Rumus-Rumus Utama untuk Perancangan Lampu Jalan Tenaga Surya

Artikel ini merangkum rumus-rumus penting yang umum digunakan dalam desain lampu jalan tenaga surya, dengan mengintegrasikan standar nasional dan studi kasus praktis dari berbagai makalah:

1. Perhitungan Pencahayaan Jalan Rata-Rata

Rumus:
Rata-rata = (N × Φ × U × K) / A

• Deskripsi Parameter:
  • N: Jumlah perlengkapan
  • Φ: Fluks cahaya total per lampu (lm)
  • U: Faktor pemanfaatan (0,4–0,6)
  • K: Faktor pemeliharaan (0,7–0,8)
  • A: Luas jalan (m2) = Lebar jalan × Jarak antar lampu

Contoh:
Jalan selebar 6 meter, jarak antar lampu 30 meter, menggunakan LED 10.000 lm, penerangan satu sisi:
Rata-rata Rata-rata ≈ (1 × 10.000 × 0,5 × 0,75) / (6 × 30) ≈ 20,8 lx

2. Perhitungan Daya Panel Surya

Rumus:
Ppv = Qday / (Hpeak × ηsys)

• Deskripsi Parameter:
  • Qday = PLED × Twork (Konsumsi energi harian, Wh)
  • Hpeak: Rata-rata jam sinar matahari puncak tahunan lokal (periksa data meteorologi, misalnya, Beijing 4,5 jam)
  • ηsys: Efisiensi sistem (0,6-0,75, termasuk kerugian saluran, kerugian pengontrol)

Contoh:
Daya beban 80W, operasi harian 10 jam, Hpeak Shanghai = 3,8 jam:
Ppv ≈ (80 × 10) / (3,8 × 0,65) ≈ 324 W

3. Perhitungan Kapasitas Baterai

Rumus:
C = (Qhari × H) / (DOD × ηbat × Vsys)

• Deskripsi Parameter:
  • D: Jumlah hari berawan berturut-turut (biasanya 3-5 hari)
  • DOD: Kedalaman pengosongan (0,5 untuk baterai timbal-asam, 0,8 untuk baterai litium)
  • ηbat: Efisiensi pengisian/pengosongan (0,85-0,95)
  • Vsys: Tegangan sistem (12V/24V)

Contoh:
Konsumsi harian 800Wh, sistem 24V, cadangan daya 3 hari, baterai lithium:
C ≈ (800 × 3) / (0,8 × 0,9 × 24) ≈ 138,9 Ah → Pilih baterai 150Ah

4. Sudut Pemasangan Panel Surya

Rumus:
θ = φ + (5° hingga 15°)

• Deskripsi Parameter:
  • φ: Garis lintang geografis lokal
  • Optimalisasi musim dingin: lintang +10°~15°, optimalisasi musim panas: lintang -5°

Contoh:
Nanjing berada pada garis lintang 32°, dengan sudut kemiringan braket tetap diatur pada 37° (32°+5°) untuk meningkatkan pembangkitan daya di musim dingin.

5. Tekanan Angin pada Panel Surya

Rumus:
F = 0,61 × v2 × A

• Deskripsi Parameter:
  • v: Kecepatan angin maksimum (m/s)
  • A: Luas penampang panel fotovoltaik yang menghadap angin (m2)

Contoh:
Luas panel 2m2, kecepatan angin desain 30m/s:
F = 0,61 × (30)2 × 2 = 1098 N
Perlu memverifikasi ketahanan angin pada tiang lampu dan pondasinya.

6. Koreksi Tegangan Operasi Komponen (Pengaruh Suhu)

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

• Deskripsi Parameter:
  • α: Koefisien suhu (kira-kira -0,35%/°C untuk silikon monokristalin)
  • T: Suhu operasi aktual (°C)

Contoh:
Tegangan komponen nominal 18V, suhu operasi 60°:
Vmp ≈ 18 × [1 – 0,0035 × (60-25)] ≈ 15,3 V

7. Kompensasi Penurunan Tegangan Akibat Suhu

Rumus:
ΔV = Nseries × α × ΔT × Vmp(STC)

Contoh:
3 komponen yang terhubung secara seri, masing-masing Vmp=30V, perbedaan suhu 35°:
ΔV ≈ 3 × (-0,0035) × 35 × 30 ≈ -11V
Perlu menyesuaikan rentang tegangan MPPT.

8. Desain Optimasi Kapasitas Panel Surya

Rumus Empiris:
Ppv(opt) = 1,2 × PPV

• Pertimbangkan efek bayangan, kehilangan debu (pengurangan efisiensi sebesar 10-20%)
• Saat menghubungkan beberapa komponen secara paralel, tingkatkan jumlah dioda bypass untuk mengurangi efek titik panas.

9. Tabel Perbandingan Parameter Desain Khas

Catatan: Desain aktual harus dikombinasikan dengan simulasi PVsyst dan simulasi pencahayaan DIALux, serta divalidasi melalui uji lapangan.