Conversão de AC para DC para iluminação pública: Guia de engenharia

O que a conversão realmente envolve

Um circuito de luz de rua AC tem três partes: a alimentação da grade, a engrenagem de controle e a transmissão de energia. O painel gera DC diretamente; um controlador de carga regula o fluxo para uma bateria LiFePO4-fosfato de ferro de lítio, a química que usamos porque tolera o ciclo de estado parcial e mantém a capacidade muito mais tempo do que o chumbo-ácido na mesma função; e a luminária LED é retirada da bateria. Nada nessa cadeia precisa de um retificador.

Esse hardware mantém exatamente um papel na iluminação: alimentação de cargas DC, como câmeras CCTV, monitores de informações ou módulos de comunicação de um circuito AC sem uma bateria no meio. Se esse é o seu caso de uso, você quer um retificador-não um sistema solar.

Os quatro problemas que impulsionam esses retrofits

A maioria das consultas de retrofit que recebemos começa com um dos quatro problemas com o circuito AC existente. Eles não são igualmente sérios, e ajuda a classificá-los antes de gastar dinheiro:

• Fixações envelhecidas e saída fraca. As antigas luminárias LED de sódio de alta pressão ou de primeira geração ficam abaixo dos padrões de iluminação atuais. Uma luminária LED DC restaura a saída, mas o primeiro passo honesto é um cálculo de iluminação em relação à classe de estrada (EN 13201 na Europa, orientação IES na América do Norte) antes de qualquer hardware ser encomendado.
• Circuitos complexos e não documentados. Quando as zonas foram conectadas em décadas diferentes por diferentes empreiteiros, a detecção de falhas geralmente custa mais do que a energia que protege. Unidades solares autônomas removem completamente o circuito em série: a falha de um pólo não cai em cascata na linha.
• Rotina de substituição de cabeça de lâmpada. Modelos mistos e drivers incompatíveis transformam uma troca de 20 minutos em um exercício de aquisição. Padronização em uma família de dispositivos DC com drivers combinados termina isso.
• Timer ou controle manual. Fotocélula e controle baseado em tempo são padrão em todos os dispositivos de corrente contínua que construímos. É o menor dos quatro problemas e não deve levar o caso de negócios por conta própria.

Onde a conversão se encaixa-e onde não se encaixa

A primeira coisa que pedimos em uma consulta de retrofit é uma pesquisa de pólo com fotos de sombreamento e a tarifa de serviço público. Com essas duas entradas, retornamos um cálculo de iluminação e um cálculo de autonomia.

Um site com uma alimentação AC existente , postes de som e tarifas baixas ainda pode valer a pena atualizar - com uma luminária melhor na alimentação existente , não com energia solar .

Parâmetros típicos do sistema para iluminação DC autônoma

As faixas abaixo são os envelopes típicos da nossa prática de produtos , não uma cotação . O dimensionamento final vem dos cálculos de iluminação e autonomia :

A regra de queda de tensão que a página original omite

No nível do pólo , isso é verdade - um loop DC não carrega nenhum transformador ou perdas reativas - mas a alegação vem com uma condição que o original nunca afirma : a 12 V , a corrente é alta , Uma carga de 60 W a 12 V consome 5 A . Envie esses 5 A para baixo por uma corrida de 30 m de cabo subdimensionado e a luminária escurece visivelmente .

Um exemplo calculado , usando resistividade de cobre padrão : 5 A sobre uma corrida de 30 m (60 m de loop) em cabo de 4 mm ² dá aproximadamente 1,3 V de queda - cerca de 11% de um sistema de 12 V , e o suficiente para empurrar um driver em direção ao seu ponto de corte .

1. Mantenha 12 V funciona sob cerca de 15 m , ou passo do sistema a 24 V.
2. Calcule a queda a partir da programação real do cabo antes de encomendar o cabo , não depois .
3. Use MPPT onde as corridas são longas : ele permite que o painel opere em uma tensão mais alta e converta para baixo perto da bateria , cortando a corrente no cabo . Nossa calculadora de dimensionamento do controlador faz essa aritmética para um determinado painel , bateria e comprimento de execução .

Quando você realmente precisa do inversor (DC → AC)

Alguns retrofits precisam de AC no polo : uma câmera , uma tela , um sensor com um adaptador AC . Então você adiciona um inversor entre a bateria e a carga , que ajusta a frequência e a tensão de saída como as notas da página original . Três regras de nossas construções :

• Onda senoidal pura para eletrônica . Inversores quadrados modificados perturbam alguns drivers e fontes de modo de comutação .
• Tamanho para a carga contínua , não para o pico . Um inversor classificado para um surto que nunca vê é dinheiro gasto em perdas ociosas .
• Conte o consumo ocioso . Um inversor de 200 W queimando 5 - 10 W sem carga pode drenar uma pequena bateria durante a noite . Em um sistema autônomo de tamanho apertado , esse consumo ocioso é a diferença entre uma autonomia de 3 e 4 noites .

A vantagem genuína da CA é a transmissão de longa distância em alta tensão , o que é irrelevante em um único polo . Onde já existe uma alimentação de rede estável , a alimentação de equipamentos de CA supera diretamente a adição de perdas do inversor em cima das perdas de ida e volta da bateria .

A economia honesta

Três linhas levam o caso , e cada um tem uma suposição anexada :

• Nenhuma conta de eletricidade mensal para a iluminação . Verdadeiro para uma unidade DC autônoma . A linha de compensação é uma reserva de substituição de bateria : os pacotes de LiFePO4 em serviço ao ar livre normalmente precisam ser substituídos no ano 5 - 8 , dependendo do clima e da profundidade de descarga .
• A economia versus ficar em AC depende da tarifa e da trincheira . Onde a alimentação da grade atinge o pólo e não é necessária a abertura de valas , o retorno da conversão se estende por uma década . Onde a alternativa é abrir valas de 300 m de estrada pavimentada , a unidade solar ganha rapidamente .
• **Os sistemas de LED DC duram mais que as luminárias de sódio AC , principalmente porque as fontes de LED se degradam lentamente , mas as partes que limitam a vida são o driver e a bateria - ambos itens de linha substituíveis , não acessórios selados .

O que esta página não abrange

Esta página cobre a arquitetura DC para retrofits de iluminação de estradas e parques . Não abrange inversores fotovoltaicos ligados à rede , luzes de rua híbridas com alimentação de backup AC , plantas retificadoras de telecomunicações -48 V ou UPS industrial . Para dimensionar um retrofit específico , comece com a calculadora de dimensionamento do controlador ; para ver o hardware , navegue pela linha de luz solar de rua tudo-em - um . Se o problema real em seu site for a sombra em vez da alimentação AC , nossa abordagem de instalação de painel separado geralmente é a correção mais barata , e o plano de fundo do controlador está em MPPT vs PWM : como escolher .