Fórmulas-chave para projeto de iluminação pública solar

Este artigo resume fórmulas essenciais comumente usadas em projetos de iluminação pública solar, integrando padrões nacionais e estudos de caso práticos de vários artigos:

1. Cálculo da iluminância média da estrada

Fórmula:
Média = (N × Φ × U × K) / UMA

• Descrição do parâmetro:
  • N: Número de luminárias
  • Φ: Fluxo luminoso total por lâmpada (lm)
  • U: Fator de utilização (0,4-0,6)
  • K: Fator de manutenção (0,7-0,8)
  • A: Área da estrada (m2) = Largura da estrada × Espaçamento da lâmpada

Exemplo:
Estrada de 6 m de largura, espaçamento de lâmpadas de 30 m, usando LED de 10.000 lm, iluminação unilateral:
Média ≈ (1 × 10.000 × 0,5 × 0,75) / (6 × 30) ≈ 20,8 lx

2. Cálculo de potência do painel solar

Fórmula:
VPP = Qday / (Hpico × ηsys)

• Descrição do parâmetro:
  • Qday = PLED × Twork (Consumo diário de energia, Wh)
  • Hpeak: Média anual local de pico de horas de luz solar (verifique os dados meteorológicos, por exemplo, Pequim 4,5h)
  • ηsys: Eficiência do sistema (0,6-0,75, incluindo perdas de linha, perdas do controlador)

Exemplo:
Potência de carga 80 W, operação diária 10 h, pico de Xangai = 3,8 h:
Potência pvp ≈ (80 × 10) / (3,8 × 0,65) ≈ 324 W

3. Cálculo da capacidade da bateria

Fórmula:
C = (Qdia × D) / (DOD × ηbat × Vsys)

• Descrição do parâmetro:
  • D: Número de dias nublados consecutivos (geralmente 3-5 dias)
  • DOD: Profundidade de descarga (0,5 para baterias de chumbo-ácido, 0,8 para baterias de lítio)
  • ηbat: Eficiência de carga/descarga (0,85-0,95)
  • Vsys: Tensão do sistema (12V/24V)

Exemplo:
Consumo diário 800Wh, sistema 24V, 3 dias de backup, bateria de lítio:
C ≈ (800 × 3) / (0,8 × 0,9 × 24) ≈ 138,9 Ah → Escolha bateria de 150 Ah

4. Ângulo de instalação do painel solar

Fórmula:
θ = φ + (5° a 15°)

• Descrição do parâmetro:
  • φ: Latitude geográfica local
  • Otimização de inverno: latitude +10°~15°, otimização de verão: latitude -5°

Exemplo:
Latitude de Nanquim 32°, ângulo de inclinação do suporte fixo definido em 37° (32°+5°) para melhorar a geração de energia no inverno.

5. Pressão do vento em painéis solares

Fórmula:
F = 0,61 × v2 × A

• Descrição do parâmetro:
  • v: Velocidade máxima do vento (m/s)
  • A: Área do painel fotovoltaico voltada para o vento (m2)

Exemplo:
Área do painel 2m2, velocidade do vento de projeto 30m/s:
F = 0,61 × (30)2 × 2 = 1098 N
É necessário verificar a resistência ao vento do poste de iluminação e da fundação.

6. Correção da tensão operacional do componente (efeito da temperatura)

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

• Descrição do parâmetro:
  • α: Coeficiente de temperatura (aproximadamente -0,35%/°C para silício monocristalino)
  • T: Temperatura operacional real (°C)

Exemplo:
Tensão nominal do componente 18 V, temperatura de operação 60°:
Vmp ≈ 18 × [1 – 0,0035 × (60-25)] ≈ 15,3 V

7. Compensação de queda de tensão devido à temperatura

Fórmula:
ΔV = Série N × α × ΔT × Vmp(STC)

Exemplo:
3 componentes conectados em série, cada Vmp=30V, diferença de temperatura 35°:
ΔV ≈ 3 × (-0,0035) × 35 × 30 ≈ -11V
É necessário ajustar a faixa de tensão do MPPT.

8. Projeto de otimização da capacidade do painel solar

Fórmula empírica:
Ppv(optar) = 1,2 × Ppv

• Considere sombreamento, perda de poeira (redução de eficiência de 10-20%)
• Ao conectar vários componentes em paralelo, aumente os diodos de bypass para reduzir os efeitos de ponto de acesso.

9. Tabela de comparação de parâmetros de projeto típicos

Observação: O projeto real deve ser combinado com simulações PVsyst e simulações de iluminação DIALux e validado por meio de testes de campo.