Omvandling från AC til DC för gatulys
-- Ingenjörshandledning
Omvandling från AC til DC för gatulys: Ingenjörshandledning
Att omvandla ett AC-gatulyskrets til ett DC-solargatulys innebär en arkitektonisk förändring, inte en enkel bytning av komponenter. Den ursprungliga versionen av denna sida beskrev processen som en utmaning inom effektteknik – med hjälp av rettare, filter och omvandlare. I praktiken handlar det om att ta bort strømmen från elnätet och ersätta den med en självständig DC-källa vid varje lampstolpe. Denna handledning ger information om vad omvandlingen innebär, vilka tillfällen den är lämplig för, samt de ekonomiska aspekterna.
Vad omvandlingen egentligen innebär
Ett AC-gatulyskrets består av tre delar: strømmen från elnätet, styrningen (driver eller ballast) och lampan. Ett DC-solargatulys ersätter alla tre delarna. Solpanelen genererar direkt DC-ström; en laddningskontroller reglerar strömmen till en LiFePO4-batteri (lithiumjärnfosfatbatteri). Denna batteriet tolererar omvandlingar mellan olika laddningsstadiumer och behåller sin kapacitet långt längre än en bly-syraförsörjd batteri under samma belastning. LED-lampan drar ström från batteriet. Ingenting i denna kedja behöver en rettare.
Förklaringen om rettare och filter på den ursprungliga sidan beskriver en AC/DC-strömkälla som drivs av elnätet. Denna hårdvara har endast ett syfte i lysningssystemen: att försörja DC-belastningar, såsom CCTV-kameror, informationsdisplayer eller kommunikationsmoduler, med ström från ett AC-kretslopp – utan att behöva använda batterier. Om det är ditt användningsfall, behöver du en rettare – inte ett solsystem.
De fyra problemen som driver dessa uppgraderingar
De flesta förfrågningar om uppgraderingar vi tar emot beror på ett av fyra problem med det befintliga AC-kretsloppet. Dessa problem är inte lika allvarliga, och det kan vara hjälpsamt att rangordna dem innan man spenderar pengar:
– Gamla belysningsanordningar med svagt ljus: Gamla högtrycksnatrium- eller första generations-LED-lamper uppfyller inte nuvarande belysningskrav. En DC-LED-lampe kan återställa ljusstyrkan, men det första och viktigaste steget är att utföra en belysningsberäkning baserad på den aktuella trafikklassen (EN 13201 i Europa, IES-riktlinjer i Nordamerika) innan man beställer ny utrustning. – Komplexe, dokumenterade lösningar: När olika delar av belysningsanordningen har installerats under olika årtionden av olika entreprenörer, kan det ofta kosta mer att åtgärda felet än den energi som kan besparas. Upphängda solceller eliminerar denna problematik – om en solcell slår ut, påverkar det inte hela belysningssystemet. – Fristående solceller: Användning av fristående solceller gör det möjligt att byta lamper utan att behöva skaffa nya drivkretser; detta löser problemet utan att kräva teknologiska förändringar. – Tidreglering eller manuell kontroll: Fotoceller och tidsbaserad kontroll är standard i alla DC-LED-lamper vi tillverkar. Detta är dock det minsta av de fyra problemen, och därför bör inte detta endast utgöra grund för beslut om belysningsuppdateringar.
Hvar omvandlingen passar – og hvar den inte passar
Det första vi ber om vid en ombyggnadsundersökning är en undersökning av lampstolparna, tillsammans med foton av skuggning samt information om elavgifter. Med dessa två data returnerar vi en beräkning av belysningsbehoven samt en beräkning av autonomin (hur länge lamporna kan fungera utan extern ström). Vi använder följande beslutsmatningstabell:
| Kriterium | Omvandling till DC-solceller passar | Fortsätt med AC-ström |
|---|---|---|
| Tillgång till elnät | Föreserlig, eller om att nå elnätet utgör den största delen av projektkostnaden | Tillgängligt på lampstolpen, och elavgifter är låga |
| Skuggning från lampstolpen | Kan hanteras, eller lösas med en fjärrmonterad panel | Tyngdig vegetation – lösa skuggningsproblemet först (se vår guide om skuggning) |
| Tillstånd på lampstolpen | I godt skick, eller kan återanvändas efter en kontroll | Lampstolpar på slutet av deras livslängd – budgetera nya lampstolpar i båda fallen |
| Ljusnivåer | Behov uppfylls av en 20–100 W DC-lampa | Höga mastar eller mycket breda vägar, där DC-lampor inte är ekonomiska att använda |
En plats som redan har en AC-ström, ljudstolpar og låga avgifter kan fortfarande vara värd uppgradering – genom att installera bättre belysningsenheter på den befintliga strömmen, inte solceller. Att föreslå sådant kostar oss orderen på den platsen, men sparar kunden ett decennium av batterireplikationer.
Typiska systemparametrar för självständigt DC-belysning
Följande värden är typiska för vårt produktspektrum, men utgör inte en konkret prissats. Det slutgiltiga dimensioneringar baseras på beräkningar av belysningsbehov och autonomi:
| Parameter | Typiskt intervall | Anmärkningar |
|---|---|---|
| Systemspänning | 12 V eller 24 V DC | 24 V föredras för sträckor över cirka 15 meter eller belastningar över cirka 60 W |
| LED-belysningsenhetsbelastning | 20–60 W (för stigar), 30–100 W (för vägar) | Bestäms av belysningsberäkningarna, inte av vattentaget hos den gamla lampan |
| PV-modul | 60–150 W (enhetliga moduler); 100–400 W (delsatta moduler) | Delsatta system möjliggör placering av paneler bort från skugga |
| Batteri | 30–100 Ah LiFePO4 vid 12 V | Dimensioner anpassade för 3–5 nätter utan solskenning vid designbelastning |
| Laddkontroller | MPPT, 10–20 A | MPPT är kostnadseffektivt när panelens Vmp (maksymalt effektsspänning) ligger högre än batterispänningen |
Regeln om spennefall, som den ursprungliga sidan utelämnar Den ursprungliga påståelsen är att likströmsöverföring har lägre energiförluster än växelströmsöverföring. På polnivå stämmer detta – en likströmskrets innehåller inga transformatorer eller reaktiva förluster – men påståelsen bygger på en villkor som inte nämns i ursprungstexten: Vid spänning på 12 V är strömmen hög, och kopparförlusterna ökar med kvadraten av strömmen. En last på 60 W vid 12 V förbrukar 5 A ström. Om denna ström skickas längs ett underdimensionerat kabel på 30 meter, minkar ljusstyrkan tydligt.
Ett beräknat exempel, med hjälp av standardvärden för kopparets resistivitet: 5 A ström över en sträcka på 30 meter (total sträcka 60 meter) i ett kabel med en diameter på 4 mm² ger cirka 1,3 V spennefall – vilket är cirka 11% av den ursprungliga spänningen på 12 V. Detta är tillräckligt för att få ljuselementet att fungera på sin gräns.
Regler som vi tillämpar på alla våra beräkningar:
- Håll spänningsnivåerna under 12 V på sträckor under 15 meter, eller justera systemet till 24 V.
- Beräkna spänningsförlusten enligt den faktiska kabelplanen innan du beställer kabel – inte efter.
- Använd MPPT (Maximum Power Point Tracking) vid långa sträckor: Det gör att panelen kan arbeta vid högre spänning och omvandlar spänningen till lägre nivåer nära batteriet, vilket minskar strömmen i kabeln. Vår kontrollerningsberäkningsverktyg gör denna beräkning för ett givet panel, batteri och sträckelängd.
När du faktiskt behöver omvandlaren (DC → AC)
Vissa uppgraderingar kräver AC vid polen – till exempel en kamera, en display eller en sensor med AC-adapter. I sådana fall lägger du till en omvandlare mellan batteriet och lasten, som justerar utgångsfrekvensen och spänningen enligt anvisningarna på den ursprungliga sidan. Här är tre viktiga regler för vår installation:
Ren sinusvåg för elektronik. Förändrade kvadratinverterer stör vissa drivkomponenter samt strömförsörjningssystem med växelström. Storlek baserad på kontinuerlig belastning, inte på toppbelastning. En inverter som är utformad för belastningar som aldrig uppstår, är bara pengar som slösas bort på inaktiva strömförbrukning. Räkna med den inaktiva strömförbrukningen. En 200 W-inverter som förbrukar 5–10 W utan belastning kan tuma en liten batteri under natten. I ett tätt dimensionerat autonomt system kan just denna inaktiva strömförbrukning skilja mellan en autonomitet på 3 nätter och 4 nätter.
Den verkliga fördelen med växelström är möjligheten till långdistansöverföring vid högt spänning – något som inte gäller vid användning med en enda strömkabel. Där ett stabilt elnät redan finns, är det bättre att strömma direkt till växelströmelektronik, istället för att lägga till ytterligare förluster från inverterer samt batterier.
De ärliga ekonomiska övervägningarna
Tre argument stöder denna ansiktning, och varje argument bygger på en viss antagelse:
– Ingen månatlig elrechning för belysningen. Det gäller för en fristående DC-enhet. Den reservbatteriet som används för att kompensera för eventuella nedströmmingar behöver oftast bytas ut efter 5–8 år, beroende på klimat och graden av nedströmming. Beräkna detta som driftskostnad, inte som något oväntat.
– Sparningen jämfört med att använda AC-belysning beror på eltarif och installationen. Där elnätet når stolpen och inga grävningar krävs, återbetalning av investeringen i solcellsystemet tar mer än ett decennium. Där det istället krävs att man gräver 300 meter av begravd väg, vinner solcellsystemet snabbt. Ge inga priser utan att känna till eltarifet och kabelruttan.
– Anklagelser om livslängd måste beaktas på samma sätt. DC-LED-systemer varar längre än AC-belysningsanordningar med natriumlampor, huvudsakligen eftersom LED-lampor försämras långsamt. De delar som begränsar livslängden är drivkretsen och batteriet – båda kan bytas ut, till skillnad från hermetiskt förseglade anordningar.
Vad denna sida inte täcker:
Denna sida behandlar arkitekturen för uppgraderingar av belysning på vägar och i parker. Den omfattar inte solcellsinverterer som är anslutna till elnätet, hybridbelysning med AC-reservström, telekommunikationsanläggningar med -48 V-omvandlare, eller industriella UPS-units (Uninterruptible Power Supplies). För att dimensionera en specifik uppgradering, börja med kontrollerningsberäkningsverktyget; för att se utrustningen, bläddra i serien med solcellsbelysning i en enda enhet. Om det verkliga problemet på din plats är skugga snarare än brist på AC-ström, är vår särskilda metod för panelinstallation oftast den billigare lösningen. Mer information om vilken typ av kontroller som ska användas finns i MPPT vs PWM: Hur väljer man?.