Omvorming van AC naar DC voor straatverlichting: Een technische handleiding

Wat de omvorming eigenlijk inhoudt

Een AC-straatlichtcircuit bestaat uit drie delen: de stroomtoevoer van het elektriciteitsnetwerk, het besturingselement (driver of ballast) en de lichtarmatuur. Een DC-straatlicht op zonnenergie vervangt alle drie deze onderdelen. De zonnepanelen genereren direct DC-stroom; een batterijbeheerder reguleert de stroomstrooming naar de LiFePO4-batterij (lithium-ijzer-fosfaat). Dit type batterij is ideaal omdat het het opnieuw opladen in een deelopgestelde toestand goed verdraagt en de capaciteit veel langer behoudt dan een lead-acid-batterij; de LED-lichtarmatuur gebruikt de stroom uit deze batterij. Er is geen rechter meer nodig in deze nieuwe systeemopzet.

Op de originele pagina wordt de werking van een rectifier en filter uitgelegd; deze componenten maken deel uit van een stroombron die op het elektriciteitsnetwerk is aangesloten (AC/DC). De belangrijkste rol van deze hardware is het voeden van DC-apparaten, zoals CCTV-camera’s, informatieafschermingen of communicatiemodules, met stroom uit een AC-circuit – zonder dat er een batterij tussen zit. Als dit je gebruiksscenario is, heb je een rectifier nodig, en geen zonnensysteem.

De vier problemen die leiden tot deze renovaties

De meeste aanvragen voor renovaties zijn gebaseerd op één van de vier problemen met het bestaande AC-circuit. Deze problemen zijn niet allemaal even ernstig, en het kan handig zijn om ze te rangschikken voordat je geld uitgeeft:

Oudere lichtarmaturen en zwak lichtvermogen: Oude lichtarmaturen op basis van hoogdrukzout of eerste generatie LED-lampen voldoen niet meer aan de huidige verlichtingsstandaarden. Een DC-LED-lichtarmatuur kan het lichtvermogen herstellen, maar het eerstste en belangrijkste stappen is een nauwkeurige berekening van de vereisten op basis van de gebruiksomstandigheden (volgens EN 13201 in Europa of IES-richtlijnen in Noord-Amerika), voordat er nieuwe hardware wordt besteld.

Complexe, ondocumenteerde elektrische schakelingen: Als verschillende onderaannemers in verschillende jaren de elektrische installaties hebben uitgevoerd, kan het vaak duurder zijn om fouten op te sporen dan de energiebesparing die wordt behaald. Standalone-solarlichtsystemen elimineren dit probleem, omdat een fout in één schakeling geen gevolgen heeft voor de rest van het systeem.

Regelmatige vervanging van lampen en drivers: Het gebruik van verschillende lampmodellen en oncompatibele drivers maakt het vervangen van een lamp tot een tijdrovend en complex proces. Door het standaardiseren op één type DC-lichtarmatuur met passende drivers wordt dit probleem verholpen. Dit is een oplossing op het gebied van inkoopprocedures, geen technologische oplossing.

Timer of handmatige bediening: Op alle door ons geproduceerde DC-lichtarmaturen is standaard een fotocel of tijdgestuurde bediening aanwezig. Dit is het minst ernstige van de vier problemen en zou alleen op zichzelf geen reden moeten zijn om een investering te doen.

Waar de omzetting mogelijk is – en waar niet

Het eerste wat we vragen bij een onderzoek naar renovatie zijn een inventarisatie van de lichtmasten, foto’s van de schaduw die deze lichtmasten veroorzaken, en de kosten van de energieleverancier. Met deze twee gegevens stellen we een berekening van het benodigde licht en de autonoomie van het systeem op. Hieronder staat de beslissings tabel die we gebruiken:

Een locatie waar al een AC-aansluiting, geluidspalen en lage tarieven beschikbaar zijn, kan nog steeds worden verbeterd – door het gebruik van een betere lichtarmatuur op de bestaande aansluiting, in plaats van zonnepanelen. Door dit voorstel te doen, verliezen we de opdracht voor deze locatie, maar besparen we de klant een decennium aan kosten voor het vervangen van batterijen.

Typische systeemparameters voor standaard DC-verlichting

De hieronder genoemde waarden zijn de gebruikelijke specificaties van ons product, maar vormen geen offerte. De uiteindelijke afmetingen worden bepaald door de berekeningen voor verlichting en autonoomie:

De regel over het spanningsverlies, die de oorspronkelijke tekst overslaat De oorspronkelijke tekst stelt dat het transport van gelijkstroom (DC) minder energieverliezen veroorzaakt dan dat van wisselstroom (AC). Op het niveau van de elektrische poelen is dit inderdaad het geval: een gelijkstroomcircuit bevat geen transformatoren en er zijn geen reaktieve energieverliezen. De stelling is echter onder een bepaalde voorwaarde geldig, maar deze wordt in de oorspronkelijke tekst niet genoemd: bij een spanning van 12 V is de stroom groot, en de energieverliezen in het koper zijn afhankelijk van het kwadraat van de stroomsterkte. Een verbruiker van 60 W bij een spanning van 12 V verbruikt dus 5 A stroom. Als deze stroom door een te dun kabel (met een diameter van 4 mm²) wordt geleid over een afstand van 30 meter, zal de lichtarmatuur duidelijk minder licht geven.

Een berekend voorbeeld: bij een stroom van 5 A door een kabel van 4 mm² over een afstand van 30 meter (waardoor er in totaal 60 meter kabel wordt gebruikt), is het spanningsverlies ongeveer 1,3 V. Dit is ongeveer 11% van de oorspronkelijke spanning van 12 V, en voldoende om de elektrische componenten in de lichtarmatuur tot hun grens te brengen.

De regels die we toepassen op alle technische beschrijvingen zijn dus belangrijk om de nauwkeurigheid van de informatie te garanderen.

1. Houd de spanningen op 12 V binnen een afstand van ongeveer 15 meter; anders moet het systeem worden aangepast op 24 V.
2. Bereken de spanningssverlaging al voordat je de kabels bestelt, niet erna.
3. Gebruik een MPPT-regelaar wanneer de afstanden tussen de panelen en de batterij lang zijn: deze regelaar zorgt ervoor dat de panelen kunnen werken bij een hogere spanning en converteert de spanning vervolgens naar een lagere waarde nabij de batterij, waardoor de stroomverbruik in de kabels wordt verminderd. Onze rekenhulp voor de juiste grootte van de regelaar doet deze berekeningen op basis van het type paneel, de batterij en de afstand.

Wanneer je de inverter echt nodig hebt (DC → AC)

Voor sommige renovaties is een AC-aansluiting nodig: bijvoorbeeld voor een camera, een display of een sensor die een AC-adapter gebruikt. In dat geval plaatst je een inverter tussen de batterij en de load (de apparaten die de stroom verbruiken). De inverter reguleert de uitgangsfrequentie en -spanning, zoals op de originele instructies wordt aangegeven. Hier zijn drie belangrijke regels voor het gebruik van een inverter:

Pure sine wave voor elektronica: Gemodificeerde vierkant-inverters kunnen sommige besturingen en schakelmodusvoedingen storen. Grootte moet worden bepaald op basis van de continue belasting, niet de piekbelasting: Een inverter die is uitgerust voor een belasting die nooit optreedt, is geldverspilling omdat de inverter ook bij geen belasting energie verbruikt. Houd rekening met het energieverbruik bij stilstand: Een 200-watt-inverter die bij geen belasting nog 5–10 watt verbruikt, kan een kleine accu op een nacht leegmaken. In een nauw opgesteld autonoom systeem kan dit verschil maken tussen een autonomie van 3 nachten en 4 nachten.

De echte voordeel van wisselstroom (AC) is de mogelijkheid om energie op grote afstanden te transporteren onder hoge spanning – maar dit is niet van toepassing bij een enkele elektriciteitspool. Waar al een stabiele elektriciteitsnetwerk beschikbaar is, is het beter om de apparaten rechtstreeks van het net te voorzien, in plaats van de extra energieverliezen van de inverter en de accu te gebruiken.

De eerlijke economie

Er zijn drie argumenten voor het gebruik van wisselstroom; elk daarvan is echter gebaseerd op bepaalde aannames.

• Er is geen maandelijkse rekening voor elektriciteit voor de verlichting. Dit is inderdaad het geval voor een standalone DC-apparaat. De batterijen die worden gebruikt als reserve dienen om de energieopslag te onderhouden; LiFePO4-batterijen die buiten worden gebruikt moeten meestal worden vervangen na 5 tot 8 jaar, afhankelijk van het klimaat en het aantal keer dat de batterijen worden ontladen. Verwacht dit als een operationele kostenpost, en niet als een onverwachte uitgave.
• De besparing ten opzichte van het gebruik van AC (alternatieve verlichting) hangt af van de tarieven en de kosten van de installatie. Waar het elektriciteitsnetwerk tot de lichtpaal bereikt en er geen groeven hoeven te worden gemaakt, duurt de terugverdiening van de investering in een zonnepanelen-systeem langer dan een decennium. Waar er wel groeven in een gepaveerde weg moeten worden gemaakt, is een zonnepanelen-systeem de beste optie. Geef geen prijsopgave zonder de specifieke tarieven en de route van de kabels.
• De claims met betrekking tot de levensduur van de apparaten moeten met voorzichtigheid worden beoordeeld. DC-LED-systemen zijn over het algemeen duurzamer dan AC-systemen met sodium-lampen, omdat LED-lampen langzaam slijten. De belangrijkste onderdelen die de levensduur bepalen zijn de besturingseenheden en de batterijen – beide zijn vervangbaar, in tegenstelling tot de lampen zelf die niet vervangen kunnen worden.

Wat deze pagina niet behandelt:

Deze pagina gaat over de architectuur van DC-systemen voor het vervangen van straat- en parkverlichting. Het gaat hier niet om PV-inverters die zijn verbonden aan het elektriciteitsnet, hybride straatlantaarnen met een AC-reservestroombron, telecommunicatie-apparaten met een -48 V-rectifier of industriële UPS-apparaten. Om de benodigde afmetingen van een specifiek vervolgingssysteem te bepalen, kunt u de controller-sizing-calculator gebruiken; om meer te zien over de beschikbare hardware, kunt u de all-in-one-solar-straatlantaarnlijn bekijken. Als het echte probleem op uw locatie komt doordat er schaduw is en niet door de AC-stroombron, is onze separate panel-installatie-methode meestal de goedkoopste oplossing. Meer informatie over de verschillende typen controllers vindt u in MPPT vs PWM: hoe te kiezen.