ソーラー街路灯設計の重要な公式

この記事では、国家規格とさまざまな論文の実践的なケーススタディを統合し、ソーラー街路灯の設計で一般的に使用される重要な公式をまとめています。

1. 平均道路照度の計算

式：
平均 = (N × Φ × U × K) / A

• パラメータの説明:
  • N: 器具の数
  • Φ: ランプあたりの全光束 (lm)
  • U: 利用率（0.4～0.6）
  • K: 維持係数（0.7～0.8）
  • A: 道路面積（㎡）＝道路幅×灯火間隔

例：
幅6mの道路、ランプ間隔30m、10,000lmのLED使用、片側照明：
平均 ≈ (1 × 10,000 × 0.5 × 0.75) / (6 × 30) ≈ 20.8 ルクス

2. 太陽光パネルの電力計算

式：
PV = Qday / (Hpeak × ηsys)

• パラメータの説明:
  • Qday = PLED × Twork (1日のエネルギー消費量、Wh)
  • Hpeak: 現地の年間平均ピーク日照時間（気象データを確認してください。例：北京 4.5 時間）
  • ηsys: システム効率（0.6～0.75、ライン損失、コントローラ損失を含む）

例：
負荷電力80W、毎日10時間稼働、上海Hpeak=3.8h:
PV ≈ (80×10)/(3.8×0.65)≒324W

3. バッテリー容量の計算

式：
C = (Qday × D) / (DOD × ηbat × Vsys)

• パラメータの説明:
  • D: 連続曇りの日数（通常3～5日）
  • DOD: 放電深度（鉛蓄電池の場合は0.5、リチウム電池の場合は0.8）
  • ηbat: 充放電効率（0.85-0.95）
  • Vsys: システム電圧 (12V/24V)

例：
1日あたりの消費電力800Wh、24Vシステム、3日間のバックアップ、リチウム電池：
C ≈ (800 × 3) / (0.8 × 0.9 × 24) ≈ 138.9 Ah → 150Ahバッテリーを選択

4. 太陽光パネルの設置角度

式：
θ = φ + (5°～15°)

• パラメータの説明:
  • φ: 地域の地理的緯度
  • 冬季最適化: 緯度 +10°~15°、夏季最適化: 緯度 -5°

例：
南京の緯度は32°、冬季の発電量を向上させるため、固定ブラケットの傾斜角度を37°（32°+5°）に設定しました。

5. 太陽光パネルへの風圧

式：
F = 0.61 × v2 × A

• パラメータの説明:
  • v: 最大風速 (m/s)
  • A: 太陽光発電パネルの風向面積（m2）

例：
パネル面積2m2、設計風速30m/s：
F = 0.61 × (30)2 × 2 = 1098 N
ランプポールと基礎の耐風性を検証する必要があります。

6. コンポーネントの動作電圧補正（温度の影響）

式：
仮想mp = Vmp(STC) × [1 + α × (T – 25)]

• パラメータの説明:
  • α: 温度係数（単結晶シリコンの場合、約-0.35%/°C）
  • T: 実際の動作温度（°C）

例：
公称部品電圧18V、動作温度60°：
Vmp ≈ 18 × [1 – 0.0035 × (60-25)] ≈ 15.3 V

7. 温度による電圧降下補償

式：
ΔV = Nシリーズ × α × ΔT × Vmp(STC)

例：
3つの直列接続されたコンポーネント、各Vmp=30V、温度差35°：
ΔV ≈ 3 × (-0.0035) × 35 × 30 ≒ -11V
MPPT 電圧範囲を調整する必要があります。

8. 太陽光パネル容量最適化設計

実験式:
Ppv(opt) = 1.2 × 視聴率

• 影、ダストロス（10-20%の効率低下）を考慮する
• 複数のコンポーネントを並列接続する場合は、バイパス ダイオードを増やしてホットスポットの影響を減らします。

9. 一般的な設計パラメータの比較表

注記： 実際の設計は、PVsyst シミュレーションおよび DIALux 照明シミュレーションと組み合わせ、フィールド テストを通じて検証する必要があります。