Phân bố ánh sáng: Quang học bất đối xứng so với quang học đối xứng

Việc lựa chọn phương pháp phân bổ ánh sáng phù hợp là quyết định then chốt đối với bất kỳ dự án đèn đường năng lượng mặt trời đô thị nào hoặc đối với nhà phát triển đang đánh giá giữa đèn đường năng lượng mặt trời dạng tách rời và dạng tích hợp. Bài viết này tóm tắt hiệu suất của hệ thống quang học bất đối xứng và đối xứng trong các ứng dụng thực tế, các chỉ số quan trọng (độ đồng đều, độ chói, mức tiêu thụ năng lượng, khoảng cách giữa các cột) và cách kết hợp hệ thống quang học với hình dạng địa điểm và các hạn chế của hệ thống năng lượng mặt trời. Các biểu đồ thiết kế thực tế, bảng so sánh, tài liệu tham khảo về tiêu chuẩn chiếu sáng và hướng dẫn lắp đặt/bảo trì theo phương pháp tốt nhất được bao gồm để hỗ trợ các quyết định về thông số kỹ thuật và mua sắm.

Các chỉ số hiệu suất chính xác định tính phù hợp về mặt quang học

Phân bố quang thông, độ rọi và độ đồng đều

Độ sáng (lumen) là điểm khởi đầu, nhưng cách phân bố ánh sáng trên mặt đường quyết định sự thoải mái về thị giác và an toàn. Các chỉ số quan trọng bao gồm độ rọi duy trì (lux), tỷ lệ đồng đều trung bình trên tối thiểu (Uo/Umin) và độ đồng đều theo chiều dọc/chiều ngang. Hướng dẫn từ...CIEvàHiệp hội Kỹ thuật Chiếu sáng (IES)Điều này cho thấy sự không đồng nhất về cường độ chiếu sáng làm tăng nguy cơ cho người đi bộ và người lái xe ngay cả ở giá trị lux trung bình cao hơn. Đối với các thông số kỹ thuật đèn đường năng lượng mặt trời đô thị, hãy hướng đến tỷ lệ Uo/Umin phù hợp với loại đường: đường nội đô thường là 0,4–0,6, đường chính/đường huyết mạch có tỷ lệ cao hơn tùy thuộc vào tốc độ và hoạt động của người đi bộ (nguồn:Hướng dẫn của IES).

Độ chói (UGR) và sự thoải mái về thị giác

Kiểm soát độ chói là điều cần thiết trong môi trường đô thị và khu dân cư. Hệ thống quang học bất đối xứng thường được sử dụng để chiếu sáng đến nơi cần thiết trong khi vẫn giữ cho nguồn sáng được che chắn khỏi người đi ngược chiều, giảm thiểu sự khó chịu do chói mắt. Các tiêu chuẩn ngành và phương pháp đo lường, được tóm tắt bởi...tài liệu về hiện tượng chói lóavà các tài liệu của IES nên hướng dẫn các giá trị Xếp hạng Độ chói Thống nhất (UGR) mục tiêu hoặc các chỉ số tương đương để dự án được chấp nhận.

Hiệu suất năng lượng, sản lượng điện mặt trời và hiệu suất tuổi thọ

Phân bố ánh sáng ảnh hưởng đến quang thông cần thiết, do đó ảnh hưởng đến dung lượng pin và kích thước tấm pin mặt trời cho đèn đường năng lượng mặt trời dạng tách rời và dạng tích hợp. Phân bố ánh sáng tối ưu hóa quang thông hữu ích trên đường phố sẽ giảm công suất LED cần thiết và tiết kiệm điện năng tiêu thụ của pin trong suốt vòng đời lắp đặt. Khi tính toán kích thước hệ thống độc lập, hãy tính toán nhu cầu năng lượng hàng ngày bao gồm cả sự suy giảm quang thông (L70) và tổn thất của bộ điều khiển; tham khảo các tiêu chuẩn và nghiên cứu điển hình về kích thước tấm pin mặt trời và pin (xem các báo cáo của CIE và ngành công nghiệp).

Quang học bất đối xứng so với quang học đối xứng: nguyên lý, lợi ích và hạn chế

Quang học đối xứng là gì?

Hệ thống quang học đối xứng phân bổ ánh sáng đều xung quanh trục của đèn – ví dụ như loại I (hẹp), loại II/III (trung bình) và phân bố hình tròn. Hệ thống quang học đối xứng hoạt động tốt ở những vị trí lắp đặt trung tâm (ví dụ: vòng xoay, quảng trường nhỏ, đường cụt) và phổ biến trong các đèn đường năng lượng mặt trời tích hợp, nơi đèn gắn trên cột tạo ra sự phân bổ ánh sáng tương đối đều. Ưu điểm bao gồm sự đơn giản, hình dạng chùm sáng dễ dự đoán và thường có chi phí sản xuất thấp hơn. Hạn chế: lãng phí ánh sáng trên vỉa hè hoặc các khu đất liền kề trong bố cục đường thẳng, nguy cơ chói mắt cao hơn từ nhiều đèn nếu không được bố trí đúng cách.

Quang học bất đối xứng là gì?

Hệ thống quang học bất đối xứng (còn được gọi là hệ thống quang học đường bộ hoặc phân bố bất đối xứng loại II–V tùy thuộc vào hình dạng chùm tia) cố ý điều hướng ánh sáng về phía trước và sang hai bên để tạo ra vùng chiếu sáng hình chữ nhật phù hợp với hình dạng đường bộ. Hệ thống quang học này được ưa chuộng cho các tuyến đường chính, lắp đặt một bên và nơi đặt cột đèn lệch khỏi lòng đường – thường thấy trong các dự án đèn đường năng lượng mặt trời đô thị và hệ thống đèn đường năng lượng mặt trời tách rời, nơi bộ pin mặt trời/pin lưu trữ có thể được gắn trên cột phía sau đèn chiếu sáng. Lợi ích bao gồm cải thiện độ đồng đều theo chiều dọc, giảm ánh sáng tán xạ và tiềm năng tiết kiệm năng lượng vì cần ít quang thông tổng thể hơn để đáp ứng độ sáng mục tiêu của đường bộ.

Khi nào cần chỉ định quang học bất đối xứng so với quang học đối xứng?

Các yếu tố quyết định bao gồm chiều rộng đường, vị trí đặt cột đèn (giữa đường hay sát lề đường), chiều cao lắp đặt, độ sáng/độ đồng đều yêu cầu và các hạn chế của khu dân cư (mức độ nhạy cảm với việc xâm phạm ánh sáng). Các quy tắc thực tiễn:

• Sử dụng hệ thống quang học bất đối xứng cho các tuyến đường thẳng có cột đèn gắn bên hông, nơi đèn cần chiếu sáng ngang các làn đường và giảm thiểu lãng phí ánh sáng phía sau cột.
• Sử dụng hệ thống quang học đối xứng cho các ứng dụng lắp đặt ở vị trí trung tâm hoặc trên đảo, quảng trường dành cho người đi bộ và các ngõ cụt nhỏ.
• Đối với các hệ thống đèn đường năng lượng mặt trời tách rời, quang học bất đối xứng tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng vì chúng tập trung vào lòng đường và giảm lãng phí quang thông; trong các đèn đường năng lượng mặt trời tích hợp, quang học đối xứng có thể dễ tích hợp hơn khi thiết bị được thiết kế để sử dụng đa mục đích (đường đi bộ + đường nhỏ).

Các yếu tố cần cân nhắc về thiết kế và hướng dẫn thực tiễn cho các dự án đèn đường đô thị và đèn đường năng lượng mặt trời.

Chiều cao lắp đặt, khoảng cách và hướng lắp đặt

Chiều cao và khoảng cách lắp đặt phù hợp là rất quan trọng. Hệ thống quang học bất đối xứng thường cho phép khoảng cách lớn hơn so với hệ thống quang học đối xứng để đạt được độ đồng đều tương tự vì chúng tập trung ánh sáng dọc theo mặt đường. Hướng dẫn đơn giản sau đây dựa trên các khuyến nghị của IES/CIE và thực tiễn phổ biến của các đô thị:

• Đường phố nội đô (khoảng cách 20–30 m): chiều cao lắp đặt 4–8 m; hệ thống quang học bất đối xứng với đường cắt ngang giúp cải thiện khả năng chiếu sáng vỉa hè mà không gây tràn ánh sáng.
• Đường gom/đường trục chính (khoảng cách 30–60 m): chiều cao lắp đặt 8–12 m; hệ thống quang học bất đối xứng giúp cải thiện tính đồng nhất theo chiều dọc và giảm số lượng cột.
• Vòng xuyến/trung tâm giao thông: hệ thống quang học đối xứng và vị trí lắp đặt trung tâm giúp chiếu sáng đều khu vực và cung cấp tín hiệu trực quan an toàn cho người lái xe.

Kích thước hệ mặt trời và các lựa chọn quang học

Khi lựa chọn đèn đường năng lượng mặt trời dạng tách rời hoặc dạng tích hợp, hãy tích hợp việc lựa chọn quang học vào việc tính toán ngân sách năng lượng ngay từ đầu. Ví dụ về quy trình làm việc:

1. Xác định độ chiếu sáng và độ đồng đều mục tiêu cần duy trì cho từng loại đường.
2. Chọn loại thấu kính (bất đối xứng hoặc đối xứng) và tính toán tổng lượng quang thông cần thiết chiếu lên bề mặt (có tính đến hiệu suất quang học và khả năng duy trì quang thông L70).
3. Tính toán công suất LED cần thiết và mức tiêu thụ năng lượng hàng ngày (cần xem xét lịch trình điều chỉnh độ sáng và hệ thống điều khiển thông minh).
4. Tính toán kích thước mảng PV và dung lượng pin với biên độ an toàn dựa trên dữ liệu bức xạ mặt trời tại địa phương (sử dụng các nguồn dữ liệu khí tượng như NASA MERRA hoặc cơ sở dữ liệu thời tiết địa phương).

Do các giải pháp quang học bất đối xứng hướng nhiều ánh sáng hữu ích hơn đến khu vực cần chiếu sáng, chúng thường giúp giảm 10–25% nhu cầu năng lượng so với các giải pháp quang học đối xứng khi đạt được hiệu suất chiếu sáng đường bộ tương đương – những con số này đã được chứng minh trong các dự án thí điểm của thành phố và các phân tích học thuật (xem các nghiên cứu so sánh của các nhóm nghiên cứu chiếu sáng và các dự án thí điểm của thành phố được trích dẫn trong các ấn phẩm của IES/CIE).

Bảng so sánh: Quang học bất đối xứng so với quang học đối xứng cho đèn đường năng lượng mặt trời

Nguồn dữ liệu và tài liệu tham khảo: Các tài liệu hướng dẫn của IES/CIE và báo cáo thí điểm của thành phố. Để hiểu rõ hơn về các nguyên tắc thiết kế chiếu sáng đường phố, xemĐèn đường (Wikipedia)và các nguồn tài nguyên của CIE/IES (CIE,IES).

Các phương pháp triển khai tốt nhất, vòng đời sản phẩm và khả năng của Queneng Lighting.

Mẹo lắp đặt, căn chỉnh và vận hành

Để đạt được hiệu suất thiết kế trong thực tế:

• Kiểm tra hướng lắp đặt đèn tại chỗ trước khi siết chặt cuối cùng — hệ thống quang học bất đối xứng yêu cầu xoay đúng hướng để căn chỉnh chùm sáng với mặt đường.
• Sử dụng máy đo độ sáng để vận hành thử và kiểm tra độ đồng đều trung bình/tối thiểu trên một đoạn tiêu biểu dài 50–100 m. Ghi lại kết quả và điều chỉnh nếu cần thiết.
• Sử dụng các điều khiển thích ứng (điều chỉnh độ sáng, cảm biến chuyển động) để giảm nhu cầu năng lượng trung bình hàng ngày; điều này đặc biệt hữu ích đối với đèn đường năng lượng mặt trời tích hợp không nối lưới điện, nơi dung lượng pin bị hạn chế.

Bảo trì và hiệu suất dài hạn

Việc bảo trì đèn đường năng lượng mặt trời dạng tách rời so với dạng tích hợp chủ yếu khác nhau ở khả năng tiếp cận các tấm pin mặt trời và ắc quy. Hệ thống tách rời thường lắp đặt các tấm pin ở vị trí cao hơn hoặc riêng biệt, giúp việc bảo trì dễ dàng hơn, trong khi hệ thống tích hợp đơn giản hóa việc đấu dây nhưng có thể phức tạp hơn khi bảo trì ở trên cao. Những điểm chính:

• Lên lịch vệ sinh quang học và kiểm tra độ bền của thấu kính hàng năm ở những môi trường nhiều bụi/ven biển; bụi bẩn trên thấu kính làm giảm độ sáng và tăng nhu cầu năng lượng.
• Theo dõi sự suy giảm quang thông (L70) và lên kế hoạch thay thế mô-đun LED. Các sản phẩm được thiết kế tốt nên cung cấp báo cáo trắc quang dự đoán giá trị L70 trong hơn 50.000 giờ.
• Đối với các linh kiện năng lượng mặt trời, hãy tuân theo các khuyến nghị của nhà sản xuất về kiểm tra pin và kiểm tra mô-đun PV ít nhất 2-3 năm một lần tùy thuộc vào điều kiện môi trường.

Queneng Lighting: chuyên môn, chứng nhận và phạm vi sản phẩm

Công ty Queneng Lighting (thành lập năm 2013) tập trung vào đèn đường năng lượng mặt trời, đèn pha năng lượng mặt trời, đèn sân vườn năng lượng mặt trời, đèn chiếu cỏ năng lượng mặt trời, đèn cột năng lượng mặt trời, tấm pin quang điện năng lượng mặt trời, nguồn điện và pin di động ngoài trời, thiết kế dự án chiếu sáng, và sản xuất, phát triển ngành công nghiệp đèn LED di động. Sau nhiều năm phát triển, Queneng Lighting đã trở thành nhà cung cấp được chỉ định của nhiều công ty niêm yết và dự án kỹ thuật, đồng thời đóng vai trò là trung tâm tư vấn giải pháp kỹ thuật chiếu sáng năng lượng mặt trời, cung cấp cho khách hàng sự hướng dẫn và giải pháp chuyên nghiệp an toàn và đáng tin cậy.

Đội ngũ R&D, thiết bị tiên tiến, hệ thống kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt và hệ thống quản lý hoàn thiện của Queneng Lighting hỗ trợ độ tin cậy của sản phẩm. Công ty đã đạt chứng nhận ISO 9001 (Tiêu chuẩn ISO9001Queneng đã vượt qua các cuộc kiểm định quốc tế của TÜV. Họ cung cấp các chứng nhận quốc tế bao gồm CE, UL, BIS, CB, SGS và MSDS. Dòng sản phẩm của họ bao gồm đèn đường năng lượng mặt trời, đèn chiếu điểm năng lượng mặt trời, đèn sân vườn năng lượng mặt trời, đèn trụ năng lượng mặt trời, tấm pin quang điện năng lượng mặt trời, đèn đường năng lượng mặt trời dạng tách rời và đèn đường năng lượng mặt trời tích hợp. Những khả năng này giúp Queneng có vị thế tốt để tư vấn về lựa chọn quang học (bất đối xứng so với đối xứng), kích thước PV/pin và tối ưu hóa hiệu suất dài hạn cho các dự án đô thị và tư nhân.

Cách Queneng tạo sự khác biệt

Queneng chú trọng hỗ trợ kỹ thuật tích hợp: thiết kế trắc quang, căn chỉnh quang học tùy chỉnh cho các nhu cầu cụ thể của từng địa điểm và mô hình hóa năng lượng để đảm bảo đèn đường năng lượng mặt trời dạng tách rời và tích hợp đáp ứng các tiêu chuẩn dịch vụ của đô thị. Chứng nhận độc lập (TÜV/CE/UL) và quy trình kiểm soát chất lượng sản xuất có thể truy xuất nguồn gốc mang lại sự tin tưởng cho việc mua sắm đối với các hợp đồng đô thị quy mô lớn và các dự án kỹ thuật.

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

1. Loại quang học nào tiết kiệm năng lượng nhất cho một con đường đô thị hai làn điển hình?

Hệ thống quang học bất đối xứng thường tiết kiệm năng lượng nhất cho các tuyến đường thẳng hai làn vì chúng hướng nhiều lumen hữu ích hơn xuống mặt đường và giảm ánh sáng tràn ra ngoài. Mức tiết kiệm năng lượng được báo cáo so với hệ thống quang học đối xứng trong các kịch bản hành lang thường là 10–25% tùy thuộc vào khoảng cách và độ đồng đều mong muốn (tham khảo hướng dẫn của IES/CIE và các nghiên cứu thí điểm của thành phố).

2. Đèn đường năng lượng mặt trời đa năng có thể sử dụng quang học bất đối xứng không?

Đúng vậy. Nhiều đèn đường năng lượng mặt trời tích hợp tất cả trong một bao gồm các tùy chọn thấu kính bất đối xứng hoặc quang học mô-đun có thể xoay và khóa để hướng ánh sáng phù hợp. Tuy nhiên, vì các thiết bị tích hợp tất cả trong một kết hợp giữa tấm pin mặt trời và pin lưu trữ trong một vỏ duy nhất, nên cần có thiết kế cơ khí và tản nhiệt cẩn thận để tránh ảnh hưởng đến độ nghiêng của tấm pin mặt trời hoặc khả năng làm mát của pin.

3. Đối với việc nâng cấp các dãy cột đèn hiện có, loại quang học nào dễ lắp đặt hơn?

Nếu các cột đèn đã được đặt sát lề đường và lệch khỏi đường chính, việc lắp đặt hệ thống quang học bất đối xứng thường là một giải pháp nâng cấp đơn giản vì chúng cải thiện phạm vi phủ sóng đường phố mà không cần di dời cột đèn. Nếu các cột đèn được lắp đặt ở giữa đảo giao thông, hệ thống quang học đối xứng có thể đơn giản hơn. Luôn luôn thực hiện mô phỏng quang trắc trước khi mua sắm.

4. Việc lựa chọn quang học ảnh hưởng như thế nào đến việc tính toán kích thước tấm pin mặt trời và pin lưu trữ cho hệ thống đèn đường năng lượng mặt trời tách rời?

Vì hệ thống quang học làm thay đổi tỷ lệ lumen thực sự chiếu đến khu vực làm việc, chúng ảnh hưởng trực tiếp đến công suất LED cần thiết để đạt được mục tiêu độ sáng. Phân bố ánh sáng hiệu quả hơn (không đối xứng cho hành lang) giúp giảm công suất LED cần thiết và do đó giảm mức tiêu thụ năng lượng hàng ngày, cho phép sử dụng các tấm pin mặt trời hoặc pin lưu trữ nhỏ hơn để đạt được mục tiêu tự chủ năng lượng tương tự.

5. Tôi nên yêu cầu nhà sản xuất cung cấp những tiêu chuẩn hoặc tài liệu tham khảo nào?

Có. Hãy yêu cầu các tệp dữ liệu trắc quang được chứng nhận (IES/LM-63), độ duy trì quang thông (hình chiếu TM-21 và dữ liệu LM-80), điều khoản bảo hành cho tấm pin mặt trời và pin lưu trữ, và các chứng nhận của bên thứ ba có liên quan (ISO 9001, CE, UL, TÜV). Để được hướng dẫn về các chỉ số chiếu sáng, hãy tham khảo các tài liệu của CIE và IES (CIE,IES).

Liên hệ và các bước tiếp theo

Nếu bạn đang thiết kế các dự án đèn đường năng lượng mặt trời đô thị hoặc đang đánh giá các loại đèn đường năng lượng mặt trời tách rời và đèn đường năng lượng mặt trời tích hợp, việc tích hợp lựa chọn quang học vào giai đoạn đầu lập mô hình năng lượng và trắc quang sẽ giảm tổng chi phí sở hữu và cải thiện kết quả an toàn. Để được tư vấn, thiết kế trắc quang tùy chỉnh hoặc thông tin sản phẩm, hãy liên hệ với Queneng Lighting để được hướng dẫn cấp dự án và xem danh mục sản phẩm. Truy cập Queneng Lighting để tìm hiểu thêm và yêu cầu báo giá:Queneng Lighting - Giải pháp chiếu sáng năng lượng mặt trời.