Solární napájení billboardů: Jak určujeme jejich velikost

Začněte s požadavky na energii, ne se slunečním zářením

Většina zákazníků začne otázkou: „Kolik panelů potřebujeme?“ My na to odpovídáme dvěma otázkami: Kolik wattů spotřebovává displej a po kolik hodin denně je v provozu?

Statický billboard osvětlený LED reflektory má poměrně nízké energetické nároky – obvykle několik set wattů pro velký formát displeje; čísla však měli by být převzata z datového listu dodavatele displeje, nikoli z předpokladů. Digitální billboard s pohyblivými prvky je však úplně jiný typ zařízení – jeho energetické nároky jsou mnohem vyšší (několik kilowattů) a displej běží nonstop, nejen v noci. Pokud budete určovat velikost solárního systému na základě předpokladů o slunečním záření, výsledná cena bude výrazně chybná.

Poznámka: Přesný výpočet velikosti solárního systému vyžaduje znalost požadavků na energii a slunečních podmínek na konkrétním místě.

Doba provozu je stejně důležitá jako výkon (v wattech). Billboardy určené výhradně k osvětlení pracují od soumraku do úsvitu, nebo od soumraku do půlnoci – pokud místní předpisy omezují dobu používání osvětlení; digitální displeje pracují nonstop (24 hodin denně). Denní spotřeba energie (v kWh) se vypočítá vynásobením výkonu počtem hodin. Všechna další rozhodnutí závisí právě na tomto čísle.

Tři čísla určují výběr systému

Jakmile je denní spotřeba energie stanovena, výběr vhodného systému závisí na třech klíčových parametrech:

1. Autonomie baterie – v dnech: Pro většinu trhů předpokládáme dobu autonomie 3 dny; pro oblasti s monzunem nebo tropickým podnebím, kde je časté počasí zatažené po několik dní, je tato doba 5 dní. Toto je naše inženýrské pravidlo, nikoli technický požadavek. Zákazník, který trvá na dobu autonomie pouhých 1 dne, aby snížil náklady, obětuje dlouhou dobu provozu zařízení menší kapacitou baterie.
2. Využitelná kapacita baterie: Vypočítejte energii potřebnou během doby autonomie a vydělte ji využitelnou hloubkou vybití (DoD – Depth of Discharge). U baterií typu LiFePO4 (lithium iron phosphate) navrhujeme hodnotu DoD kolem 80 % – což je konzervativní odhad s ohledem na vlastnosti této chemické sloučeniny a zároveň zohledňuje možné poklesy kapacity baterie v průběhu času.
3. Výkon solárního panelu: Vydělte denní spotřebu energie počtem hodin s nejvyšší intenzitou slunečního záření na daném místě a poté přidejte 25–35 % na reálné ztráty: teplotu článků baterie, jejich znečištění, kabeláž, efektivitu řídicího systému a přeměny energie.

Zde je příklad s zaokrouhlenými čísly, aby bylo snadné pochopit výpočet. Jedná se pouze o ilustrační příklad, nikoli o oficiální specifikaci.

Výpočty: – Šest 120 W LED reflektorů pracujících 10 hodin za noc → 7,2 kWh denně. – Baterie: 7,2 kWh × 3 dny ÷ 0,8 (úroveň vybití baterie) → celková kapacita baterie: 27 kWh. – Solární panely: 7,2 kWh ÷ 4,5 hodin maximálního slunečního záření ≈ minimální potřeba výkonu panelů: 1,6 kW; s účtem ztrát 30 % je to přibližně 2,1 kW. Pro pokrytí této potřeby budeme použít šest 400 W solárních panelů (celkový výkon: 2,4 kW).

Kontroler: Kontroler slouží k propojení všech komponent systému. Když poměr napětí mezi solárními panely a baterií přesáhne hodnotu 1,5, používáme kontroler typu MPPT (Maximum Power Point Tracking); v jiných případech je vhodnější použít kontroler typu PWM (Pulse Width Modulation). Náš kalkulační nástroj pro výběr kontroleru pro výběr kontroleru provádí potřebné výpočty na základě zadaných údajů, zatímco kalkulační nástroj pro energetickou bilanci pro energetickou bilanci zpracovává údaje o denní výrobě energie.

Pět funkčních bloků systému: Solární systém se skládá z pěti hlavních částí:

1. Solárních panelů: Slouží k přeměně sluneční energie na elektrickou energii.
2. Baterie: Slouží k ukládání energie vyrobené během dne.
3. Kontroleru: Řídí provoz systému a zajišťuje správné fungování všech komponent.
4. Zobrazovacího zařízení: Ukazuje aktuální stav systému (např. spotřebu energie, kapacitu baterie atd.).
5. Systému řízení: Zajišťuje celkovou správu a regulaci činnosti systému.

Požadavky na odolnost komponent: Každá z těchto komponent musí být odolná vůči nepříznivým podmínkám po dobu až 15 let – a to jak při použití na okraji dálnice, tak i na střeše budovy.

Moduly: Monokrystalické silikonové panely mají nejvyšší účinnost přeměny energie na metr čtvereční, což je důležité zejména v případech, kdy se tyto panely musí konkurovat billboardům o prostor pro instalaci. Náklon panelů v závislosti na zeměpisné šířce místa maximizuje roční výkon; v oblastech vystavených cyklonům však omezujeme úhel náklonu a místo toho přidáváme další řady panelů, protože příliš velký úhel náklonu může snížit jejich účinnost. Největší ztrátu výkonu způsobuje znečištění – prach z dálnic může během několika týdnů snížit roční výkon panelů o několik procent, a náklady na jejich čištění jsou nižší než náklady na další panely, které by bylo nutné zakoupit v důsledku znečištění.

Baterie: Jako baterie určené k ukládání energie používáme typ LiFePO4 – tyto baterie mají dlouhou životnost, vyžadují žádnou údržbu a mají mnohem méně problémů s nadměrným zvyšováním teploty oproti starším typům lithiových baterií. Systém správy baterií (BMS – Battery Management System) vyvažuje výkon jednotlivých článků baterie a omezuje nabíjení při překročení povolených teplotních hranic. Rezervní kapacita baterie je navržena tak, aby zajistila funkčnost i za nepříznivých počasových podmínek (např. při trvalém dešti); tato rezervní kapacita není dodatečně instalována, ale je součástí samotné konstrukce baterie. V horkých klimatech je nutné zajistit vhodné tepelné řízení baterií, protože teploty na střechách mohou v létě přesáhnout 45 °C.

Řadič: Reguluje proces nabíjení a chrání baterii. Montujte ho do větrané, stinné skříňky; nejčastějším problémem je poškození řadiče v uzavřené krabici umístěné na jižním stěně.

Zobrazovací systém a ovládání: Senzor světla zapíná a vypíná osvětlení automaticky; regulace jasu se přizpůsobuje aktuálnímu času a okolnímu osvětlení. Dálkové monitorování poskytuje informace o stavu systému prostřednictvím mobilní sítě a upozornění na poruchy dorazí k údržbářskému týmu dříve, než to udělá samotný „temný“ billboard. U digitálních displejů stejný kanál slouží také k přenosu telemetrických dat – díky tomu operátor zjistí, že displej zhasl v 02:10, a ne až během následného osobního kontrolování na místě.

Struktura a umístění: Tuto část často kupující přehlížejí.

Billboard funguje jako „plachta“ – pole panelů i samotný displej jsou vystaveny vlivům větru. Nosná konstrukce billboardu je strukturální prvek, na který se většinou zapomíná, dokud nedojde k technickému posouzení projektu.

„Nejprve odolnost vůči větru, až poté odolnost proti dalším zátěžím.“ Návrh konstrukcí musí zvládnout jak větrnou zátěž samotného solárního panelu, tak i zátěž displeje; v našich projektech právě tento aspekt může zničit i jinak dobrou ekonomickou výhodnost produktu, pokud je zjištěn až v pozdější fázi vývoje. Ochrana proti korozi je samozřejmostí – pobřežní a dálniční lokality jsou vystaveny vlivu soli a dešťových roztoků – proto používáme ocelové konstrukce pozinkované horkou metodou s povrchovou úpravou, což není žádný dodatečný náklad.

„Připojení k zemi a ochrana proti blesku.“

Reklamní struktury jsou vysoké a vystavené vnějším vlivům, a správné uspořádání připojení k zemi chrání elektroniku uvnitř. Podle našich zkušeností je právě toto prvním aspektem, který je vynechán z levných nabídek, a zároveň prvním, který selže během sezóny bouří.

„Ochrana proti vniknutí nečistot.“

Spojovací boxy, ovladače a konektory musí být schopny fungovat venku po dobu až 15 let; jako minimální standard přijímáme úroveň ochrany IP65; jakákoli nižší úroveň vyžaduje pravidelnou údržbu.

„Stínění.“ Nová budova, řada stromů nebo samotný stožár billboardu mohou po celé dny vrhát stín na část solárního panelu. Před objednávkou oceli je třeba provést analýzu možných stínů; k tomuto účelu používáme náš nástroj na analýzu stínů /app-c2-shadow-analysis, který zohledňuje sezónní změny.

Redundance a údržba: Klíčové komponenty (kontrolér, systém řízení budov (BMS), senzory) jsou skladovány jako náhradní díly na více lokalitách. Pokud dojde k poruše kontroléru na vzdálené dopravní stanici, je nutné celý systém vyměnit, což je nákladné. Dvakrát ročně probíhají inspekce, které zahrnují kontroly spojení, utahovacích sil, znečištění a stavu baterií. Právě tyto kontroly zajišťují, aby systém splňoval požadavky na svou životnost (15 let).

Městské digitální billboardy: kombinace solární energie a elektrické sítě je lepší než použití solární energie samostatně

Pro 24hodinové digitální zobrazování ve městě se výstavba systémů pouze na solární energii rychle stává nákladnou. Plocha potřebná k nepřetržitému provozu soupeří s prostorem dostupným na střechách budov, a každá bouře představuje riziko pro příjmy z reklamy. Doporučujeme kombinaci solární energie a elektrické sítě – solární panely pokrývají potřeby zobrazování během dne a snižují náklady na elektřinu získanou ze sítě; baterie zajišťují fungování systému během výpadků proudu, a připojení k síti zaručuje, že zobrazování nikdy nezhasne. Neviditelný digitální billboard znamená ztrátu příjmů z reklamy, přičemž připojení k síti je levnou formou pojištění proti právě takovým situacím.

Na vzdálených místech na dálnicích je situace opačná – rozšíření elektrické sítě může stát více než samotný solární systém, takže verze systému fungující bez připojení k síti je ekonomicky výhodnější. Stejný princip platí i pro autobusové zastávky, přednádraží a střechy čerpacích stanic: malé spotřebiče, slunná a dobře osvětlená místa, bez praktických omezení v připojení k síti.

Kde se solární billboardy hodí

Mapa možností využití solární energie je širší než plakát na dálnici. billboardy na dálnicích se nacházejí v odlehlých, slunných místech, kde rozšíření elektrické sítě je nákladné, a právě tam solární energie přináší největší přínos. Zastávky pro autobusy kombinují malou spotřebu energie s intenzivním pohybem lidí a omezeným prostorem, což vyžaduje kompaktní, integrovaná řešení. Letiště a dopravní uzly kromě potřeby energie vyžadují také vysokou spolehlivost dodávky energie; jejich velké plochy střech poskytují vhodné místo pro instalaci solárních panelů. Benzinky, obchody se smíšeným zbožím, turistické cedule, stadiony a místa konání akcí mají podobné podmínky: malou spotřebu energie, slunné polohy a žádné praktické překážky pro připojení k elektrické síti. V každém případě se metoda určování velikosti solárních panelů nemění; mění se pouze seznam potřebných zdrojů energie.

Co solární energie ušetří – a kde ne

Tři klíčové aspekty:

– Elektřina a náklady na připojení: Solární energie snižuje nebo dokonce eliminuje potřebu nakupovat elektřinu z veřejné sítě pro potřeby osvětlení a zároveň eliminuje náklady spojené s výkopovými pracemi a instalací transformátorů na odlehlých místech. Na dálnici vzdálené 20 km od nejbližšího přípojného bodu mohou tyto náklady často přesáhnout celou cenu solárního systému. – Uhlíkové emise: Každý kWh elektřiny vygenerovaný pomocí solárního systému znamená, že tento kWh nebyl vyroben ze sítě ani pomocí dieselového generátoru. V případech, kdy je základním zdrojem energie dieselový generátor, naše analýza srovnání emisí CO2 mezi solární a dieselovou energií ukazuje, kolik se ušetří emisí na jednom litru paliva. – Narušení provozu na místě: Bez výkopových prací, bez potřeby instalace transformátorů a bez kabelů na pozemku – solární panely a baterie jsou umístěny přímo na samotné konstrukci. To je důležité zejména na krásných místech nebo v ekologicky citlivých oblastech, kde by instalace elektřiny z veřejné sítě vyžadovala další povolení. – Zachování příjmů: Pro inzertní společnost je nepravidelný provoz mnohem důležitější než samotná úspora na energiích. Solární systém v kombinaci s úložnými zařízeními také zajišťuje kvalitu dodávané elektřiny.

Návratnost investic se vlastně svodí na jedno srovnání: náklady na rozšíření elektrické sítě a náklady na elektřinu po dobu 15 let oproti počátečním nákladům na instalaci solárního systému. Pokud je síť blízko a elektřina levná, rozdíl mezi těmito náklady se zmenšuje, a v takovém případě hraje klíčovou roli faktor uhlíkových emisí. Politická podpora, příjmy z obchodování s emisními povolenkami a zelené certifikáty pro zařízení vybavená solárními systémy jsou dalšími faktory, které pozitivně ovlivňují návratnost investic. Pokud je síť vzdálená, solární systémy obvykle vyhrají. Náš kalkulační nástroj pro ekonomickou analýzu provádí toto srovnání na základě vašich tarifů a počátečních investic.

Kupujícím říkáme „ne“ ve třech situacích: pokud je na místě s nízkou úrovní slunečního záření instalováno 24hodinové digitální zobrazovací zařízení bez záložního zdroje energie z elektrické sítě; pokud není možné odstranit stínění, které ovlivňuje výkon solárního systému; a v případech, kdy projekt nebyl schválen kvalifikovaným inženýrem pro posouzení větrných zátěží. První dvě situace jsou spojeny s ekonomickými aspekty, třetí situace se týká bezpečnosti.

Co tato stránka nezahrnuje

Tato stránka se věnuje fotovoltaickému zdroji energie pro billboardy – včetně zatížení, úložiště energie, výroby elektřiny, konstrukce a řízení systému. Nezahrnuje informace o nákupu displejů, povoleních týkajících se provozu osvětlení, podmínkách pronájmu pozemků ani logistice recyklace baterií, a nenahrazuje specifické strukturální výpočty pro dané místo. Pošlete nám datový list displeje a souřadnice místa a my pro vás provedeme potřebné výpočty. Co se týká osvětlení okolí daného prostoru (parkovací plochy, přístupové cesty, okraje), naše integrovaná solární uliční světla využívají stejný postup projektování, pouze v menším měřítku.