Formule chiave per la progettazione di lampioni solari

Questo articolo riassume le formule essenziali comunemente utilizzate nella progettazione di lampioni solari, integrando standard nazionali e casi di studio pratici tratti da vari documenti:

1. Calcolo dell'illuminamento stradale medio

Formula:
Media = (N × Φ × U × K) / A

• Descrizione del parametro:
  • N: Numero di apparecchi
  • Φ: Flusso luminoso totale per lampada (lm)
  • U: Fattore di utilizzo (0,4-0,6)
  • K: Fattore di manutenzione (0,7-0,8)
  • A: Area stradale (m2) = Larghezza strada × Distanza tra i lampioni

Esempio:
Strada larga 6 m, distanza tra i lampioni 30 m, utilizzo di LED da 10.000 lm, illuminazione unilaterale:
Media ≈ (1 × 10.000 × 0,5 × 0,75) / (6 × 30) ≈ 20,8 lx

2. Calcolo della potenza del pannello solare

Formula:
Valore PP = Qgiorno / (Hpicco × ηsys)

• Descrizione del parametro:
  • Qday = PLED × Twork (Consumo energetico giornaliero, Wh)
  • Hpeak: media annuale locale delle ore di luce solare di punta (controllare i dati meteorologici, ad esempio, Pechino 4,5 ore)
  • ηsys: Efficienza del sistema (0,6-0,75, incluse perdite di linea, perdite del controller)

Esempio:
Potenza di carico 80W, funzionamento giornaliero 10h, Shanghai Hpeak=3,8h:
Valore PP ≈ (80 × 10) / (3,8 × 0,65) ≈ 324 W

3. Calcolo della capacità della batteria

Formula:
C = (Qgiorno × D) / (DOD × ηbat × Vsys)

• Descrizione del parametro:
  • D: Numero di giorni nuvolosi consecutivi (solitamente 3-5 giorni)
  • DOD: Profondità di scarica (0,5 per le batterie al piombo, 0,8 per le batterie al litio)
  • ηbat: Efficienza di carica/scarica (0,85-0,95)
  • Vsys: Tensione di sistema (12V/24V)

Esempio:
Consumo giornaliero 800Wh, sistema 24V, 3 giorni di backup, batteria al litio:
C ≈ (800 × 3) / (0,8 × 0,9 × 24) ≈ 138,9 Ah → Scegli la batteria da 150 Ah

4. Angolo di installazione del pannello solare

Formula:
θ = φ + (da 5° a 15°)

• Descrizione del parametro:
  • φ: Latitudine geografica locale
  • Ottimizzazione invernale: latitudine +10°~15°, ottimizzazione estiva: latitudine -5°

Esempio:
Latitudine di Nanchino 32°, angolo di inclinazione della staffa fissa impostato a 37° (32°+5°) per migliorare la produzione di energia in inverno.

5. Pressione del vento sui pannelli solari

Formula:
F = 0,61 × v2 × A

• Descrizione del parametro:
  • v: Velocità massima del vento (m/s)
  • A: Superficie del pannello fotovoltaico esposta al vento (m2)

Esempio:
Superficie del pannello 2 m2, velocità del vento di progetto 30 m/s:
F = 0,61 × (30)2 × 2 = 1098 N
È necessario verificare la resistenza al vento del palo della lampada e delle fondamenta.

6. Correzione della tensione di esercizio del componente (effetto della temperatura)

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

• Descrizione del parametro:
  • α: Coefficiente di temperatura (circa -0,35%/°C per il silicio monocristallino)
  • T: Temperatura di esercizio effettiva (°C)

Esempio:
Tensione nominale dei componenti 18V, temperatura di esercizio 60°:
Vmp ≈ 18 × [1 – 0,0035 × (60-25)] ≈ 15,3 V

7. Compensazione della caduta di tensione dovuta alla temperatura

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

Esempio:
3 componenti collegati in serie, ciascuno Vmp=30V, differenza di temperatura 35°:
ΔV ≈ 3 × (-0,0035) × 35 × 30 ≈ -11 V
È necessario regolare l'intervallo di tensione MPPT.

8. Progettazione dell'ottimizzazione della capacità del pannello solare

Formula empirica:
Ppv(opt) = 1,2 × Valore di vantaggio positivo

• Considerare l'ombreggiamento, la perdita di polvere (riduzione dell'efficienza di 10-20%)
• Quando si collegano in parallelo più componenti, aumentare i diodi di bypass per ridurre gli effetti hotspot.

9. Tabella di confronto dei parametri di progettazione tipici

Nota: La progettazione effettiva dovrebbe essere combinata con simulazioni PVsyst e simulazioni di illuminazione DIALux e convalidata tramite test sul campo.