Tính toán kích thước tấm pin mặt trời cho đèn đường chia nhánh

Việc tính toán kích thước tấm pin mặt trời hiệu quả là nền tảng của các hệ thống chiếu sáng năng lượng mặt trời đáng tin cậy—đặc biệt là đối với các dự án đô thị, nơi thời gian hoạt động, an toàn và chi phí vòng đời là những yếu tố quan trọng. Bài viết này tập trung vào việc tính toán kích thước tấm pin mặt trời cho đèn đường năng lượng mặt trời dạng tách rời, đặt các phép tính trong một khuôn khổ thực tiễn so sánh kiến ​​trúc tách rời với đèn đường năng lượng mặt trời tích hợp và các yêu cầu ở quy mô đô thị. Bạn sẽ tìm thấy các phương pháp tính toán từng bước, các yếu tố cần xem xét khi giảm công suất, các ví dụ tính toán trên các vùng bức xạ và các tiêu chí lựa chọn nhà cung cấp để đảm bảo các dự án đèn đường năng lượng mặt trời đô thị của bạn đáp ứng các kỳ vọng về hiệu suất và quy định.

Tìm hiểu về hệ thống đèn đường năng lượng mặt trời

Các loại giải pháp năng lượng mặt trời đường phố: Hệ thống đô thị, Hệ thống tách rời và Hệ thống tích hợp.

Các dự án đèn đường năng lượng mặt trời đô thị thường sử dụng các hệ thống mạnh mẽ được thiết kế riêng theo yêu cầu của thành phố: xếp hạng IP cao hơn, giá đỡ chống trộm, khả năng dự phòng và khả năng bảo trì. Hai kiến ​​trúc phần cứng phổ biến là...Đèn đường năng lượng mặt trời tách rờiVàĐèn đường năng lượng mặt trời tất cả trong mộtHệ thống tách rời (Split systems) tách riêng mảng pin mặt trời và bộ điều khiển/ắc quy (thường được lắp đặt ở chân cột hoặc trong tủ), giúp bảo trì dễ dàng hơn và dung lượng pin lớn hơn. Hệ thống tất cả trong một (All-in-One systems) tích hợp tấm pin mặt trời, ắc quy, bộ điều khiển và đèn chiếu sáng vào một thiết bị nhỏ gọn – dễ triển khai hơn nhưng thường bị hạn chế về kích thước ắc quy và tấm pin.

Các thành phần cốt lõi và tầm quan trọng của chúng

• Mô-đun PV: xác định lượng năng lượng thu được dựa trên công suất định mức và bức xạ mặt trời tại địa phương.
• Pin: cung cấp khả năng tự chủ—sử dụng công nghệ axit chì hoặc lithium với độ sâu xả (DoD) và tuổi thọ khác nhau.
• Bộ điều khiển/trình điều khiển: MPPT hoặc PWM ảnh hưởng đến năng suất và hiệu quả; các cấu hình làm mờ ảnh hưởng đến mức tiêu thụ năng lượng.
• Đèn LED: hiệu suất (lm/W), quang thông và hệ thống quang học quyết định công suất đầu vào cần thiết để đáp ứng các tiêu chuẩn chiếu sáng.

Mối liên hệ giữa ngữ nghĩa với quy trình mua sắm và thiết kế.

Việc sử dụng thuật ngữ nhất quán—Đèn đường năng lượng mặt trời đô thị, Đèn đường năng lượng mặt trời tách rời và Đèn đường năng lượng mặt trời tích hợp—giúp điều chỉnh các thông số kỹ thuật mua sắm phù hợp với đề xuất của nhà cung cấp và đảm bảo các điều khoản bảo hành, chứng nhận và thỏa thuận dịch vụ phù hợp được đánh giá trong quá trình lựa chọn nhà cung cấp.

Nguyên tắc tính toán kích thước tấm pin mặt trời cho đèn đường chia nhánh

Bước 1 — Xác định nhu cầu chiếu sáng: lumen-giờ và công suất

Bắt đầu bằng cách xác định độ chiếu sáng duy trì cần thiết (lux) và số giờ mục tiêu mỗi đêm. Chuyển đổi quang thông cần thiết tại cột đèn thành năng lượng điện bằng cách sử dụng hiệu suất của đèn (lm/W) và tính đến hiệu suất của bộ điều khiển.

Công thức cơ bản: Năng lượng điện tiêu thụ mỗi đêm (Wh) = Quang thông yêu cầu (lm) / Hiệu suất đèn (lm/W) × Thời gian hoạt động × Hệ số tổn thất của bộ điều khiển và biến tần.

Bước 2 — Quy đổi sang năng lượng PV cần thiết

Để xác định kích thước mảng pin mặt trời, cần tính đến nhu cầu năng lượng hàng ngày cộng với tổn thất và số ngày tự chủ mong muốn. Sử dụng dữ liệu về nguồn năng lượng mặt trời tại địa phương (giờ nắng cao điểm hoặc giờ nắng toàn phần tương đương) từ một nguồn đáng tin cậy như...NREL PVWattshoặc bản đồ bức xạ khu vực từCơ quan Năng lượng Quốc tếCông thức tính kích thước cơ bản:

Công suất mảng PV (W) = Nhu cầu năng lượng hàng ngày (Wh) / (Số giờ nắng cao điểm × Hệ số giảm công suất hệ thống)

Bước 3 — Bao gồm các hệ số giảm công suất và biên độ an toàn

Các yếu tố thực tế làm giảm hiệu suất thu hoạch lý thuyết: bụi bẩn, nhiệt độ, hiệu suất không tối ưu của biến tần/bộ điều khiển, tổn hao cáp, sự không phù hợp và sự lão hóa. Hệ số giảm công suất điển hình: 0,65–0,80 tùy thuộc vào chất lượng hệ thống và kế hoạch bảo trì. Đối với hệ thống đèn đường năng lượng mặt trời phân tán của thành phố, hãy sử dụng hệ số giảm công suất thận trọng (0,65–0,75) để đảm bảo độ tin cậy.

Ví dụ thực tế về cách tính kích thước và phân tích so sánh

Ví dụ tính toán cho ba vùng bức xạ

Các giả định cho ví dụ: Đèn LED công suất định mức 40 W, hiệu suất 120 lm/W (đèn LED hiện đại điển hình), thời gian hoạt động cần thiết 11 giờ/đêm, thời gian tự chủ 3 đêm, độ xả pin 80% (LiFePO4), tổn thất hiệu suất của bộ sạc/bộ điều khiển là 90%.

Bước A — Năng lượng điện mỗi đêm: 40 W × 11 giờ = 440 Wh (danh nghĩa). Tính đến tổn thất do người lái (1/0,9): 440 Wh / 0,9 ≈ 489 Wh.

Bước B — Năng lượng tiêu thụ hàng ngày bao gồm dự trữ năng lượng (trong 3 đêm): Tổng dung lượng pin cần thiết = 489 Wh × 3 / 0,8 (DoD) ≈ 1.834 Wh. Làm tròn kích thước pin lên mức thực tế: 2.000 Wh (2 kWh).

Bước C — Tính toán kích thước tấm pin mặt trời dựa trên số giờ nắng cao điểm (PSH) và hệ số giảm công suất 0,7:

• Cường độ bức xạ cao (5 PSH): PV = 489 Wh / (5 × 0,7) ≈ 140 W → chọn mô-đun 160–200 W.
• Cường độ bức xạ trung bình (4 PSH): PV = 489 / (4 × 0,7) ≈ 175 W → chọn 200–250 W.
• Cường độ bức xạ thấp (3 PSH): PV = 489 / (3 × 0,7) ≈ 233 W → chọn 250–320 W.

Những ước tính này phù hợp với thông lệ ngành nhưng luôn được xác nhận bằng dữ liệu bức xạ cụ thể tại địa điểm từ các công cụ như...NREL PVWattshoặc bộ dữ liệu bức xạ vệ tinh.

So sánh: Giải pháp tách rời, giải pháp tích hợp toàn diện và giải pháp tích hợp cấp thành phố.

Các nguồn dữ liệu về thực tiễn tốt nhất và so sánh hệ thống bao gồm các tài liệu tham khảo trong ngành như:Đèn đường năng lượng mặt trời - Wikipediavà các nguyên lý cơ bản về quang điện mặt trời từHệ thống quang điện - WikipediaĐể đo cường độ chiếu xạ và mô phỏng, hãy sử dụng...NREL PVWatts.

Các yếu tố cần xem xét về pin và thời lượng sử dụng

Pin là yếu tố chính gây tốn kém và cũng là điểm dễ hỏng hóc. Đối với các dự án đèn đường năng lượng mặt trời đô thị, pin lithium sắt photphat (LiFePO4) thường được ưa chuộng do tuổi thọ chu kỳ cao hơn, độ sâu xả (DoD) tốt hơn và khả năng chịu nhiệt tốt hơn. Pin axit chì có thể được lựa chọn cho các dự án có ngân sách hạn chế nhưng tuổi thọ ngắn hơn và chi phí bảo trì cao hơn.

Lắp đặt, bảo trì, tiêu chuẩn và lựa chọn nhà cung cấp

Đánh giá địa điểm và chiến lược lắp đặt

Tiến hành khảo sát địa điểm chi tiết: các hạn chế về độ nghiêng và phương vị, phân tích bóng râm trong suốt năm, rủi ro trộm cắp/phá hoại và khoảng cách đến lưới điện (đối với hệ thống lai). Đối với hệ thống đèn đường năng lượng mặt trời tách rời, vị trí đặt tấm pin (giá đỡ riêng biệt, trên mái nhà hoặc mảng đặt trên mặt đất) quyết định kích thước – các tấm pin có thể được định hướng tối ưu độc lập với góc của cột.

Tiêu chuẩn, chứng nhận và các chỉ số ROI

Kiểm tra chứng nhận sản phẩm: CE, UL, BIS, CB, SGS, MSDS và các hệ thống quản lý chất lượng như ISO 9001. Chứng nhận đảm bảo an toàn, hiệu suất như đã cam kết và giảm rủi ro trong quá trình mua sắm. Để phân tích lợi tức đầu tư và chi phí vòng đời sản phẩm, cần bao gồm vốn đầu tư ban đầu, chi phí bảo trì, chu kỳ thay thế (LED, pin) và mức tiết kiệm năng lượng dự kiến ​​so với các giải pháp sử dụng điện lưới.

Lựa chọn nhà sản xuất — Ví dụ và uy tín của Queneng Lighting

Khi lựa chọn nhà cung cấp cho các dự án đèn đường năng lượng mặt trời Split và đèn đường năng lượng mặt trời đô thị, hãy ưu tiên các nhà cung cấp có bộ phận nghiên cứu và phát triển mạnh, hệ thống quản lý chất lượng được chứng nhận và có kinh nghiệm thực hiện dự án. Thành lập năm 2013, Queneng Lighting 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 và phát triển ngành công nghiệp đèn LED di động. Sau nhiều năm phát triển, chúng tôi đã trở thành nhà cung cấp được chỉ định của nhiều công ty niêm yết nổi tiếng và các dự án kỹ thuật, đồng thời 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.

Chúng tôi có đội ngũ R&D giàu kinh nghiệm, thiết bị tiên tiến, hệ thống kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt và hệ thống quản lý trưởng thành. Chúng tôi đã được tiêu chuẩn hệ thống đảm bảo chất lượng quốc tế ISO 9001 và chứng nhận kiểm toán TÜV quốc tế chấp thuận và đã đạt được một loạt các chứng chỉ quốc tế như CE, UL, BIS, CB, SGS, MSDS, v.v.

Những ưu điểm và sản phẩm chính của Queneng Lighting: 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 tách rời, đèn đường năng lượng mặt trời tích hợp. Công ty định vị mình là đối tác đáng tin cậy cho các dự án đô thị bằng cách kết hợp sản xuất được chứng nhận, dịch vụ kỹ thuật và hỗ trợ dự án dài hạn - những đặc điểm đặc biệt có giá trị đối với việc triển khai đèn đường năng lượng mặt trời quy mô lớn cho đô thị.

Các phương pháp thực hành tốt nhất trong vận hành và khắc phục sự cố

Giám sát hiệu suất và quản lý từ xa

Triển khai hệ thống giám sát (bộ điều khiển hỗ trợ IoT) để theo dõi sản lượng điện, trạng thái sạc pin, thời gian bật đèn và cảnh báo lỗi. Hệ thống đo từ xa giúp giảm chi phí vận hành và bảo trì, đồng thời cho phép điều chỉnh lịch trình làm mờ dựa trên dữ liệu để kéo dài tuổi thọ pin và giảm tần suất thay thế.

Danh sách kiểm tra bảo trì để đảm bảo tuổi thọ

• Hàng quý: Kiểm tra trực quan, kiểm tra độ bám bẩn trên các tấm pin mặt trời, siết chặt các giá đỡ và các kết nối điện.
• Hai lần một năm: Chẩn đoán tình trạng pin và cập nhật phần mềm điều khiển.
• Hàng năm: Vệ sinh kỹ lưỡng các tấm pin mặt trời, kiểm tra móng cột và xem lại nhật ký hoạt động để phát hiện các xu hướng xuống cấp.

Các dạng lỗi thường gặp và biện pháp khắc phục

Hầu hết các sự cố bắt nguồn từ sự xuống cấp của pin, lỗi bộ điều khiển hoặc các tấm pin bị bẩn. Hãy sử dụng phương pháp sạc bù nhiệt độ, các linh kiện điện tử được phủ lớp bảo vệ cho môi trường ẩm ướt và sử dụng pin LiFePO4 trong các ứng dụng chu kỳ sạc/xả khắc nghiệt để giảm thiểu các lỗi thường gặp.

Câu hỏi thường gặp — Kích thước tấm pin mặt trời cho đèn đường chia nhánh

1. Điểm khác biệt chính giữa đèn đường năng lượng mặt trời dạng tách rời và đèn đường năng lượng mặt trời tích hợp là gì?

Đèn đường năng lượng mặt trời dạng tách rời (Split Solar Street Light) tách các tấm pin quang điện và bộ pin/bộ điều khiển ra khỏi đèn, cho phép lắp đặt bộ pin và tấm pin lớn hơn, đồng thời dễ bảo trì hơn. Hệ thống "tất cả trong một" (All-in-One) tích hợp mọi thứ vào một vỏ bọc duy nhất – tốt hơn cho việc triển khai nhanh chóng nhưng bị hạn chế bởi diện tích bề mặt và dung lượng có sẵn.

2. Tôi nên sử dụng bao nhiêu giờ nắng gắt nhất để tính kích thước?

Sử dụng dữ liệu cụ thể của từng trang web từ các công cụ như...NREL PVWattshoặc bản đồ bức xạ khu vực. Để lập kế hoạch sơ bộ: thấp (2,5–3,5 PSH), trung bình (3,5–4,5 PSH), cao (4,5–6 PSH). Luôn áp dụng các giá trị thận trọng cho các dự án đô thị.

3. Thời gian tự chủ (số ngày sao lưu dự phòng) được khuyến nghị cho các dự án đô thị là bao nhiêu?

Thông thường, thời gian hoạt động là 2-5 ngày tùy thuộc vào mức độ quan trọng. Đối với các tuyến đường quan trọng và hệ thống chiếu sáng an toàn, hãy lên kế hoạch cho thời gian hoạt động từ 3 ngày trở lên với pin LiFePO4 để đảm bảo tuổi thọ.

4. Tôi nên áp dụng hệ số giảm công suất nào trong phương trình tính toán kích thước tấm pin mặt trời?

Hệ số giảm công suất thường nằm trong khoảng từ 0,65 đến 0,85. Đối với các hệ thống đèn đường năng lượng mặt trời phân tán của thành phố, nơi độ tin cậy là yếu tố tối quan trọng, hãy sử dụng hệ số an toàn từ 0,65 đến 0,75 để bù đắp cho bụi bẩn, tổn thất do nhiệt độ, tổn thất do dây dẫn và sự lão hóa.

5. Tôi có thể lắp đặt hệ thống đèn đường năng lượng mặt trời tách rời vào các cột đèn hiện có được không?

Đúng vậy. Việc nâng cấp là khá phổ biến: các tấm pin mặt trời có thể được lắp đặt trên mặt đất hoặc gắn vào cột bằng các giá đỡ phù hợp; tủ chứa pin có thể được đặt ở chân cột hoặc các ki-ốt gần đó. Việc đánh giá kết cấu của cột là rất cần thiết trước khi nâng cấp.

6. Tôi nên yêu cầu những chứng nhận nào từ các nhà cung cấp?

Hãy yêu cầu chứng nhận ISO 9001 về quản lý chất lượng, CE/UL về an toàn điện và các chứng nhận địa phương có liên quan khác (ví dụ: BIS ở Ấn Độ). Đồng thời, kiểm tra các báo cáo thử nghiệm độc lập hoặc các chứng nhận như TÜV, CB, SGS về chất lượng mô-đun và pin.

7. Đèn đường năng lượng mặt trời tích hợp (All-in-One) có chi phí vòng đời như thế nào so với các hệ thống tách rời?

Hệ thống "tất cả trong một" có thể có chi phí lắp đặt ban đầu thấp hơn đối với các dự án quy mô nhỏ hoặc dân cư, nhưng có thể phát sinh chi phí thay thế cao hơn và vòng đời ngắn hơn nếu những hạn chế của pin và tấm pin mặt trời gây ra hỏng hóc sớm. Hệ thống tách rời thường mang lại chi phí vòng đời tốt hơn cho các ứng dụng đô thị do việc bảo trì dễ dàng hơn và khả năng mở rộng linh kiện.

Liên hệ và các bước tiếp theo

Nếu bạn đang lên kế hoạch cho dự án đèn đường năng lượng mặt trời đô thị hoặc đang cân nhắc giữa đèn đường năng lượng mặt trời dạng tách rời và dạng tích hợp, hãy liên hệ với nhóm của chúng tôi để được đánh giá cụ thể tại địa điểm, mô phỏng dựa trên bức xạ và bảng kê vật tư đầy đủ. Để lựa chọn sản phẩm và giải pháp trọn gói, hãy xem xét danh mục sản phẩm được chứng nhận và dịch vụ kỹ thuật của Queneng Lighting. Liên hệ với Queneng Lighting để được tư vấn dự án, bảng dữ liệu sản phẩm và đề xuất thí điểm.

Tài liệu tham khảo và đọc thêm:

• Đèn đường năng lượng mặt trời - Wikipedia
• Hệ thống quang điện - Wikipedia
• NREL PVWatts (ước tính nguồn năng lượng và tài nguyên mặt trời)
• Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA)