Расчет размеров фотоэлектрических панелей для обеспечения освещения в ночное время.

Проектирование солнечных батарей для ночного освещения: основные принципы.

Надежное ночное освещение с помощью уличных фонарей на солнечных батареях сочетает в себе точную оценку нагрузки, реалистичные предположения о потерях, данные о местных солнечных ресурсах и правильный выбор автономности батарей и компонентов системы. Для муниципалитетов, приобретающих или выбирающих решение для муниципального уличного освещения на солнечных батареях, правильный расчет размеров фотоэлектрической батареи обеспечивает производительность в условиях сезонных колебаний, минимизирует затраты на избыточное проектирование и отвечает требованиям общественной безопасности. В этой статье рассматриваются инженерные принципы, приводятся пошаговые расчеты, представлены таблицы сценариев и освещаются практические компромиссы для муниципальных проектов.

Процесс расчета размеров муниципального уличного фонаря на солнечных батареях: пошаговая инструкция.

Для расчета размеров фотоэлектрической батареи для муниципального солнечного уличного фонаря следуйте этому краткому инженерному алгоритму:

1. Определите требования к освещению: уровень освещенности (люкс) в соответствии со стандартом, мощность светодиодов (Вт) и время работы в ночное время.
2. Рассчитайте ночное энергопотребление (Вт·ч) на основе мощности и времени работы светодиодов, а также добавьте потери в драйвере/проводке.
3. Определите время автономной работы батареи (количество дней без солнца) и тип батареи/глубину разряда.
4. Выберите напряжение системы (12/24/48 В) и рассчитайте емкость батареи (Ач).
5. Получите данные о пиковых часах солнечного сияния (PSH) или уровне инсоляции в вашем регионе с помощью PVGIS/PVWatts.
6. Оцените снижение мощности системы (температура модуля, загрязнение, проводка, контроллер) — используйте консервативное суммарное снижение мощности 0,70–0,80.
7. Рассчитайте требуемую мощность фотоэлектрической батареи в Вт (Вт = Суточная потребность в энергии / (PSH * эффективность системы)).
8. Для достижения целевых показателей соотношения стоимости и производительности необходимо постоянно совершенствовать светодиоды, оптимизировать стратегию затемнения или размер батареи.

Каждый этап должен быть задокументирован для целей закупок и приемочных испытаний в рамках муниципальных проектов.

Предположения о нагрузке и потерях для муниципального солнечного уличного фонаря

Основные входные данные и консервативные базовые предположения, использованные в приведенных ниже примерах (скорректируйте их с учетом вашего климата и компонентов):

• Мощность светодиодов: 20 Вт, 40 Вт, 100 Вт (типичный диапазон мощности в муниципальных системах зависит от расстояния между столбами и целевого уровня освещенности в люксах).
• Ночная работа: 12 часов (типичный зимний режим работы; необходимо корректировать в соответствии с местными требованиями).
• Потери в драйвере светодиодов и проводке: 10% (КПД 0,90)
• Химический состав батареи: LiFePO4 (рекомендуется из-за циклической стойкости и устойчивости к перепадам температур); полезная глубина разряда: 80% (0,80).
• КПД батареи в обоих направлениях: 95% (0,95)
• Системное напряжение: 24 В (типичное для решений средней мощности)
• Снижение мощности фотоэлектрической системы (температура модуля, загрязнение, несоответствие параметров, потери в контроллере): 0,75 (консервативный показатель).
• Пиковые солнечные часы (PSH): используйте местное значение — в примерах для демонстрации чувствительности используются значения 4 и 5 PSH в день.

Пример расчета для муниципального уличного фонаря на солнечных батареях (светодиод 40 Вт)

Пошаговые расчеты на примере светодиода мощностью 40 Вт иллюстрируют процесс и формулы.

1) Ночная энергия (Вт·ч): E_night = Мощность светодиода (Вт) * часы (ч) * (1 + потери)
Предположим, мощность светодиода = 40 Вт, время работы = 12 ч, потери = 10% → E_night = 40 * 12 * 1,10 = 528 Вт·ч

2) Емкость батареи (Ач) для обеспечения автономной работы в течение N дней:
Предположим, что автономность составляет 3 дня. Запасённая энергия = E_ночь * автономность = 528 * 3 = 1584 Вт·ч
Емкость батареи в Ач = Запас энергии / (Системное напряжение * Глубина разряда * Эффективность батареи)
При напряжении 24 В глубина разряда (DOD) = 0,8, эффективность батареи (Bat_eff) = 0,95 → емкость батареи в Ач = 1584 / (24 * 0,8 * 0,95) ≈ 86,9 Ач → округляем до 90 Ач при 24 В.

3) Размер фотоэлектрической батареи (Втп) с использованием PSH и снижение мощности:
Суточная потребность в энергии от фотоэлектрических систем = E_ночь (528 Вт·ч) (фотоэлектрические системы должны собирать эту энергию каждый день в ясную погоду, чтобы восполнить ночное потребление)
PV_Wp = E_night / (PSH * system_derate)
При PSH = 4 и снижении мощности на 0,75 → PV_Wp = 528 / (4 * 0,75) = 528 / 3 = 176 Втп
При PSH = 5 → PV_Wp = 528 / (5 * 0,75) ≈ 141 Втп

Интерпретация: Для муниципального солнечного уличного фонаря мощностью 40 Вт, рассчитанного на 12 часов работы с автономностью на 3 дня, обычно требуется модульная батарея мощностью около 200 Вт (выберите стандартные размеры модулей и добавьте запас) в местах с умеренным уровнем солнечной радиации или около 150 Вт в более солнечных местах. Окончательная закупка округляет фотоэлектрические модули до практически пригодных размеров и учитывает стоимость монтажа и прокладки кабелей.

Таблица сравнения: муниципальные солнечные уличные фонари — сценарии выбора размера

В таблице ниже представлены параметры мощности для трех вариантов светодиодных светильников, 12-часового ночного освещения и 3-дневной автономной работы. Напряжение системы = 24 В, снижение мощности системы = 0,75 В, глубина разряда батареи = 80%, КПД батареи = 95%.

Примечания к расчетам в таблице: Ночная энергия = Мощность светодиодов * 12 * 1,10 (потери 10%). Ач батареи рассчитывается как Энергия * 3 / (24 * 0,8 * 0,95). Мощность фотоэлектрической системы (Вт) = Ночная энергия / (PSH * 0,75). Значения округлены до практических размеров закупок.

Особенности проектирования, специфичные для установки муниципальных солнечных уличных фонарей.

В рамках муниципальных проектов предъявляются дополнительные требования, помимо расчета размеров отдельных ламп. К числу часто учитываемых факторов относятся:

• Уровни освещенности и равномерность освещения в зависимости от классификации дорог (для установки целевых значений светового потока используйте стандарты IES/EN).
• Высота и расстояние между опорами влияют на требуемый световой поток и, следовательно, на мощность светодиодов.
• Сезонный наихудший сценарий PSH (рассчитывается на зимние месяцы в умеренном климате или облачный сезон в муссонном климате).
• Защита от кражи и вандализма: надежные корпуса для батарей и размещение солнечных панелей на опорах.
• Дистанционный мониторинг и человеко-машинный интерфейс: телеметрия снижает затраты на техническое обслуживание и позволяет устанавливать графики затемнения.
• Планирование срока службы ламп и компонентов: циклы замены батарей и светодиодов различаются — планируйте бюджет соответствующим образом.

Примеры оптимизации для муниципальных солнечных уличных фонарей

Чтобы снизить стоимость солнечных батарей и аккумуляторов без ущерба для надежности, муниципалитеты часто:

• Используйте светодиодные светильники с более высокой эффективностью (130–160 лм/Вт) и эффективной оптикой для снижения требуемой мощности.
• Используйте адаптивное затемнение или датчики движения, чтобы снизить среднее ночное энергопотребление.
• Выбирайте литий-железо-фосфатные (LiFePO4) аккумуляторы, поскольку они обладают большей полезной емкостью, сроком службы и температурной стойкостью по сравнению со свинцово-кислотными.
• Для небольших установок размещайте фотоэлектрические модули на головке опоры, а для густонаселенных районов — в местах с высокой плотностью размещения, чтобы упростить техническое обслуживание.

Экологические и локальные факторы, влияющие на выбор размеров муниципального уличного фонаря на солнечных батареях.

Для точного расчета размеров фотоэлектрических систем необходимо учитывать:

• Локальная освещенность (PSH) — используйте геопространственные инструменты (PVGIS, NREL PVWatts) для получения значений, специфичных для конкретного участка.
• Температура: более высокие температуры модуля снижают выходную мощность; используйте температурные коэффициенты из технических характеристик модуля.
• Загрязнение: в пыльных зонах требуется более высокая мощность фотоэлектрических систем или планы уборки — загрязнение может снизить выработку электроэнергии на 5–20% в зависимости от частоты.
• Затенение: расположенные рядом деревья или здания значительно снижают эффективную производительность — избегайте затенения в плоскости антенной решетки.
• Широта и сезонные колебания продолжительности светового дня — расчет производится на основе наихудшего сценария для месяца, а не среднегодового значения.

Рекомендации по закупке и тестированию для муниципальных проектов уличного освещения на солнечных батареях.

При проведении муниципальных закупок необходимо определить измеримые критерии приемки и этапы испытаний:

• Сертификаты компонентов: CE/UL/IEC для модулей и драйверов светодиодов; стандарты безопасности батарей (UN38.3 для транспортировки, если применимо).
• Заводские приемочные испытания: мощность модуля (Вт), емкость батареи, функции контроллера и противоугонное оборудование.
• Ввод объекта в эксплуатацию: проверка уровня освещенности и вольт-амперной характеристики фотоэлектрической цепочки, определение базового уровня заряда батареи, проверка работы в ночное время в течение как минимум одной недели в реальных условиях.
• Гарантии производительности: минимальное количество дней автономной работы и целевые показатели доступности (например, 99% ночей с освещением в течение первого года).
• График технического обслуживания: интервалы очистки, проверка состояния батареи и дистанционный телеметрический мониторинг (если установлен).

Почему стоит выбрать проверенного поставщика решений для уличного освещения на солнечных батареях для муниципальных объектов — Профиль компании Queneng Lighting

Компания GuangDong Queneng Lighting Technology Co., Ltd. (основана в 2013 году) специализируется на солнечных осветительных приборах и комплексных решениях, включая солнечные уличные фонари, солнечные прожекторы, солнечные садовые светильники, солнечные светильники для газонов, солнечные столбовые светильники, солнечные фотоэлектрические панели, портативные источники питания и аккумуляторы для наружного освещения, а также мобильные светодиодные светильники. За годы развития компания Queneng стала официальным поставщиком для многих компаний, котирующихся на бирже, и крупных инженерных проектов, предоставляя профессиональные консультации и системные решения, разработанные специально для муниципальных нужд.

К конкурентным преимуществам провинции Квененг относятся:

• Опытная команда разработчиков и современное производственное оборудование позволяют создавать системы по индивидуальному заказу и быстро разрабатывать прототипы.
• Строгий контроль качества и отлаженные системы управления — сертифицированы по стандарту ISO 9001 и прошли международный аудит TÜV.
• Широкий набор международных сертификатов (CE, UL, BIS, CB, SGS, MSDS), подтверждающих соответствие глобальным требованиям к закупкам.
• Комплексные решения: от солнечных фотоэлектрических панелей до ламп и аккумуляторов, а также инженерная поддержка для крупномасштабных муниципальных проектов.

Основная продукция: солнечные уличные фонари, солнечные прожекторы, солнечные садовые светильники, солнечные столбовые светильники, солнечные фотоэлектрические панели, солнечные садовые светильники. Для муниципалитетов, стремящихся к стандартизации и масштабированию, компания Queneng предлагает семейства продукции с подобранными по размеру фотоэлектрическими панелями и батареями, а также проверенной на практике долговечностью для объектов общественной инфраструктуры.

Практический пример: Контрольный список для выбора места установки и составления окончательных технических условий для муниципального уличного фонаря на солнечных батареях.

Перед выпуском тендерной документации включите в нее контрольный список для каждого места установки светильника:

• Требуемые стандарты освещенности/равномерности освещения, а также высота и расстояние между опорами.
• Для каждого объекта используйте PSH (для критически важных мест используйте PVGIS/NREL или пиранометр, установленный на месте).
• Выбранные параметры светового потока и эффективности светодиода, а также режим диммирования.
• Целевой показатель автономности батареи и выбор химического состава.
• Ориентация, наклон и способ установки фотоэлектрической батареи с защитой от кражи.
• Требования к связи/мониторингу и стратегия обеспечения запасными частями.

Наличие документально подтвержденных ответов на эти вопросы снижает неопределенность в предложениях и способствует оптимизации затрат на протяжении всего жизненного цикла, а не выбору варианта с наименьшей первоначальной стоимостью.

Часто задаваемые вопросы — Часто задаваемые вопросы о расчете размеров фотоэлектрических панелей для муниципальных солнечных уличных фонарей

1. Какое количество часов пикового солнечного излучения (PSH) следует использовать для расчета мощности фотоэлектрических панелей для муниципальной солнечной уличной подсветки?

Используйте данные о гидроэлектростанциях с учетом местоположения, предоставленные PVGIS или NREL PVWatts. Для консервативного расчета муниципальных мощностей используйте наихудший сценарий для зимы или облачного сезона, а не среднегодовое значение. Типичные расчетные значения варьируются от 3 до 6 гидроэлектростанций в сутки в зависимости от климата.

2. Какова рекомендуемая автономность батарей для муниципальных установок уличного освещения на солнечных батареях?

Обычно автономность составляет 2–4 дня в районах с многодневной облачностью. В городских районах с частым техническим обслуживанием может хватить 1–2 дней. Выбирайте LiFePO4 для более длительного срока службы и более высокой полезной глубины разряда (80%+).

3. Следует ли устанавливать фотоэлектрические модули на опорах или на земле для городского уличного освещения?

Солнечные батареи, устанавливаемые на опорах, сокращают длину кабельных трасс и часто используются в районах с низкой и средней плотностью застройки. Наземные или центральные массивы могут снизить затраты и упростить техническое обслуживание в районах с высокой плотностью застройки. Выбор следует основывать на риске кражи, доступности для обслуживания и планировке.

4. Как стратегии регулировки яркости влияют на выбор размеров фотоэлектрических панелей для муниципальных солнечных уличных фонарей?

Регулировка яркости (по времени или адаптивная) снижает среднее энергопотребление и может значительно уменьшить размер фотоэлектрических панелей и батарей или увеличить автономность работы. Внедрение стратегий регулировки яркости является одним из наиболее экономически эффективных способов оптимизации стоимости системы.

5. Какие сертификаты мне необходимы для закупки систем солнечного освещения для муниципальных нужд?

Необходимо запросить сертификаты IEC/UL для модулей, стандарты безопасности светодиодных драйверов и светильников (CE/UL), сертификат безопасности батарей (UN38.3 для транспортировки, стандарты IEC для батарей), а также сертификат системы управления качеством, например, ISO 9001. Также следует указать критерии приемочных испытаний и критерии ввода в эксплуатацию на объекте.

6. Как оценить стоимость жизненного цикла и срок окупаемости муниципального уличного фонаря на солнечных батареях?

Учитывайте капитальные затраты (лампа, столб, фотоэлектрические панели, батарея, монтаж, установка), эксплуатационные расходы (техническое обслуживание, чистка, замена батареи), экономию энергии по сравнению с освещением из сети, а также социальные выгоды. Типичные солнечные уличные фонари часто окупаются с большей отдачей в течение всего срока службы в районах, не подключенных к сети или имеющих высокую стоимость подключения; для сравнения используйте модель расчета совокупной стоимости владения (TCO) на 5–10 лет.

Контакты и запрос информации о продукте (призыв к действию)

Если вы разрабатываете муниципальные системы уличного освещения на солнечных батареях и вам необходимы расчеты размеров фотоэлектрических панелей и аккумуляторов, компания GuangDong Queneng Lighting Technology Co., Ltd. предоставит консультации по проектированию, образцы продукции и поддержку проектов «под ключ». Свяжитесь с Queneng для получения индивидуального предложения, технических характеристик и анализа затрат за весь срок службы, адаптированного к стандартам освещения вашего города.

Ссылки и источники

1. NREL PVWatts — О проекте и методология. Национальная лаборатория возобновляемой энергии. https://pvwatts.nrel.gov/about (дата обращения: 28.12.2025).
2. PVGIS — Географическая информационная система для фотоэлектрических систем. Европейская комиссия, Объединенный исследовательский центр. https://ec.europa.eu/jrc/en/pvgis (дата обращения: 28.12.2025).
3. Министерство энергетики США — Основы светодиодного и твердотельного освещения. https://www.energy.gov/eere/ssl/led-basics (дата обращения: 28.12.2025).
4. IRENA — Солнечная фотовольтаика: обзор технологий. Международное агентство по возобновляемым источникам энергии. https://www.irena.org (поиск по запросу «обзоры фотовольтаики») (дата обращения: 28.12.2025).
5. Температурные коэффициенты IEC и модулей — технические характеристики модулей от производителей и справочная методология IEC 61215 для оценки производительности. Пример обзора: https://en.wikipedia.org/wiki/Photovoltaic_module (дата обращения: 28.12.2025).
6. Выбор батарей и основные сведения — отраслевые обзоры и стандарты безопасности (UN38.3). Пример: https://unece.org/transport/dangerous-goods (дата обращения: 28.12.2025).

Для более точного расчета размеров с учетом особенностей конкретного объекта или для запроса технических характеристик и сертификатов продукции Queneng, свяжитесь напрямую с командой Queneng для разработки индивидуального решения по установке уличных фонарей на солнечных батареях для муниципальных нужд.