שליטה בצריכת אנרגיה באורות רחוב סולאריות: מדוע מתפרסמים האורות באתרים שונים בבהירויות שונות?

מהו מנגנון שליטת צריכת האנרגיה שנמצא בתוך המפקח הסולארי?

מנגנון שליטת צריכת האנרגיה הוא הלוגיקה שמגן על הסוללה לאחר השקיעה. הוא מחליט כמה אנרגיה יכול לצרוך מנוע הנורות (LED driver) ומת באיזו זמן להפסיק לחלוטין את פעולת המתקן.

משטח ריבועי של תדירות (PWM – Pulse Width Modulation) מבצע זאת באמצעות גבול קבוע. מסלול ניתוק בטענה במתח נמוך (LVD – Low Voltage Disconnect) חותך את המטען כשהמתח של הסוללה יורד מתחת לערך מוגדר מראש, שבדרך כלל מוגדר במהלך ההפעלה הראשונה של המערכת. המגבלה היא מבנית: המתח הוא רק מדד גס למצב הטענה של הסוללה, וגבול קבוע אחד אינו מסוגל להבדיל בין סוללה בעלת קיבולת של 100 אמפיר (Ah) במצב טוב לבין סוללה בעלת קיבולת של 50 אמפיר שנמצאת באותו מתח.

משטח ריבועי של ריכוז הכוח המרבי (MPPT – Maximum Power Point Tracking) מודד את מתח הסוללה, הזרם והטמפרטורה, ולאחר מכן מחשב את הקיבולת הנותרת באמצעות הנתונים הללו. כוח המטען מתאים להערכה זו. כשהקיבולת הנותרת יורדת מכ-20%, המשטח הריבועי מוריד את עוצמת האורות כדי לאפשר שעות ארוכות יותר של פעולה, במקום שהמכשיר יעבוד בעוצמה מלאה ולאחר מכן יתכבה. ביחידות השלובות שלנו, קו ההצמצם (המשנה את עוצמת האור) הוא פרמטר שניתן לשנות, ולא חלק מהתכנות המובנות במערכת (פרוגראמים קבועים).

מדוע שתי מערכות שונות על אותו רחוב אינן מסכימות בלילה?

ארבע סיבות, בסדר המצוין בשטח:

1. חוסר התאמה בבטריות: בטריות של מותגים שונים, עם כימיות שונות, קיבולות שונות או בעלות גיל שונה, יציגות גרפי הפריקה שונים. אותה קריאת מתח בבטריה חדשה ובבטריה בת שלוש שנים משקפת כמויות אנרגיה שונות, ולכן שני המפקחים (controllers) מקטינים את עוצמת האור בזמנים שונים.
2. צללה וכיוון הפנלים: אפילו אם הפנלים מופרדים על ידי מטרים בודדים, הם מקבלים כמויות אנרגיה שונות כאשר חומת מגן, שורת עצים או בניין צמוד מסתירים אחד מהם. הפרש בכמויות האנרגיה שנקלטות נהפך לפרש ברמת הטעינה של הפנלים עד ערב.
3. שליטה עצמאית: כל מפקח (controller) פועל באופן עצמאי; אין תקשורת ביניהם, ולכן אין שום מנגנון שמنسق את פעולת הקטינת עוצמת האור בכל האתר.
4. שינויים כתוצאה מהזמן: הקיבולת של הבטריות פוחתת באופן לא סדיר בין הפנלים השונים, והיחס בין מתח לקיבולת משתנה ככל שהבטריות מתבגרות. אתר שהוקם עם בטריות מתאימות עשוי להפוך לא מתאים בחלוף שלוש שנים.

כאשר מנהל האתר מדווח על אי-התאמה ברמת הבהירות של האורות, המדידה הראשונה שיש לבצע היא בטענת הסוללה, ולא באופן התפקוד של הנורה עצמה. יש לרשום את המתח של כל פקיד אור בשעת הערב ולהשוות בין הנתונים. ברוב המקרים, הנורה שנראית חלשה יותר היא זו שבמצב של טענה נמוך יותר של הסוללה, והסיבה לכך יכולה להיות אחת משלושת הגורמים הבאים: תהליך הטענה, קיבולת הסוללה או גילה.

כיצוע המפרטים הטכניים לאתרים עם מספר נורות, כדי שרמת הבהירות תישאר אחידה בכל האזורים

"One battery brand, one batch, one capacity per project." בהתקנות גדולות אנו מסמנים להשתמש בסוללות מסוג LiFePO4 (ליתיום-חדצהם-פוספט) מאותו מחזור ייצור. המערבבת של מחזורי ייצור שונים גורמת להבדלות בביצועים של המתקנים לאחר מספר שנים. "Identical controllers with identical settings." שליטים זהים עם הגדרות זהות; כולם משתמשים באותו תוכנה (פרוגראמת קושי קריסה – firmware) ובאותם ערכי גבולות להפחתת אור ושליטה בבהירות, וכולם מתקפלים מאותו תבנית. אתר שמשתמש בשלושה דורות שונות של שליטים יראה התנהגויות שונות בבהירות. "Group coordination where the budget allows." כאשר התקציב מאפשר, השליטים המותאמים לרשת IoT מדווחים על מצב הטעינה שלהם ויכולים לעקוב אחר לוח זמנים משותף להפחתת אור; כך האור נהפך לאפלה בהתאם לסוללה עם הקיבולת הנמוכה ביותר, במקום שכל מתקן יחדית יקבע את הבהירות שלו. זו הדרך היחידה לפתור בעיות כאשר הסוללות אינן זהות, אך היא יקרה יותר ליישום. "A fixed monitoring cycle with set-based replacement." לבדוק את המתקנים באופן קבוע ולהחליף את הסוללות בקבוצות, כשהקיבולת שלהן יורדת – ולא את כל מתקן בנפרד. הכנסת סוללה חדשה לקבוצה יכולה לגרום שוב לבעיות שכבר תוקנו.

מה לא מכוסה בדף זה:

(הדף אינו מספק פרטים נוספים או פתרונות למקרים שבהם אין אפשרות להשתמש בסוללות זהות או לא יש תקציב מספיק ליישום השיטות המוצעות.)

הדף זה מספק מידע על שליטה בעומס הצריכה (load control) במפקחי אורות רחוב סולאריים עצמאיים (standalone solar street light controllers). הוא אינו מכסה את שיטות השליטה באורות המחוברים לרשת החשמלית, מעגלי חשמל ציבוריים (AC circuits), או מערכות שליטה היברידיות לטעילת אנרגיה מרוח ושמש. אם אתם מתכננים אתר וצריכים להבטיח תאורה אחידה בין כל המתקנים, התחילו בכלי התכנון שלנו /app-lighting-design: המרחק בין המתקנים והפליטה של אור (lumen output) מסדירים את הבסיס, ושליטת הכוח מתמקדת רק בניהול הסוללה שמספקת את האנרגיה. כדי לקבוע את הגודל הנכון של המפקח והסוללה לכל מתקן, שתמשו במחשבון הגדלת המפקחים. אורות הרחוב הסולאריים השלמים שלנו /all-in-one-solar-street-light מגיעים עם קווי תאורה (dimming curves) שמותאמים לסוללות שהורכבו, מה שמפחית את הבעיות הנפוצות ביותר בהתאמה בין המרכיבים.