Hoe bepaal je de juiste maat? Natrium-ion batterij voor zonneverlichting van zonsondergang tot zonsopgang. Het bepalen van de juiste capaciteit van natrium-ionbatterijen voor zonneverlichting van zonsondergang tot zonsopgang is meer dan alleen een berekening in Ah. Het batterijpakket moet het energieverbruik ’s nachts, de reserve voor bewolkte dagen, beperkte terugwinning van zonne-energie, opladen bij koud weer en een stabiele LED-helderheid ondersteunen zonder dat het BMS herhaaldelijk in werking treedt.
Veel projecten mislukken omdat in de praktijk rekening moet worden gehouden met lange winternachten, dimschema’s, zwakke zon, veroudering van de panelen, vermogensverlies bij de regelaar, beperkingen bij het laden bij koude temperaturen en warmte of vocht in het batterijcompartiment. De hamvraag is hoeveel bruikbare energie het voltooide batterijpakket moet leveren en terugwinnen onder de slechtst denkbare normale lichtomstandigheden.
Begin met de nachtelijke energieopbrengst, niet met de accucapaciteit
De belasting van de leds bepaalt de grootte van de accu.
Bij verlichting van zonsondergang tot zonsopgang is de eerste stap bij het bepalen van de benodigde capaciteit het dagelijkse energieverbruik:
Dagelijks energieverbruik voor verlichting = LED-vermogen × bedrijfsuren
Als de lamp de hele nacht op vol vermogen brandt, is de berekening eenvoudig. Een ledlamp van 40 W die 12 uur brandt, verbruikt 480 Wh, exclusief systeemverliezen en de reservemarge. Als de lamp wordt gedimd, op bewegingsdetectie werkt of volgens een schema wordt gedimd, moet de berekening worden gebaseerd op het daadwerkelijke verlichtingsprofiel, en niet op het maximale vermogen dat op de armatuur staat vermeld.
Veel zonne-lampen branden niet de hele nacht op vol vermogen. Sommige branden de eerste paar uur op hoge helderheid, schakelen na middernacht over op een lager vermogen en worden voor de ochtend weer feller. Andere maken gebruik van bewegingsgestuurde versterking. De grootte van de accu moet worden afgestemd op dat daadwerkelijke energieverbruiksprofiel. Ampère-uren komen later aan bod. Watt-uren komen eerst.
De duur van de nacht heeft een grotere invloed op de levensduur van de batterij dan het vermogen van de led
Een systeem dat van zonsondergang tot zonsopgang werkt, wordt bepaald door de duisternis, niet door vaste openingstijden.
Dat betekent dat voor hetzelfde led-armatuur in verschillende regio’s of seizoenen een andere accucapaciteit nodig kan zijn. Een lamp die in de zomer 10 uur brandt, heeft in de winter, afhankelijk van de locatie, mogelijk 13 tot 15 uur nodig. Als de accucapaciteit is afgestemd op een gemiddelde nachtduur, kan het systeem ondermaats presteren in het seizoen waarin de zonne-energie het zwakst is.
Dit is het lastige aan verlichting op zonne-energie: de langste nachten vallen vaak samen met de slechtste omstandigheden om op te laden.
Bij natrium-ion-accu’s moet bij de dimensionering voor de winter niet alleen rekening worden gehouden met ontlading. Het kan ook nodig zijn de accu op te laden wanneer het accucompartiment koud is. Als het BMS het opladen blokkeert of beperkt bij een lage celtemperatuur, heeft het systeem een herstelstrategie nodig. Een accu die tijdens een koude nacht kan ontladen, is niet automatisch klaar om de volgende ochtend zonne-energie op te nemen.
Bij het bepalen van de capaciteit voor de periode van zonsondergang tot zonsopgang moet worden uitgegaan van de langste normale nacht die het project moet kunnen ondersteunen, en niet van de kortste nacht van het jaar.
Tijdens de Autonomy Days wordt beslist of de lamp slecht weer doorstaat
Een accu voor zonneverlichting mag niet alleen worden gedimensioneerd voor één cyclus bij helder weer. Er moet ook reserve-energie zijn voor bewolkte of regenachtige dagen, wanneer het paneel de accu niet volledig kan opladen.
Deze reserve wordt doorgaans omschreven als de autonomie: hoe lang de verlichting kan functioneren zonder voldoende zonlicht. Wat de juiste streefwaarde voor de autonomie is, hangt af van het project.
Een decoratieve padverlichting kan een verminderde lichtsterkte na slecht weer wel aan. Een gemeentelijke straatlantaarn, beveiligingslamp, steigerverlichting, parkeerplaatsverlichting of industriële verlichting op afgelegen locaties kan dat wellicht niet. Als het project voorziet in verlichting van zonsondergang tot zonsopgang gedurende meerdere bewolkte dagen, moet de accu die reserve kunnen opslaan zonder regelmatig in diepe ontlading te raken.
Deze beslissing is zowel van commerciële als van technische aard. Een grotere actieradius betekent een grotere accu en hogere kosten. Een kleinere actieradius drukt de kosten, maar verhoogt het risico op stroomuitval. De capaciteit van het accupakket moet worden afgestemd op de beloofde dienstverlening, en niet op de kleinste accu die op een zonnige dag volstaat.
Bruikbare energie is kleiner dan nominale energie
De nominale energie van een natrium-ionbatterijpakket komt niet altijd overeen met de energie die het verlichtingssysteem daadwerkelijk kan gebruiken.
De bruikbare energie hangt af van het spanningsbereik van het accupakket, de ontladingslimiet van het BMS, de uitschakelwaarde van de zonneregelaar, het gedrag van de LED-driver, de temperatuur, de SOC-schatting en de reservemarge. Als de regelaar de ontlading vroegtijdig stopt, blijft een deel van de accu ongebruikt. Als het BMS de standaard uitschakelingsfunctie krijgt, kan het systeem plotseling uitschakelen in plaats van geleidelijk te dimmen of op een gecontroleerde manier te stoppen.
Een meer praktische formule voor het bepalen van de maat is:
Vereiste nominale batterijcapaciteit ≈ dagelijks LED-energieverbruik × systeemverliesfactor × aantal dagen autonomie ÷ percentage bruikbare energie
De systeemverliesfactor moet rekening houden met het verlies in de led-driver, het verlies in de controller, kabelverlies, temperatuureffecten, een marge voor veroudering van het paneel en andere daadwerkelijke installatieverliezen. Het percentage bruikbare energie is niet universeel. Dit moet worden afgeleid uit het definitieve ontwerp van het pakket en de instellingen van de controller.
Voor natrium-ion-accu’s moet deze limiet op accuniveau worden ingesteld. De capaciteit van de cellen, de beveiliging van het BMS, de uitschakeling door de regelaar en de beoogde betrouwbaarheid van het project bepalen allemaal hoeveel nominale energie er elke nacht kan worden gebruikt.
De accu moet binnen het terugwervingsvenster van het zonnepaneel vallen
Een grotere accu lost het probleem niet op als het zonnepaneel deze niet kan opladen.
Verlichting die van zonsondergang tot zonsopgang brandt, is afhankelijk van een energiecirkel: overdag wordt de accu opgeladen door zonlicht, en ’s nachts wordt hij leeggetrokken door de LED-verlichting. Als het paneel te klein is, verliest de accu na verloop van tijd langzaam zijn laadniveau. De verlichting kan in het begin nog werken, maar na een periode met weinig zonlicht kan deze dimmen of helemaal uitvallen.
Het zonnepaneel moet worden gedimensioneerd op basis van dezelfde, meest ongunstige normale omstandigheden als de accu: de verwachte dagelijkse belasting, het aantal zonuren per seizoen, de oriëntatie van het paneel, het rendement van de regelaar, de temperatuur, schaduw, stof en weerspatronen. De accu kan geen energie opwekken; hij kan alleen opslaan wat het paneel levert.
Bij natrium-ion-systemen is het herstel van de laadcapaciteit in koude gebieden nog belangrijker. Als er ’s ochtends zon is, maar het BMS het laden beperkt totdat de cellen zijn opgewarmd, kan het systeem een deel van het bruikbare laadvenster mislopen. In dat geval kunnen batterijverwarming, een laadstroombeperking of een kleinere zonnepaneelafmeting onderdeel van het ontwerp worden.
Een 'van zonsondergang tot zonsopgang'-systeem faalt wanneer de terugwinningslus zwakker is dan de nachtelijke belasting.
Het natrium-ion-systeem moet worden gedimensioneerd op basis van het totale vermogen van het accupakket, niet op basis van het aantal Ah dat direct kan worden ingezet
De capaciteit van natrium-ionbatterijen mag niet uitsluitend worden bepaald door de vervanging van lithium- of loodzuurbatterijen in Ah.
Het spanningsbereik van de accu, het bruikbare SOC-bereik, de mogelijkheid om bij lage temperaturen op te laden, de uitschakeling van het BMS, de instellingen van de zonne-energiecontroller en het herstelgedrag moeten als één geheel worden bekeken. Een natrium-ion-accu kan nuttige voordelen bieden voor buitenverlichting, maar die voordelen moeten worden vertaald naar grenzen op accuniveau.
De belangrijkste vragen over het pakket zijn eenvoudig:
| Grens van het natrium-ion-pakket | Waarom het belangrijk is |
|---|
| Spanningsbereik van de accu | Bepaalt de compatibiliteit van de regelaar en het bruikbare energieverbruik |
| Uitschakelgrens voor BMS | Bepaalt wanneer het licht uitgaat of dimt |
| Toestemming voor het opladen van BMS | Bepaalt of de groep zich ’s ochtends kan herstellen |
| Regel voor opladen bij lage temperatuur | Heeft invloed op de terugwinning van zonne-energie in de winter |
| Bruikbaar SOC-bereik | Zet het nominale vermogen (Wh) om naar werkelijk bruikbaar vermogen (Wh) |
| Gedrag bij het herstellen van beveiliging | Bepaalt of het systeem opnieuw opstart zonder dat de dienst wordt hervat |
Als deze grenzen niet duidelijk zijn, kan de accu qua capaciteit weliswaar in orde lijken, maar in de praktijk niet naar behoren functioneren.
In koude gebieden verandert het probleem van de maatvoering aan beide kanten
Natrium-ionbatterijen zijn wellicht aantrekkelijk voor zonneverlichting in koude gebieden, maar er gelden nog steeds beperkingen bij gebruik in koude omstandigheden.
Ontladen bij lage temperatuur en opladen bij lage temperatuur zijn verschillende bedrijfstoestanden. Een natrium-ion-accu kan onder bepaalde omstandigheden ontladen bij lage temperatuur, terwijl opladen bij koude cellen een lagere stroomsterkte, vertraagd opladen, verwarming of toestemming van het BMS kan vereisen.
Bij zonneverlichting is dit van belang omdat de accu vaak het koudst is net voordat het opladen begint. Het systeem ontlaadt zich gedurende de nacht en probeert vervolgens bij zonsopgang weer op te laden. Als het accucompartiment nog steeds koud is, kan het BMS het opladen blokkeren of beperken. Als de controller deze grenswaarde niet herkent, kan het systeem traag herstellen of zich onvoorspelbaar gedragen.
Koude heeft ook invloed op spanningsdalingen en de bruikbare capaciteit onder belasting. Een verlichtingsbelasting is doorgaans minder zwaar dan een omvormerbelasting, maar lange winternachten en aanhoudende bewolking kunnen ervoor zorgen dat het accupakket dichter bij zijn ondergrens komt.
Een zonne-lamp voor koude gebieden moet zijn afgestemd op de winterse omstandigheden: lange nachten, weinig zon, koude accu’s en een beperkte laadtijd.
Een dimstrategie kan de batterijgrootte verkleinen, maar alleen als deze aansluit bij het gebruiksscenario
Het dimmen van de verlichting is een van de meest effectieve manieren om de batterijcapaciteit te verminderen bij verlichting die van zonsondergang tot zonsopgang brandt.
Een lamp die de hele nacht op 100% brandt, verbruikt veel meer energie dan een lamp die ’s avonds op 100% brandt, tijdens rustige uren op 40–60%, en voor de ochtend weer op een hoger vermogen overschakelt. Bewegingssensoren kunnen het energieverbruik in rustige zones nog verder verminderen.
Maar dimmen is geen techniekje dat zomaar even kan. Het verandert de belofte van de verlichting.
Een beveiligingslamp moet mogelijk helderder schijnen om de veiligheid te waarborgen. Een weg- of parkeerlamp moet mogelijk een minimale verlichtingssterkte bieden om aan de voorschriften te voldoen of het vertrouwen van de gebruiker te behouden. Een lamp voor een afgelegen pad kan sterker gedimd worden. Bij een decoratieve tuinlamp kan de brandduur belangrijker zijn dan de helderheid.
De capaciteit van de accu moet worden afgestemd op de helderheid die het project daadwerkelijk moet bieden. Als dimmen alleen wordt gebruikt om een te kleine accu acceptabel te laten lijken, zal het systeem de gebruikers teleurstellen.
Checklist voor het bepalen van de maat
Controleer de daadwerkelijke projectgegevens voordat u een natrium-ion-accu kiest.
| Invoer van afmetingen | Waarom het belangrijk is |
|---|
| LED-vermogen | Bepaalt het basisvermogen |
| Dimschema | Geeft het werkelijke nachtelijke wattage weer, niet alleen het piekvermogen |
| De langste nachtelijke uren | Voorkomt dat de maat in de winter te klein uitvalt |
| Vereiste dagen van zelfstandigheid | Bepaalt de reserve voor bewolkte dagen |
| Aantal zonuren in de winter | Bepaalt het dagelijkse herstelvermogen |
| Afmetingen en hoek van zonnepanelen | Bepaalt hoeveel energie er elke dag kan worden teruggewonnen |
| Efficiëntie en uitschakeling van de regelaar | Venster met beschikbare batterijcapaciteit |
| Aandeel bruikbare energie van de accu | Reken het vermogen op het typeplaatje om van Wh naar bruikbare Wh |
| Laadtemperatuurbereik | Heeft invloed op de ochtend- en winteroplading |
| Afmetingen van de behuizing en blootstelling aan vocht | Heeft invloed op de thermische stabiliteit en de bedrijfszekerheid |
Zonder deze gegevens is het bepalen van de juiste grootte van de Ah-capaciteit grotendeels giswerk.
Er zijn maar weinig echte beperkingen wat betreft de maatvoering, maar ze zijn wel van belang
Een natrium-ionbatterijpakket voor zonneverlichting van zonsondergang tot zonsopgang wordt meestal bepaald door een paar beperkingen, en niet door een lange lijst met specificaties.
| Afmetingengrens | Wat verandert er in de verpakking? | Mislukking bij negeren |
|---|
| Energie voor de langste nacht | Vereiste bruikbare Wh voor één volledige verlichtingscyclus | Het licht gaat uit voor zonsopgang |
| Vereiste inzake autonomie | Reservecapaciteit voor bewolkte of regenachtige dagen | De verlichting werkt na zonnige dagen, maar valt uit na slecht weer |
| Venster voor terugwinning van zonne-energie | Afmetingen van het paneel, laadstroom en gedrag van de regelaar | De accu verliest langzaam zijn laadstatus (SOC) naarmate het aantal laad- en ontlaadcycli toeneemt |
| Grenswaarde voor koudladen | BMS-logica, verwarmingsbehoefte en laadstroomlimieten | De accu raakt ’s nachts leeg, maar laadt ’s ochtends maar slecht weer op |
| Dimmerprofiel | Werkelijke nachtelijke energiebehoefte | De batterij is te groot, te klein of de lichtkwaliteit is verminderd |
| Uitschakeling van de regelaar | Weergave van de resterende batterijduur en uitschakelgedrag | Er gaat capaciteit verloren of de BMS-beveiliging wordt routine |
Als er ook maar één grenswaarde niet klopt, zullen spanning en ampère-uren het project niet redden.
Standaardpakketten zijn geschikt voor eenvoudige verlichtingsopdrachten
Een standaard natrium-ion-accu kan goed functioneren wanneer de belasting door de leds matig is, de nachtduur voorspelbaar is, het project genoegen neemt met een beperkte autonomie, het zonnepaneel de juiste afmetingen heeft, de temperatuuromstandigheden onder controle zijn en de regelaar al is afgestemd op het spanningsbereik van de accu.
Dat is een legitieme toepassing. Een op maat gemaakt ontwerp wordt belangrijker wanneer het verlichtingssysteem in koude gebieden moet functioneren, meerdere dagen autonoom moet werken, in een compacte mast of armatuurbehuizing moet passen, bestand moet zijn tegen vocht in de buitenlucht, speciale dimlogica moet gebruiken, de batterijstatus moet doorgeven of betrouwbaar moet herstellen na lange periodes van bewolking.
Het verschil zit hem niet in standaard versus premium. Het verschil is of de geverifieerde afbakening van het standaardpakket overeenkomt met de beloofde verlichting.
Kijk naar de slechtste gewone avond, niet naar de beste demo-avond
Een natrium-ion-systeem dat van zonsondergang tot zonsopgang werkt, mag niet worden goedgekeurd omdat het pas na één zonnige dag goed functioneert. De bruikbare validatie richt zich op de moeilijke maar normale omstandigheden: lange nacht, verwacht dimprofiel, lage SOC na slecht weer, opladen in de koude ochtend indien relevant, daadwerkelijke instellingen van de zonne-energiecontroller en herstel na meerdere dagen met weinig zon. Als het systeem wordt geïnstalleerd in een afgesloten paalvoet of compacte armatuurbehuizing, moet ook rekening worden gehouden met het gedrag bij verschillende temperaturen en vochtigheid.
Een foutloos resultaat houdt in dat de verlichting tot zonsopgang blijft branden, herhaalde BMS-beveiliging wordt voorkomen, het systeem binnen het verwachte zonne-energievenster wordt opgeladen, het beloofde dimschema wordt aangehouden en het systeem zich na slecht weer herstelt zonder handmatige tussenkomst. Dat is wat het systeem klaar maakt voor gebruik in de praktijk.
Conclusie
Maatvoering natrium-ion batterij Bij zonneverlichting die van zonsondergang tot zonsopgang brandt, moet rekening worden gehouden met het vermogen van de leds, de lengte van de nacht, de autonomie, de bruikbare accucapaciteit, het terugwinnen van zonne-energie, de uitschakeling van de regelaar, het dimprofiel en het opladen bij koud weer.
Pas voordat u het systeem goedkeurt, moet u de afmetingen afstemmen op de meest ongunstige normale verlichtingscyclus, en niet op een demonstratie bij zonnig weer. Als u een zonne-verlichtingssysteem ontwerpt dat van zonsondergang tot zonsopgang werkt, contact met ons opnemen met de belangrijkste gegevens van uw project. Wij kunnen u helpen bij het bepalen van de juiste configuratie voor het natrium-ion-accupakket.