Làm thế nào để bạn chọn giải pháp năng lượng hoặc chiếu sáng mặt trời phù hợp cho dự án ngoài trời của bạn?

Các giải pháp chiếu sáng ngoài trời sử dụng năng lượng mặt trời và năng lượng không nối lưới đã phát triển vượt xa đèn chiếu sáng sân vườn tất cả trong một cơ bản. Ba loại sản phẩm ngày càng được chỉ định cụ thể đại diện cho sự phát triển này: cột năng lượng mặt trời tách biệt, cột năng lượng mặt trời hình trụ và tấm pin mặt trời linh hoạt. Mỗi giải pháp đều giải quyết một vấn đề riêng biệt trong thiết kế chiếu sáng và thu năng lượng mặt trời ngoài trời, đồng thời việc chọn giải pháp phù hợp tùy thuộc vào việc ưu tiên của bạn là chiếu sáng đường phố có độ sáng cao, thẩm mỹ đô thị nhỏ gọn hay khả năng điều chỉnh việc thu năng lượng mặt trời cho các bề mặt không đều hoặc cong. Hướng dẫn này bao gồm cách chế tạo từng sản phẩm, nơi sản phẩm hoạt động tốt nhất, thông số kỹ thuật nào cần đánh giá và cách kết hợp hoặc triển khai ba công nghệ này một cách độc lập để đáp ứng các yêu cầu về chiếu sáng và năng lượng mặt trời trong thế giới thực.

Cực năng lượng mặt trời tách biệt: Chiếu sáng đường phố năng lượng mặt trời hiệu suất cao

A cực mặt trời tách biệt Hệ thống đặt bảng điều khiển năng lượng mặt trời và nguồn sáng trên các cấu trúc lắp đặt riêng biệt về mặt vật lý, được kết nối bằng hệ thống dây điện thay vì tích hợp vào một bộ phận duy nhất. Cụm bảng điều khiển năng lượng mặt trời được gắn trên cột hoặc giá đỡ chuyên dụng riêng, được tối ưu hóa để tiếp xúc với ánh nắng mặt trời tối đa, trong khi cột chiếu sáng mang cụm đèn được tối ưu hóa cho góc chiếu sáng và phân bố. Sự tách biệt này giải quyết một trong những hạn chế cơ bản của đèn đường năng lượng mặt trời tích hợp: sự cân bằng giữa hướng của bảng điều khiển để thu năng lượng mặt trời tối đa và hướng của đèn để phân phối ánh sáng tối ưu.

Tại sao sự phân tách lại quan trọng đối với việc thu hoạch năng lượng mặt trời và sản lượng ánh sáng

Trong đèn đường năng lượng mặt trời tích hợp, bảng điều khiển và đầu đèn được cố định tương đối với nhau. Nếu vị trí lắp đặt yêu cầu bộ đèn hướng về một hướng cụ thể để chiếu sáng đường, bảng điều khiển có thể không được đặt ở góc tối ưu về phía mặt trời. Ở những vĩ độ cao hơn nơi mặt trời di chuyển ở góc độ cao thấp hơn, sự thỏa hiệp này có thể làm giảm việc thu năng lượng mặt trời bằng cách 15 đến 30% so với bảng điều khiển được gắn ở góc nghiêng tối ưu . Một cực mặt trời tách biệt sẽ loại bỏ hoàn toàn sự thỏa hiệp này. Bảng điều khiển có thể nghiêng và định hướng độc lập với bộ đèn, tối đa hóa việc thu năng lượng trong khi bộ đèn hướng chính xác vào nơi cần chiếu sáng.

Lợi ích thực tế có thể đo lường được ở đầu ra của hệ thống. Một hệ thống cực năng lượng mặt trời riêng biệt có định mức công suất bảng 200W có thể duy trì đèn LED 100W trong thời gian hoạt động hàng đêm dài hơn đáng kể so với hệ thống tích hợp tương đương trong đó hướng của bảng điều khiển bị hạn chế vì bảng điều khiển liên tục thu nhiều năng lượng hơn mỗi ngày. Ở những khu vực có ít hơn 4 giờ nắng cao điểm mỗi ngày, sự khác biệt giữa hướng bảng điều khiển được tối ưu hóa và dưới tối ưu này có thể xác định liệu hệ thống có cung cấp đủ ánh sáng trong những tháng mùa đông hay cần bổ sung lưới điện.

Thiết kế kết cấu của các cực mặt trời tách biệt

Các hệ thống cực mặt trời riêng biệt thường bao gồm các thành phần sau hoạt động cùng nhau:

• Cột hoặc khung bảng năng lượng mặt trời : Cấu trúc lắp đặt chuyên dụng, thường là thép hoặc nhôm, hỗ trợ một hoặc nhiều tấm pin mặt trời ở góc nghiêng và hướng la bàn tối ưu cho địa điểm lắp đặt. Có thể là cột độc lập hoặc giá đỡ tay đòn gắn vào cấu trúc hiện có.
• Cột chiếu sáng : Một cột bằng thép hoặc nhôm mạ kẽm riêng biệt mang đèn LED ở độ cao lắp đặt thích hợp. Chiều cao cột cho các ứng dụng chiếu sáng đường phố thường dao động từ 6 đến 12 mét , với cánh tay mở rộng định vị đèn trên đường hoặc lối đi đang được chiếu sáng.
• Tủ pin : Vỏ bọc chịu được thời tiết ở chân của một trong các cực chứa bộ pin lithium-ion hoặc lithium iron phosphate (LFP), bộ điều khiển sạc và các kết nối dây. Các hệ thống riêng biệt thường sử dụng bộ pin lớn hơn so với các bộ pin tích hợp vì chúng được thiết kế để có thời gian hoạt động lâu hơn và công suất đầu ra cao hơn.
• Bộ điều khiển sạc : Bộ điều khiển sạc MPPT (theo dõi điểm công suất tối đa) có kích thước phù hợp với mảng bảng điều khiển và bộ pin. Trích xuất bộ điều khiển MPPT tăng thêm tới 30% năng lượng từ các tấm pin mặt trời trong điều kiện bức xạ thay đổi so với bộ điều khiển (điều chế độ rộng xung), khiến chúng trở thành thông số kỹ thuật tiêu chuẩn cho các hệ thống cực mặt trời riêng biệt trong đó hiệu quả sử dụng năng lượng là rất quan trọng.
• đèn LED : Mô-đun đèn LED đường phố hoặc đèn khu vực hiệu suất cao có thiết kế quang học phù hợp với chiều cao lắp đặt và chiều rộng của khu vực được chiếu sáng. Xếp hạng hiệu suất chung cho các bộ đèn LED chất lượng được sử dụng trong các hệ mặt trời riêng biệt là 150 đến 180 lumen mỗi watt , cho phép đầu ra có độ sáng cao với mức tiêu thụ điện năng khiêm tốn.

Các ứng dụng phù hợp nhất với các hệ cực mặt trời tách biệt

• Chiếu sáng đường nông thôn và đường cao tốc nơi kết nối lưới điện là không thực tế hoặc cực kỳ tốn kém
• Bãi đậu xe và khu vực cơ sở thương mại yêu cầu công suất phát quang cao và thời gian hoạt động dài
• Các cơ sở thể thao, công viên cộng đồng và khu giải trí ở các địa điểm không có lưới điện hoặc bán lưới điện
• Chiếu sáng an ninh khu công nghiệp nơi định hướng bảng điều khiển có thể được tối ưu hóa hoàn toàn độc lập với vị trí đặt đèn
• Lắp đặt ở các vĩ độ cao hơn (trên 40 độ Bắc hoặc Nam) nơi việc tối ưu hóa độ nghiêng của tấm pin có tác động lớn nhất đến việc thu năng lượng vào mùa đông

Thông số kỹ thuật chính để đánh giá các cực mặt trời tách biệt

Khi chỉ định một hệ thống cực mặt trời riêng biệt, các thông số sau sẽ xác định liệu hệ thống có cung cấp đủ ánh sáng quanh năm tại một địa điểm nhất định hay không:

• Công suất bảng so với công suất đèn : Nguyên tắc chung là công suất tấm pin phải gấp ít nhất 3 đến 4 lần công suất đèn khi hệ thống dự kiến hoạt động từ 10 đến 12 giờ mỗi đêm ở những vị trí có 4 đến 5 giờ nắng cao điểm mỗi ngày. Tỷ lệ bảng điều khiển trên đèn cao hơn mang lại nhiều quyền tự chủ hơn trong thời gian nhiều mây.
• Dung lượng pin tính bằng watt-giờ : Dung lượng pin ít nhất phải cung cấp 3 đến 5 ngày hoạt động tự chủ theo lịch trình chiếu sáng định mức mà không cần sử dụng năng lượng mặt trời, để tính đến thời gian u ám kéo dài trong điều kiện khí hậu của địa điểm dự án.
• Đánh giá tải trọng gió của kết cấu lắp đặt bảng điều khiển : Các cột bảng điều khiển riêng biệt có bề mặt chịu tải gió lớn hơn so với các cột tích hợp. Thiết kế kết cấu phải tính đến các yêu cầu về tốc độ gió cục bộ, thường là tốc độ gió trung bình trong 10 phút từ 40 đến 60 mét/giây ở những vị trí lộ thiên.

Trụ năng lượng mặt trời hình trụ: Chiếu sáng năng lượng mặt trời tích hợp với hình thức kiến trúc

A trụ năng lượng mặt trời tích hợp bảng điều khiển năng lượng mặt trời, pin, bộ điều khiển sạc và đèn trong một cấu trúc trụ hình trụ duy nhất. Không giống như đèn đường năng lượng mặt trời tích hợp thông thường có một tấm phẳng đặt trên đỉnh cột tiêu chuẩn, cột năng lượng mặt trời hình trụ bao bọc bề mặt thu năng lượng xung quanh hoặc bên trong cột, tạo ra một sản phẩm tinh tế về mặt kiến ​​trúc, mạch lạc về mặt hình ảnh, phù hợp với các quảng trường đô thị, khu vực dành cho người đi bộ, công viên và môi trường ngoài trời chú trọng đến thiết kế.

Làm thế nào các cực mặt trời hình trụ tạo ra năng lượng

Phương pháp thu năng lượng trong các cột năng lượng mặt trời hình trụ sử dụng vật liệu quang điện linh hoạt quấn quanh bề mặt cột hình trụ hoặc một loạt các phần tấm phẳng hoặc cong được bố trí xuyên tâm xung quanh cột để tạo thành hình trụ hoặc hình trụ gần hình trụ. Cả hai phương pháp đều mang lại lợi thế chính so với thiết kế tấm phẳng đơn: thu năng lượng mặt trời đa hướng. Do vật liệu tấm phải đối mặt với nhiều hướng la bàn cùng một lúc nên cột thu thập năng lượng mặt trời vào buổi sáng, giữa trưa và chiều mà không cần định hướng đến một ổ bi la bàn cụ thể trong quá trình lắp đặt.

Đặc tính thu thập đa hướng làm cho các cột năng lượng mặt trời hình trụ đặc biệt phù hợp với các vị trí đô thị, nơi các tòa nhà, cây cối và các công trình kiến ​​trúc khác có thể che bóng cho tấm phẳng một hướng trong các khoảng thời gian trong ngày. Bằng cách trải rộng bề mặt thu thập xung quanh toàn bộ chu vi 360 độ, tổng năng lượng được thu thập mỗi ngày vẫn nhất quán hơn ở các hướng địa điểm khác nhau so với bề mặt tương đương của màn hình phẳng. Nghiên cứu về cấu hình quang điện hình trụ đã chứng minh hiệu quả thu gom của 85 đến 92% năng lượng mà một tấm phẳng có tổng diện tích ô tương đương sẽ thu được khi nghiêng tối ưu , trong khi phân phối bộ sưu tập này bất kể hướng cực so với bắc-nam.

Các thành phần nội bộ và tích hợp hệ thống

Hệ số dạng hình trụ yêu cầu tích hợp chặt chẽ tất cả các thành phần hệ thống trong cấu trúc cột. Hệ thống cực năng lượng mặt trời hình trụ điển hình cho ngôi nhà:

• Pin lithium sắt photphat (LFP) : Được sắp xếp theo dạng hình trụ hoặc hình lăng trụ trong phần dưới của cột. Hóa học LFP được ưu tiên cho ứng dụng này vì tính ổn định nhiệt, tuổi thọ dài (thường 2.000 đến 3.000 chu kỳ sạc-xả đầy đủ ) và khả năng chịu nhiệt độ cao có thể xảy ra bên trong các cột kim loại kín dưới ánh sáng mặt trời trực tiếp.
• Bộ điều khiển sạc MPPT tích hợp : Một bảng điều khiển nhỏ gọn gắn bên trong cột quản lý việc sạc từ bề mặt quang điện xung quanh và điều khiển quá trình phóng điện tới mô-đun LED.
• đèn LED at the pole crown : Nguồn sáng ở trên cùng của cột hình trụ, thường là mô-đun LED hướng xuống dưới hoặc đa hướng cung cấp ánh sáng đường đi và khu vực. Phạm vi đầu ra phổ biến cho các cột năng lượng mặt trời hình trụ quy mô dành cho người đi bộ là 1.000 đến 5.000 lumen , thích hợp cho lối đi dành cho người đi bộ, quảng trường và khu vực tốc độ thấp.
• Cảm biến chuyển động hoặc ánh sáng ban ngày : Nhiều thiết kế cột năng lượng mặt trời hình trụ kết hợp cảm biến chuyển động PIR hoặc cảm biến ánh sáng xung quanh giúp điều chỉnh công suất đèn dựa trên công suất sử dụng hoặc thời gian trong ngày, mở rộng khả năng tự chủ của pin bằng cách giảm công suất đầu ra trong thời gian lưu lượng thấp.

Ưu điểm về thiết kế và thẩm mỹ trong bối cảnh đô thị

Ưu điểm nổi bật chính của cột năng lượng mặt trời hình trụ trong môi trường đô thị và thương mại là sự gắn kết trực quan của nó. Đèn đường năng lượng mặt trời thông thường với tấm phẳng được gắn ở một góc trên cánh tay có thể trông không phù hợp về mặt kiến ​​trúc với môi trường xung quanh và có thể được coi là tiện dụng hoặc tạm thời. Cột năng lượng mặt trời hình trụ có hình dạng thống nhất, gọn gàng, tích hợp tự nhiên với nội thất đô thị, cột cổng và thiết kế cảnh quan. Điều này làm cho chúng trở thành thông số kỹ thuật ưu tiên cho:

• Khu vực dành cho người đi bộ ở trung tâm thành phố và môi trường đường phố cao, nơi tiêu chuẩn chất lượng hình ảnh được quy định chính thức trong điều kiện quy hoạch
• Công viên công cộng, lối đi dạo ven sông và khu di sản nơi thẩm mỹ của tấm pin mặt trời thông thường sẽ xung đột với thiết kế cảnh quan
• Các dự án phát triển thương mại bao gồm trung tâm mua sắm, khuôn viên khách sạn và khu nghỉ dưỡng nơi ánh sáng bên ngoài góp phần nhận diện thương hiệu
• Con đường trong khuôn viên trường giáo dục và cảnh quan đường phố phát triển khu dân cư nơi phù hợp với sản phẩm hiện đại nhưng không phô trương

Hạn chế của cột năng lượng mặt trời hình trụ so với các hệ thống riêng biệt

Sự tích hợp thẩm mỹ của các cột năng lượng mặt trời hình trụ đi kèm với sự đánh đổi vốn có về khả năng thu năng lượng thô. Tổng diện tích tế bào quang điện trên một cực hình trụ bị hạn chế bởi đường kính và chiều cao của cực, và hình dạng hình trụ có nghĩa là bất kỳ tế bào quang điện nào cũng chỉ đạt công suất tối đa trong một khoảng thời gian trong ngày khi góc mặt trời thuận lợi nhất cho hướng của tế bào đó. Trong thực tế, các cột năng lượng mặt trời hình trụ phù hợp nhất với các ứng dụng có công suất thấp đến trung bình, nơi yêu cầu đầu ra quang thông là khiêm tốn. Đối với các ứng dụng cần hơn 5.000 lumen công suất duy trì suốt đêm, các hệ thống cực mặt trời riêng biệt với dãy bảng điều khiển chuyên dụng lớn hơn thường sẽ hoạt động tốt hơn các cực hình trụ trong việc cung cấp năng lượng hàng năm.

Bảng điều khiển năng lượng mặt trời linh hoạt: Bộ sưu tập năng lượng phù hợp cho các bề mặt không phẳng

A bảng điều khiển năng lượng mặt trời linh hoạt là một mô-đun quang điện được chế tạo trên một đế mỏng, có thể uốn cong thay vì khung nhôm và kính cứng. Khả năng uốn cong, uốn cong và phù hợp với các bề mặt không phẳng mở ra các vị trí lắp đặt mà các tấm silicon tinh thể cứng không thể tiếp cận và trọng lượng giảm của các tấm linh hoạt cho phép gắn trên các cấu trúc không thể hỗ trợ tải của các tấm thông thường. Các tấm pin mặt trời linh hoạt là công nghệ hỗ trợ cho các bề mặt thu năng lượng hình trụ được sử dụng trong các cột năng lượng mặt trời hình trụ và chúng cũng đóng vai trò là giải pháp phát điện độc lập trong các ứng dụng hàng hải, xe cộ, kiến ​​trúc và di động.

Công nghệ được sử dụng trong sản xuất tấm pin mặt trời linh hoạt

Một số công nghệ quang điện có sẵn ở dạng bảng điều khiển linh hoạt, mỗi công nghệ có đặc tính hiệu suất riêng biệt:

• Silicon vô định hình màng mỏng (a-Si) : Một trong những công nghệ PV linh hoạt sớm nhất. Được lắng thành từng lớp mỏng trên nền nhựa hoặc lá kim loại. Hiệu quả thường 6 đến 10% , thấp hơn so với các chất thay thế dạng tinh thể, nhưng có hiệu suất tốt hơn trong điều kiện ánh sáng khuếch tán và nhiệt độ cao. Thích hợp cho các ứng dụng mà bảng điều khiển hoạt động trong bóng râm một phần hoặc ở nhiệt độ cao.
• CIGS (Đồng Indium Gallium Selenide) : Một công nghệ màng mỏng đạt được hiệu quả của 12 đến 16% trong các sản phẩm bảng điều khiển linh hoạt thương mại. Hiệu quả tốt hơn silicon vô định hình với hiệu suất ánh sáng yếu tốt. Các tấm linh hoạt CIGS được sử dụng rộng rãi trong quang điện tích hợp trong tòa nhà (BIPV), các ứng dụng hàng hải và xây dựng cột năng lượng mặt trời hình trụ, nơi cần mật độ năng lượng cao hơn trên một đơn vị diện tích.
• Silicon đơn tinh thể trên chất nền linh hoạt : Các lát mỏng tế bào silicon đơn tinh thể hiệu suất cao được liên kết với vật liệu nền linh hoạt. Đạt được hiệu quả của 18 đến 24% , mức cao nhất có sẵn ở định dạng bảng điều khiển linh hoạt. Đắt hơn các lựa chọn thay thế màng mỏng và có bán kính uốn hạn chế (thường là bán kính uốn tối thiểu là 100 đến 300mm tùy thuộc vào độ dày của tế bào), nhưng mang lại công suất đầu ra tốt nhất trên một đơn vị diện tích cho các ứng dụng bị giới hạn về không gian.
• Quang điện hữu cơ (OPV) : Một công nghệ mới nổi sử dụng vật liệu bán dẫn hữu cơ trên chất nền siêu mỏng, có độ dẻo cao. Hiệu quả thương mại hiện tại thấp hơn ở mức 8 đến 12% Tuy nhiên, tính linh hoạt cực cao, trọng lượng nhẹ và tiềm năng sản xuất chi phí thấp khiến các tấm OPV ngày càng hiện diện nhiều trong các ứng dụng năng lượng mặt trời tích hợp trong kiến trúc và thiết kế.

Đặc tính vật lý cho phép vị trí lắp đặt mới

Các đặc tính vật lý xác định của các tấm pin mặt trời linh hoạt giúp mở rộng phạm vi ứng dụng của chúng ngoài các tấm cứng là:

• Trọng lượng thấp : Các tấm pin mặt trời linh hoạt thường có trọng lượng từ 1 và 4 kg mỗi mét vuông , so với các tấm kính cứng thông thường ở mức 10 đến 15 kg mỗi mét vuông. Ưu điểm về trọng lượng này cho phép lắp đặt trên sàn thuyền, mái xe, mái hiên, kết cấu vải và màng kiến ​​trúc không thể chịu được tải trọng tấm cứng.
• Khả năng tương thích bán kính uốn cong : Tùy thuộc vào công nghệ, các tấm linh hoạt có thể phù hợp với các bề mặt cong có bán kính từ 30 mm (OPV và màng mỏng) đến 300 mm (đơn tinh thể trên lớp nền linh hoạt). Điều này cho phép tích hợp vào các đường mái cong, cấu trúc hình trụ, thân xe và cấu trúc bơm hơi.
• Gắn keo hoặc dán nhiều lớp : Các tấm linh hoạt có thể được liên kết trực tiếp với bề mặt nền bằng băng dính hoặc cán màng loại hàng hải, loại bỏ khung lắp và giảm sức cản của gió. Điều này đặc biệt có giá trị trên các tàu biển nơi lực cản khí động học và sự tích hợp cấu trúc đều là mối quan tâm.
• Giảm hồ sơ : Độ dày của tấm pin mặt trời linh hoạt dao động từ 2 đến 5mm so với 35 đến 40 mm đối với bảng cứng có khung. Cấu hình tối thiểu này cho phép tích hợp vào các bề mặt mà bất kỳ phần nhô ra nào đều không thể chấp nhận được hoặc không thực tế.

Danh mục ứng dụng cho tấm pin mặt trời linh hoạt

Các tấm pin mặt trời linh hoạt phục vụ các ứng dụng thuộc bốn loại chính, mỗi loại khai thác một lợi thế vật lý khác nhau của định dạng linh hoạt:

• Ứng dụng hàng hải và hàng hải : Các tấm linh hoạt nhẹ, không thấm nước được gắn vào sàn thuyền, thanh chắn, vỏ bimini và các phần thân tàu. Lớp phủ bề mặt chống trượt có sẵn trên các tấm linh hoạt cấp hàng hải duy trì sự an toàn cho boong trong khi tạo ra điện. Việc lắp đặt bảng điều khiển linh hoạt 200W điển hình trên du thuyền buồm dài 10 mét chỉ nặng chưa đến 2 kg và không cần khoan vào cấu trúc boong.
• Ứng dụng phương tiện và phương tiện giải trí (RV) : Các tấm linh hoạt được liên kết với mái xe tải, mui xe mô tô và bề mặt xe caravan trong đó khung tấm cứng sẽ gây ra các vấn đề về lực cản khí động học hoặc khoảng trống của hộp mái không thể chấp nhận được. Tấm linh hoạt đơn tinh thể trong Phạm vi 100 đến 400W là những quy định phổ biến nhất cho hệ thống điện chuyển đổi van.
• Quang điện tích hợp trong tòa nhà (BIPV) : CIGS linh hoạt và các tấm đơn tinh thể được dát mỏng thành màng lợp, mặt tiền, mái hiên và giếng trời. Các tấm pin trở thành một phần của lớp vỏ tòa nhà chứ không phải là phần bổ sung cho nó, góp phần tạo ra năng lượng đồng thời phục vụ chức năng kết cấu hoặc chống chịu thời tiết.
• Tích hợp cấu trúc hình trụ và cực mặt trời : Các tấm linh hoạt quấn quanh các cột năng lượng mặt trời hình trụ, cấu trúc trụ, cột trụ và đồ nội thất đô thị để thu năng lượng mặt trời trên các bề mặt mà các tấm cứng không thể giải quyết được. Ứng dụng này là nơi công nghệ tấm pin mặt trời linh hoạt giao thoa trực tiếp với loại cột năng lượng mặt trời hình trụ được mô tả trong hướng dẫn này.
• Năng lượng mặt trời di động và đóng gói : Tấm linh hoạt có thể cuộn hoặc gập lại để sạc tại hiện trường, cắm trại, bộ nguồn khẩn cấp và các ứng dụng quân sự trong đó yêu cầu chính là kích thước đóng gói nhỏ gọn và trọng lượng thấp.

So sánh ba công nghệ: Tóm tắt thực tế

Công nghệ pin trong hệ thống cực mặt trời

Hệ thống pin là thành phần quyết định trực tiếp nhất đến độ tin cậy thực tế của bất kỳ hệ thống chiếu sáng cột năng lượng mặt trời nào. Thông số kỹ thuật của bảng điều khiển và hiệu suất của đèn LED có thể được tối ưu hóa trên giấy, nhưng nếu hệ thống pin xuống cấp nhanh chóng do khí hậu địa phương hoặc không có đủ công suất để đáp ứng sự thay đổi theo mùa của lượng năng lượng mặt trời, thì việc lắp đặt sẽ hoạt động kém bất kể các thông số kỹ thuật khác.

Lithium Iron Phosphate so với các hóa chất lithium khác

Lithium iron phosphate (LFP hoặc LiFePO4) đã trở thành loại pin hóa học chiếm ưu thế trong các ứng dụng cột năng lượng mặt trời ngoài trời vì một số lý do trực tiếp giải quyết nhu cầu của trường hợp sử dụng này:

• Độ ổn định nhiệt : Pin LFP không bị thoát nhiệt ở nhiệt độ bên trong các cực mặt trời và vỏ pin ngoài trời dưới ánh nắng trực tiếp, nhiệt độ có thể vượt quá 60 đến 70 độ C vào mùa hè. Các hóa chất lithium NMC và lithium coban oxit nhạy cảm hơn đáng kể với nhiệt độ và có nguy cơ hỏng hóc cao hơn trong những điều kiện này.
• Vòng đời : Pin LFP thường cung cấp 2.000 đến 4.000 chu kỳ sạc-xả đầy đủ ở độ sâu xả 80%, so với 500 đến 1.500 chu kỳ đối với pin axit chì và 500 đến 2.000 chu kỳ đối với lithium NMC ở độ sâu xả tương đương. Ở một cực mặt trời quay vòng hàng ngày, điều này có nghĩa là tuổi thọ sử dụng từ 8 đến 12 năm đối với LFP so với 2 đến 4 năm đối với axit chì.
• Hiệu suất nhiệt độ thấp : Pin LFP duy trì công suất tốt hơn trong điều kiện lạnh so với một số hóa chất lithium thay thế và hầu hết các hệ thống quản lý pin LFP đều bao gồm bảo vệ sạc ở nhiệt độ thấp giúp ngăn ngừa hư hỏng do sạc trong điều kiện dưới nhiệt độ đóng băng.

Tính dung lượng pin cần thiết

Đối với hệ thống cực mặt trời hoặc cột năng lượng mặt trời hình trụ riêng biệt, công suất pin tối thiểu tính bằng oát-giờ được tính như sau:

1. Xác định mức tiêu thụ năng lượng hàng ngày: công suất đèn nhân với số giờ hoạt động mỗi đêm. Ví dụ: Đèn 40W hoạt động 10 giờ tương đương 400 Wh mỗi đêm.
2. Nhân với số ngày tự chủ cần thiết (thường là 3 đến 5 ngày): 400 Wh nhân với 4 ngày bằng ngân hàng pin tối thiểu 1.600 Wh.
3. Chia cho độ sâu xả có thể sử dụng cho hóa chất pin đã chọn (0,8 đối với LFP ở độ sâu xả 80%): 1.600 Wh chia cho 0,8 bằng Dung lượng pin lắp đặt 2.000 Wh là mức thiết kế tối thiểu cho ví dụ này.

Cân nhắc lắp đặt và vận hành

Cả ba công nghệ đều yêu cầu các biện pháp lắp đặt cụ thể để đạt được hiệu suất và tuổi thọ định mức. Các yếu tố phổ biến thường bị bỏ qua khi lắp đặt tại hiện trường bao gồm:

Đánh giá địa điểm trước khi chỉ định bất kỳ hệ thống cực mặt trời nào

• Đánh giá tài nguyên năng lượng mặt trời : Xác minh số giờ nắng cao điểm mỗi ngày tại địa điểm dự án bằng cách sử dụng cơ sở dữ liệu tài nguyên như PVGIS (Hệ thống thông tin địa lý quang điện) để biết tọa độ lắp đặt cụ thể. Không sử dụng mức trung bình của khu vực, vì địa hình vi mô, mây mù ven biển và bóng râm của hẻm núi đô thị có thể làm giảm đáng kể nguồn tài nguyên năng lượng mặt trời thực tế so với số liệu của khu vực.
• Phân tích bóng : Xác định bất kỳ cây cối, tòa nhà hoặc công trình nào sẽ đổ bóng lên bề mặt thu năng lượng mặt trời vào bất kỳ thời điểm nào trong ngày trong suốt cả năm. Ngay cả việc che bóng một phần trên một phần nhỏ của bảng điều khiển cũng có thể làm giảm đáng kể đầu ra của hệ thống do sự kết nối nối tiếp của các ô. Đánh giá này đặc biệt quan trọng đối với các hệ thống cực mặt trời riêng biệt trong đó tấm pin nằm trên một cấu trúc cố định.
• Điều kiện đất và nền móng : Móng cột cho các cột năng lượng mặt trời dạng trụ và riêng lẻ cần được xác nhận về mặt địa kỹ thuật rằng khả năng chịu lực của đất và độ sâu chôn sẽ hỗ trợ tổng gió và tĩnh tải của cụm cột và tấm pin. Trong điều kiện đất kém, có thể cần phải có tấm đế mở rộng, vít nối đất hoặc móng bê tông.

Thực tiễn tốt nhất về lắp đặt bảng điều khiển năng lượng mặt trời linh hoạt

• Làm sạch bề mặt lắp đặt thật kỹ trước khi dán các tấm linh hoạt có lớp keo dính. Sự nhiễm bẩn, độ ẩm hoặc lớp phủ lỏng lẻo bên dưới bảng điều khiển sẽ gây ra hiện tượng hỏng keo và bong tróc bảng điều khiển theo thời gian.
• Không uốn cong các tấm đơn tinh thể linh hoạt vượt quá thông số bán kính uốn cong tối thiểu của nhà sản xuất. Vượt quá giới hạn này sẽ gây ra các vết nứt vi mô trong tế bào silicon, làm giảm hiệu suất ngay lập tức và dần dần trở nên tồi tệ hơn theo chu kỳ nhiệt.
• Cho phép thông gió đầy đủ giữa bề mặt phía sau của bảng điều khiển và đế lắp. Một khoảng cách 10 đến 20mm giảm nhiệt độ vận hành của bảng điều khiển và cải thiện hiệu suất đầu ra, vì các tấm linh hoạt trên bề mặt kim loại nóng có thể đạt nhiệt độ hoạt động từ 70 đến 80 độ C mà không cần thông gió, làm giảm sản lượng bằng 15 đến 25% so với hiệu suất ở điều kiện mát mẻ.
• Bảo vệ các điểm đi dây bằng các đệm cáp cấp hàng hải và phủ silicon ổn định tia cực tím xung quanh tất cả các điểm xuyên thấu để ngăn chặn sự xâm nhập của hơi ẩm, nguyên nhân hàng đầu khiến bảng điều khiển linh hoạt sớm bị xuống cấp trong các ứng dụng ngoài trời lộ thiên.

Lựa chọn giữa cực năng lượng mặt trời tách biệt, cực năng lượng mặt trời hình trụ và tấm pin mặt trời linh hoạt

Sự lựa chọn giữa ba công nghệ này không phải lúc nào cũng độc quyền. Chúng có thể được kết hợp trong một dự án duy nhất để giải quyết các yêu cầu về vị trí khác nhau và việc hiểu rõ các tiêu chí quyết định cho từng tiêu chí giúp cho việc đặc tả trở nên đơn giản:

1. Đầu ra có độ sáng cao dành cho chiếu sáng đường bộ hoặc khu vực rộng lớn có phải là yêu cầu chính không? Chọn một hệ thống cực mặt trời riêng biệt. Định hướng bảng điều khiển độc lập và dãy bảng điều khiển lớn hơn của các hệ thống riêng biệt mang lại khả năng thu thập năng lượng cần thiết để duy trì 10.000 lumen trở lên suốt cả đêm ở nhiều vị trí địa lý.
2. Việc lắp đặt trong môi trường đô thị, thương mại hoặc thiết kế có nhạy cảm với chất lượng hình ảnh không? Chọn một cực năng lượng mặt trời hình trụ. Hình thức kiến ​​trúc tích hợp cung cấp ánh sáng cho người đi bộ mà không bị ảnh hưởng bởi ánh sáng đường phố năng lượng mặt trời dạng tấm góc thông thường.
3. Ứng dụng có bề mặt cong, linh hoạt hoặc bị hạn chế về trọng lượng và không thể chấp nhận các tấm cứng không? Chọn một tấm pin mặt trời linh hoạt. Sàn tàu biển, mái phương tiện, cột trụ, các thành phần kiến ​​trúc cong và các ứng dụng di động đều yêu cầu khả năng lắp đặt phù hợp mà chỉ các tấm linh hoạt mới cung cấp.
4. Dự án có phải là một môi trường hỗn hợp với cả đường bộ và khu vực dành cho người đi bộ không? Triển khai các cột năng lượng mặt trời riêng biệt trên các đoạn đường để có công suất cao và các cột năng lượng mặt trời hình trụ trên khu vực dành cho người đi bộ để đảm bảo tính thẩm mỹ, sử dụng thông số kỹ thuật hệ thống thống nhất cho các tiêu chuẩn pin và sạc để đơn giản hóa việc bảo trì.

Tất cả ba công nghệ đều đại diện cho các giải pháp năng lượng mặt trời trưởng thành, đã được chứng minh tại hiện trường, cung cấp nguồn điện và ánh sáng đáng tin cậy ngoài lưới hoặc độc lập với lưới điện khi được chỉ định chính xác cho vị trí, phụ tải và khí hậu. Chìa khóa dẫn đến kết quả thành công là kết hợp điểm mạnh thực sự của từng công nghệ với nhu cầu cụ thể của quá trình lắp đặt thay vì áp dụng một giải pháp duy nhất cho tất cả các tình huống trong một dự án.