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
パラメータ | 参照値 | 標準基準 |
---|---|---|
照度均一性 U0 | ≥0.4(主要道路) | CJJ45-2015 道路照明基準 |
コンポーネント傾斜角度エラー | ≤±3° | GB/T 9535 太陽光発電モジュール規格 |
バッテリーサイクル寿命 | ≥1500回(リチウム電池) | GB/T 22473 エネルギー貯蔵規格 |
耐風性評価 | ≥12レベル(33m/s) | GB 50009 建物荷重コード |
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。