Fórmulas clave para el diseño de alumbrado público solar

Este artículo resume las fórmulas esenciales que se utilizan comúnmente en el diseño de farolas solares, integrando estándares nacionales y estudios de casos prácticos de varios artículos:

1. Cálculo de la iluminancia media de la carretera

Fórmula:
Promedio = (N × Φ × U × K) / A

• Descripción del parámetro:
  • N: Número de accesorios
  • Φ: Flujo luminoso total por lámpara (lm)
  • U: Factor de utilización (0,4-0,6)
  • K: Factor de mantenimiento (0,7-0,8)
  • A: Área de la carretera (m2) = Ancho de la carretera × Espaciado de las lámparas

Ejemplo:
Carretera de 6 m de ancho, distancia entre lámparas de 30 m, utilizando LED de 10 000 lm, iluminación unilateral:
Promedio ≈ (1 × 10 000 × 0,5 × 0,75) / (6 × 30) ≈ 20,8 lx

2. Cálculo de la potencia del panel solar

Fórmula:
Ppv = Qdía / (Hpico × ηsys)

• Descripción del parámetro:
  • Qday = PLED × Twork (Consumo diario de energía, Wh)
  • Hpeak: Promedio anual local de horas pico de luz solar (ver datos meteorológicos, p. ej., Beijing 4,5 h)
  • ηsys: Eficiencia del sistema (0,6-0,75, incluidas pérdidas de línea y pérdidas del controlador)

Ejemplo:
Potencia de carga 80 W, funcionamiento diario 10 h, Shanghai Hpeak=3,8 h:
Ppv ≈ (80 × 10) / (3,8 × 0,65) ≈ 324 W

3. Cálculo de la capacidad de la batería

Fórmula:
C = (Qdía × D) / (DOD × ηbat × Vsys)

• Descripción del parámetro:
  • D: Número de días nublados consecutivos (normalmente 3-5 días)
  • DOD: Profundidad de descarga (0,5 para baterías de plomo-ácido, 0,8 para baterías de litio)
  • ηbat: Eficiencia de carga/descarga (0,85-0,95)
  • Vsys: Voltaje del sistema (12 V/24 V)

Ejemplo:
Consumo diario 800Wh, sistema 24V, autonomía de 3 días, batería de litio:
C ≈ (800 × 3) / (0,8 × 0,9 × 24) ≈ 138,9 Ah → Elija una batería de 150 Ah

4. Ángulo de instalación del panel solar

Fórmula:
θ = φ + (5° a 15°)

• Descripción del parámetro:
  • φ: Latitud geográfica local
  • Optimización de invierno: latitud +10°~15°, optimización de verano: latitud -5°

Ejemplo:
Latitud de Nanjing 32°, ángulo de inclinación del soporte fijo establecido en 37° (32°+5°) para mejorar la generación de energía en invierno.

5. Presión del viento sobre los paneles solares

Fórmula:
F = 0,61 × v2 × A

• Descripción del parámetro:
  • v: Velocidad máxima del viento (m/s)
  • A: Área del panel fotovoltaico orientada al viento (m2)

Ejemplo:
Área del panel 2m2, velocidad del viento de diseño 30m/s:
F = 0,61 × (30)2 × 2 = 1098 N
Es necesario verificar la resistencia al viento del poste de la lámpara y de la base.

6. Corrección de la tensión de funcionamiento de los componentes (efecto de la temperatura)

Fórmula:
Vmp = Vmp(STC) × [1 + α × (T – 25)]

• Descripción del parámetro:
  • α: Coeficiente de temperatura (aproximadamente -0,35%/°C para silicio monocristalino)
  • T: Temperatura de funcionamiento real (°C)

Ejemplo:
Tensión nominal del componente 18 V, temperatura de funcionamiento 60°:
Vmp ≈ 18 × [1 – 0,0035 × (60-25)] ≈ 15,3 V

7. Compensación de caída de tensión debido a la temperatura

Fórmula:
ΔV = Serie N × α × ΔT × Vmp(STC)

Ejemplo:
3 componentes conectados en serie, cada uno Vmp=30 V, diferencia de temperatura 35°:
ΔV ≈ 3 × (-0,0035) × 35 × 30 ≈ -11V
Es necesario ajustar el rango de voltaje MPPT.

8. Diseño de optimización de la capacidad de los paneles solares

Fórmula empírica:
Ppv(opt) = 1.2 × PvP

• Considere las sombras y la pérdida de polvo (reducción de la eficiencia de 10-20%)
• Al conectar varios componentes en paralelo, aumente los diodos de derivación para reducir los efectos de punto caliente.

9. Tabla de comparación de parámetros de diseño típicos

Nota: El diseño real debe combinarse con simulaciones de PVsyst y simulaciones de iluminación DIALux, y validarse mediante pruebas de campo.