Aurinkopaneelien suunta postinumeron ja aurinkopaneelien optimaalisen kulman mukaan: Täydellinen käytännön opas

Valopylväiden korkeudet, lyhtypylväiden tyypit ja aurinkopaneelien suunta yhdellä silmäyksellä

Valopylväät vaihtelevat 3 metristä (10 jalkaa) asuinpuutarha- ja käytäväsovelluksiin 40 metriin (130 jalkaa) tai enemmän korkean maston stadionin ja moottoritien vaihtoasennuksiin. Tavalliset katuvalopylväät ovat tyypillisesti 8–12 metriä (26–40 jalkaa) asuin- ja pääteillä, kun taas parkkipaikan pylväät ovat 6–10 metriä (20–33 jalkaa). Jokaisen sovelluksen oikean korkeuden ymmärtäminen on välttämätöntä ennen hankintaa, koska pylväiden korkeus määrittää suoraan maan valaistuksen tason, tarvittavien pylväiden lukumäärän ja perustusmäärittelyn, joka tarvitaan kestämään tuulen kuormitusta tietyllä korkeudella.

Aurinkonapoihin, jotka kiinnitetään a Aurinkopaneeli valaisimen vieressä tai päällä, Aurinkopaneelien optimaalinen kulma Manner-Yhdysvalloissa vaihtelee noin 25 astetta Floridassa (25-30 astetta pohjoista) 47 asteeseen Montanassa ja Pohjois-Dakotassa (leveysaste 45-49 astetta pohjoista). Suunta on todellinen etelä pohjoisella pallonpuoliskolla kiinteän kallistuksen asennuksille. Kansallisen uusiutuvan energian laboratorion (NREL) PVWatts-laskin antaa mille tahansa tietylle postinumerolle Yhdysvalloissa tarkan aurinkoenergian ja optimaalisen kallistuskulman kyseiselle sijainnille, mikä eliminoi arvailut aurinkopaneeleiden aurinkopaneeleista.

Tämä opas kattaa kaikki nämä aiheet käytännöllisesti: vakiomalliset valopylväiden korkeudet sovelluksen mukaan, tärkeimmät lyhtypylväiden tyypit ja niiden tekniset erot, aurinkopylväiden toiminta integroituna järjestelmänä, aurinkopaneelien oikean suunnan määrittäminen postinumeron perusteella ja aurinkopaneelien optimaalisen kulman laskeminen vuotuisen enimmäisenergian tuoton saavuttamiseksi.

Kuinka korkeita valopylväitä ovat: vakiokorkeudet sovelluksen mukaan

Kysymykseen valopylväiden korkeudesta ei voi vastata yhdellä numerolla, koska oikea asennuskorkeus riippuu sovelluksesta: tavoitevalaistuksen tasosta maassa, pylväiden välisestä etäisyydestä, valaistun alueen leveydestä ja asennettavan valaisimen fotometrisestä jakautumisesta. Jokainen näiden muuttujien yhdistelmä tuottaa ainutlaatuisen optimaalisen pylväskorkeuden, joka tasapainottaa peittävyyden, tasaisuuden ja häikäisyn hallinnan.

Asuinalueen katujen ja käytävien valaistus

Asuinalueen katuvalaistus käyttää lyhimpiä pylväskorkeuksia yleisistä tiesovelluksista. Tavallisia asuinrakennusten katuvalopylväitä Yhdysvalloissa ja Euroopassa ovat tyypillisesti 5-8 metriä (16-26 jalkaa) korkeus, ja 6 metriä on yleisimmin määritelty korkeus tavallisille asuinkaduille, joiden ajoradan leveys on 6–8 metriä. Tällä korkeudella tavallinen LED-tievalaisin, jossa on tyypin II tai tyypin III fotometrinen jakautuminen, antaa riittävän valaistuksen ajoradalle ja viereiselle kävelytielle 25–35 metrin pylväsvälillä.

Polku- ja jalankulkijoille tarkoitettu valaistus käyttää tyypillisesti vielä lyhyempiä pylväitä 3-5 metriä (10-16 jalkaa) , koska jalankulkualueiden tavoitevalaistus on alhaisempi kuin ajoneuvojen ajoradalla ja koska pienemmät asennuskorkeudet tarjoavat ihmismittakaavaisemman, intiimimmän visuaalisen ympäristön, joka sopii puistoihin, aukioihin ja asuinpuutarhoihin. Pollarityyliset pylvään yläosat 0,6–1,2 metrin korkeudella määrittävät kulkutien valaistuskategorian alimman pään, ja niitä käytetään ensisijaisesti reunan rajaamiseen yleisvalaistuksen sijaan.

Liike- ja valtatievalaistus

Kaupalliset kadut, valtatiet ja kaupunkien keräilykadut vaativat korkeampia asennuskorkeuksia kuin asuinkadut riittävän valaistuksen aikaansaamiseksi leveämmillä ajoväylillä ja hyväksyttävien tasaisuussuhteiden ylläpitämiseksi useilla ajokaistoilla. Kaupallisten katu- ja valtatievalaistuksen vakioasennuskorkeudet ovat 8-12 metriä (26-40 jalkaa) , jossa 10 metriä on yleisimmin määritetty korkeus kaksikaistaisilla pääteillä, joiden ajoradan leveys on 10–14 metriä.

Jaetuilla moottoriteillä ja kaksiajoraisilla teillä, joissa pylväät on sijoitettu keskiväliin ja joiden on valaistava liikenne molempiin suuntiin yhdestä pylvästä, vakioasennuskorkeus kasvaa 12-14 metriä (40-46 jalkaa) kaksivartisilla kannattimilla, jotka ulottavat valaisimet jokaisen ajoradan yli. Tämä kokoonpano vähentää pylväiden kokonaismäärää jaetuilla tieosuuksilla noin 40 % verrattuna yksihaaraiseen tienvarsiasennukseen, mikä vähentää merkittävästi asennuskustannuksia.

Parkkipaikka ja alueen valaistus

Parkkipaikan valopylväät ovat tyypillisesti 6-10 metriä (20-33 jalkaa) korkea, ja tietty korkeus valitaan parkkipaikan sijoittelun, vaaditun valaistustason (yleensä 10–50 jalkakynttilää turvavaatimuksista riippuen) ja valaisimen fotometrisen jakauman perusteella. Pienemmät asennuskorkeudet (6-7 metriä) ovat yleisiä asuinparkkialueilla, joissa valon leviämisen minimoiminen viereisiin kiinteistöihin on suunnittelun prioriteetti. Suurempia asennuskorkeuksia (8-10 metriä) käytetään kaupallisilla ja vähittäiskaupan pysäköintialueilla, joissa pylväiden välistä leveämpää etäisyyttä halutaan vähentää pylväiden ja perustusten määrän vähentämiseksi suurella tontilla.

Urheilu- ja korkean maston valaistus

Urheilukenttien valaistuspylväät yhteisön virkistyskäyttöön ja koulutiloihin vaihtelevat 12-20 metriä (40-65 jalkaa) saavuttaa ammattitason valaistustasojen vaatimat asennuskorkeudet pelikentillä ilman liiallista häikäisyä pelaajiin, jotka katsovat ylöspäin kohti valaisimia. Ammatti- ja stadiontason urheilutilat käyttävät erikoistuneita tornirakenteita klo 20-45 metriä (65-150 jalkaa) urheilulajista ja vaaditusta valaistustasosta riippuen (jopa 2 000 luksia suurten tapahtumien lähetyslaatuiseen televisiolähetykseen).

Korkeamastoiset valaistuspylväät moottoriteiden liittymäkohtiin, satamarakennuksiin, lentokenttien asematasoihin ja suuriin teollisuuspihoihin 20-40 metriä (65-130 jalkaa) korkeudella, 6-20 valaisinrengaskokoonpanolla pylvästä kohti, jotka yhdessä valaisevat jopa 30 000 neliömetrin alueita yhdestä napasta.

Valaisimen korkeuden pikaopas

Lamppupylväiden tyypit: Käytännön luokitus

Nykyään käytössä olevat valaisinpylvästyypit kattavat erilaisia perinteisiä koristeellisia valurautarakenteita moderneihin teräs- ja alumiinirakenteisiin, joista jokainen sopii erilaisiin esteettisiin, rakenteellisiin ja toiminnallisiin vaatimuksiin. Valaisinpylväiden tärkeimpien tyyppien ymmärtäminen antaa suunnittelijoille, kunnille ja kiinteistöjen omistajille mahdollisuuden sovittaa pylvästyypit sovelluksen vaatimuksiin sen sijaan, että he valitsevat tutuimman tai edullisimman vaihtoehdon.

Suorat teräs- tai alumiinipylväät

Nykyaikaisimpien tie- ja pysäköintivalaisimien vakiovalopylväs on suora kartiomainen teräs- tai alumiinipylväs. Nämä pylväät valmistetaan valssaamalla ja hitsaamalla teräslevyä (sinkittyihin teräsmalleihin) tai suulakepuristamalla alumiiniaihiot (alumiinimalleihin) kartiomaiseksi kartiomaiseksi, joka pienenee suuremmasta pohjan halkaisijasta pienempään kärjen halkaisijaan. Kartio parantaa rakenteellista tehokkuutta keskittämällä materiaalia sinne, missä taivutusjännitys on suurin (pohjassa) ja vähentämällä materiaalia siellä, missä jännitys on pienin (kärjessä).

Galvanoidut teräksiset kartiopylväät ovat maailmanlaajuisesti yleisimmin käytetty lyhtypylvästyyppi, koska ne tarjoavat erinomaisen rakenteellisen suorituskyvyn alhaisilla materiaalikustannuksilla korkeusmetriä kohden. Kuumasinkitys ASTM A123:n mukaan tarjoaa 85-140 mikronin sinkkipinnoitteen, joka suojaa alla olevaa terästä 20-30 vuoden ajan useimmissa ilmasto-olosuhteissa ennen kuin uudelleenpinnoitus tulee tarpeelliseksi. Alumiiniset kartiopylväät maksavat noin 30–50 % enemmän kuin vastaavat teräspylväät, mutta ne eivät vaadi pintakäsittelyä ja kestävät loputtomasti korroosiota kaikissa paitsi kaikkein aggressiivisimmissa teollisuus- ja meriympäristöissä, joten ne ovat ensisijainen valinta rannikkoasennuksiin.

Koriste- ja perintövalaisinpylväät

Koristeellisia lyhtypylviä käytetään historiallisilla alueilla, kaupunkien keskustoissa, ostoskaduilla, aukioilla, puistoissa ja kaikissa asennuksissa, joissa lyhtypylvän on itse edistettävä ympäristön esteettistä luonnetta sen sijaan, että se olisi puhtaasti utilitaarinen rakenne. Tärkeimmät koriste- ja perintötyyppisissä lyhtypylväissä käytetyt materiaalit ovat:

• Valurauta: Perinteinen lyhtypylväsmateriaali, jota käytetään viktoriaanisen ja edvardiaanisen katuvalaistuksen yhteydessä, jota edelleen toistetaan kulttuuriperinnönsuojeluprojekteihin ja uusiin installaatioihin, jotka vaativat autenttista aikakauden ilmettä. Valurautaiset valaisinpylväät ovat erittäin raskaita (tyypillisesti 200–600 kg 4 metrin pylväässä) ja vaativat säännöllistä maalaushuoltoa ruosteen estämiseksi, mutta ne tarjoavat visuaalisen luonteen, jota nykyaikaiset materiaalit eivät voi jäljitellä. Ne kestävät iskuja, jotka voivat painaa teräs- tai alumiinipylväitä.
• Valettu alumiini: Nykyaikaiset koristeelliset valaisinpylväät jäljittelevät perinteisten valurautamallien visuaalisia profiileja valualumiinista, joka on huomattavasti kevyempi (noin kolmasosa valuraudan painosta), kestää korroosiota ilman maalausta ja on saatavana missä tahansa jauhemaalausvärissä suunnittelun joustavuuden vuoksi. Valetusta alumiinista valmistetut koristelampun pylväät ovat hallitseva valinta uusiin koristeellisiin katuvalaistusasennuksiin, koska ne tarjoavat perinteistä estetiikkaa nykyaikaisilla materiaaliominaisuuksilla.
• Lasikuituvahvistettu polymeeri (FRP): FRP-koristevalopylväitä käytetään rannikolla, kemiantehtaissa ja muissa syövyttävissä ympäristöissä, joissa jopa alumiini vaatisi kohtuuttomia huoltoja, ja sovelluksissa, joissa metalliosia ei voida sietää. FRP-pylväitä voidaan valmistaa minkä tahansa värisenä ja pintarakenteena, ja niillä ei ole korroosioriskiä missä tahansa ilmakehän ympäristössä.

Kehrätyt betonipylväät

Kehrätyt betonipylväät ovat suuri tyyppityyppisiä lamppupylväitä, joita käytetään kehittyvillä markkinoilla ja joissakin raskaan liikenteen moottoritiesovelluksissa kehittyneillä markkinoilla, joissa niiden erittäin alhaiset kustannukset ja nollahuoltotarve ylittävät niiden raskaan painon ja rajoitetun esteettisen joustavuuden haitat. Esijännitetyt kehrätyt betonipylväät valmistetaan kaatamalla betoni pyörivään sylinterimäiseen muottiin, joka käyttää keskipakovoimaa seoksen lujittamiseksi esijännitetyn teräslangan ytimen ympärille. Tuloksena oleva pylväs on vahva, kestävä eikä vaadi pinnan huoltoa, mutta se on erittäin raskas, vaikea kuljettaa syrjäisiin paikkoihin, eikä sitä voida jauhemaalata tai muokata helposti valmistuksen jälkeen.

Kahdeksankulmaiset ja pyöreät terästolpat kaupallisiin sovelluksiin

Pysäköintipaikoille, liikekiinteistöille ja kevyelle teollisuudelle, joissa kohtalainen rakenteellinen suorituskyky ja kilpailukykyiset kustannukset ovat molemmat tärkeitä, kahdeksankulmaiset suorat teräspylväät on määritelty laajasti. Kahdeksanpuoleinen poikkileikkaus kestää paremmin tuulen aiheuttamaa tärinää kuin vastaavan seinämän paksuuden pyöreät poikkileikkaukset, koska kahdeksankulmainen geometria hajottaa pyörteiden irtoamisen, joka aiheuttaa pyöreän napojen värähtelyn tietyillä tuulennopeuksilla (ilmiö nimeltä Karman-pyörreresonanssi, joka on aiheuttanut väsymishäiriöitä korkean ympyrämäisen napa-alueen asennuksissa).

Valaisinpylväiden tyypit: vertailutaulukko

Aurinkosauvat: Kuinka integroitu aurinkovalaistus toimii

Auringon napat yhdistää perinteisen valopylvään rakenteelliset toiminnot integroituun aurinkopaneeliin, joka tuottaa sähköenergiaa valaisimen virtalähteeksi, akkujärjestelmään, joka varastoi päivänvalossa kerättyä energiaa yökäyttöä varten, ja älykkääseen ohjaimeen, joka hallitsee energian virtausta aurinkopaneelin, akun ja valaisimen välillä, jotta voidaan maksimoida luotettavat valaistustunnit riippumatta auringon säteilyn päivittäisestä vaihtelusta.

Aurinkonapajärjestelmän ydinkomponentit

Jokainen Solar Pole -järjestelmä integroi seuraavat komponentit, ja kunkin komponentin tekniset tiedot määräävät järjestelmän luotettavuuden, autonomian (kuinka monta peräkkäistä pilvistä päivää se voi toimia ilman latausta) ja kokonaiskustannukset:

• Aurinkopaneeli: Aurinkosähkömoduuli, joka muuntaa auringonvalon tasavirtasähköenergiaksi. Yksikiteiset silikonipaneelit, joiden hyötysuhde on 20–23 %, ovat aurinkonapasovellusten standardispesifikaatio, koska niiden suurempi hyötysuhde pinta-alayksikköä kohti mahdollistaa pienemmät paneelimitat annetulla teholla, mikä vähentää tuulikuormitusta pylvääseen ja parantaa aurinkopaneelin visuaalista suhdetta pylvään korkeuteen. Aurinkonapojen paneelien teholuokitukset vaihtelevat pienten käytävien valaistuspylväiden 30 watista 400 wattiin tai enemmän tehokkaisiin tievalaistuspylväisiin.
• Akun säilytysjärjestelmä: Tallentaa aurinkopaneelin tuottaman sähköenergian käytettäväksi yöllä ja pilvisellä kaudella. Litiumrautafosfaatti (LiFePO4) -akut ovat aurinkonapasovellusten nykyinen standardi pitkän käyttöiän (2 000 - 4 000 täyden lataus-purkausjakson, mikä vastaa 5 - 11 vuoden päivittäistä pyöräilyä), lämpöstabiilisuuden ja suuren energiatiheyden vuoksi. Lyijyakkuja käytetään edelleen kustannusherkissä sovelluksissa, mutta ne on vaihdettava useammin (yleensä 2–4 vuoden välein) ja niiden käyttöikä on huomattavasti lyhyempi.
• LED valaisin: Valontuotantolaite, lähes yleisesti LED uusissa aurinkonapa-asennuksissa, koska LEDin korkea valoteho (yleensä 130-180 lumenia wattia kohden tie- ja aluevalaisimissa) minimoi tietylle valaistustasolle vaaditun aurinkopaneelin ja akun koon, mikä vähentää suoraan koko aurinkonapajärjestelmän pääomakustannuksia.
• Latausohjain: Elektroninen laite, joka hallitsee akun latausta aurinkopaneelista, estää ylilatauksen ja ylipurkautumisen, ja nykyaikaisissa järjestelmissä ohjaa LED-valaisimien mukautuvaa himmennystä akun jäljellä olevan varaustilan, yöajan ja liiketunnistuksen tulojen perusteella maksimoidakseen järjestelmän autonomian aikoina, jolloin aurinkosyötöä on vähemmän.

Aurinkonapojen edut verkkoon kytkettyyn valaistukseen verrattuna

• Verkkoliitäntää ei tarvita: Aurinkonapat eliminoivat maanalaisten sähkökaapeleiden kaivamisesta aiheutuvat kustannukset, jotka ovat tyypillisesti 40–60 prosenttia tavanomaisen verkkoon kytketyn valaistusjärjestelmän kokonaiskustannuksista. Asennuksissa syrjäisille paikoille, uusille tielinjauksille, joissa ei ole sähköinfrastruktuuria, tai paikoissa, joissa verkkoon liittymiskustannukset ovat erityisen korkeat, näiden siviilikustannusten poistaminen tekee aurinkonapaista taloudellisesti kilpailukykyisiä tai parempia kuin verkkoon kytketyt vaihtoehdot.
• Nolla jatkuvaa sähkökustannuksia: Pääomakustannusten palautumisajan jälkeen Solar Poles toimii nolla sähköenergiakustannuksilla, koska aurinkopaneeli tuottaa kaiken tarvittavan sähköenergian vapaasta auringon säteilystä. Korkeat sähkötariffit markkinoilla oleville kunnille tämä jatkuva kustannussäästö on merkittävä taloudellinen etu verrattuna aurinkonapaasennuksen 15-25 vuoden käyttöikään.
• Nopea käyttöönotto: Aurinkonapaasennukset voidaan suorittaa huomattavasti nopeammin kuin verkkoon kytketyt vastaavat, koska verkkoliitännän tarjoaminen ei ole riippuvainen sähkölaitoksen saatavuudesta. Tämä etu on erityisen merkittävä turvavalaistuksen, tilapäisen tapahtumavalaistuksen ja uuden kehitysinfrastruktuurin osalta, jonka on oltava toiminnassa ennen pysyvän sähköverkkoinfrastruktuurin käyttöönottoa.

Aurinkonapojen rajoitukset ja suunnittelun rajoitukset

• Sijainnista riippuvainen aurinkovoimavara: Aurinkonapat tarjoavat luotettavan suorituskyvyn paikoissa, joissa auringonsäteily on riittävä (vuotuinen aurinkohuippu yli 4 tuntia päivässä), mutta niiden luotettavuus tulee ongelmalliseksi pohjoisilla leveysasteilla (yli 55 astetta pohjoista) talvikuukausina, jolloin auringon huipputunnit voivat laskea alle 1–2 tuntia päivässä pitkiä aikoja. Näillä paikoilla tarvitaan erittäin suuria aurinkopaneeleja ja akkujärjestelmiä luotettavaan talvikäyttöön, mikä lisää merkittävästi pääomakustannuksia ja mahdollisesti tekee verkkoon kytketyistä vaihtoehdoista edullisempia.
• Varjostuksen herkkyys: Aurinkopalassa oleva aurinkopaneeli asennetaan kiinteälle korkeudelle ja suunnalle, eikä sitä voi siirtää uudelleen, jos paikan varjostavat puita, uusia rakennuksia tai muita rakenteita asennuksen jälkeen. Jopa aurinkopaneelin osittainen varjostus voi vähentää sen energiantuotantoa dramaattisesti, koska useimmat standardi aurinkopaneelikokoonpanot käyttävät ohitusdiodeja, jotka saavat varjostetut kennot katkeamaan tehokkaasti, mikä vähentää paneelin tehoa enemmän kuin varjostetun alueen osuus yksin antaa olettaa.
• Akun vaihtokulut: Toisin kuin verkkoon kytketyt valaisimet, jotka vaativat vain lampun ja ohjaimen huoltoa, Solar Pole -järjestelmät vaativat pariston vaihdon 5–10 vuoden välein riippuen akun kemiasta ja purkautumissyvyydestä. Tämä akun vaihtokustannus on otettava huomioon aurinkonapojen ja verkkoon kytkettyjen vaihtoehtojen kokonaiselinkaarikustannusten vertailussa.

Optimaalinen kulma aurinkopaneeleille: fysiikka ja käytännön säännöt

Aurinkopaneelien optimaalinen kulma on kallistuskulma (mitattuna vaakatasosta), jossa kiinteästi kallistuva aurinkopaneeli sieppaa suurimman auringon kokonaissäteilyn koko vuoden ajalta tietyllä maantieteellisellä paikalla. Tämä kulma määräytyy asennuksen leveysasteella ja auringon deklinaation vaihtelulla ympäri vuoden.

Miksi Latitude määrittää aurinkopaneelien optimaalisen kulman?

Auringon korkeus taivaalla keskipäivällä (kun se on korkeimmalla taivaalla ja suoraan etelässä pohjoisella pallonpuoliskolla) vaihtelee havainnointialueen ja vuodenajan mukaan. Päiväntasaajalla (leveysaste 0 astetta) aurinko kulkee suoraan pään yläpuolella aurinkokeskellä päiväntasauksen aikana. Leveysasteella 45 astetta pohjoista (Minneapoliksen, Minnesotan tai Milanon, Italian likimääräinen leveysaste) aurinko on 45 astetta horisontin yläpuolella aurinkokeskellä päiväntasausten aikana ja matalammalla talvella, korkeammalla kesällä.

Kiinteästi kallistuva aurinkopaneeli kerää suurimman mahdollisen auringonsäteilyn, kun se on suunnattu kohtisuoraan auringonsäteitä vastaan. Koska auringon keskimääräinen korkeuskulma vuoden aikana on yhtä suuri kuin leveysasteen komplementti (90 astetta miinus leveysaste), aurinkopaneelien optimaalinen kulma tietyssä paikassa on suunnilleen sama kuin paikallinen leveysastekulma. Leveysasteella 35 astetta pohjoista (noin Los Angelesin, Kalifornian tai Tokion, Japanin leveysaste) optimaalinen vuotuinen kallistuskulma on noin 33-37 astetta. Leveysasteella 51 astetta pohjoista (noin Lontoon leveysasteella Englannissa tai Calgaryn leveysasteella Kanadassa) optimaalinen vuotuinen kallistuskulma on noin 49-53 astetta.

Tarkka optimaalisen kulman laskenta vuotuisen tuoton maksimoimiseksi

NREL:n ja PVWatts-työkalun tutkimus- ja simulaatiotiedot vahvistavat, että leveysasteen ja optimaalisen kallistuskulman välinen empiirinen suhde vuotuisen sadon maksimoimiseksi useimmissa paikoissa noudattaa seuraavaa kaavaa:

• Leveysasteille 0–25 astetta: Optimaalinen kallistuskulma on noin 0,87 kertaa leveysaste plus 3,1 astetta. Leveysasteella 20 astetta tämä antaa optimaalisen kallistuksen noin 20,5 astetta.
• Leveysasteille 25–50 astetta: Optimaalinen kallistuskulma on noin leveysaste plus 2-5 astetta. Leveysasteella 40 astetta optimaalinen kallistus on noin 42-45 astetta.
• Yli 50 asteen leveysasteille: Optimaalinen vuotuinen kallistuskulma on tyypillisesti 50–55 astetta, vaikka kausittaiset optimointistrategiat, jotka lisäävät kallistusta talvella ja pienentävät kesällä, voivat parantaa vuotuista tuottoa kiinteän kulman optimaaliseen verrattuna näissä korkeilla leveysasteilla.

Tuottosakko optimikulman poikkeamisesta plus tai miinus 5 astetta on tyypillisesti vain 1–3 % vuosituotosta , mikä tarkoittaa, että käytännölliset rajoitteet, kuten rakenteellinen mukavuus, estetiikka tai tarve kiinteän kulman kannakkeelle aurinkonapaan, voidaan ottaa huomioon ilman merkittäviä energiantuotantouhreja. Tuottosakko tulee merkittävämmäksi yli 10-15 asteen poikkeamissa optimaalisesta, erityisesti pohjoisen pallonpuoliskon etelään päin olevissa paneeleissa, joissa 20 asteen poikkeama optimaalisesta kallistuksesta vähentää vuotuista tuottoa 5-10%.

Optimaaliset vuotuiset kallistuskulmat Yhdysvaltain alueen mukaan

Aurinkopaneeli Direction by Zip Code: How to Find Your Site-Specific Optimal Orientation

Aurinkopaneelien tarkan suunnan löytäminen postinumeron perusteella mihin tahansa paikkaan Yhdysvalloissa edellyttää jonkin julkisesti saatavilla olevan aurinkoresurssien analysointityökalun käyttöä, joka laskee aurinkopaneelin optimaalisen suunnan ja arvioidun vuosittaisen energiantuotannon tietyissä maantieteellisissä koordinaateissa. Arvovaltaisin ja laajimmin käytetty työkalu on NREL:n PVWatts Calculator, joka on vapaasti saatavilla verkossa ja joka laskee aurinkopaneelijärjestelmän vuosittaisen vaihtovirtaenergian tuotannon ja kapasiteettikertoimen missä tahansa Yhdysvalloissa.

Kuinka käyttää NREL PVWatteja aurinkopaneelien ohjaamiseen postinumeron mukaan

1. Siirry PVWatts-laskuriin osoitteessa pvwatts.nrel.gov ja kirjoita postinumerosi tai osoitteesi sijainnin hakukenttään. Työkalu tunnistaa lähimmän aurinkoresurssitietoaseman ja lataa sijaintisi auringon säteilytehotiedot.
2. Anna järjestelmän kapasiteetti arvioimasi aurinkopaneelin (paneelin tai ryhmän DC wattihuippuluokitus). Yhden aurinkonapajärjestelmän osalta tämä voi olla 100–200 wattia; suurelle katolle tai maahan asennetulle järjestelmälle se voi olla kilowattia tai megawattia.
3. Aseta kallistuskulma leveysastettasi vastaavaan arvoon (hyvä aloituslikimäärä) ja aseta atsimuutti 180 asteeseen (todellinen etelä pohjoisella pallonpuoliskolla). Huomaa näytössä oleva arvioitu vuotuinen energiantuotanto.
4. Vaihtele kallistuskulmaa 5 asteen välein leveysasteesi ylä- ja alapuolella ja tarkkaile vuotuisen energiantuotannon muutosta. Kallistuskulma, joka tuottaa suurimman vuotuisen energiantuotannon, on paikkakohtainen optimikulma aurinkopaneeleille.
5. Varmista, että suunta on oikea etelään (atsimuutti 180 astetta PVWatts-yleissopimuksessa), ei magneettinen etelä. Ero todellisen etelän ja magneettisen etelän välillä (magneettinen deklinaatio) vaihtelee sijainnin mukaan: Itä-Yhdysvalloissa magneettinen pohjoinen on noin 10–15 astetta todellisen pohjoisen länsipuolella, mikä tarkoittaa, että etelän kompassin lukemaa on korjattava todellisen etelän löytämiseksi.

Useimmissa Yhdysvaltojen mantereen sijainneissa PVWatts-optimaalisen kallistuskulman tulos on 2–4 asteen sisällä paikan leveysasteesta, mikä vahvistaa leveysaste-on-optimaalinen-kallistus-peukalosääntöä käytännöllisenä lähtökohtana. Paikat, joissa on merkittävää pilvisyyttä tiettyinä vuodenaikoina (kuten Tyynenmeren luoteisosa, jossa on runsaasti talvipilviä), voivat näyttää hieman erilaisen optimin kuin yksinkertainen leveysastesääntö, koska aurinkoresurssit eivät ole jakautuneet tasaisesti neljälle vuodenajalle.

Aurinkopaneeli Direction for Solar Poles: Practical Mounting Considerations

Kun aurinkopaneeli asennetaan aurinkopylvääseen, PVWatteista laskettu optimaalinen suunta tulisi toteuttaa pylväsasennettavan kannakkeen suunnittelussa. Aurinkonapa-asennuksilla on kuitenkin erityisiä käytännön rajoituksia, jotka joskus muuttavat teoreettista optimia:

• Tuulen kuormitus aurinkopaneeliin: Kallistuskulmaan pylvääseen asennettu aurinkopaneeli toimii tuulipurjeena, joka tuottaa pylvääseen merkittävän sivuttaisvoiman, joka kasvaa paneelin pinta-alan ja kallistuskulman myötä. Yli 45 asteen leveysasteilla optimaaliset 45-50 asteen kallistuskulmat tuottavat suurempia tuulikuormia kuin pienemmät kallistuskulmat, mikä saattaa edellyttää vahvempaa pylvään poikkileikkausta tai perustan määrittelyä. Vyöhykkeillä, joilla on kova tuuli, voidaan käyttää käytännöllistä 10–15 asteen kallistusta teoreettisen optimin alapuolelle tuulen kuormituksen vähentämiseksi hyväksyttävälle tasolle, jolloin voidaan hyväksyä pieni (2–5 %) vuosittaisen energiantuotannon lasku.
• Varjostus pylvästä tai valaisinvarresta: Itse pylväsrakenne ja valaisimen varsi voivat varjostaa aurinkopaneelia tiettyinä vuorokaudenaikoina, erityisesti varhain aamulla ja myöhään iltapäivällä, kun aurinko on matalalla ja kulmassa, joka tuo pylvään varjon paneelin yli. Paneelin sijoittelu pylvääseen tulee arvioida itsevarjostuksen suhteen äärimmäisissä auringon kulmissa asennusleveysasteessa sen varmistamiseksi, ettei merkittävää varjostusta esiinny suuren säteilyn keskipäivän tunteina.
• Tien suuntaus: Teille asennettujen aurinkopylväiden suuntaa saattaa rajoittaa tielinjaus, joka ei välttämättä kulje täsmälleen itä-länsisuuntaan. Aurinkopaneeli aurinkonavalla pohjois-etelä-tien varrella ei voi olla etelään päin työntymättä ajoradalle. Tällaisissa tapauksissa paneelin suuntaus asetetaan tyypillisesti suurimmaksi etelään päin olevaan kulmaan, joka on saavutettavissa asennuksen tilarajoitusten puitteissa.

Aurinkonapojen määrittäminen verkon ulkopuolisiin valaistusprojekteihin: Koko järjestelmän mitoitus

Aurinkosauvan oikea mitoitus verkon ulkopuoliseen valaistukseen edellyttää järjestelmän energiantarpeen laskemista (LED-valaisimen teholuokituksen ja yökohtaisten käyttötuntien perusteella), työmaalla käytettävissä olevan aurinkoenergian, vaaditun autonomian edellyttämän akun varastoinnin (peräkkäisten pilvisten päivien lukumäärä järjestelmän on toimittava ilman aurinkoa) ja aurinkopaneelialueen, joka tarvitaan akun tyypilliseen lataukseen, jotta työpaikan tyypilliset olosuhteet voidaan ladata luotettavasti.

Askel askeleelta aurinkonapajärjestelmän mitoitus

1. Määritä öinen energiantarve: Kerro LED-valaisimen teho watteina vaadituilla käyttötunteilla per yö. 60 watin LED-valaisin, joka toimii 12 tuntia yössä, vaatii 720 wattituntia (0,72 kWh) energiaa yötä kohti.
2. Määritä tarvittava akun kapasiteetti: Kerro öinen energiantarve vaadituilla autonomiapäivillä (tyypillisesti 3–5 päivää useimmissa kaupallisissa aurinkonapasovelluksissa) ja jaa akun purkaussyvyydellä (enintään 80 % LiFePO4:lle). Viiden päivän autonomia: 720 Wh x 5 päivää jaettuna 0,80:lla = vaaditaan 4 500 Wh (4,5 kWh) akkukapasiteetti.
3. Määritä aurinkopaneelin vähimmäiskapasiteetti: Aurinkopaneelin on ladattava akku minimilataustilasta (edellä olevassa esimerkissä 5 peräkkäisen pilvisen päivän jälkeen) kohtuullisessa ajassa auringon paistaessa, samalla kun se toimittaa päivittäistä käyttöenergiaa. Käyttämällä sivuston keskimääräistä päivittäistä huippuaurinkotuntia PVWatteista, jaa päivittäinen kokonaisenergiantarve (latausreservi plus käyttöenergia) huippuluokan aurinkotunneilla saadaksesi paneelin wattihuippujen vähimmäisluokituksen.
4. Käytä suunnittelumarginaalia: Lisää 20–30 % suunnittelumarginaali laskettuun paneelin vähimmäiskokoon ottaaksesi huomioon paneelin likaisuuden, lämpötilan alenemisen, kaapelihäviöt ja ohjaimen tehottomuuden. Tämä marginaali varmistaa luotettavan suorituskyvyn järjestelmän koko suunnittelun käyttöiän ajan, kun nämä häviötekijät kasaantuvat.

Usein kysytyt kysymykset

1. Kuinka korkeat ovat tavallisten asuinkatujen valopylväät?

Tavallisia asuinrakennusten katuvalopylväitä ovat tyypillisesti 5-8 metriä (16-26 jalkaa) korkeus, ja 6 metriä on yleisimmin määritelty korkeus tavallisille asuinkaduille, joissa yksikaistaisen ajoradan leveys on 6–8 metriä. Tällä korkeudella tavalliset LED-tievalaisimet, joissa on tyypin II tai tyypin III fotometriset jakaumat, tarjoavat tavoitevalaistuksen asuinkaduille (tyypillisesti 5–15 luksia keskimääräinen ylläpidetty valaistus riippuen sovellettavasta tievalaistusstandardista) pylväsvälillä 25–35 metriä.

2. Mitkä ovat nykyaikaisissa kaupunkiympäristöissä käytetyt päätyypit?

Valaisinpylväiden päätyypit nykyaikaisissa kaupunkiympäristöissä ovat: galvanoidut teräksiset kartiopylväät yleisvalaistukseen (maailmanlaajuisesti yleisimmin käytetty tyyppi rakenteellisen suorituskyvyn ja alhaisten kustannusten yhdistelmän vuoksi); alumiiniset kartiopylväät rannikko- ja korkealuokkaisiin asennuksiin, jotka vaativat korroosionkestävyyttä ilman huoltoa; alumiinista valetut koristepylväät kaupunkikeskuksiin, aukioihin ja ostoskaduille, joissa estetiikka on yhtä tärkeä kuin toiminnallisuus; FRP-komposiittipylväät kemiallisesti aggressiivisiin ympäristöihin; ja kehrätyt betonipylväät kehittyvillä markkinoilla, joilla minimaalinen huolto ja erittäin alhaiset kustannukset ovat ensisijaiset tekijät. Aurinkonapat edustavat kasvavaa luokkaa, joka voidaan konfiguroida mihin tahansa näistä rakenteellisista muodoista lisäämällä aurinkopaneelia ja akkukomponentteja.

3. Mikä on aurinkopaneelien optimaalinen kulma leveysasteella 35 astetta pohjoista?

Leveysasteella 35 astetta pohjoista (noin Los Angeles, Kalifornia; Dallas, Texas; tai Tokio, Japani) aurinkopaneelien optimaalinen kulma vuotuisen energian suurimman tuoton saavuttamiseksi on noin 33-37 astetta vaakatasosta, mikä on lähellä paikallista leveysastekulmaa mutta hieman sen yläpuolella. Tämä kallistus on seurausta kesän ja talven aurinkopolkujen välisestä epäsymmetriasta tällä leveysasteella: kesä tuo erittäin korkean aurinkokulman pitkillä päivillä, jotka voidaan kaapata pienemmillä kallistuskulmilla, kun taas talvi tuo matalan aurinkokulman lyhyillä päivillä, mikä hyötyy korkeammista kallistuskulmista, ja optimaalinen vuotuinen tasapaino putoaa hieman leveysastekulman yläpuolelle näillä keskileveysasteilla.

4. Kuinka löydän aurinkopaneelien suunnan postinumeron perusteella tietylle sijaintipaikalleni?

Tarkin tapa selvittää aurinkopaneelien suunta postinumeron perusteella on käyttää NREL PVWatts -laskuria osoitteessa pvwatts.nrel.gov. Syötä postinumerosi, aseta paneelin atsimuutti 180 asteeseen (todellinen etelä), muuta kallistuskulmaa 5 asteen välein ja huomioi vuotuinen energiantuotto jokaisella kallistuksella. Kallistus, joka tuottaa suurimman vuosituotannon, on paikkakohtainen optimaalinen kulma aurinkopaneeleille. Muista, että PVWatts atsimuutti käyttää todellista pohjoista nollana, joten 180 astetta vastaa todellista etelää. Magneettinen etelä eroaa todellisesta etelästä paikallisella magneettisella deklinaatioarvolla, jota on käytettävä, jos käytät kompassia paneelin suuntaamiseen.

5. Kuinka aurinkonapat toimivat ja kuinka kauan ne kestävät?

Aurinkosauvat toimivat keräämällä aurinkoenergiaa pylväsrakenteeseen asennetun aurinkopaneelin kautta, varastoimalla energian laivan akkujärjestelmään ja käyttämällä tätä varastoitunutta energiaa LED-valaisimen virransyöttöön yöaikaan. Älykäs latausohjain hallitsee energian virtausta säätämällä valaisimen kirkkautta akun tilan ja yöajan perusteella luotettavuuden maksimoimiseksi. Rakenteellisten pylväiden osien käyttöikä on 20-30 vuotta tavanomaisten valaisinpylväiden kanssa. Aurinkopaneelien tyypillinen suoritustakuu on 25 vuotta. LED-valaisimet kestävät 50 000 - 100 000 tuntia. LiFePO4-akut on vaihdettava 7–10 vuoden välein, mikä on yleisin huoltotapahtuma aurinkonavan elinkaaren aikana.

6. Ovatko aurinkopylväät kustannustehokkaampia kuin verkkoon kytketty valaistus?

Aurinkonapat ovat yleensä kustannustehokkaampia kuin verkkoon kytketty valaistus, kun maanalaisten sähkökaapeleiden kaivuukustannukset ovat korkeat, kun asennuspaikka on kaukana olemassa olevasta sähköinfrastruktuurista tai kun sovellettava sähkötariffi on korkea. Aurinkonapajärjestelmän pääomakustannukset ovat tyypillisesti 30–60 % korkeammat kuin verkkoon kytketty vastaava pylväskohta, mutta tämän lisäyksen kompensoi siviilikaivatuksen kustannukset (jotka ovat tyypillisesti 40–60 prosenttia verkkoon kytketyn asennuskustannukset) ja jatkuvat sähkökustannukset järjestelmän käyttöiän aikana. Kohteissa, joissa verkkoon liittymiskustannukset ovat alhaiset ja sähkötariffit alhaiset, talous suosii verkkoon kytkettyjä järjestelmiä.

7. Onko aurinkopaneelin suunnalla väliä, jos kallistan sitä oikeaan kulmaan?

Kyllä, sekä aurinkopaneelin kallistuskulma että suunta (atsimuutti) ovat tärkeitä energiantuotannon maksimoimiseksi. Pohjoisella pallonpuoliskolla aurinkopaneelin tulee osoittaa todellista etelää (atsimuutti 180 astetta) maksimoidakseen altistuksen auringon polulle taivaalla. Todellisen etelän itään tai länteen osoittaminen vähentää merkittävästi vuotuista energiantuotantoa: kaakkoon tai lounaaseen (45 astetta todellisesta etelästä) päin oleva paneeli sieppaa noin 90–93 % todellisen etelään päin olevan paneelin energiasta optimaalisella kallistuksella. Oikeasti itään tai länteen päin oleva paneeli sieppaa vain noin 75–80 % optimaalisen etelään päin olevan paneelin energiasta. Aurinkopaneelin suunta postinumerotyökalulla vahvistaa todellisen etelän missä tahansa paikassa paikalliset tekijät huomioiden.

8. Mitä eroa on aurinkopylväällä ja perinteisellä aurinkosähköliitännällä varustetulla valopylväällä?

Aurinkonapa on täysin integroitu itsenäinen valaistusjärjestelmä, jossa aurinkopaneeli, akku, ohjain ja valaisin on kaikki suunniteltu ja suunniteltu toimimaan yhdessä yhtenä järjestelmänä, ja pylväsrakenne on suunniteltu kantamaan aurinkopaneelin tuulen kuormitusta ja integroimaan akkulokero pylvään pohjaan tai tarkoitukseen suunniteltuun koteloon. Perinteinen valopylväs erillisellä aurinkosähköliitännällä on hybridijärjestely, jossa pylväs on alunperin suunniteltu verkkoon kytkettyyn palveluun ja aurinkopaneeli on lisätty jälkikäteen, usein pinta-asennetulla akkukotelolla ja latausohjaimella, joita ei ehkä ole rakenteellisesti integroitu tai optimaalisesti määritelty pylvään maantieteellisen sijainnin ja valaistusvaatimusten mukaan. Tarkoituksenmukaiset aurinkopylväät tarjoavat paremman suorituskyvyn, paremman esteettisyyden ja pidemmän käyttöiän kuin muunnetut perinteiset pylväät useimmissa sovelluksissa.

9. Voivatko aurinkonapat toimia luotettavasti pohjoisissa osavaltioissa, joissa auringonpaistetta on vähemmän?

Aurinkonapat voivat toimia luotettavasti pohjoisissa osavaltioissa, kuten Minnesotassa, Wisconsinissa, Michiganissa ja Tyynenmeren luoteisosassa, mutta ne on mitoitettava sopivasti alempaa talviaurinkoresurssia varten näissä paikoissa. Tärkeimmät pohjoisen aurinkonapa-asennuksien suunnittelun mukautukset ovat: suurempi aurinkopaneelin kapasiteetti riittävän energian talteenottamiseksi lyhyinä talvipäivinä (paneelin ja kuormituksen suhteen nostaminen eteläisille asennuksille tyypillisestä 1,2:sta 1,5:een 2,0:sta 3,0:aan tai korkeampaan); suurempi akun kapasiteetti, joka takaa vaaditun usean päivän autonomian pitkien pilvisten kausien aikana; mukautuvat himmennysohjaimet, jotka vähentävät valaisimen tehoa vähäisten resurssien aikana ja lisäävät itsenäisyyttä; ja aurinkopaneelien optimaalisen kulman huolellinen optimointi talven energian talteenoton priorisoimiseksi kallistamalla paneelia leveysastekulmaa jyrkemmäksi, jolloin hyväksytään kesän tuoton pieneneminen vastineeksi parantuneesta talven suorituskyvystä.

10. Miten tuulen kuormitus vaikuttaa aurinkopylväiden suunnitteluun verrattuna perinteisiin valopylväisiin?

Tuulen kuormitus aurinkopylväässä on huomattavasti suurempi kuin tavanomaisessa vastaavan korkeudessa olevalla valopylväällä, koska pylvääseen asennettu aurinkopaneeli toimii purjeena, joka tuottaa huomattavan sivuttaisvoiman tuulen puhaltaessa kohtisuorassa paneelin pintaan nähden. 200 watin yksikiteinen aurinkopaneeli, jonka mitat ovat noin 1,0 metriä x 1,7 metriä, edustaa tuulelle 1,7 neliömetriä projisoitua pinta-alaa. Suunniteltu tuulen nopeus on 45 m/s (tyypillinen arvo ASCE 7 kategorian II tuulivyöhykkeelle) tämä paneelin pinta tuottaa noin 2 500 - 3 500 newtonin tuulen voiman paneelin kannakkeelle ja pylvään yläpuolelle, jota pylväsrakenteen ja perustusten on vastustettava. Tämä lisäkuormitus vaatii tyypillisesti pylvään seinämän paksuuden 20–40 % suuremman kuin vastaavankorkuinen tavanomainen pylväs, ja perustan, jonka upotussyvyys on syvempi tai betonipohjan halkaisija on suurempi, jotta se kestää korkeamman kaatumismomentin laadussa.