Diretrizes para Projeto de Iluminação Rodoviária com Energia Solar em Áreas Rurais e Isoladas

Índice

Prefácio: Projeto de iluminação pública solar para áreas rurais e isoladas

A iluminação rodoviária alimentada por energia solar é uma solução importante para abordar a acessibilidade energética em áreas sem cobertura de rede elétrica. Regiões rurais e remotas enfrentam desafios como cobertura de rede elétrica inferior a 40%, altos custos de eletricidade (com fiação tradicional custando mais de $15.000/km) e dificuldades de manutenção. Sistemas solares, com suas emissões zero de carbono, custos operacionais significativamente reduzidos (até 95% a menos que a energia da rede) e vantagens de implantação modular, surgem como uma opção ideal fora da rede. Este guia visa auxiliar governos locais, departamentos de planejamento, engenheiros e representantes da comunidade, fornecendo uma referência adequada para estradas rurais, caminhos de conexão e vias de acesso, alcançando iluminação segura e autossuficiência energética por meio de projeto integrado.

Capítulo 1: Disposições Gerais e Princípios de Projeto

1.1 Objetivos Principais

Prioridade de segurança: Garantir iluminação noturna básica (iluminância ≥ 5 lux) dentro de um orçamento de energia limitado.
Autossuficiência energética: Recomenda-se a utilização de sistemas solares off-grid, evitando modelos mistos de fornecimento de energia.
Eficiência energética extrema: Sugerimos que a eficiência da fonte de luz exceda 150 lm/W (por exemplo, LED com chip Purui).
Otimização do custo do ciclo de vida: O investimento inicial (CAPEX) e os custos operacionais de 20 anos (OPEX) são 60% menores que os sistemas tradicionais.

1.2 Conceitos Fundamentais de Design

Projeto de Coordenação Iluminação-Energia: A demanda por iluminação determina diretamente a capacidade dos painéis solares e das baterias (por exemplo, um LED de 60 W combina com um painel solar de 80 W e uma bateria de 60 Ah).
Padronização de equipamentos:
- Iluminação pública integrada: Adequado para postes de 6m~12m, integrando painéis solares e baterias (classificação de proteção IP67).
- Iluminação pública separada: Adequado para postes com mais de 8 m, com baterias enterradas para resfriamento e ângulos de painel solar ajustáveis.

Capítulo 2: Mandados de Iluminação

2.1 Áreas de Iluminação Recomendadas

Interseções: Iluminância ≥ 15 lux, uniformidade Uo ≥ 0,4.
Faixas de pedestres: Recomenda-se o uso de fontes de luz âmbar (< 2200K) para reduzir perturbações ecológicas.

2.2 Áreas de Iluminação Restrita

Zonas de Proteção Ecológica: Recomenda-se evitar a luz branca, utilizando sinalização refletiva para iluminação passiva.

Capítulo 3: Projeto Óptico e Estrutural

3.1 Padrões de Iluminação de Baixo Consumo

Tipo de estrada	Iluminância média (Eav)	Uniformidade (Uo)	Índice de ofuscamento (IT)
Estradas principais rurais	10-15 lux	≥0,4	≤15
Estradas Secundárias Residenciais	5-8 lux	≥0,3	≤20

Observação: os padrões são 30% mais baixos que os requisitos urbanos, com uma redução de 40% na potência da fonte de luz.

3.2 Especificações da fonte de luz e do dispositivo de iluminação

Fonte de luz:Temperatura de cor do LED ≤3000K (zona ecológica ≤2200K), se a busca por uma iluminação mais limpa e mais chamativa pode ser usada em 5000k~7000k, não sendo recomendadas lâmpadas de sódio de alta pressão.
Jogos: Tipo de corte total, equipado com lentes ópticas secundárias para minimizar o vazamento de luz.

3.3 Pontos de Projeto Estrutural

Ângulo de inclinação do painel solar: Latitude × 0,9 + 23° (caso Xining: 36°N → ângulo de inclinação de 50°).
Design de resistência ao vento: Os suportes devem suportar velocidades de vento ≥ 32 m/s (nível de tufão 12).
Prevenção de sombras: Nenhuma árvore ou edifício projetando sombras a menos de 10 m do painel solar.

Capítulo 4: Projeto de Sistemas de Energia Solar e Gestão Inteligente

4.1 Fórmulas de Projeto

Capacidade do painel solar: P _PV = ( _carga E × 1,2) / (PSH × η) (onde E_carregar = consumo diário de energia, PSH = horas de pico de insolação, η = eficiência do sistema ≈ 0,75).

Capacidade da bateria: C _bat = (E _carga × D _autonomia ) / (V _sys × DoD) (onde D_autonomia = dias de autonomia, V_sistema = tensão do sistema, DoD = profundidade de descarga).

Exemplo: Para luzes de 60 W em Sichuan durante 7 dias chuvosos → requer uma bateria de fosfato de ferro-lítio de 72 V e 60 Ah.

4.2 Padrões de Seleção de Equipamentos

Componente	Solução Técnica	Vantagens
Bateria	Fosfato de ferro e lítio (LiFePO₄)	Vida útil do ciclo > 4000 vezes, operacional até -20°C
Controlador	MPPT vs PWM	Aumenta a eficiência da geração de energia em 30%
Painel solar	Monocristalino (eficiência >22%)	Melhor resposta em condições de pouca luz do que policristalino

4.3 Estratégias de Controle Inteligente

Escurecimento em várias etapas:

            18:00-22:00 → 100% Brilho 22:00-05:00 → 30% Brilho 05:00-06:00 → 70% Brilho

Detecção de micro-ondas: O brilho aumenta instantaneamente para 100% quando humanos ou veículos se aproximam, reduzindo o consumo de energia em 40%.

Capítulo 5: Proteção Ambiental

5.1 Benefícios ambientais

Redução de Carbono: Cada lâmpada reduz as emissões de carbono em 480 kg por ano (em comparação com geradores a diesel).
Controle da poluição luminosa: Luminárias de corte total acopladas a fontes de luz âmbar reduzem as taxas de atração de insetos em 70%.

Capítulo 6: Instalação e Manutenção

6.1 Especificações de construção

Instalação de painéis solares: Erro de orientação ≤ 5°, erro de ângulo de inclinação ≤ 2°.
Bateria enterrada: Recomendado em câmara de concreto a 1m de profundidade, com controle de temperatura de ±10°C.

6.2 Sugestões de operação e manutenção

Período	Tarefa	Padrão
Mensal	Limpeza de painéis solares	Perda de transmissão de luz ≤ 5%
Anualmente	Verificação da saúde da bateria	Estado de Saúde (SOH) ≥ 80%
A cada 5 anos	Substituição da bateria	Substituir quando a capacidade cair para 70%

Observação: o acúmulo de poeira pode levar a uma redução de 15-30% na eficiência de geração de energia, com robôs de lavagem a seco alcançando uma eficiência de limpeza > 98%.

Este guia integra normas internacionais (BS EN 13201, IES RP-8) com estudos de caso localizados, oferecendo design colaborativo energia-iluminação-ecologia para soluções de iluminação sustentáveis em áreas remotas. Para parâmetros técnicos detalhados, consulte as normas aplicáveis e as bibliotecas de soluções dos fabricantes.