Насколько высоки столбы уличного фонаря? Продолжительность жизни и солнечное руководство

Уличные фонарные столбы, наружные уличные фонари и солнечные столбы являются основой физической инфраструктуры общественного и коммерческого наружного освещения во всем мире, однако подробные технические вопросы, касающиеся их конструкции, срока службы, высоты, установки и производительности, редко рассматриваются с доступной и практической глубиной за пределами специализированных инженерных публикаций. Независимо от того, являетесь ли вы муниципальным светотехником, застройщиком, определяющим освещение для нового подразделения, управляющим объектом, ответственным за существующую сеть опор, или установщиком, готовящимся к вводу в эксплуатацию новой солнечной системы освещения, ответы на такие вопросы, как ожидаемый срок службы уличного фонарного столба, высота уличного фонаря, высота фонарного столба, как работают уличные фонари и каков оптимальный угол для установки солнечных панелей на солнечных столбах, имеют основополагающее значение для принятия правильных решений и достижения долгосрочной производительности системы.

Прямые ответы на эти основные вопросы заключаются в следующем. Ожидаемый срок службы уличного фонарного столба зависит от материала и окружающей среды, но обычно составляет от 25 до 50 лет для стальных столбов с адекватной защитой от коррозии, от 50 до 80 лет и более для бетонных столбов и от 20 до 30 лет для алюминиевых столбов в стандартных условиях. Высота уличного фонаря зависит от типа дороги: от 5 до 6 метров для пешеходных дорожек, от 8 до 12 метров для коллекторных дорог и от 12 до 20 метров для основных магистралей. Высота фонарного столба для парковок, парков и коммерческих ландшафтов составляет от 4 до 10 метров в зависимости от зоны покрытия и эстетических требований. Установка уличного освещения на солнечных батареях включает в себя систематический процесс оценки площадки, подготовки фундамента, монтажа опор и ввода в эксплуатацию панелей и светильников, который у опытных монтажников занимает от 2 до 4 часов на опору. Угол наклона солнечной панели на солнечных столбах обычно устанавливается равным географической широте места установки плюс-минус 5–15 градусов в зависимости от сезонного приоритета энергии. Оптимальный угол для выхода солнечной панели — это угол, соответствующий широте для сбалансированной работы круглый год, или широта плюс 10–15 градусов для приоритетных зимних установок в умеренном климате. А работа уличного освещения предполагает взаимодействие источника питания, фотоэлемента или интеллектуального контроллера, схемы драйвера и светодиода или другого источника света, которые вместе создают надежное, запланированное освещение. В этой статье все эти вопросы рассматриваются с полной технической глубиной.

Каков срок службы уличного фонарного столба: материалы, коррозия и срок службы

Вопрос о каков срок службы уличного фонарного столба не имеет однозначного ответа, поскольку срок службы опоры определяется сочетанием материала опоры, защитной обработки, воздействия окружающей среды, качества обслуживания и истории структурных нагрузок. Уличные фонарные столбы которые регулярно проверяются, перекрашиваются или покрываются новым покрытием при ухудшении защитной отделки и которые не подвергались ударам транспортных средств или сильным ветрам, обычно превышают расчетный срок службы, в то время как опоры в прибрежных районах, с высокой влажностью или в сильно засоленных дорожных условиях, которые не получают надлежащего обслуживания, могут демонстрировать структурное ухудшение в течение 10–15 лет после установки.

Стальные уличные фонарные столбы: срок службы и борьба с коррозией

Сталь является наиболее широко используемым материалом для изготовления столбов уличных фонарей в большинстве стран, который ценится за высокое соотношение прочности и веса, простоту изготовления и возможность достижения широкого диапазона форм и высот поперечного сечения с помощью стандартных производственных процессов. Стальные опоры из горячеоцинкованной стали (когда сталь погружается в расплавленный цинк для создания металлургически связанного цинкового покрытия) представляют собой стандартную спецификацию для большинства муниципальных применений, при этом цинковое покрытие обеспечивает катодную защиту стали под ней, даже если покрытие поцарапано или повреждено. Стальные уличные фонарные столбы из горячеоцинкованной стали с достаточной толщиной цинкового покрытия (обычно 85 микрон в среднем для опор согласно спецификации ASTM A123, класс 45) имеют срок службы от 25 до 50 лет во внутренних, не прибрежных районах, сокращаясь до 15-30 лет в прибрежных зонах с регулярным воздействием солевых брызг и потенциально ниже 20 лет в очень агрессивных промышленных или морских средах без дополнительных защитных покрытий.

Основным механизмом разрушения стальных опор уличных фонарей является коррозия у основания опоры, в зоне между 300 мм выше и 300 мм ниже поверхности земли, где чередующиеся влажные и сухие условия, химический состав почвы и щель между опорой и бетонным фундаментом создают особенно агрессивную коррозионную среду. Вот почему регулярная проверка основания, очистка и повторное покрытие стальных опор являются наиболее важными мероприятиями по техническому обслуживанию для продления их срока службы. Многие отказы опор, связанные с возрастом, на самом деле являются отказами, вызванными необработанной коррозией основания, которая развивается в течение 10–20 лет, в то время как надземная часть опоры выглядит структурно прочной.

Бетонные уличные фонарные столбы: долговечность и долгий срок службы

Предварительно напряженные или железобетонные опоры уличных фонарей имеют самый длительный срок службы среди всех распространенных материалов опор, при этом хорошо сконструированные бетонные опоры в неагрессивных средах обычно обеспечивают срок службы от 50 до 80 лет без значительной структурной деградации. Коррозионная стойкость бетонных опор в нормальных почвенных и атмосферных условиях практически не ограничена с конструктивной точки зрения, поскольку бетонная матрица не подвержена электрохимической коррозии, ограничивающей срок службы стальных опор. Основной проблемой долговременной долговечности бетонных опор является коррозия арматуры, вызванная проникновением хлоридов из дорожной соли или морских брызг, которая может вызвать растрескивание и растрескивание бетонного покрытия над арматурной сталью через 20–40 лет в агрессивных средах. В тропическом климате с высокой интенсивностью ультрафиолетового излучения и частыми циклами влажно-сухой работы опоры из центрифугированного бетона с плотным, хорошо уплотненным бетоном и достаточным покрытием арматуры (минимум 25 мм в неагрессивных средах, 40 мм в морских зонах) стабильно демонстрируют срок службы 50 лет и более при минимальном обслуживании, за исключением периодической промывки для удаления поверхностных отложений.

Алюминиевые уличные фонарные столбы: легкий вес с умеренным сроком службы

Столбы уличного фонаря из алюминиевого сплава предназначены для архитектурного и коммерческого ландшафтного применения, где легкий вес алюминия упрощает установку и где натуральное анодирование или порошковое покрытие обеспечивают приемлемый внешний вид при минимальном обслуживании. Срок службы алюминиевых опор обычно составляет от 20 до 30 лет в стандартных условиях, при этом основным механизмом разрушения является поверхностное окисление и точечная коррозия в богатых хлоридами прибрежных средах, а не сквозная коррозия стенок, которая поражает сталь. Механическая прочность алюминия ниже, чем у стали при эквивалентном весе, что делает алюминиевые опоры, как правило, подходящими для использования в уличных уличных фонарях меньшей высоты (ниже 10 метров), а не для уличных фонарей с высокой мачтой с более высокой нагрузкой, используемых на основных дорогах.

Проверка и продление срока службы опоры

Независимо от материала опоры, единственным наиболее эффективным действием для увеличения срока службы уличного фонарного столба является регулярный систематический осмотр. Передовой опыт отрасли, отраженный в таких стандартах, как ANSI/NAAMM MH 26, рекомендует визуальный осмотр опор уличного освещения с интервалом от 1 до 2 лет и оценку структурной целостности с интервалом в 5 лет для опор старше 25 лет. При проверке следует конкретно оценить: состояние коррозии основания (с использованием испытания на намотку цепи или удара молотком для обнаружения коррозии полых стенок стальных опор), целостность болтов и фундамента, состояние и герметичность крышки люка, любые признаки деформации от удара транспортного средства и состояние кронштейна крепления светильника. Столбы, потеря площади поперечного сечения которых превышает 10 процентов в критической базовой зоне, должны быть запланированы к замене независимо от их внешнего вида над землей.

Насколько высок уличный фонарь и насколько высок фонарный столб: стандарты высоты в зависимости от применения

Высота Уличный фонарный столб или Наружные уличные фонари Установка является одной из основных проектных переменных в любом проекте уличного освещения, поскольку она напрямую определяет освещенную площадь на опору, равномерность освещенности по поверхности дороги, необходимую светоотдачу светильника, а также структурную нагрузку на опору от ветра и вес светильника. Не существует однозначного ответа на вопрос, насколько высока высота уличного фонаря, поскольку оптимальная высота зависит от классификации дороги, требуемого уровня освещенности, используемого расстояния между опорами и типа применяемого распределения света.

Стандартные высоты уличных фонарных столбов в зависимости от классификации дорог и объектов

Как высота столба влияет на эффективность освещения

Взаимосвязь между высотой столбов уличного фонаря и освещенностью дорожного покрытия подчиняется закону обратных квадратов освещенности: удвоение высоты установки снижает освещенность непосредственно под столбом до одной четверти от ее предыдущего значения, но увеличивает освещенную площадь при данном уровне люкс. Это соотношение означает, что более высокие опоры и светильники с более высокой мощностью могут обеспечить ту же среднюю освещенность на поверхности дороги с более широким расстоянием между опорами, уменьшая общее количество опор, необходимых для заданной длины дороги. Для типичной коллекторной дороги, рассчитанной на среднюю освещенность 20 люкс, 10-метровый столб со светодиодным светильником на 10 000 люмен на расстоянии 35 метров обеспечивает производительность, сравнимую с 8-метровым столбом со светильником на 6 000 люмен на расстоянии 25 метров, при этом более высокий вариант требует примерно на 30 процентов меньше опор и, следовательно, снижает затраты на гражданскую инфраструктуру, несмотря на более высокую стоимость отдельных столбов и светильников.

Соображения по высоте солнечных столбов

Солнечные столбы для автономных солнечных систем уличного освещения добавляют фактор высоты, выходящий за рамки стандартного фотометрического расчета: фотоэлектрическая панель наверху столба не должна быть затенена соседними столбами, деревьями, зданиями или другими препятствиями в часы, когда выработка солнечной энергии наиболее продуктивна (обычно с 9:00 до 15:00). При установке солнечных столбов вдоль дороги, где панели обращены на юг (в северном полушарии) или на север (в южном полушарии), минимальное расстояние между столбами, позволяющее избежать затенения панелей между полюсами, зависит от высоты столба и угла наклона солнечной панели. Общее правило заключается в том, что расстояние в свету между опорами должно быть как минимум в 3 раза больше общей высоты опоры и вертикальной проекции наклонной панели, чтобы предотвратить затенение в условиях низкой освещенности зимой.

Как работают уличные фонари: от источника питания до освещенного дорожного покрытия

Понимание того, как уличные фонари работают на системном уровне, включая подачу энергии, механизм управления, технологию источника света и оптическое распределение, является основой знаний для проектирования, установки и обслуживания. Наружные уличные фонари эффективно. Современные системы уличного освещения, будь то светодиодные блоки с питанием от сети на обычных уличных фонарях или светодиодные системы с питанием от солнечной энергии на солнечных столбах, имеют одну и ту же функциональную архитектуру входной мощности, схемы управления, драйвера и источника света, различаясь в первую очередь тем, как мощность доставляется на ступень драйвера.

Система подачи энергии

Наружные уличные фонари с питанием от сети получают переменный ток (обычно от 220 до 240 В при частоте 50 Гц в большинстве стран мира или от 110 до 120 В при частоте 60 Гц в Северной Америке) через подземные кабельные цепи, подключенные к распределительной подстанции или местной точке питания. Кабельная цепь в крупных сетях обычно трехфазная, при этом отдельные полюса подключаются к одной фазе от распределительного кабеля, что позволяет сбалансировать нагрузку по трем фазам. Трасса кабеля проходит вдоль опорной линии и обычно прокладывается на минимальной глубине от 450 до 600 мм под поверхностью дороги или пешеходной дорожки в кабелепроводе или в кабелепроводе для прямой прокладки, одобренном для использования под землей на открытом воздухе.

Солнечные полюса получают энергию от фотоэлектрической панели, установленной в верхней части опоры, которая генерирует постоянный ток (DC), пропорциональный падающему солнечному излучению. Этот выход постоянного тока подается на контроллер заряда, который регулирует заряд батареи, чтобы предотвратить перезарядку и защищает батарею от глубокого разряда. Аккумулятор накапливает дневную солнечную энергию и передает ее драйверу светодиодного светильника в период ночной работы. Хорошо спроектированная система солнечных столбов с соответствующим размером панели, емкостью аккумулятора и мощностью светодиодов может обеспечить надежное освещение в течение 3-5 ночей подряд без солнечного света, что делает ее эффективной в местах, где наблюдаются продолжительные облачные периоды, характерные для морского и умеренного климата.

Система управления: как уличные фонари знают, когда включаться и выключаться

Самый распространенный метод контроля Наружные уличные фонари Это фотоэлемент или фотоэлектрический элемент, светочувствительное полупроводниковое устройство, установленное на светильнике или рядом с ним и измеряющее интенсивность окружающего света. Фотоэлемент активирует цепь лампы, когда окружающий свет падает ниже примерно 35 люкс (что соответствует условиям глубоких сумерек) и деактивирует ее, когда окружающий свет поднимается выше примерно 70 люкс (чтобы предотвратить колебания, вызванные облаками, частично закрывающими солнце). Фотоэлемент — это простой, надежный и недорогой метод управления, который не требует программирования или подключения к сети и работает автономно, пока есть питание. Фотоэлементы имеют номинальный срок службы от 10 до 15 лет и должны быть заменены по достижении этого возраста, даже если они еще внешне функционируют, поскольку изношенные фотоэлементы, которые переключаются при неправильном уровне освещенности, приводят либо к потере электроэнергии (оставляя свет включенным без необходимости в дневное время), либо к сокращению часов освещения (выключение света до полной темноты).

Астрономические часы используются либо в качестве основного метода управления, либо в качестве резервного средства для фотоэлементов, вычисляя точное время заката и восхода солнца для установленного географического местоположения по запрограммированным координатам и дате и переключая цепь уличного освещения в это рассчитанное время независимо от фактических условий окружающего освещения. Современные интеллектуальные средства управления наружными уличными фонарями идут еще дальше: они используют сетевую связь (протоколы DALI 2, Zhaga, Zigbee или LoRa), что позволяет осуществлять индивидуальный мониторинг светильников и регулировать их яркость с центральной платформы управления, обеспечивая экономию энергии от 30 до 50 процентов за счет адаптивного затемнения цепей в ночные периоды с низким трафиком.

Светодиодный драйвер и источник света в современном уличном освещении

В современных наружных уличных фонарях используются светодиодные источники света, управляемые электронными схемами формирователя постоянного тока. Драйвер преобразует напряжение питания (сеть переменного тока для блоков с питанием от сети, батарея постоянного тока для систем на солнечных батареях) в определенный регулируемый ток, необходимый для светодиодной матрицы, поддерживая этот ток постоянным независимо от изменений напряжения питания и изменения прямого напряжения светодиода в зависимости от температуры. Формирователь постоянного тока является важнейшим компонентом для срока службы светодиодов: светодиодные матрицы, работающие при постоянном токе с низкой пульсацией, испытывают гораздо меньшие тепловые и электрические нагрузки, чем эквивалентные светодиоды, работающие по более простым схемам с высоким пульсирующим током, а качество драйвера обычно является основным фактором, определяющим срок службы светодиодного светильника в полевых условиях.

Современные светодиодные уличные светильники мощностью от 130 до 200 люмен на ватт обеспечивают экономию энергии от 40 до 65 процентов по сравнению с натриевыми светильниками высокого давления (HPS), которые они заменяют, а их номинальный срок службы от 50 000 до 100 000 часов до L70 (точка, при которой выходная мощность снижается до 70 процентов от первоначальной стоимости) в 3-6 раз дольше, чем срок службы ламп HPS, что значительно снижает частота технического обслуживания и стоимость всех уличных фонарных столбов и системы освещения в течение периода их эксплуатации.

Установка солнечного уличного фонаря: полное пошаговое руководство

Установка солнечного уличного освещения на солнечных столбах представляет собой технический процесс, отличный от установки обычного уличного освещения с питанием от сети, включающий дополнительные соображения по ориентации панели, установке батареи, настройке контроллера заряда и вводу системы в эксплуатацию, которые характерны для архитектуры автономной солнечной энергии. Систематический процесс установки, выполняемый обученным персоналом, позволяет получить систему, которая будет надежно работать в течение 8–12 лет, прежде чем потребуется замена основных компонентов; неправильно выполненная установка может привести к преждевременному выходу из строя батареи, недостаточной зарядке или ошибкам при вводе в эксплуатацию, которые трудно диагностировать и исправить после установки опоры.

Оценка места перед установкой

Прежде чем начать какие-либо фундаментные работы, каждое предлагаемое место расположения солнечных столбов должно быть оценено на предмет доступа к солнечной энергии, чтобы убедиться, что панель будет получать достаточное количество беспрепятственного солнечного света в течение года. При оценке объекта следует оценить:

• Анализ затенения: Любой объект (здание, дерево, рекламный щит, соседний столб) в пределах дуги 30 градусов над горизонтом в направлении, в котором будет смотреть панель, должен быть обследован, а путь его тени рассчитан для угла солнца зимнего солнцестояния, который представляет собой наихудший случай затенения. Даже частичное затенение небольшой части фотоэлектрической панели может снизить общую выходную мощность системы на 50–80 процентов в конфигурациях с последовательно соединенными панелями из-за эффекта теневой маскировки тока цепочки.
• Исследование почвы: Подтвердите несущую способность грунта и состояние грунта в предполагаемом месте расположения столба, чтобы определить необходимую глубину и диаметр фундамента. Мягкие или заболоченные почвы могут потребовать установки фундамента большего размера или установки забивных свай для обеспечения достаточной фиксации основания опоры с учетом ожидаемой ветровой нагрузки на комбинацию опоры и панели.
• Данные о местном ветре: Определите расчетную скорость ветра для места установки согласно применимому национальному стандарту ветровой нагрузки. Солнечные столбы имеют большую эффективную площадь ветра, чем обычные столбы уличных фонарей, поскольку фотоэлектрическая панель представляет собой значительную плоскую поверхность для ветра, создавая значительные опрокидывающие моменты в основании столба, которые необходимо учитывать при проектировании фундамента и опоры.

Подготовка фундамента и установка столба

1. Выкопать яму под фундамент. Обычно диаметр от 400 до 600 мм и глубина от 1000 до 1500 мм для стандартных солнечных столбов высотой от 5 до 8 метров, пропорционально увеличенный для более высоких столбов. Дно ямы должно находиться в твердой, нетронутой почве; Если на требуемой глубине обнаружен наполнитель или мягкий материал, расширьте яму до тех пор, пока не будет достигнута твердая почва.
2. Установите группу анкерных болтов и кабелепровод. Расположите клетку анкерного болта на правильной высоте и в ориентации, соответствующей диаметру окружности болтов опоры и расположению болтов. Залейте 100-миллиметровый бетонный слой у основания котлована, установите болтовую клетку на нужную высоту над готовым уклоном (обычно резьба на 50–80 мм выше уровня опорной плиты) и установите любой кабелепровод или втулку для ввода кабеля, необходимую для соединительного кабеля батареи от столба к аккумуляторному ящику, если батарея монтируется на земле, а не на столбе.
3. Залейте бетонный фундамент. Для заливки фундамента используйте бетон с прочностью не менее C25 (25 МПа), обеспечив укладку бетона без пустот вокруг клетки анкерного болта и его достаточное уплотнение. Дайте бетону затвердеть в течение минимум 48 часов (предпочтительно 72 часа) перед установкой столба, чтобы не нарушить положение анкерных болтов до того, как бетон достигнет достаточной прочности.
4. Установите столб. С помощью мобильного крана, телескопического погрузчика или ручной системы подъема рамы, соответствующей весу опоры, опустите опорную плиту опоры на группу анкерных болтов и установите выравнивающие гайки и контргайки в правильной последовательности, чтобы получить отвесную опору. Проверьте вертикальность опоры с помощью спиртового уровня на двух перпендикулярных сторонах и отрегулируйте регулировочные гайки перед окончательной затяжкой. Ориентация монтажного кронштейна на панели должна быть установлена ​​в соответствии с правильным направлением компаса (на юг в северном полушарии) во время установки опоры, прежде чем гайки будут полностью затянуты.
5. Установите солнечную панель под правильным углом наклона. Прикрепите фотоэлектрическую панель к монтажному кронштейну панели под углом наклона, рассчитанным для широты установки. Установите угол с помощью углового измерителя или инклинометра, чтобы убедиться, что поверхность панели находится под указанным наклоном от горизонтали, прежде чем полностью затягивать все крепежные детали панели.
6. Установите аккумулятор и контроллер заряда. Установите аккумуляторный ящик (установленный на стойке на средней высоте или на земле рядом с основанием стойки) в указанном положении. Подключите контроллер заряда к положительной и отрицательной клеммам панели, положительной и отрицательной клеммам аккумулятора, а также положительным и отрицательным клеммам нагрузки (драйвера светодиодного светильника) в последовательности, указанной в руководстве по установке контроллера заряда. Неправильная последовательность подключения в некоторых конструкциях контроллера заряда может привести к его непоправимому повреждению.
7. Введите в эксплуатацию и протестируйте систему. При подключенной панели и наличии дневного света убедитесь, что индикатор зарядки аккумулятора контроллера заряда показывает активную зарядку. Включите датчик освещенности вручную (временно закрыв панель) и убедитесь, что светодиодный светильник включается с запрограммированной яркостью и что настройки контроллера (время включения, профиль затемнения и любая функция датчика движения) правильно запрограммированы в соответствии с требованиями объекта.

Угол наклона солнечной панели и оптимальный угол для солнечной панели: полное техническое руководство

Угол наклона солнечная панель на Солнечные полюса — угол между лицевой стороной фотоэлектрической панели и горизонтальной плоскостью, измеряемый в градусах. Это один из наиболее технически значимых параметров установки для любой солнечной энергосистемы, поскольку он напрямую определяет, сколько солнечного излучения получает лицевая сторона панели в течение года, что, в свою очередь, определяет ежедневную и годовую выработку энергии панели и, следовательно, соответствие солнечной системы предполагаемой нагрузке. Понимание как общего принципа оптимального угла установки солнечных батарей, так и конкретного обоснования регулировки для различных сезонных приоритетов имеет важное значение для правильного определения и ввода в эксплуатацию систем солнечных столбов.

Правило широты: основа выбора угла наклона солнечной панели

Фундаментальный принцип, определяющий оптимальный угол установки солнечной панели, заключается в том, что лицевая сторона панели должна быть ориентирована перпендикулярно среднему вектору солнечного излучения для интересующего местоположения и сезона. Поскольку видимый путь Солнца по небу меняется в зависимости от сезона (выше летом, ниже зимой), угол, под которым наклоненная фиксированная панель лучше всего перехватывает это излучение, также меняется в зависимости от сезона. Для обеспечения сбалансированного производства энергии круглый год оптимальный угол наклона фиксированной панели в северном полушарии примерно равен географической широте установки, и панель должна быть обращена на юг. Для установки в южном полушарии эквивалентный оптимальный угол также примерно равен географической широте, но панель обращена на истинный север.

В качестве практического руководства: панель солнечного уличного фонаря в Бангкоке, Таиланд (примерно 14 градусов северной широты), должна быть наклонена на 14 градусов от горизонтали и направлена ​​на юг; система в Мадриде, Испания (примерно 40 градусов северной широты) должна быть установлена ​​на 40 градусов; а система в Осло, Норвегия (примерно 60 градусов северной широты) должна быть наклонена на 60 градусов. Каждая из этих настроек обеспечивает лучший средний выход энергии в течение всего года для соответствующего местоположения, обычно производя годовую выработку энергии в пределах 5 процентов от теоретического максимума, достижимого с помощью двухосной системы слежения за солнцем.

Регулировка угла наклона для сезонного приоритета

Угол наклона solar panel can be adjusted from the latitude matched angle to prioritize either summer or winter energy production depending on the seasonal lighting demand profile of the application:

• Широта от минус 10 до 15 градусов (меньший наклон): Увеличивает производство энергии летом за счет производства энергии зимой. Эта настройка подходит для солнечных полюсов в тропических и субтропических регионах, где летние сезоны гроз создают пасмурные периоды, которые требуют максимальной эффективности панели в течение более длинных летних дней, и где зимние ночи достаточно коротки, чтобы солнечная система имела достаточно времени для подзарядки даже при сниженном зимнем освещении.
• Широта плюс 10–15 градусов (более крутой наклон): Увеличивает производство энергии зимой за счет летнего производства. Эта настройка является правильной спецификацией для солнечных столбов в умеренных и высоких широтах (выше 35 градусов широты), где зимние ночи длинные, солнечное излучение низкое в зимние месяцы, а риск того, что батарея не сможет поддерживать достаточный заряд во время длительных зимних пасмурных периодов, является основным ограничением проектирования. Например, при установке солнечных столбов в Соединенном Королевстве на 51 градусе северной широты обычно указывается угол наклона панели от 60 до 65 градусов, а не широта, равная 51 градусу, поскольку увеличение угла зимой на 10-14 градусов захватывает значительно больше энергии в критический период с ноября по февраль, когда солнечный ресурс самый слабый, а потребность в освещении (длинные ночи) самая высокая.
• Угол широты (сбалансированный наклон): Правильная настройка для большинства применений солнечных столбов в средних широтах, где не применяется определенный сезонный приоритет, обеспечивая лучшее среднее производство энергии в течение всего года с стабильной производительностью в любое время года.

Рекомендации по самоочистке и влияние наклона на загрязнение панели

Практическое преимущество более крутых углов наклона панелей на солнечных столбах в пыльных, засушливых или загрязненных средах заключается в улучшении самоочистки во время дождя. Панели, наклоненные под углом 30 градусов и более, сбрасывают дождевую воду с достаточной скоростью, чтобы снести скопившуюся пыль и мусор с лицевой поверхности панели, в то время как панели, наклоненные под углом менее 15 градусов, имеют тенденцию удерживать воду в поверхностном натяжении и позволяют мусору оседать по мере испарения воды, образуя тонкую почвенную корку, которая накапливается по поверхности панели и может снизить производительность на 5–20 процентов в засушливые сезоны. При установке солнечных столбов в полузасушливых регионах с нечастыми дождями указание угла наклона в сторону верхнего предела оптимального диапазона (широта плюс 10–15 градусов) обеспечивает косвенное преимущество самоочистки в дополнение к преимуществу оптимизации энергопотребления в зимний период.

Выбор уличных фонарных столбов, наружных уличных фонарей и солнечных столбов для различных проектов

Окончательный выбор типа уличных фонарных столбов, спецификации наружных уличных фонарей и конфигурации солнечных столбов для любого конкретного проекта включает в себя баланс между производительностью, стоимостью, сроком службы и практическими соображениями по установке, специфичными для конкретного места и применения. Следующие рекомендации по выбору охватывают наиболее распространенные типы проектов, встречающиеся в муниципальном, коммерческом и жилом наружном освещении.

Когда лучше выбирать солнечные столбы вместо уличных фонарных столбов с питанием от сети

Солнечные столбы являются более предпочтительными по сравнению с уличными фонарными столбами с питанием от сети в следующих случаях:

• Места без доступа к сети или с высокими затратами на подключение к сети: Сельские дороги, отдаленные общественные дороги, сельскохозяйственные подъездные пути и любые места, где ближайшая точка подключения к сети находится на расстоянии более 30–50 метров от осветительной установки, должны по умолчанию использовать солнечные столбы, если только условия на месте (чрезвычайная затененность, очень высокая широта) не препятствуют адекватному сбору солнечной энергии. Подключение к сети при цене от 50 до 200 долларов за метр прокладки кабеля и стоимости установки делает солнечные столбы экономически выгодными в большинстве ситуаций вне сети даже при более высоких первоначальных затратах на светильник и опору.
• Проекты с требованиями быстрого развертывания: Солнечные полюса can be installed in a single day per pole without the civil works lead time associated with electrical infrastructure. Emergency lighting installations, temporary event lighting, and phased development lighting can be commissioned within days using Solar Poles.
• Экологически чувствительные места: Природные заповедники, парки, объекты наследия и места, где прокладка траншей для электрических кабелей может повредить корни деревьев, археологические отложения или объекты окружающей среды, являются естественными кандидатами на роль солнечных полюсов, для которых требуется только один столбчатый фундамент без прокладки кабелей между полюсами.

Требования к конструктивным характеристикам для столбов разной высоты

Структурные характеристики уличных фонарных столбов значительно увеличиваются с высотой, поскольку опрокидывающий момент у основания опоры (которому должны противостоять фундамент и поперечное сечение опоры) увеличивается как пропорционально квадрату высоты (для ветровой нагрузки на сам столб), так и линейно с высотой (для ветровой нагрузки на светильник и, для солнечных столбов, фотоэлектрическую панель). 12-метровый стальной столб уличного фонаря в зоне расчетного ветра 120 км/ч должен выдерживать опрокидывающий момент основания примерно в 4 раза больший, чем эквивалентный 6-метровый столб того же сечения и спецификации светильника, что требует либо большего диаметра столба, либо большей толщины стены, либо более глубокого фундамента, и все это существенно увеличивает стоимость установки. Рост структурных затрат с увеличением высоты является одной из причин того, что оптимизация фотометрического проектирования (выбор минимальной адекватной высоты опоры для требуемого стандарта освещенности, а не выбор по умолчанию самой высокой доступной опоры) важна для управления стоимостью проекта при закупке опор уличного освещения.

Рекомендации по техническому обслуживанию уличных фонарных столбов и солнечных столбов

Программа профилактического обслуживания уличных фонарных столбов, наружных уличных фонарей и солнечных столбов значительно продлевает эффективный срок службы всех компонентов системы и предотвращает ускоренный износ, который приводит к ранней незапланированной замене. Следующие приоритеты обслуживания применяются ко всем типам опор и светильников:

• Ежегодный визуальный осмотр: Ежегодно обходите всю сеть опор, чтобы выявить и зафиксировать любые опоры с видимыми повреждениями в результате удара транспортного средства, коррозии основания, деформации кронштейна светильника или вандализма, которые требуют немедленного внимания. Сфотографируйте все дефекты для записей технического обслуживания и расставьте приоритеты ремонтов в зависимости от степени риска для безопасности.
• Очистка солнечных панелей на солнечных столбах: В средах со значительным содержанием атмосферной пыли, пыльцы или загрязнения очищайте фотоэлектрические панели не реже двух раз в год чистой водой и мягким скребком, чтобы поддерживать эффективность сбора энергии. Даже тонкий слой пыли, снижающий пропускаемость панели на 5 процентов, может привести к пропорциональному снижению заряда аккумулятора и доступного количества часов освещения в ночное время.
• Проверка емкости аккумулятора для солнечных столбов: Емкость литий-железо-фосфатных батарей на солнечных столбах следует проверять ежегодно после третьего года эксплуатации, чтобы выявить любые батареи, которые потеряли более 20 процентов своей номинальной емкости и могут приближаться к порогу недостаточного питания в ночное время в зимних условиях.
• Фотометрическая оценка светильника: После 5 лет эксплуатации светодиодов сравните измеренные значения освещенности земли с расчетными, чтобы определить, требует ли амортизация мощности светильника корректировки графика затемнения или ранней замены светильника для поддержания соответствия применимому стандарту освещения для обслуживаемой дороги или помещения.

Ссылки

Общество светотехники (2014). ANSI/IES RP 8 14: Освещение дорог. ИЭС, Нью-Йорк.

Национальная ассоциация производителей архитектурного металла (2015). ANSI/NAAMM MH 26: Руководство по проектированию металлических флагштоков и стандартам освещения. НААММ, Чикаго, Иллинойс.

Даффи, Дж. А., и Бекман, Вашингтон (2013). Солнечная инженерия тепловых процессов, 4-е издание. Уайли, Хобокен, Нью-Джерси. (Оптимальный угол солнечной панели и расчет сезонного наклона.)

Международное энергетическое агентство (2020). Мировой энергетический прогноз 2020: Солнечные фотоэлектрические технологии. МЭА, Париж.

ASTM International (2017). ASTM A123/A123M: Стандартные спецификации для цинковых (горячеоцинкованных) покрытий на изделиях из железа и стали. ASTM, Вест-Коншохокен, Пенсильвания.

Люке А. и Хегедус С. (ред.) (2011). Справочник по фотоэлектрической науке и технике, 2-е издание. Уайли, Чичестер, Великобритания.

Международная комиссия по освещению (2010). CIE 115: Освещение дорог для автомобильного и пешеходного движения. CIE, Вена.

Стандарты Австралии (2016). AS/NZS 1158: Освещение дорог и общественных мест. SAI Global, Сидней.

Диаф С., Диаф Д., Бельамель М., Хаддади М. и Луш А. (2007). Методика оптимального определения размеров автономной гибридной фотоэлектрической/ветряной системы. Энергетическая политика, 35(11), 5708–5718.

Министерство энергетики США (2022 г.). Офис технологий солнечной энергии: Производительность солнечной фотоэлектрической системы. Министерство энергетики, Вашингтон, округ Колумбия.