Převod ze střídavého na stejnosměrné napájení pro pouliční osvětlení: Průvodce inženýrstvím

Co převod ve skutečnosti zahrnuje

Střídavý obvod pouliční lampy se skládá ze tří částí: přívodu ze sítě, řídicího zařízení (ovladače nebo balastu) a svítidla. Stejnosměrná solární lampa nahrazuje všechny tyto komponenty. Solární panel generuje stejnosměrný proud přímo; regulátor náboje řídí tok energie do baterie typu LiFePO4 (lithium-iron-phosphate). Tato baterie dobře snáší cykly částečného vybíjení a udržuje svou kapacitu mnohem déle než baterie typu olovo-kyselina při stejném zatížení. LED svítidlo poté čerpá energii z této baterie. V celém tomto procesu není zapotřebí žádného měniče.

Vysvětlení funkce měniče a filtru na původní stránce se týká napájecího zdroje typu AC/DC napájeného ze sítě. Tento hardware plní pouze jedinou úlohu v osvětlovacích systémech: zajišťuje napájení stejnosměrných (DC) zařízení, jako jsou kamery zabezpečovacích systémů, informační displeje nebo komunikační moduly, přímo ze střídavého (AC) napájecího obvodu, bez použití baterie. Pokud je to váš případ použití, potřebujete právě měnič – nikoli solární systém.

Čtyři problémy, které vedou k těmto úpravám

Většina dotazů týkajících se úprav stávajících elektrických systémů vychází z jednoho ze čtyř problémů s existujícím střídavým napájecím obvodem. Tyto problémy nemají stejnou závažnost, a před utracením peněz je užitečné je nejprve posoudit podle jejich závažnosti:

– Staré osvětlovací zařízení a slabé světlo: Stará osvětlení na bázi vysokotlakého sodíku nebo první generace LED diod nedosahují současných standardů. Použití moderních LED svítidel může zlepšit kvalitu osvětlení, ale nejprve je nutné provést výpočty potřebného osvětlení v závislosti na požadavcích dané oblasti (podle normy EN 13201 v Evropě nebo doporučení IES v Severní Americe), než objednávat nové hardware. – Složité, nedokumentované elektrické schémy: Pokud byly jednotlivé části systému zapojeny v různých letech různými dodavateli, vyhledávání chyb často stojí více než energie, kterou by tyto chyby mohly ušetřit. Nezávislé solární systémy eliminují potřebu použití sériových elektrických schémat – selhání jednoho prvku nemá vliv na fungování celého systému. – Častá výměna svítidel: Různé modely svítidel a nekompatibilní ovladače ztěžují proces výměny – výměna svítidla, která by měla trvat pouze 20 minut, se může proměnit v náročný nákup nových komponent. Standardizace na jedinou rodinu DC svítidel s kompatibilními ovladači tento problém vyřeší. Jedná se o řešení spojené s nákupními procesy, nikoli o technologické řešení samotného problému. – Časové nebo ruční ovládání: Kontrola svítidel pomocí fotocel nebo časových spínačů je standardem u všech našich DC svítidel. Jedná se o nejmenší z uvedených problémů a samotně by neměla být důvodem k zásadním změnám v systému osvětlení.

Kde je přechod na solární energii vhodný – a kde nikoli

První informace, které požadujeme při posouzení možností modernizace, jsou údaje o stožárech (včetně fotografií ukazujících stínění) a informace o sazbách za energii od dodavatelů. Na základě těchto údajů poskytujeme výpočty týkající se osvětlení a doby autonomního provozu zařízení. Následně použijeme tabulku rozhodování, která pomáhá určit optimální variantu:

Webová stránka, která již disponuje napájecím systémem na bázi střídavého proudu, zvukovými stožáry a nízkými poplatky, stále může být vhodná k modernizaci – a to pomocí lepších světelných zařízení, nikoli solárních systémů. Toto tvrzení nás však připraví o zakázku na této stránce, zatímco zákazníku ušetří desetiletí nutnosti výměny baterií.

Typické parametry systému pro samostatné napájení na stejnosměrný proud (DC)

Níže uvedené hodnoty představují typické rozsahy parametrů našich produktů, nikoli konkrétní nabídky. Konečné rozměry systému jsou určeny na základě výpočtů týkajících se osvětlení a doby jeho provozu bez slunce:

Pravidlo poklesu napětí, které původní text vynechává Původní tvrzení uvádí, že přenos energie pomocí stejnosměrného (DC) proudu má nižší ztráty než přenos pomocí střídavého (AC) proudu. Na úrovni jednotlivých elektrod to platí – stejnosměrný obvod nezahrnuje žádné transformátory ani reaktivní ztráty – avšak toto tvrzení je podmíněno faktorem, který původní text nikdy nezmiňuje: při napětí 12 V je proud velký a ztráty v mědě rostou úměrně druhé mocnině proudu. Zátěž o výkonu 60 W při napětí 12 V spotřebovává proud 5 A. Pokud bude tento proud přenášen po kabelu o menším průřezu po vzdálenosti 30 m, svítidlo bude viditelně slabší.

Příklad výpočtu pomocí standardní hodnoty odporu mědi: proud 5 A po vzdálenosti 30 m (celková délka obvodu 60 m) v kabelu o průřezu 4 mm² způsobí pokles napětí přibližně o 1,3 V – což představuje asi 11 % původního napětí. Tento pokles může vést k překročení limitů fungování elektrického zařízení. Pravidla, která uplatňujeme při analýze všech údajů, jsou tedy důležitá pro správné posouzení výkonu elektrických systémů.

1. Udržujte napájecí vedení o napětí 12 V v délce přibližně 15 metrů; v opačném případě přepněte systém na napětí 24 V.
2. Před objednávkou kabelu vypočítejte potřebné napěťové klesání podle skutečného plánu rozvodu kabelů, a to ještě před jejich zakoupením.
3. Při dlouhých vedeních používejte technologii MPPT (Maximum Power Point Tracking) – umožňuje panelu pracovat při vyšším napětí a při příchodu k baterii napětí snižuje, čímž se omezuje proud v kabelu. Náš kalkulačka pro výběr regulátorů provádí potřebné výpočty pro daný panel, baterii a délku vedení.

Kdy skutečně potřebujete invertor (DC → AC)

Některé renovace vyžadují napájení typu AC na místě instalace zařízení (např. kamera, displej, senzor s adaptérem na napájení typu AC). V takových případech připojte invertor mezi baterii a spotřebič; invertor pak nastavuje výstupní frekvenci a napětí podle požadavků zařízení. Zde jsou tři základní pravidla pro instalaci invertorů:

Čistá sinusová vlna pro elektroniku: Modifikované čtvercové invertery mohou narušovat fungování některých zařízení a zdrojů napájení s režimem přepínání. Velikost invertoru by měla odpovídat průběžnému zatížení, nikoli maximálnímu zatížení: Invertor určený pro situace, které ve skutečnosti nikdy nedojdou, je pouze plýtváním penězi kvůli ztrátám při nečinnosti. Věnujte pozornost nečinnému odběru energie: 200-wattový invertor, který spotřebovává 5–10 wattů energie při žádném zatížení, může během noci vyprázdnit malou baterii. V autonomním systému s omezenými prostorovými možnostmi může tento nečinný odběr znamenat rozdíl mezi výdrží systému na 3 nebo 4 noci.

Skutečnou výhodou střídavého proudu je možnost přenosu energie na velké vzdálenosti při vysokém napětí – což však není relevantní v případě použití na jediném výbojovém sloupu. Pokud již existuje stabilní elektrická síť, je přímé napájení střídavým proudem jednodušší a efektivnější než přidávání dalších ztrát spojených s invertorem k již existujícím ztrátám při přenosu energie přes baterie.

Upřímná ekonomická analýza:

Tento problém je způsoben několika předpoklady, na kterých je závislost rozhodování o výběru invertoru založena: Každá z možností (použití čisté sinusové vlny, výběr invertoru podle průběžného zatížení, nebo výběr invertoru určeného pro maximální zatížení) je spojena s určitými ekonomickými dopady. Správné rozhodnutí závisí na konkrétních požadavcích a podmínkách použití.

– Žádný měsíční účet za elektřinu za osvětlení. To platí pro samostatné napájecí zařízení na stejnosměrný proud (DC). Druhá část nákladů spočívá v výměně baterií: LiFePO4 baterie určené k použití venku obvykle potřebují výměnu po 5–8 letech, v závislosti na klimatu a míře vybití. Tuto výměnu je třeba zahrnout do provozních nákladů, nikoli jako neočekávaný výdaj. – Úspora oproti používání střídavého proudu (AC) závisí na sazbách za elektřinu a na nutnosti výkopových prací. Pokud se síť elektřiny dostane až k sloupku a výkopy nejsou nutné, se návratnost investic do solárního systému prodlouží na více než deset let. Pokud by bylo nutné vykopat 300 metrů asfaltové komunikace, solární systém by rychle vyhrál. Žádnou z variant nelze správně posoudit bez znalostí sazeb za elektřinu a trasy kabelů. – U tvrzení o životnosti solárních systémů je třeba postupovat stejně. Solární LED systémy vydrží déle než střídavé systémy na sodíková světla, především proto, že LED diody se pomalu degradují, ale omezení jejich životnosti spočívá v částech napájecího zařízení a baterií – obě tyto části lze vyměnit, na rozdíl od hermeticky uzavřených světelných zařízení.

Tato stránka se věnuje architektuře systémů pro osvětlení komunikací a parků při jejich renovacích. Nezahrnuje však fotovoltaické invertory napojené na elektrickou síť, hybridní pouliční lampy s náhradním napájením z alternativního zdroje (AC), zařízení na přeměnu napětí pro telekomunikační účely (např. -48 V) ani průmyslové zdroje napájení typu UPS (Uninterruptible Power Supply). Pro výpočet potřebných komponent při konkrétní renovaci začněte s kalkulačkou pro výběr vhodného ovladače; informace o hardwarových řešeních naleznete v sekci kompletní řada solárních pouličních lamp. Pokud je skutečným problémem na vašem místě stín, nikoli nedostatek napájení z alternativního zdroje, naše samostatné metody instalace solárních panelů jsou obvykle levnějším řešením. Další informace o výběru vhodného ovladače naleznete v článku MPPT vs PWM: Jak si vybrat.