Kako izbrati pravo velikost Natrijevo-ionska baterija za sončno razsvetljavo od mraka do zore. Izbira velikosti natrij-ionskih baterij za sončno razsvetljavo od mraka do zore je več kot le izračun kapacitete v Ah. Baterijski sklop mora zagotavljati energijo za nočno porabo, rezervo za oblačne dni, omejeno polnjenje s sončno energijo, polnjenje v hladnem vremenu ter stabilno svetilnost LED-svetilk brez ponavljajočih se zaščitnih ukrepov sistema BMS.
Mnogi projekti propadejo, ker dejanske razmere vključujejo dolge zimske noči, urnike zatemnitve, šibko sončno svetlobo, staranje panelov, izgube v krmilniku, omejitve polnjenja pri nizkih temperaturah ter toploto ali vlago v prostoru za baterije. Ključno vprašanje je, koliko uporabne energije mora končni akumulatorski sklop zagotoviti in ponovno pridobiti v najslabših običajnih svetlobnih razmerah.
Začnite z nočno energijo, ne z zmogljivostjo baterije
LED-obremenitev določa velikost baterije.
Pri razsvetljavi od mraka do zore je prvi korak pri določanju velikosti dnevna poraba energije:
Dnevna poraba energije za razsvetljavo = moč LED-svetilke × število obratovalnih ur
Če svetilo deluje celo noč na polno moč, je izračun preprost. 40-vatna LED-svetilka, ki deluje 12 ur, porabi 480 Wh, ne da bi pri tem upoštevali sistemske izgube in rezervno moč. Če svetilo uporablja zatemnjevanje, senzor gibanja ali načrtovano zmanjšanje moči, mora izračun upoštevati dejanski profil osvetlitve, ne pa največjo moč, navedeno na svetilki.
Mnoge sončne svetilke ne delujejo celo noč na polni moči. Nekatere delujejo z visoko svetilnostjo prvih nekaj ur, po polnoči zmanjšajo moč, nato pa se pred jutrom spet razsvetlijo. Druge uporabljajo povečanje moči na podlagi zaznave gibanja. Velikost akumulatorja je treba izbrati glede na ta dejanski energetski profil. Amperurne ure pridejo na vrsto kasneje. Najprej so pomembne vatne ure.
Dolžina noči vpliva na življenjsko dobo baterije bolj kot nazivna moč LED-a
Sistem, ki deluje od mraka do zore, se prilagaja temi, ne pa fiksnemu urniku delovnega časa.
To pomeni, da lahko ista LED-svetilka v različnih regijah ali letnih časih potrebuje baterijo različne zmogljivosti. Svetilka, ki poleti deluje 10 ur, lahko pozimi, odvisno od lokacije, potrebuje 13–15 ur. Če je zmogljivost baterije izračunana na podlagi povprečne dolžine noči, sistem v sezoni, ko je sončna energija najšibkejša, morda ne bo deloval optimalno.
To je najtežji del sončne razsvetljave: najdaljše noči pogosto pridejo takrat, ko so pogoji za polnjenje najslabši.
Pri natrij-ionskih baterijah je treba pri dimenzioniranju za zimske razmere upoštevati ne le praznjenje. Baterija se morda mora ponovno napolniti tudi, če je prostor za baterijo hladen. Če sistem za upravljanje baterije (BMS) pri nizki temperaturi celic blokira ali omeji polnjenje, je potrebna strategija za ponovno vzpostavitev delovanja. Baterija, ki se lahko prazni skozi hladno noč, še ne pomeni, da je naslednje jutro avtomatično pripravljena na sprejem sončnega polnjenja.
Dimenzioniranje za obdobje od mraka do zore mora temeljiti na najdaljši običajni noči, ki jo mora projekt pokrivati, in ne na najkrajši noči v letu.
Dnevi avtonomije bodo odločili, ali bo svetloba preživela slabo vreme
Baterija za sončno razsvetljavo ne sme biti dimenzionirana le za en cikel ob jasnem vremenu. Potrebuje tudi rezervno energijo za oblačne ali deževne dni, ko sončni panel ne more v celoti napolniti baterije.
Ta rezerva se običajno opisuje kot avtonomija: koliko časa lahko svetilo deluje brez zadostnega sončnega vnosa. Primerna vrednost avtonomije je odvisna od posameznega projekta.
Okrasna svetilka ob poti lahko prenese zmanjšano svetilnost po slabem vremenu. Mestna ulična svetilka, varnostna svetilka, svetilka na pomolu, svetilka na parkirišču ali oddaljena industrijska svetilka pa tega morda ne bodo zmogle. Če projekt predvideva osvetlitev od mraka do zore tudi v primeru več oblačnih dni, mora baterija shraniti to rezervo, ne da bi se redno izpraznila do globokega praznjenja.
Odločitev je v enaki meri poslovna kot tehnična. Večja avtonomija poveča velikost in ceno akumulatorja. Manjša avtonomija zniža stroške, vendar poveča tveganje za izpad napajanja. Velikost akumulatorja mora biti prilagojena obljubljeni zmogljivosti, ne pa najmanjši bateriji, ki deluje v sončnih dneh.
Uporabna energija je manjša od nazivne energije
Nazivna energija natrij-ionskega akumulatorja ni vedno enaka energiji, ki jo lahko porabi sistem razsvetljave.
Količina uporabne energije je odvisna od napetostnega območja akumulatorja, omejitve praznjenja sistema BMS, izklopa sončnega regulatorja, delovanja gonilnika LED, temperature, ocene stanja napolnjenosti (SOC) in rezervne rezerve. Če krmilnik preneha z razreševanjem prezgodaj, del baterije ostane neizkoriščen. Če sistem BMS postane naprava za rutinsko izklapljanje, se sistem lahko nenadoma izklopi, namesto da bi se postopoma zatemnil ali ustavil na nadzorovan način.
Bolj praktična formula za izračun velikosti je:
Zahtevana nazivna energija akumulatorja ≈ dnevna poraba LED × faktor izgub sistema × število dni avtonomije ÷ delež uporabne energije
Koeficient izgub sistema mora vključevati izgube v napajalniku LED, izgube v krmilniku, izgube v kablu, vpliv temperature, rezervo za staranje panelov ter druge dejanske izgube pri namestitvi. Delež uporabne energije ni enoten. Izhaja iz končne zasnove paketa in nastavitev krmilnika.
Pri natrij-ionskih baterijskih sklopih je treba to mejo določiti na ravni sklopov. Zmogljivost celic, zaščita sistema za upravljanje baterij (BMS), mejna vrednost krmilnika in ciljna zanesljivost projekta skupaj vplivajo na to, koliko nazivne energije je mogoče porabiti vsako noč.
Baterija mora biti usklajena z časovnim oknom za izkoriščanje sončne energije
Večja baterija ne reši problema, če jo sončni panel ne more napolniti.
Osvetlitev od mraka do zore deluje na podlagi energijskega kroga: podnevi se baterija polni s sončno energijo, ponoči pa se prazni zaradi porabe LED-svetil. Če je sončni panel premajhen, se stanje napolnjenosti baterije (SOC) s ponavljajočimi se dnevi počasi znižuje. Svetilo bo morda sprva delovalo, nato pa se bo po daljšem obdobju šibkega sončnega obsevanja zatemnilo ali ugasnilo.
Sončni panel je treba dimenzionirati glede na enake najslabše običajne pogoje kot baterijo: pričakovano dnevno obremenitev, število sončnih ur v posamezni sezoni, usmerjenost panela, učinkovitost regulatorja, temperaturo, senčenje, prah in vremenske razmere. Baterija ne more proizvajati energije; lahko shranjuje le tisto, kar ji prenaša panel.
Pri sistemih z natrijevimi ioni je v hladnih območjih še posebej pomembno, da se baterija pravočasno napolni. Če je zjutraj na voljo sonce, sistem za upravljanje baterije (BMS) pa omeji polnjenje, dokler se celice ne ogrejejo, lahko sistem izgubi del koristnega časovnega okna za polnjenje. V tem primeru je morda treba v projekt vključiti ogrevanje baterije, zmanjšanje polnilnega toka ali izbiro sončnih panelov manjših dimenzij.
Sistem za delovanje od mraka do zore ne deluje pravilno, če je zmogljivost napajanja iz omrežja manjša od nočne porabe.
Natrij-ionski akumulator je treba dimenzionirati kot končni paket, ne pa kot vstavljivo število Ah
Natrij-ionske baterije se ne smejo ocenjevati zgolj na podlagi zamenjave litijevih ali svinčevih baterij v Ah.
Okno napetosti akumulatorja, uporabno območje stanja napolnjenosti (SOC), možnost polnjenja pri nizkih temperaturah, mejne vrednosti sistema za upravljanje akumulatorja (BMS), nastavitve sončnega regulatorja in obnašanje pri ponovnem zagonu je treba obravnavati kot enoten sistem. Natrij-ionski akumulator lahko ponuja koristne prednosti za zunanjo razsvetljavo, vendar je treba te prednosti pretvoriti v omejitve na ravni akumulatorja.
Ključna vprašanja v paketu so preprosta:
| Meja paketa natrijevih ionov | Zakaj je to pomembno |
|---|
| Okno napetosti paketa | Opredeljuje združljivost krmilnika in uporabno energijo |
| Meja izklopa sistema BMS | Določa, kdaj se luč ugasne ali zatemni |
| Dovoljenje za zaračunavanje storitev BMS | Določa, ali se lahko skupina zjutraj opomore |
| Pravilo za polnjenje pri nizki temperaturi | Vpliva na izkoriščanje sončne energije pozimi |
| Uporabno območje SOC | Pretvori nazivno moč v Wh v dejansko uporabno moč v Wh |
| Obnašanje pri okrevanju zaščite | Določa, ali se sistem ponovno zažene brez storitve |
Če te meje niso jasno določene, se lahko zdi, da ima baterija ustrezno zmogljivost, vendar v praksi ne deluje pravilno.
Hladna območja vplivajo na obe strani problema določanja velikosti
Natrij-ionske baterije so sicer privlačna rešitev za sončno razsvetljavo v hladnih območjih, vendar je njihova uporaba v hladnem okolju še vedno omejena.
Praznjenje pri nizki temperaturi in polnjenje pri nizki temperaturi sta različna načina delovanja. Natrij-ionski akumulator lahko pod določenimi pogoji omogoča praznjenje pri nizki temperaturi, medtem ko polnjenje pri hladnih celicah lahko zahteva manjši tok, počasnejše polnjenje, ogrevanje ali dovoljenje, ki ga nadzira sistem za upravljanje baterije (BMS).
Pri sončni razsvetljavi je to pomembno, ker je baterija pogosto najhladnejša tik pred začetkom polnjenja. Sistem se ponoči prazni, nato pa ob sončnem vzhodu poskuša ponovno napolniti. Če je prostor za baterijo še vedno hladen, lahko sistem za upravljanje baterije (BMS) blokira ali omeji polnjenje. Če krmilnik te omejitve ne upošteva, se sistem morda počasi obnavlja ali deluje nepredvidljivo.
Mraz vpliva tudi na padec napetosti in uporabno zmogljivost pod obremenitvijo. Obremenitev zaradi razsvetljave običajno ni tako zahtevna kot obremenitev zaradi delovanja pretvornika, vendar lahko dolge zimske noči in ponavljajoči se oblačni dnevi baterijski sklop približajo spodnji meji delovanja.
Sončna svetilka za hladna območja mora biti dimenzionirana za zimske razmere: dolge noči, šibko sonce, ohlajene baterije in omejeno časovno okno za polnjenje.
Strategija zatemnitve lahko zmanjša velikost baterije, vendar le, če je prilagojena načinu uporabe
Zmanjšanje svetlosti je eden najučinkovitejših načinov za zmanjšanje velikosti baterije pri osvetlitvi od mraka do zore.
Svetilka, ki celo noč sveti z močjo 100%, porabi veliko več energije kot svetilka, ki sveti z močjo 100% zvečer, med urami z manj prometa pa z močjo 40–60%, nato pa se pred jutrom vrne na višjo moč. Zaznavanje gibanja lahko v območjih z manj prometa dodatno zmanjša porabo energije.
A zatemnitve niso le preprost tehnični trik. Spremenijo namreč obljubo glede osvetlitve.
Varnostna svetilka morda potrebuje večjo svetilnost zaradi varnosti. Cestna ali parkirna svetilka morda potrebuje minimalno osvetlitev zaradi skladnosti s predpisi ali zaupanja uporabnikov. Svetilka na oddaljeni poti lahko dopušča večje zatemnitve. Dekorativna vrtna svetilka morda daje prednost trajanju delovanja pred svetilnostjo.
Zmogljivost baterije mora biti prilagojena dejanski stopnji svetlosti, ki jo mora projekt zagotoviti. Če se zatemnjevanje uporablja le zato, da se premajhna baterija zdi sprejemljiva, bo sistem uporabnike razočaral.
Seznam za preverjanje podatkov o velikosti
Preden se odločite za natrij-ionski akumulator, preverite dejanske zahteve projekta.
| Vnos velikosti | Zakaj je to pomembno |
|---|
| Moč LED-svetilke | Določa osnovno porabo energije |
| Urnik zatemnitve | Določa dejansko nočno porabo v vatih, ne le največjo moč |
| Najdaljše nočne ure | Preprečuje premajhno velikost oblačil pozimi |
| Število dni avtonomije | Določa rezervo za oblačne dni |
| Največje število sončnih ur pozimi | Določa dnevno sposobnost regeneracije |
| Velikost in naklon sončnega kolektorja | Določa, koliko energije se lahko vsak dan vrne |
| Učinkovitost regulatorja in mejna vrednost | Okno za prikaz stanja baterije |
| Delež uporabne energije v bateriji | Pretvori nazivno moč v Wh v dejansko porabo v Wh |
| Temperaturno območje polnjenja | Vpliva na jutranje in zimsko polnjenje |
| Velikost stanovanja in izpostavljenost vlagi | Vpliva na toplotno stabilnost in zanesljivost delovanja |
Brez teh podatkov je določanje velikosti Ah večinoma zgolj ugibanje.
Pravih omejitev pri določanju velikosti je malo, a so pomembne
Akumulatorski paket z natrijevimi ioni za sončno razsvetljavo od mraka do zore običajno opredeljujejo le nekateri osnovni parametri, ne pa dolg seznam specifikacij.
| Meja velikosti | Kaj se spremeni v paketu | Neuspeh, če ga ne upoštevamo |
|---|
| Energija najdaljše noči | Potrebna uporabna energija v Wh za en celoten svetlobni cikel | Luči ugasnejo še pred zoro |
| Zahteva po avtonomiji | Rezervna zmogljivost za oblačne ali deževne dni | Svetloba deluje po sončnih dneh, po slabem vremenu pa ne |
| Okno za izkoriščanje sončne energije | Velikost panela, polnilni tok in delovanje krmilnika | Baterija med ponavljajočimi se cikli počasi izgublja stanje napolnjenosti (SOC) |
| Meja polnjenja pri nizki temperaturi | Logika BMS, potreba po ogrevanju in omejitve polnilnega toka | Baterija se ponoči izprazni, zjutraj pa se slabo napolni |
| Profil zatemnitve | Dejanska nočna poraba energije | Baterija je prevelika, premajhna ali pa je kakovost osvetlitve slabša |
| Izklop krmilnika | Okno z informacijami o stanju baterije in ravnanje ob izklopu | Zmogljivost se zapravlja ali pa zaščita sistema BMS postane rutina |
Če je ena meja napačna, napetost in amperurne ure projekta ne bodo rešile.
Standardni paketi so primerni, kadar je osvetlitev preprosta
Standardni natrij-ionski akumulator lahko deluje dobro, če je obremenitev LED-ov zmerna, je dolžina noči predvidljiva, projekt dopušča omejeno avtonomijo, je sončni panel ustrezno dimenzioniran, so temperaturne razmere pod nadzorom in je krmilnik že prilagojen napetostnemu območju akumulatorja.
To je upravičen primer uporabe. Prilagojena zasnova postane pomembnejša, kadar mora sistem razsvetljave delovati v hladnih podnebnih razmerah, zagotavljati večdnevno avtonomijo, se prilegati v kompaktno ohišje stebra ali svetilke, biti odporen proti zunanji vlagi, uporabljati posebno logiko zatemnjevanja, sporočati stanje baterije ali se zanesljivo ponovno zagnati po daljših obdobjih oblačnosti.
Razlika ni v tem, ali gre za standardno ali premium različico. Razlika je v tem, ali potrjena meja standardnega paketa ustreza obljubi glede osvetlitve.
Ocenjujte najslabši običajni večer, ne najboljši predstavitveni večer
Sistem z natrij-ionskimi baterijami, ki deluje od mraka do zore, se ne sme odobriti, saj deluje šele po enem sončnem dnevu. Uporabna validacija se osredotoča na zahtevne, a običajne pogoje: dolga noč, pričakovani profil zatemnitve, nizka raven napolnjenosti baterije po slabem vremenu, polnjenje v hladnem jutru, če je to relevantno, dejanske nastavitve sončnega regulatorja in obnovitev po več dneh šibkega sonca. Če je sistem nameščen v zaprtem podstavku ali kompaktnem ohišju, je treba upoštevati tudi vpliv temperature in vlage.
Pravilen izid pomeni, da svetloba ostane prižgana do zore, da se prepreči ponavljajoča zaščita sistema BMS, da se napolnitev opravi v predvidenem sončnem obdobju, da se ohrani predvideni urnik zatemnitve in da se sistem po slabem vremenu ponovno vzpostavi brez ročnega posredovanja. Prav to je tisto, kar sistem naredi pripravljenega za uporabo v praksi.
Zaključek
Velikosti natrijevo-ionska baterija za sončno razsvetljavo od mraka do zore je treba upoštevati moč LED-svetil, najdaljše nočne ure, avtonomijo, časovno okno za uporabo baterije, hitrost polnjenja s sončno energijo, izklop krmilnika, profil zatemnitve in polnjenje v hladnem vremenu.
Pred odobritvijo sistem dimenzionirajte glede na najslabši običajni svetlobni cikel, ne pa glede na predstavitev v sončnem vremenu. Če načrtujete sončni sistem razsvetljave, ki deluje od mraka do zore, stopite v stik z nami z glavnimi podatki o vašem projektu. Pomagali vam bomo pri izbiri ustrezne konfiguracije natrij-ionskega akumulatorja.