvisen päivien ajan, akun on varastoitava tämä varavoima ilman, että se joutuu säännöllisesti syväpurkautumaan.
Päätös on yhtä lailla kaupallinen kuin tekninenkin. Suurempi toimintamatka kasvattaa akun kokoa ja kustannuksia. Pienempi toimintamatka alentaa kustannuksia, mutta lisää katkosten riskiä. Akun koko tulisi määrittää palvelulupauksen perusteella, ei sen pienimmän akun mukaan, joka toimii aurinkoisena päivänä.
Käyttökelpoinen energia on pienempi kuin nimellistehon energia.
Natrium-ioniakun nimelliskapasiteetti ei aina vastaa valaistusjärjestelmän käytettävissä olevaa energiaa.
Käytettävissä oleva energia riippuu akkupaketin jännitealueesta, BMS:n purkausrajasta, aurinkosäätimen katkaisupisteestä, LED-ohjaimen toiminnasta, lämpötilasta, SOC-arvion tarkkuudesta ja varamarginaalista. Jos ohjain keskeyttää purkamisen ennenaikaisesti, osa akusta jää käyttämättä. Jos BMS:stä tulee rutiininomainen sammutuslaite, järjestelmä saattaa sammutua äkillisesti sen sijaan, että se himmenee tai pysähtyy hallitusti.
Käytännöllisempi mitoituskaava on:
Vaadittu akun nimelliskapasiteetti ≈ päivittäinen LED-energiankulutus × järjestelmän häviökerroin × käyttöaika päivinä ÷ hyödynnettävissä olevan energian osuus
Järjestelmän häviökertoimen tulisi kattaa LED-ohjainyksikön häviöt, ohjainyksikön häviöt, kaapelihäviöt, lämpötilan vaikutuksen, paneelin ikääntymisvarauksen sekä muut todelliset asennushäviöt. Käytettävissä olevan energian osuus ei ole vakioarvo. Sen on perustuttava lopulliseen pakkaussuunnitteluun ja ohjainyksikön asetuksiin.
Natrium-ioniakkujen osalta tämä raja tulisi asettaa akkukokonaisuuden tasolla. Kennon kapasiteetti, BMS-suojaus, ohjaimen katkaisuraja ja projektin luotettavuustavoite vaikuttavat kaikki siihen, kuinka suuri osa nimelliskapasiteetista voidaan käyttää joka yö.
Akun on sovittava yhteen aurinkopaneelin latausajan kanssa
Suurempi akku ei ratkaise ongelmaa, jos aurinkopaneeli ei pysty lataamaan sitä.
Aamusta iltaan toimiva valaistus perustuu energiasykliin: päivällä aurinkoenergia lataa akun, ja yöllä LED-valot kuluttavat sen varastoa. Jos aurinkopaneeli on liian pieni, akun varaustaso laskee vähitellen päivien kuluessa. Valo saattaa toimia aluksi, mutta himmentyä tai sammua kokonaan, kun auringonvalo on ollut heikkoa pidemmän aikaa.
Aurinkopaneelin mitoitus tulisi tehdä samojen epäsuotuisimpien olosuhteiden perusteella kuin akunkin: odotettu päivittäinen kuormitus, vuodenaikojen mukaiset auringonpaistetunnit, paneelin suunta, säätimen hyötysuhde, lämpötila, varjostus, pöly ja sääolosuhteet. Akku ei voi tuottaa energiaa, vaan se voi vain varastoida paneelin tuottaman energian.
Natrium-ioni-akkujärjestelmissä latauksen hyödyntäminen on vieläkin tärkeämpää kylmillä alueilla. Jos aamuaurinkoa on saatavilla, mutta akkujärjestelmän hallintajärjestelmä (BMS) rajoittaa latausta, kunnes akut ovat lämmenneet, järjestelmä saattaa menettää osan hyödyllisestä latausajasta. Tällöin akkujen lämmitys, latausvirran rajoittaminen tai aurinkopaneelien mitoitus varovaisemmin voivat tulla osaksi suunnittelua.
Hämärästä aamuun toimiva järjestelmä pettää, kun talteenottosilmukka on heikompi kuin yön kulutus.
Natrium-ioniakun kapasiteetti on mitoitettava valmiina akkupakkauksena, ei pelkästään Ah-arvona
Natrium-ioniakun kapasiteettia ei pitäisi arvioida pelkästään korvaamalla litium- tai lyijyakun ampeeritunteja.
Akuston jännitealue, käyttökelpoinen SOC-alue, latausmahdollisuus alhaisissa lämpötiloissa, BMS:n katkaisuraja, aurinkosäätimen asetukset ja palautumiskäyttäytyminen on tarkasteltava yhtenä kokonaisuutena. Natrium-ioniakusto voi tarjota hyödyllisiä etuja ulkovalaistuksessa, mutta nämä edut on muunnettava akustotason rajoiksi.
Paketin keskeiset kysymykset ovat yksinkertaisia:
| Natrium-ioniakun rajapinta | Miksi sillä on merkitystä |
|---|
| Akun jännitealue | Määrittelee säätimen yhteensopivuuden ja hyödynnettävissä olevan energian |
| BMS:n purkautumisen katkaisija | Päättää, milloin valo sammuu tai himmenee |
| BMS:n latauslupa | Määrittää, voiko paketti toipua aamulla |
| Alhaisen lämpötilan lataussääntö | Vaikuttaa talviseen aurinkolämmön talteenottoon |
| Käytettävissä oleva SOC-alue | Muuntaa nimikilven Wh-arvon todelliseksi käyttöenergiaksi (Wh) |
| Suojauksen palautumiskäyttäytyminen | Määrittää, käynnistyykö järjestelmä uudelleen ilman palvelua |
Jos nämä rajat eivät ole selkeitä, akun kapasiteetti saattaa näyttää riittävältä, mutta se ei välttämättä toimi odotetusti käytännössä.
Kylmät alueet vaikuttavat mitoitusongelman molempiin puoliin
Natrium-ioniakut voivat olla houkutteleva vaihtoehto aurinkovalaistukseen kylmillä alueilla, mutta niiden käyttöä kylmissä olosuhteissa on kuitenkin rajoitettava.
Kylmäpurkaus ja kylmälataus ovat erilaisia toimintatiloja. Natriumioniakku voi tukea purkausta alhaisissa lämpötiloissa tietyissä olosuhteissa, kun taas lataus voi vaatia pienempää virtaa, viivästettyä latausta, lämmitystä tai BMS-järjestelmän antamaa lupaa, kun kennot ovat kylmiä.
Aurinkovalaistuksen kannalta tällä on merkitystä, koska akku on usein kylmimmillään juuri ennen latauksen alkamista. Järjestelmä purkautuu yön aikana ja yrittää sitten latautua auringon noustessa. Jos akkukotelo on edelleen kylmä, BMS voi estää tai rajoittaa latausta. Jos ohjain ei tunnista tätä rajaa, järjestelmä saattaa palautua hitaasti tai käyttäytyä arvaamattomasti.
Kylmyys vaikuttaa myös jännitteen laskuun ja käyttökapasiteettiin kuormitustilanteessa. Valaistuskuormitus ei yleensä ole yhtä raskasta kuin invertterikuormitus, mutta pitkät talvi-illat ja toistuvat pilviset päivät voivat viedä akustoa lähemmäs sen alarajaa.
Kylmän alueen aurinkovalaisimen teho tulisi mitoittaa talvisia olosuhteita silmällä pitäen: pitkät yöt, heikko auringonvalo, kylmä akku ja rajoitettu latausaika.
Himmennysstrategia voi pienentää akun kokoa, mutta vain jos se sopii käyttötarkoitukseen
Valon himmentäminen on yksi tehokkaimmista tavoista pienentää akun kokoa aamusta iltaan kestävässä valaistuksessa.
Valaisin, joka palaa koko yön 100%-teholla, kuluttaa huomattavasti enemmän energiaa kuin valaisin, joka palaa 100%-teholla iltaisin, 40–60%-teholla hiljaisina aikoina ja palaa suuremmalle teholle ennen aamua. Liiketunnistimella voidaan vähentää energiankulutusta entisestään vähäliikenteisillä alueilla.
Mutta himmennys ei ole mikään ilmainen tekninen temppu. Se muuttaa valaistuksen luonnetta.
Turvavalo saattaa vaatia suurempaa kirkkautta turvallisuussyistä. Tie- tai pysäköintivalo saattaa vaatia vähimmäisvalaistusta määräysten noudattamisen tai käyttäjien luottamuksen vuoksi. Syrjäisen polun valaistuksessa voidaan sallia voimakkaampi himmennys. Koristeellisessa puutarhavalossa käyttöaika saattaa olla tärkeämpää kuin kirkkaus.
Akun kapasiteetti tulisi mitoittaa sen kirkkaustason mukaan, jota laitteen on tosiasiassa tuotettava. Jos himmennystä käytetään vain saamaan liian pienikokoinen akku näyttämään riittävältä, järjestelmä tuottaa käyttäjille pettymyksen.
Kokovalinnan tarkistuslista
Ennen kuin valitset natrium-ioniakun, varmista projektin todelliset parametrit.
| Kokotiedot | Miksi sillä on merkitystä |
|---|
| LED-teho | Määrittää perusvirrankulutuksen |
| Valaistuksen himmennysaikataulu | Ilmaisee todellisen yöllisen tehonkulutuksen, ei pelkästään huipputehoa |
| Pisin yövuoro | Estää talvella liian pienikokoiset vaatteet |
| Vaadittavat itsenäiset päivät | Määrittää pilvisen päivän varannon |
| Talven eniten aurinkotunteja | Määrittää päivittäisen palautumiskyvyn |
| Aurinkopaneelin koko ja kulma | Määrittää, kuinka paljon energiaa voi palautua päivittäin |
| Ohjaimen hyötysuhde ja katkaisuraja | Akun varaustilan näyttö |
| Akun hyödynnettävissä olevan energian osuus | Muuntaa nimikilven Wh-arvon käytettävissä olevaksi Wh-arvoksi |
| Latauslämpötila-alue | Vaikuttaa aamuisin ja talvella tapahtuvaan energiankeruuseen |
| Asunnon koko ja kosteusaltistuminen | Vaikuttaa lämpöstabiiliuteen ja toimintavarmuuteen |
Ilman näitä tietoja ilmastointilaitteen mitoitus on lähinnä arvailua.
Todellisia mitoitusrajoituksia on vain vähän, mutta ne ovat tärkeitä
Auringonlaskusta aamunkoittoon toimivaa aurinkovalaistusta varten tarkoitettu natrium-ioniakku määritellään yleensä muutaman perusominaisuuden perusteella, ei pitkän parametriluettelon avulla.
| Kokorajat | Mitä se muuttaa pakkauksessa | Epäonnistuminen, jos sitä ei oteta huomioon |
|---|
| Pisin yö -energia | Yhden täyden valaistussyklin vaatima käyttöteho (Wh) | Valo sammuu ennen aamunkoittoa |
| Itsenäisyysvaatimus | Varaa kapasiteettia pilvisille tai sateisille päiville | Valot toimivat aurinkoisina päivinä, mutta lakkaavat toimimasta huonon sään jälkeen |
| Auringonvalon hyödyntämisikkuna | Paneelin koko, latausvirta ja säätimen toiminta | Akun varaustaso laskee hitaasti toistuvien lataus- ja purkausjaksojen myötä |
| Kylmälatausraja | BMS-logiikka, lämmitystarve ja latausvirran rajoitukset | Akku tyhjenee yön aikana, mutta latautuu huonosti aamulla |
| Himmennysprofiili | Todellinen öinen energiantarve | Akku on liian suuri, liian pieni tai valaistuksen laatu on heikentynyt |
| Ohjaimen katkaisija | Akun käyttöajan näyttö ja sammutuskäyttäytyminen | Kapasiteettia menee hukkaan tai BMS-suojaus muuttuu rutiiniksi |
Jos yksi raja-arvo on väärä, jännite ja ampeeritunnit eivät pelasta hanketta.
Vakiopaketit sopivat tilanteisiin, joissa valaistustyö on yksinkertainen
Tavallinen natrium-ioniakku voi toimia hyvin, kun LED-kuormitus on kohtuullinen, yön pituus on ennustettavissa, projektissa hyväksytään rajoitettu toimintakesto, aurinkopaneelin teho on mitoitettu oikein, lämpötilaolosuhteet ovat hallinnassa ja ohjain on jo sovitettu akun jännitealueeseen.
Tämä on perusteltu käyttötapaus. Räätälöity suunnittelu on entistä tärkeämpää, kun valaistusjärjestelmän on toimittava kylmissä olosuhteissa, toimittava useita päiviä ilman ulkoista virransyöttöä, mahtuttava pienikokoiseen pylvään tai valaisinkoteloon, kestettävä ulkoilman kosteutta, käytettävä erityistä himmennyslogiikkaa, ilmoitettava akun tilasta tai palaututtava luotettavasti pitkän pilvisen jakson jälkeen.
Kyse ei ole siitä, onko kyseessä perus- vai premium-versio. Kyse on siitä, täyttääkö peruspaketin vahvistettu laajuus valaistusta koskevan lupauksen.
Vertaa huonointa tavallista iltaa, älä parasta esittelyiltaa
Hämärästä aamuun toimivaa natrium-ioni-järjestelmää ei pitäisi hyväksyä, koska se toimii vasta yhden aurinkoisen päivän jälkeen. Hyödyllinen validointi kohdistuu vaikeisiin mutta normaaleihin olosuhteisiin: pitkä yö, odotettu himmennysprofiili, alhainen SOC huonon sään jälkeen, kylmä aamulataaminen tarvittaessa, todelliset aurinkosäätimen asetukset ja palautuminen useiden heikon auringonpaisteen päivien jälkeen. Jos järjestelmä asennetaan suljettuun pylväsjalustaan tai kompaktiin kiinnityskoteloon, myös lämpötilan ja kosteuden vaikutukset on otettava huomioon.
Täydellinen tulos tarkoittaa, että valo pysyy päällä aamuun asti, toistuvat BMS-suojaukset vältetään, lataus tapahtuu odotetun aurinkoenergian saatavuusajan puitteissa, sovittu himmennysohjelma säilyy ja järjestelmä palautuu huonon sään jälkeen ilman manuaalisia toimenpiteitä. Juuri tämä tekee järjestelmästä käyttövalmiin.
Päätelmä
Koot natrium-ioniakku Auringonvaloa hyödyntävässä valaistuksessa, joka toimii auringonlaskusta auringonnousuun, on otettava huomioon LED-valojen teho, yön pituus, toimintakesto, akun käyttöaika, aurinkosähkön talteenotto, säätimen katkaisupiste, himmennysprofiili sekä lataus kylmissä olosuhteissa.
Ennen hyväksyntää järjestelmän mitoitus on tehtävä pahimman tavanomaisen valaistussyklin perusteella, ei aurinkoisen päivän esittelyolosuhteiden perusteella. Jos suunnittelet aamuhämärästä aamunkoittoon toimivaa aurinkovalaistusjärjestelmää, Ota yhteyttä ja anna meille tärkeimmät projektitiedot. Autamme sinua valitsemaan sopivan natrium-ioniakun kokoonpanon.