Běžné chyby při použití solárních světel (a jak jim předejít)

Chyba 1: Výběr velikosti světla na základě počtu denních hodin místo počtu hodin s největším slunečním zářením

Doba denního světla označuje čas mezi východem a západem slunce. „Hodiny s nejvyšší intenzitou slunečního záření“ (peak sun hours – PSH) představují počet hodin, během kterých slunce září s plnou intenzitou. V 9 hodin ráno může solární panel produkovat pouze 10 % své nominální výkonové kapacity; v poledne již 100 %. Celková energie vyprodukovaná během dne se vypočítává na počet hodin s plnou výkonovou kapacitou, který je vždy menší než počet hodin denního světla. V severních klimatech může počet hodin s nejvyšší intenzitou slunečního záření dosahovat hodnot kolem 1–2 PSH; v slunnějších oblastech je tento počet vyšší (často nad 5 PSH). Systémy napojené na elektrickou síť mohou být navrženy na základě ročních průměrů; systémy nezávislé na síti však nemohou být navrženy takto, protože baterie musí vydržet i nejnáročnější měsíc, nikoli pouze průměrný.

Nesprávné výpočty mají sezónní důsledky, a právě proto to při nákupu často unikne pozornosti. Systém navržený pro 5 PSH, který v létě skutečně zažívá pouze 3 „nabíjení“ baterie, začne v podzim zaostávat a v zimě úplně selhat. Baterie, které jsou často hluboce vybité, rychle stárnou; navíc světlo určené k bezpečnosti, které zhasne během lednové noci, představuje bezpečnostní riziko, nikoli však problém s komfortem.

Příklad: 60-wattová LED dioda zapojená po dobu 10 hodin denně spotřebuje 600 Wh energie; s připočtem ztrát na řídicích prvkuch a vodičích činí to celkově přibližně 680 Wh denně. V průměrném slunečném dni to znamená potřebu solárního panelu o výkonu přibližně 230 W (680 Wh ÷ 3 = 230 W). Pokud byste výkon panelu odhadovali na základě 6-hodinového slunečného dne, zakoupili byste panel o výkonu 110 W, což by znamenalo, že byste od začátku počítali s jeho možnou poruchou. Pro výpočet potřebného výkonu solárního panelu pro vaše konkrétní místo použijte náš kalkulačku energetické rovnováhy.

Chyba 2: Kupování výkonu v wattech místo svítivosti v lumenech Watt měří spotřebu energie zařízení, zatímco lumen měří množství světla, které zařízení vyzařuje. Dva 30-wattové reflektory se mohou lišit v intenzitě světla až dvojnásobně v závislosti na účinnosti LED diod a optice použitých prvků. Proto, když požádáte tři výrobce o „30-wattové světlo“, dostanete tři různé produkty. Měli byste požadovat konkrétní hodnotu svítivosti v lumenech a také účinnost zařízení (množství světla vyzařovaného na jednotku spotřeby energie – v lumenech na watt).

Další dva parametry určují, zda světlo dosáhne přesně tam, kde je potřeba. Optika určuje tvar světelného paprsku – úzký paprsek na velké ploše vede k vytvoření „horkých míst“ pod osvětlovacím zařízením a k tmě mezi jednotlivými zařízeními, bez ohledu na celkový počet lumin. Teplota barvy (CCT) a index barevné reprodukce (CRI) ovlivňují, jak scéna vypadá při osvětlení: hodnoty v rozmezí 3000–4000 K s CRI vyšším než 70 jsou vhodné pro většinu venkovních prostor; teplejší barvy a vyšší hodnoty CRI jsou vhodné tam, kde se lidé shromažďují. Při porovnávání technických dat žádejte o zprávu z testu LM-79 (standard IES pro měření celkového světelného toku osvětlovacího zařízení) a o údaje podle standardu LM-80 týkající se udržování světelného výkonu LED diod v průběhu času. Dodavatel, který tyto údaje nemůže poskytnout, uvádí pouze cílové hodnoty, nikoli skutečná měření.

Chyba 3: Nesprávné určení velikosti baterie pro použití pouze v jedné jasné noci

Baterie musí být dostatečně velká, aby pokryla noční spotřebu energie i dobu autonomního provozu (tj. dobu, po kterou baterie funguje bez připojení k zdroji energie). Tato doba autonomního provozu je ovlivněna počasím – zejména počtem oblačných dní – a je potřeba vzít toto v úvahu při výběru vhodné baterie. Následně je potřeba vypočítat skutečnou kapacitu baterie, která bude k dispozici. Při výběru baterie je důležitý parametr zvaný „hloubka vybití“ (depth of discharge – DoD), která udává podíl skutečné kapacity baterie oproti její nominální kapacitě. U baterií typu LiFePO4 je hloubka vybití obvykle kolem 80 % při normálním provozu, zatímco u baterií typu olovo-kyselina (lead-acid) se tato hodnota pohybuje kolem poloviny nominální kapacity.

Pokračujeme v příkladu: Noční spotřeba energie: 680 Wh × 3 dny autonomního provozu = přibližně 2 040 Wh použitelné energie. Při hloubce vybití 80 % je nominální kapacita baterie přibližně 2 550 Wh – což odpovídá baterii o napětí 24 V a kapacitě 100 Ah.

Pokud je baterie příliš malá, nebude schopna vydržet požadovanou dobu autonomního provozu, protože bude častěji vybita více, než je navrženo. Naopak, příliš velká baterie znamená zbytečnou nákladnost na kapacitu, která nebude vůbec využita. Správný výběr baterie vyžaduje důkladný výpočet na základě požadavků aplikace. K tomuto výpočtu slouží náš kalkulační nástroj battery sizing calculator, který výpočet provede během jednoho minuty.

Shoda mezi dobou autonomního provozu a požadavky aplikace Při výběru baterie je důležité zajistit, aby byla její kapacita dostatečná k pokrytí potřeb aplikace. Nesprávný výběr může vést k problémům s dlouhou životností baterie nebo k neefektivnímu využití její kapacity.

Dny s větší autonomií světelných systémů jsou zároveň výsledkem politických rozhodnutí i výpočtů. Pravidla používaná v tomto odvětví stojí za to uvést jasně: dva dny rezervního provozu jsou určeni pro sekundární prvky, jako jsou chodníky a dekorativní osvětlení; tři dny rezervního provozu pro obecné pouliční a parkovací osvětlení; pět nebo více dní rezervního provozu jsou nutná v případech, kdy je osvětlení klíčové pro bezpečnost – např. u bran, čerpacích stanic, přístupů do nemocnic apod. Všechny tyto prvky by měly být zahrnuty do specifikací již při jejich vývoji; nenajděte tyto požadavky až po prvním deštivém týdnu. Větší autonomie není „zdarma“ – s rostoucí kapacitou baterií rostou také náklady. Naopak, nedostatečné zabezpečení osvětlení přemění každou bouři na nutnost technického servisu. A osvětlení, které se vypne během bouře, je chybou, kterou nikdo neodpustí.

Chyba 4: Ignorování teploty

Při návrhu a provozu světelných systémů je důležité vzít v úvahu vliv teploty na jejich fungování. Různé typy osvětlení mohou reagovat odlišně na změny teploty, a jejich výkon může být ovlivněn i nadměrným teplem nebo chladem. Proto je nutné specifikovat požadavky na fungování osvětlení v různých klimatických podmínkách.

Teplota ovlivňuje oba konce systému. Vysoké okolní teploty zkracují životnost baterií – každé zvýšení teploty o 10 °C nad pokojovou teplotu přibližně připraví o polovinu jejich chemické životnosti. Proto bateriové boxy umístěné na jižních stranách objektů mají tendenci pomaleji selhávat. Nízké okolní teploty snižují dostupnou kapacitu baterií a u lithiových baterií navíc představují riziko při nabíjení: při teplotách pod 0 °C hrozí vznik vrstvy lithia na anodě, trvalá ztráta kapacity a v nejhorším případě i vnitřní zkrat baterie. Spolehlivé lithiové bateriové systémy určené pro chladné klimatické podmínky jsou dodávány s systémem pro správu baterií (Battery Management System – BMS), který zabraňuje nabíjení při teplotách pod bod mrazu. Bateriové systémy bez tohoto systému představují v zimě riziko požáru.

Účinnost panelů se také mění s teplotou – výkon klesá, když se články zahřívají, a proto jsou solární panely určené pro horké klimatické podmínky navrhovány s ohledem na tento fakt (s ohledem na snížení výkonu při vyšších teplotách). Stejný postup je nutný i u nastavení napětí ovladače: kompenzace teploty upravuje nabíjecí napětí v závislosti na teplotě baterie; bez této kompenzace by ovladač při vysokých teplotách přebíjel baterii a při nízkých teplotách by ji nedostatečně nabíjel. Naše pravidlo: porovnejte uvedený rozsah provozních teplot výrobku s reálnými extrémními podmínkami na vašem místě, nikoli s podmínkami domovského trhu uvedenými v technických specifikacích. V chladných oblastech doporučujeme používat baterie s funkcí automatického ukončení nabíjení při nízkých teplotách.

Chyba 5: Důvěřovat technickým specifikacím, které nikdy nebyly otestovány

Informace od výrobců v této oblasti se liší – někdy jsou optimistické, jindy zase zcela nepravdivé. Nízká cena je často pouze indikátorem kvality. Důležité jsou také nezávislé recenze a referenční hodnocení zákazníků, certifikáty od uznávaných organizací (UL, CE či místní značky v závislosti na požadavcích trhu), testovací zprávy (např. LM-79, LM-80, hodnocení ochrany proti vlivům okolního prostředí) a záruka, která je uvedena v podobě počtu let či konkrétních komponent. Porovnejte specifikace různých výrobců podrobně – výkon světla, účinnost produktu, chemické složení baterie, stupně ochrany proti vlivům prostředí (IP), provozní teplota – protože právě tyto informace jsou často chybějící.

Ještě jedna důležitá otázka: zeptejte se výrobce, jak vypadá jejich test na stárnutí produktu a jak dlouho trvá. To, co vám továrna sdělí o kvalitě svého produktu (např. skrze testy před odesláním zboží), nemůže žádná fotografie nahradit.

Rozhodnutí týkající se instalace, která jsou často učiněna příliš pozdě…

Dva parametry instalace se určí ještě dřív, než si na ně kdokoli vůbec uvědomí jejich význam, a právě ony rozhodují o tom, zda systém bude fungovat podle požadavků.

1. Směr instalace panelů a stínění: Systém vyžaduje nezakázaný průchod slunečních paprsků během typického dne v roce. Místo, které bylo v březnu ještě otevřené, se může v září zastínit výskytem listí stromů – proto je třeba kontrolovat průchod slunečních paprsků v létě, nikoli v zimě.
2. Výška a poloha sloupů: Tyto parametry je třeba nastavit na základě plánu osvětlení, nikoli podle linie plotu. Přesun sloupu o dvě metry kvůli vyhovění požadavkům chodníku může vést k tomu, že paprsky osvětlení dopadnou na místa, kam podle výpočtů uniformity osvětlení neměly dopadnout.

Zároveň je důležité naplánovat přístup k údržbě systému: box s bateriemi musí být snadno dostupný, panely musí být možné vyčistit pomocí připraveného výtahu nebo žebříku, a ovladač musí být přístupný bez použití lešení.

Předprodejní kontrolní seznam

1. Zjistěte počet hodin slunečního záření během nejintenzivnějšího období v měsíci určeném pro instalaci solárního svítidla – ne průměrný roční počet hodin.
2. Určete požadavky na osvětlení v podobě hodnot v lumenech a rozsahu světelného paprsku, nikoli v wattech.
3. Vypočítejte noční zatížení systému a na základě tohoto výpočtu zvolte vhodnou velikost solárních panelů a baterií s ohledem na nejhorší možné klimatické podmínky. Zohledněte také dobu nezávislosti systému na externích zdrojích energie (autonomii) a dobu, po kterou bude svítidlo fungovat bez doplnění energie („DoD“ – „Days of Discharge“).
4. Porovnejte extrémní teplotní podmínky na místě instalace s rozsahem provozních teplot produktu a s limity jeho nabíjení.
5. Požadujte zprávy o testech funkčnosti produktů a jejich certifikace; porovnejte výsledky alespoň u tří různých výrobců.
6. Plánujte instalaci tak, aby byl zajištěn přístup k údržbě – umístění solárních panelů, boxů s bateriemi a výška stožárů by měla být vhodně zvolena tak, aby byl snadný přístup k těmto komponentám.

Pokud nechcete provádět kroky 1–4 ručně, můžete využít kalkulačku energetické rovnováhy a kalkulačku pro výběr velikosti baterie, které provádějí stejné výpočty jako naši inženýři. Naše kompletní solární uliční svítidla jsou již předem sestavena – obsahují vhodně vybrané solární panely, baterie a řídicí jednotky. Chyby výběru komponent jsou tedy odstraněny již ve výrobě, namísto toho, aby byly řešeny na místě instalace.

Co tato stránka nezahrnuje:

Tato stránka se věnuje chybám při výběru systémů solárního osvětlení fungujících mimo elektrickou síť. Nezabývá se konstrukcí solárních panelů napojených na elektrickou síť, výpočty strukturálních vlastností a vlivů větru na tyto systémy, ani postupy údržby. Pro informace o čištění a pravidelné servisní péči viz náš průvodce údržbou solárních panelů; informace o technických parametrech sloupů a odolnosti systémů vůči vlivům větru naleznete v našem kalkulačním nástroji pro výpočet větrových zatížení.