Comment concevoir l'éclairage public solaire d'une école

Ce guide fournit un cadre détaillé pour la conception de systèmes d'éclairage public solaires destinés aux campus universitaires. Il s'appuie sur les principales normes internationales, telles que CIE, EN 13201 et ANSI/IES, il couvre les éléments essentiels, notamment les niveaux d'éclairement, l'efficacité des luminaires, la température de couleur, la conception des poteaux, la configuration du système et l'analyse coûts-avantages, tous adaptés aux besoins uniques de sécurité et d'esthétique d'un environnement de campus.

1. Normes de performance et de conception de l'éclairage

1.1 Éclairement (Lux) et uniformité

Des niveaux d’éclairage appropriés sont essentiels pour la sécurité des piétons et des véhicules sur le campus.

• Routes principales : Un éclairement horizontal moyen (E_avg) de ≥10 lx est requise, avec une uniformité globale (Uo = éclairement minimal / éclairement moyen) de ≥0,4Cela garantit un éclairage constant, évitant la fatigue visuelle et les points sombres qui présentent des risques pour la sécurité.
• Routes secondaires et sentiers piétonniers : Un éclairement moyen de ≥ 5 lx avec une uniformité globale (Uo) de ≥0,3 est suffisant.
• Intersections et escaliers : Ces zones nécessitent un éclairement vertical renforcé (recommandé ≥ 10 lx) pour améliorer la reconnaissance faciale et la visibilité des obstacles.

1.2 Flux lumineux (lumens) et efficacité

• Calcul du lumen :
  Lumens requis par lampe = [Éclairement cible (lx) × Surface éclairée (m²)] ÷ [Facteur d'utilisation × Facteur de maintenance]. Les facteurs combinés varient généralement entre 0,6 et 0,7.
  Exemple : Pour atteindre 10 lx sur une section de route de 30 m x 5 m (150 m²), un luminaire aurait besoin d'environ (10 × 150) / 0,6 ≈ 2 500 lumens.
• Exigence d'efficacité :
  Les luminaires solaires à LED devraient avoir une efficacité de ≥120 lm/W pour maximiser la conversion d’énergie et minimiser la taille du système.

1.3 Sélection de la température de couleur (CCT)

• Plage recommandée : 4 000 K – 5 000 K (Blanc neutre à blanc froid).
• Raisonnement: La température de couleur 4 000 K offre un équilibre entre clarté visuelle et confort, imitant la lumière naturelle du jour. La température de couleur 5 000 K offre une lumière plus nette, adaptée aux zones nécessitant une vigilance accrue, comme les entrées de parking.
• Conseil crucial : Évitez les CCT supérieures à 6 000 K. La forte teneur en lumière bleue peut provoquer des éblouissements et une fatigue visuelle.

1,4 Indice de rendu des couleurs (IRC)

• Standard: Un minimum de Ra ≥80 est l’exigence de base.
• Recommandation: Pour les zones proches des laboratoires, des bâtiments artistiques ou des points de contrôle de sécurité, un IRC plus élevé de Ra ≥ 90 est recommandé pour garantir une perception précise des couleurs des objets, des panneaux et des dangers potentiels.

2. Conception structurelle et spécifications

2.1 Hauteur et espacement des poteaux

Points clés de conception :

• Le rapport hauteur/espacement doit être ≤ 3,5 pour assurer un chevauchement lumineux adéquat et respecter les normes d'uniformité (par exemple, un poteau de 6 m doit avoir un espacement ≤ 21 m).
• Sur les routes courbes, réduisez l'espacement d'environ 20% pour éliminer les zones sombres.

Matériau du pôle 2.2

• Choix principal : Acier galvanisé à chaud (nuance Q235 avec une épaisseur de paroi ≥ 3,5 mm). Il offre une excellente résistance à la corrosion, résiste à des vents de force ≥ 12 et a une durée de vie de plus de 20 ans.
• Alternatives : Alliage d'aluminium (léger et esthétique mais plus coûteux) ou composites de béton (durables mais difficiles à transporter et à installer).

2.3 Configuration du panneau photovoltaïque (PV) et de la batterie (Section corrigée)

Il s’agit du calcul le plus critique pour un système d’éclairage solaire fiable.

• Formule de dimensionnement des panneaux photovoltaïques :
  Puissance du panneau photovoltaïque (Wc) ≥ (Consommation énergétique quotidienne (Wh) × Facteur de redondance) ÷ Heures d'ensoleillement de pointe locales (h)

  Exemple: Pour un luminaire de 60 W avec un profil intelligent (par exemple, 4 heures à 100% et 6 heures à 30%), l'autonomie équivalente à pleine puissance est de 6,8 heures.
  • Consommation quotidienne = 60 W × 6,8 h = 408 Wh.
  • Production quotidienne requise (avec un facteur de redondance de 1,5) = 408 Wh × 1,5 = 612 Wh.
  • En supposant 4,0 heures d'ensoleillement de pointe en moyenne : Puissance du panneau PV ≥ 612 Wh / 4h = 153 WpUn panneau de 160 Wp ou 180 Wp est recommandé.

• Dimensionnement de la capacité de la batterie :
  Capacité de la batterie (Wh) ≥ Consommation énergétique quotidienne (Wh) × Jours d'autonomie

  Exemple: Pour une consommation journalière de 408Wh et 3 jours d'autonomie (par temps pluvieux/nuageux) :
  • Capacité de batterie requise ≥ 408 Wh × 3 jours = 1224 Wh.
  • En utilisant un système de batterie LiFePO4 de 12,8 V : Capacité (Ah) = 1224 Wh / 12,8 V ≈ 96 Ah. A 12,8 V/100 Ah la batterie est un choix approprié.

3. Conception d'un système de contrôle intelligent

3.1 Stratégies d'éclairage automatisées

• Gradation basée sur le temps : Programmez le contrôleur pour ajuster la luminosité en fonction de l’activité typique du campus.
  • 18h00 – 22h00 (heures de pointe) : Luminosité 100%.
  • 22h00 – 06h00 (heures creuses) : Réduisez l'intensité lumineuse jusqu'à 30%-50% pour économiser l'énergie.
• Détection de mouvement : Intégrez un capteur micro-ondes ou PIR (avec un rayon de détection ≥ 10 m). Lorsqu'un piéton ou un véhicule est détecté en dehors des heures de pointe, la lumière s'intensifie instantanément à 80-100% et revient en mode tamisé après un délai défini.

3.2 Surveillance des défauts à distance

Utilisez la technologie IoT (par exemple, LoRa/NB-IoT) pour mettre en réseau les éclairages. Cela permet à une plateforme centrale de surveiller en temps réel des données telles que la tension, l'efficacité de charge et l'état des lampes, permettant ainsi une maintenance proactive et des alertes de panne.

4. Optimisation du système et analyse coûts-avantages (Estimations révisées)

4.1 Répartition de l'investissement initial (estimation pour 100 unités)

4.2 Économies sur les coûts opérationnels

• Économies d'électricité : Une lampe solaire remplace une lampe HPS classique de 100 W (consommant environ 120 W avec ballast). Fonctionnant 10 heures par jour, les économies annuelles par lampe sont d'environ 1,2 kWh × 365 jours × $0,15/kWh = $65,7/anLes lampes solaires ont des coûts d'électricité de $0.
• Économies d'entretien : Grâce à l'absence de câbles à inspecter et à la longue durée de vie des LED (plus de 50 000 heures), la maintenance est considérablement réduite. Comparés aux remplacements fréquents d'ampoules et de ballasts, les coûts peuvent être réduits. abaissé par 50%-70%.

4.3 Estimation du retour sur investissement (ROI)

• Économies annuelles par lumière (est.) : $65,7 (Énergie) + $35 (Économies d'entretien) ≈ $100.
• Investissement par lumière (est.) : $545.
• ROI estimé : ~$100 / $545 ≈ 18,3% par an.
• Période de récupération : Environ 4 à 6 ans.

4.4 Calendrier d'entretien recommandé

• Nettoyage des panneaux photovoltaïques : Tous les 3 à 6 mois dans les zones poussiéreuses pour maintenir l'efficacité de la charge. Sous d'autres climats, la pluie suffit souvent.
• Vérification de l'état de la batterie : Surveillance via le système à distance. Un contrôle physique ponctuel est recommandé tous les 2 ans. Les batteries LiFePO4 ont généralement une durée de vie de 5 à 8 ans.

5. Processus de conception et recommandations de mise en œuvre

1. Prioriser la simulation d'éclairage : Utilisez des logiciels professionnels comme DIALux Lors de la phase de conception, une simulation est réalisée. Elle permet de valider que l'agencement proposé répond à tous les objectifs d'éclairement et d'uniformité avant l'achat.
2. Valider avec un projet pilote : Installez un petit nombre d'unités sur un tronçon routier représentatif. Testez leurs performances en conditions réelles, notamment leur capacité à fonctionner pendant ≥ 72 heures par jours nuageux consécutifs.
3. Prioriser les domaines clés pour les mises à niveau : Déployez le projet en vous concentrant d’abord sur les zones à fort trafic (par exemple, les chemins entre les dortoirs, les bibliothèques et les réfectoires) et les problèmes de sécurité connus comme les virages serrés ou les intersections mal éclairées.