Cột đèn đường cao bao nhiêu? Hướng dẫn về tuổi thọ và năng lượng mặt trời

Cột đèn đường, Đèn đường ngoài trời và Cột năng lượng mặt trời là xương sống cơ sở hạ tầng vật lý của hệ thống chiếu sáng ngoài trời công cộng và thương mại trên toàn thế giới, tuy nhiên các câu hỏi kỹ thuật chi tiết xung quanh thiết kế, tuổi thọ sử dụng, chiều cao, lắp đặt và hiệu suất của chúng hiếm khi được giải quyết ở mức độ sâu thực tế, dễ tiếp cận bên ngoài các ấn phẩm kỹ thuật chuyên ngành. Cho dù bạn là kỹ sư chiếu sáng thành phố, nhà phát triển bất động sản chỉ định chiếu sáng cho phân khu mới, người quản lý cơ sở chịu trách nhiệm về mạng lưới cột hiện có hay người lắp đặt chuẩn bị vận hành hệ thống chiếu sáng mặt trời mới, câu trả lời cho các câu hỏi như tuổi thọ của cột đèn đường là bao nhiêu, đèn đường cao bao nhiêu, cột đèn cao bao nhiêu, đèn đường hoạt động như thế nào và góc tối ưu để lắp bảng điều khiển năng lượng mặt trời trên Cột năng lượng mặt trời đều là cơ bản để đưa ra quyết định đúng đắn và đạt được hiệu suất hệ thống lâu dài.

Câu trả lời trực tiếp cho những câu hỏi cốt lõi này như sau. Tuổi thọ của cột đèn đường phụ thuộc vào vật liệu và môi trường nhưng thường là 25 đến 50 năm đối với cột thép có khả năng chống ăn mòn đầy đủ, 50 đến 80 năm trở lên đối với cột bê tông và 20 đến 30 năm đối với cột nhôm trtrêng điều kiện tiêu chuẩn. Chiều cao của đèn đường tùy thuộc vào loại đường: 5 đến 6 mét đối với đường dành cho người đi bộ, 8 đến 12 mét đối với đường gom và 12 đến 20 mét đối với đường huyết mạch. Chiều cao của cột đèn trong các ứng dụng cảnh quan bãi đậu xe, công viên và thương mại dao động từ 4 đến 10 mét tùy thuộc vào khu vực phủ sóng và yêu cầu thẩm mỹ. Việc lắp đặt đèn đường năng lượng mặt trời bao gồm một quy trình có hệ thống bao gồm đánh giá địa điểm, chuẩn bị nền móng, lắp dựng cột, vận hành bảng điều khiển và đèn điện, mất từ ​​2 đến 4 giờ cho mỗi cột đối với những người lắp đặt có kinh nghiệm. Góc nghiêng của tấm pin mặt trời trên Cột Mặt trời thường được đặt bằng vĩ độ địa lý của vị trí lắp đặt cộng hoặc trừ 5 đến 15 độ tùy theo mức độ ưu tiên năng lượng theo mùa. Góc tối ưu cho đầu ra của tấm pin mặt trời là góc phù hợp với vĩ độ để có hiệu suất cân bằng quanh năm hoặc vĩ độ cộng với 10 đến 15 độ để lắp đặt ưu tiên vào mùa đông ở vùng khí hậu ôn đới. Và cách thức hoạt động của đèn đường liên quan đến sự tương tác của nguồn điện, tế bào quang điện hoặc bộ điều khiển thông minh, mạch điều khiển và đèn LED hoặc nguồn sáng khác cùng nhau tạo ra ánh sáng đáng tin cậy, theo lịch trình. Bài viết này đề cập đến tất cả những câu hỏi này một cách đầy đủ và chuyên sâu về mặt kỹ thuật.

Tuổi thọ của cột đèn đường là bao nhiêu: Vật liệu, độ ăn mòn và tuổi thọ sử dụng

Câu hỏi của tuổi thọ của cột đèn đường là bao nhiêu không có câu trả lời duy nhất vì tuổi thọ của cột được xác định bởi sự kết hợp của vật liệu cột, xử lý bảo vệ, tiếp xúc với môi trường, chất lượng bảo trì và lịch sử tải trọng kết cấu. Cột đèn đường được kiểm tra, sơn lại hoặc phủ lại thường xuyên khi lớp hoàn thiện bảo vệ xuống cấp và không chịu tác động của xe cộ hoặc các đợt gió cực mạnh, thường vượt quá tuổi thọ sử dụng theo thiết kế, trong khi các cột ở môi trường ven biển, độ ẩm cao hoặc đường có nhiều muối không được bảo trì đầy đủ có thể biểu hiện sự xuống cấp về cấu trúc trong vòng 10 đến 15 năm kể từ khi lắp đặt.

Cột đèn đường thép: Tuổi thọ sử dụng và quản lý ăn mòn

Thép là vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất cho Cột đèn đường ở hầu hết các quốc gia, được đánh giá cao nhờ tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao, dễ chế tạo và khả năng đạt được nhiều hình dạng và chiều cao mặt cắt ngang thông qua quy trình sản xuất tiêu chuẩn. Cột thép mạ kẽm nhúng nóng (trong đó thép được ngâm trong kẽm nóng chảy để tạo ra lớp phủ kẽm liên kết luyện kim) đại diện cho thông số kỹ thuật tiêu chuẩn cho hầu hết các ứng dụng trong đô thị, với lớp phủ kẽm cung cấp khả năng bảo vệ ca-tốt cho thép bên dưới ngay cả khi lớp phủ bị trầy xước hoặc hư hỏng. Cột đèn đường bằng thép mạ kẽm nhúng nóng có độ dày lớp phủ kẽm thích hợp (thường là trung bình 85 micron đối với cột theo thông số kỹ thuật ASTM A123 Cấp 45) có tuổi thọ sử dụng từ 25 đến 50 năm trong môi trường nội địa không ven biển, giảm xuống còn 15 đến 30 năm ở các vùng ven biển thường xuyên tiếp xúc với phun muối và có khả năng dưới 20 năm trong môi trường công nghiệp hoặc biển có tính xâm thực cao mà không có lớp phủ bảo vệ bổ sung.

Cơ chế hư hỏng chính của Cột đèn đường bằng thép là ăn mòn ở chân cột, ở vùng từ 300 mm phía trên đến 300 mm dưới mặt đất, nơi xen kẽ các điều kiện ướt và khô, hóa học của đất và kẽ hở giữa cột và nền bê tông tạo ra môi trường ăn mòn đặc biệt mạnh. Đây là lý do tại sao việc kiểm tra nền, làm sạch và sơn lại cột thép thường xuyên là hoạt động bảo trì quan trọng nhất để kéo dài tuổi thọ sử dụng của chúng. Nhiều hư hỏng cột do tuổi tác thực ra là hư hỏng do ăn mòn phần đế không được xử lý kéo dài từ 10 đến 20 năm trong khi phần trên mặt đất của cột vẫn có kết cấu chắc chắn.

Cột đèn đường bê tông: Độ bền và tuổi thọ lâu dài

Cột đèn đường bằng bê tông dự ứng lực hoặc bê tông cốt thép có tuổi thọ dài nhất so với bất kỳ vật liệu cột thông thường nào, với các cột bê tông được kết cấu tốt trong môi trường không xâm thực thường xuyên có thể hoạt động từ 50 đến 80 năm mà không bị suy giảm cấu trúc đáng kể. Khả năng chống ăn mòn của cột bê tông trong điều kiện đất và khí quyển bình thường về cơ bản là không giới hạn xét về mặt kết cấu, vì nền bê tông không bị ăn mòn điện hóa làm hạn chế tuổi thọ của cột thép. Mối lo ngại chính về độ bền lâu dài của cột bê tông là ăn mòn cốt thép do sự xâm nhập clhoặcua từ muối đường hoặc bụi nước biển, có thể gây nứt và vỡ lớp phủ bê tông phía trên cốt thép sau 20 đến 40 năm trong môi trường khắc nghiệt. Ở vùng khí hậu nhiệt đới có cường độ tia cực tím cao và chu kỳ khô ướt thường xuyên, cột bê tông ly tâm có bê tông dày đặc, được đầm chặt và có lớp phủ phù hợp cho cốt thép (tối thiểu 25 mm trong môi trường không xâm thực, 40 mm ở vùng biển) luôn chứng minh tuổi thọ sử dụng từ 50 năm trở lên với mức bảo trì tối thiểu ngoài việc rửa định kỳ để loại bỏ cặn bám trên bề mặt.

Cột đèn đường bằng nhôm: Nhẹ với tuổi thọ vừa phải

Cột đèn đường hợp kim nhôm được chỉ định trong các ứng dụng cảnh quan kiến trúc và thương mại trong đó trọng lượng nhẹ của nhôm giúp đơn giản hóa việc lắp đặt và khi lớp hoàn thiện được anod hóa hoặc sơn tĩnh điện tự nhiên mang lại vẻ ngoài chấp nhận được với mức bảo trì tối thiểu. Tuổi thọ của cột nhôm thường là 20 đến 30 năm trong môi trường tiêu chuẩn, với cơ chế xuống cấp chính là quá trình oxy hóa bề mặt và rỗ trong môi trường ven biển giàu clorua chứ không phải là ăn mòn xuyên tường ảnh hưởng đến thép. Độ bền cơ học của nhôm thấp hơn thép ở trọng lượng tương đương, khiến cột nhôm thường phù hợp với các ứng dụng Đèn đường ngoài trời có chiều cao thấp hơn (dưới 10 mét) thay vì Cột đèn đường có cột cao có tải trọng cao hơn được sử dụng trên các tuyến đường lớn.

Kiểm tra và kéo dài tuổi thọ cột

Bất kể vật liệu cột đèn là gì, hành động hiệu quả nhất để tối đa hóa tuổi thọ của cột đèn đường là kiểm tra hệ thống thường xuyên. Thông lệ tốt nhất trong ngành, được phản ánh trong các tiêu chuẩn như ANSI/NAAMM MH 26, khuyến nghị kiểm tra trực quan Cột đèn đường trong khoảng thời gian từ 1 đến 2 năm và đánh giá tính toàn vẹn về cấu trúc trong khoảng thời gian 5 năm đối với các cột trên 25 tuổi. Việc kiểm tra phải đánh giá cụ thể: tình trạng ăn mòn ở đế (sử dụng dây xích quấn hoặc thử gõ búa để phát hiện sự ăn mòn thành rỗng trong các cột thép), tính toàn vẹn của bu lông và móng, tình trạng nắp lỗ tay và bịt kín, mọi dấu hiệu biến dạng do va chạm của xe và tình trạng tay lắp đèn. Các cột có diện tích mặt cắt ngang bị mất hơn 10 phần trăm tại vùng cơ sở quan trọng phải được lên kế hoạch thay thế bất kể hình dáng bên ngoài mặt đất của chúng như thế nào.

Đèn đường cao bao nhiêu và cột đèn cao bao nhiêu: Tiêu chuẩn chiều cao theo ứng dụng

Chiều cao của một Cột đèn đường or Đèn đường ngoài trời lắp đặt là một trong những biến số thiết kế cơ bản trong bất kỳ dự án chiếu sáng đường phố nào, bởi vì nó quyết định trực tiếp diện tích được chiếu sáng trên mỗi cột, độ đồng đều của độ sáng trên mặt đường, công suất phát sáng cần thiết của bộ đèn và tải trọng kết cấu lên cột từ gió và trọng lượng của đèn. Không có câu trả lời duy nhất cho câu hỏi đèn đường cao bao nhiêu vì chiều cao tối ưu phụ thuộc vào phân loại đường, mức độ chiếu sáng yêu cầu, khoảng cách giữa các cực được sử dụng và loại phân bố đèn được áp dụng.

Chiều cao tiêu chuẩn cho cột đèn đường theo phân loại đường và địa điểm

Chiều cao cực ảnh hưởng đến hiệu suất chiếu sáng như thế nào

Mối quan hệ giữa chiều cao của Cột đèn đường và độ chiếu sáng trên mặt đường tuân theo định luật chiếu sáng bình phương nghịch đảo: tăng gấp đôi chiều cao lắp đặt sẽ làm giảm độ chiếu sáng trực tiếp bên dưới cột xuống còn một phần tư giá trị trước đó nhưng lại tăng diện tích được chiếu sáng ở mức lux nhất định. Mối quan hệ này có nghĩa là các cột đèn cao hơn với bộ đèn công suất cao hơn có thể đạt được cùng độ sáng trung bình trên mặt đường với khoảng cách cột rộng hơn, giảm tổng số cột cần thiết cho một chiều dài đường nhất định. Đối với đường thu điển hình được thiết kế cho độ sáng trung bình 20 lux, cột 10 mét với bộ đèn LED 10.000 lumen ở khoảng cách 35 mét sẽ đạt được hiệu suất tương đương với cột 8 mét với bộ đèn 6.000 lum ở khoảng cách 25 mét, với tùy chọn cao hơn cần ít cột hơn khoảng 30% và do đó, chi phí cơ sở hạ tầng dân dụng thấp hơn mặc dù chi phí cho từng cột và đèn riêng lẻ cao hơn.

Cân nhắc chiều cao cực mặt trời

Cột năng lượng mặt trời dành cho hệ thống đèn đường năng lượng mặt trời độc lập bổ sung thêm yếu tố cần cân nhắc về thiết kế chiều cao ngoài tính toán trắc quang tiêu chuẩn: tấm quang điện ở đầu cột không được bị che bởi các cột, cây cối, tòa nhà liền kề hoặc các vật cản khác trong những giờ mà việc tạo ra năng lượng mặt trời đạt hiệu quả cao nhất (thường là từ 9 giờ sáng đến 3 giờ chiều). Để lắp đặt Cột năng lượng mặt trời dọc theo con đường nơi các tấm hướng về phía nam (ở bán cầu bắc) hoặc phía bắc (ở bán cầu nam), khoảng cách cực tối thiểu giữa các cột để tránh bóng giữa các tấm pin phụ thuộc vào chiều cao cột và góc nghiêng của tấm pin mặt trời. Nguyên tắc chung là khoảng cách thông thoáng giữa các cột ít nhất phải gấp 3 lần chiều cao tổng hợp của cột và hình chiếu thẳng đứng của tấm nghiêng để tránh bóng trong điều kiện góc nắng thấp vào mùa đông.

Đèn đường hoạt động như thế nào: Từ nguồn điện đến mặt đường được chiếu sáng

Hiểu cách thức hoạt động của đèn đường ở cấp hệ thống, bao gồm việc cung cấp điện, cơ chế điều khiển, công nghệ nguồn sáng và phân phối quang, là nền tảng kiến thức để xác định, lắp đặt và bảo trì. Đèn đường ngoài trời một cách hiệu quả. Các hệ thống chiếu sáng đường phố hiện đại, dù là bộ đèn LED chạy bằng lưới trên Cột đèn đường thông thường hay hệ thống đèn LED chạy bằng năng lượng mặt trời trên Cột năng lượng mặt trời, đều có chung kiến ​​trúc chức năng về nguồn điện đầu vào, mạch điều khiển, bộ điều khiển và nguồn sáng, khác nhau chủ yếu ở cách phân phối điện đến giai đoạn lái xe.

Hệ thống phân phối điện

Đèn đường ngoài trời chạy bằng lưới nhận dòng điện xoay chiều (thường là 220 đến 240 volt ở tần số 50 Hz ở hầu hết các nơi trên thế giới hoặc 110 đến 120 volt ở 60 Hz ở Bắc Mỹ) thông qua các mạch cáp ngầm được kết nối với trạm biến áp phân phối hoặc điểm cung cấp địa phương. Mạch cáp thường là 3 pha cho các mạng lớn, với các cực riêng lẻ được kết nối một pha từ cáp phân phối, cho phép cân bằng tải qua ba pha. Tuyến cáp đi theo đường cột và thường được chôn ở độ sâu tối thiểu từ 450 đến 600 mm dưới mặt đường hoặc bề mặt lối đi trong ống dẫn hoặc thông số kỹ thuật cáp chôn trực tiếp được phê duyệt để sử dụng ngầm ngoài trời.

Cực mặt trời nhận năng lượng từ tấm quang điện gắn trên đỉnh cột, tạo ra dòng điện một chiều (DC) tỷ lệ với bức xạ mặt trời tới. Đầu ra DC này được đưa đến bộ điều khiển sạc để điều chỉnh việc sạc pin để tránh sạc quá mức và bảo vệ pin khỏi xả sâu. Pin lưu trữ năng lượng mặt trời vào ban ngày và cung cấp cho bộ điều khiển đèn LED trong thời gian hoạt động vào ban đêm. Một hệ thống Cột năng lượng mặt trời được thiết kế tốt với kích thước bảng điều khiển, dung lượng pin và công suất đèn LED phù hợp có thể cung cấp ánh sáng đáng tin cậy trong 3 đến 5 đêm liên tiếp mà không cần sử dụng năng lượng mặt trời, giúp hệ thống này hoạt động hiệu quả ở những địa điểm có thời kỳ mây kéo dài đặc trưng của khí hậu biển và ôn đới.

Hệ thống điều khiển: Làm thế nào đèn đường biết khi nào nên bật và tắt

Phương pháp điều khiển phổ biến nhất đối với Đèn đường ngoài trời là tế bào quang điện hoặc tế bào quang điện, một thiết bị bán dẫn nhạy cảm với ánh sáng được gắn trên hoặc gần bộ đèn để đo cường độ ánh sáng xung quanh. Tế bào quang điện kích hoạt mạch đèn khi ánh sáng xung quanh giảm xuống dưới khoảng 35 lux (tương đương với điều kiện chạng vạng sâu) và tắt nó khi ánh sáng xung quanh tăng lên trên khoảng 70 lux (để tránh dao động do mây che một phần mặt trời). Tế bào quang điện là một phương pháp điều khiển đơn giản, đáng tin cậy và chi phí thấp, không cần lập trình hoặc kết nối mạng và hoạt động tự chủ miễn là có nguồn điện. Tế bào quang điện có tuổi thọ định mức từ 10 đến 15 năm và cần được thay thế khi chúng đạt đến độ tuổi này ngay cả khi chúng vẫn hoạt động bình thường, vì tế bào quang điện xuống cấp chuyển đổi ở mức ánh sáng không chính xác sẽ gây lãng phí điện (để đèn sáng không cần thiết vào ban ngày) hoặc giảm số giờ chiếu sáng (tắt đèn trước khi trời tối hoàn toàn).

Đồng hồ thời gian thiên văn được sử dụng làm phương pháp điều khiển chính hoặc dự phòng cho tế bào quang điện, tính toán thời gian mặt trời lặn và mặt trời mọc chính xác cho vị trí địa lý được cài đặt từ tọa độ và ngày được lập trình, đồng thời chuyển mạch đèn đường vào những thời điểm được tính toán này bất kể điều kiện ánh sáng xung quanh thực tế. Bộ điều khiển thông minh hiện đại dành cho Đèn đường ngoài trời còn tiến xa hơn nữa bằng cách sử dụng giao tiếp nối mạng (giao thức DALI 2, Zhaga, Zigbee hoặc LoRa) để cho phép giám sát và điều chỉnh độ sáng từng bộ đèn từ nền tảng quản lý trung tâm, cho phép tiết kiệm năng lượng từ 30 đến 50% thông qua khả năng điều chỉnh độ sáng thích ứng của mạch trong thời gian qua đêm có lưu lượng thấp.

Bộ điều khiển đèn LED và nguồn sáng trong chiếu sáng đường phố hiện đại

Đèn đường ngoài trời hiện đại sử dụng nguồn sáng LED được điều khiển bởi các mạch điều khiển dòng điện không đổi điện tử. Trình điều khiển chuyển đổi điện áp nguồn (nguồn điện xoay chiều cho các thiết bị chạy bằng lưới, pin DC cho hệ thống Cột năng lượng mặt trời) thành dòng điện được điều chỉnh cụ thể theo yêu cầu của dãy đèn LED, duy trì dòng điện này không đổi bất kể sự thay đổi điện áp nguồn và điện áp chuyển tiếp đèn LED thay đổi theo nhiệt độ. Bộ điều khiển dòng không đổi là thành phần quan trọng đảm bảo tuổi thọ sử dụng của đèn LED: Dãy đèn LED được điều khiển ở dòng điện không đổi có độ gợn sóng thấp chịu ứng suất nhiệt và điện thấp hơn nhiều so với đèn LED tương đương được điều khiển bởi các mạch đơn giản hơn với dòng điện gợn sóng cao và chất lượng của bộ điều khiển thường là yếu tố chính quyết định tuổi thọ sử dụng tại hiện trường của đèn LED.

Bộ đèn đường phố LED hiện đại có công suất định mức 130 đến 200 lumen/watt thể hiện mức tiết kiệm năng lượng từ 40 đến 65 phần trăm so với bộ đèn natri áp suất cao (HPS) mà chúng thay thế và tuổi thọ sử dụng định mức từ 50.000 đến 100.000 giờ đến L70 (điểm mà sản lượng giảm đến 70 phần trăm giá trị ban đầu) dài hơn 3 đến 6 lần so với tuổi thọ bóng đèn HPS, giảm đáng kể tần suất bảo trì và chi phí của toàn bộ Cột đèn đường và hệ thống đèn trong suốt thời gian hoạt động.

Lắp đặt đèn đường năng lượng mặt trời: Hướng dẫn từng bước hoàn chỉnh

Việc lắp đặt đèn đường năng lượng mặt trời trên Cột năng lượng mặt trời là một quy trình kỹ thuật khác biệt so với việc lắp đặt đèn đường chạy bằng lưới điện thông thường, bao gồm các cân nhắc bổ sung về hướng bảng điều khiển, lắp đặt pin, thiết lập bộ điều khiển sạc và vận hành hệ thống dành riêng cho kiến trúc năng lượng mặt trời không nối lưới. Quá trình lắp đặt có hệ thống được thực hiện bởi nhân viên đã được đào tạo sẽ tạo ra một hệ thống sẽ hoạt động đáng tin cậy từ 8 đến 12 năm trước khi cần thay thế bộ phận chính; Việc lắp đặt kém có thể dẫn đến hỏng pin sớm, sạc không đủ hoặc lỗi vận hành khó chẩn đoán và sửa chữa sau khi cột được dựng lên.

Đánh giá địa điểm lắp đặt trước

Trước khi bắt đầu bất kỳ công việc xây dựng nền móng nào, mỗi vị trí Cột Mặt trời được đề xuất phải được đánh giá khả năng tiếp cận năng lượng mặt trời để xác nhận rằng tấm pin sẽ nhận đủ ánh sáng mặt trời không bị cản trở trong suốt cả năm. Việc đánh giá địa điểm cần đánh giá:

• Phân tích bóng râm: Bất kỳ vật thể nào (tòa nhà, cây cối, biển quảng cáo, cột liền kề) trong vòng cung 30 độ so với đường chân trời theo hướng mà bảng điều khiển sẽ hướng về phía trước đều phải được khảo sát và đường bóng của nó được tính toán cho góc mặt trời ngày đông chí, thể hiện điều kiện bóng râm trong trường hợp xấu nhất. Ngay cả việc che bóng một phần của một phần nhỏ của bảng quang điện cũng có thể làm giảm tổng công suất hệ thống từ 50 đến 80 phần trăm trong các cấu hình bảng được kết nối nối tiếp do hiệu ứng che bóng trên dòng điện dây.
• Điều tra đất: Xác nhận khả năng chịu lực của đất và điều kiện mặt đất tại vị trí cột đề xuất để xác định độ sâu và đường kính móng yêu cầu. Đất mềm hoặc đất ngập nước có thể yêu cầu móng lớn hơn hoặc lắp đặt cọc dẫn động để đạt được độ cố định đế cột phù hợp với tải trọng gió dự kiến ​​tác động lên tổ hợp cột và bảng điều khiển.
• Dữ liệu gió địa phương: Xác định tốc độ gió thiết kế cho vị trí lắp đặt theo tiêu chuẩn tải trọng gió quốc gia hiện hành. Cột năng lượng mặt trời mang diện tích gió hiệu quả lớn hơn Cột đèn đường thông thường vì tấm quang điện tạo ra một bề mặt phẳng đáng kể trước gió, tạo ra mômen lật đáng kể ở chân cột. Điều này phải được tính đến trong thiết kế kết cấu móng và cột.

Chuẩn bị nền móng và lắp đặt cột

1. Đào hố móng. Thông thường có đường kính 400 đến 600 mm và độ sâu 1.000 đến 1.500 mm đối với các Cột Mặt Trời tiêu chuẩn có chiều cao từ 5 đến 8 mét, tỷ lệ tăng lên tương ứng cho các cột cao hơn. Đáy hố phải bằng đất chắc, không bị xáo trộn; nếu gặp vật liệu lấp hoặc vật liệu mềm ở độ sâu yêu cầu, hãy mở rộng lỗ cho đến khi chạm tới mặt đất cứng.
2. Lắp đặt nhóm bu lông neo và ống dẫn. Đặt lồng bu lông neo ở độ cao và hướng chính xác cho đường kính vòng tròn bu lông của cột và kiểu bu lông. Đổ một lớp bê tông che chắn 100 mm ở đáy hố đào, đặt lồng bu lông ở độ cao chính xác trên lớp hoàn thiện (thường là 50 đến 80 mm lộ ra trên mức tấm đế) và lắp đặt bất kỳ ống dẫn hoặc ống bọc cáp nào cần thiết cho cáp kết nối pin từ cực đến hộp pin nếu pin được gắn trên mặt đất thay vì gắn trên cột.
3. Đổ bê tông nền. Sử dụng bê tông có cường độ ít nhất là C25 (25 MPa) để đổ móng, đảm bảo bê tông được đổ không có lỗ rỗng xung quanh lồng bu lông neo và được đầm chặt. Để bê tông đông cứng tối thiểu 48 giờ (tốt nhất là 72 giờ) trước khi lắp cột để tránh làm xáo trộn các vị trí bu lông neo trước khi bê tông đạt đủ cường độ.
4. Dựng cột lên. Sử dụng cần cẩu di động, bộ điều khiển dạng ống lồng hoặc hệ thống nâng khung bằng tay phù hợp với trọng lượng cột, hạ tấm đế cột xuống nhóm bu lông neo và lắp các đai ốc cân bằng và đai ốc khóa theo đúng trình tự để đạt được cột dọi. Kiểm tra cực cho dây dọi bằng cách sử dụng thước thủy trên hai mặt vuông góc và điều chỉnh đai ốc cân bằng trước khi siết chặt lần cuối. Hướng của giá đỡ bảng điều khiển phải được đặt thành ổ bi la bàn chính xác (hướng về phía nam thực sự ở bán cầu bắc) trong quá trình lắp dựng cực trước khi các đai ốc được siết chặt hoàn toàn.
5. Gắn tấm pin mặt trời ở góc nghiêng chính xác. Gắn bảng quang điện vào giá đỡ bảng ở góc nghiêng được tính toán cho vĩ độ lắp đặt. Đặt góc bằng thước đo góc hoặc máy đo độ nghiêng để xác nhận mặt bảng ở độ nghiêng quy định so với phương ngang trước khi siết chặt hoàn toàn tất cả các ốc vít gắn bảng.
6. Lắp pin và bộ điều khiển sạc. Gắn hộp pin (dù là cột được gắn ở độ cao trung bình hay được gắn trên mặt đất gần đế cột) vào vị trí đã chỉ định. Kết nối bộ điều khiển sạc với các cực dương và âm của bảng điều khiển, các cực dương và âm của pin cũng như các cực dương và âm của tải (bộ điều khiển đèn LED) theo trình tự được chỉ định trong hướng dẫn lắp đặt bộ điều khiển sạc. Trình tự kết nối không chính xác trên một số thiết kế bộ điều khiển sạc có thể làm hỏng bộ điều khiển mà không thể sửa chữa được.
7. Vận hành và thử nghiệm hệ thống. Khi bảng điều khiển được kết nối và có ánh sáng ban ngày, hãy xác nhận rằng chỉ báo sạc pin của bộ điều khiển sạc hiển thị đang sạc. Kích hoạt cảm biến chạng vạng theo cách thủ công (bằng cách che tạm thời bảng điều khiển) và xác nhận rằng đèn LED kích hoạt ở độ sáng được lập trình cũng như cài đặt bộ điều khiển (đúng giờ, cấu hình điều chỉnh độ sáng và bất kỳ chức năng cảm biến chuyển động nào) được lập trình chính xác theo yêu cầu của địa điểm.

Góc nghiêng của tấm pin mặt trời và góc tối ưu cho tấm pin mặt trời: Hướng dẫn kỹ thuật dứt khoát

Góc nghiêng của bảng điều khiển năng lượng mặt trời on Cực mặt trời là góc giữa mặt của tấm quang điện và mặt phẳng nằm ngang, tính bằng độ. Đây là một trong những thông số lắp đặt quan trọng nhất về mặt kỹ thuật đối với bất kỳ hệ thống năng lượng mặt trời nào vì nó xác định trực tiếp lượng bức xạ mặt trời mà bề mặt tấm pin nhận được trong suốt cả năm, từ đó xác định sản lượng năng lượng hàng ngày và hàng năm của tấm pin và do đó xác định mức độ phù hợp của hệ mặt trời đối với tải dự định của nó. Hiểu cả nguyên tắc chung về góc tối ưu cho tấm pin mặt trời và cơ sở điều chỉnh cụ thể cho các ưu tiên theo mùa khác nhau là điều cần thiết để xác định và vận hành chính xác các hệ thống Cột Mặt trời.

Quy tắc vĩ độ: Nền tảng của việc lựa chọn góc nghiêng của tấm pin mặt trời

Nguyên tắc cơ bản chi phối góc tối ưu cho tấm pin mặt trời là mặt tấm pin phải được định hướng vuông góc với vectơ bức xạ mặt trời trung bình cho vị trí và mùa quan tâm. Vì đường đi biểu kiến ​​của mặt trời trên bầu trời thay đổi theo mùa (cao hơn vào mùa hè, thấp hơn vào mùa đông), góc mà một tấm cố định nghiêng chặn tốt nhất bức xạ này cũng thay đổi theo mùa. Để đạt được mục tiêu sản xuất năng lượng cân bằng quanh năm, góc nghiêng tối ưu cho bảng điều khiển cố định ở bán cầu bắc xấp xỉ bằng vĩ độ địa lý của cơ sở lắp đặt và bảng điều khiển phải hướng về phía nam. Đối với việc lắp đặt ở bán cầu nam, góc tối ưu tương đương cũng xấp xỉ bằng vĩ độ địa lý, nhưng bảng điều khiển hướng về phía bắc thực.

Như một hướng dẫn thực tế: đèn đường năng lượng mặt trời ở Bangkok, Thái Lan (vĩ độ khoảng 14 độ Bắc) nên có bảng điều khiển nghiêng 14 độ so với phương ngang hướng về phía Nam; một hệ thống ở Madrid, Tây Ban Nha (vĩ độ khoảng 40 độ Bắc) nên được đặt ở 40 độ; và một hệ thống ở Oslo, Na Uy (vĩ độ khoảng 60 độ Bắc) nên nghiêng một góc 60 độ. Mỗi cài đặt này mang lại hiệu suất năng lượng trung bình quanh năm tốt nhất cho vị trí tương ứng, thường tạo ra sản lượng năng lượng hàng năm trong khoảng 5% mức tối đa theo lý thuyết có thể đạt được bằng hệ thống theo dõi mặt trời hai trục.

Điều chỉnh góc nghiêng cho mức độ ưu tiên theo mùa

Góc nghiêng của solar panel can be adjusted from the latitude matched angle to prioritize either summer or winter energy production depending on the seasonal lighting demand profile of the application:

• Vĩ độ âm 10 đến 15 độ (độ nghiêng nông hơn): Tăng sản xuất năng lượng mùa hè với chi phí sản xuất mùa đông. Cài đặt này phù hợp với các Cực Mặt trời ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới nơi mùa giông bão mùa hè tạo ra những khoảng thời gian nhiều mây đòi hỏi hiệu suất tấm pin tối đa trong những ngày hè dài hơn và nơi đêm mùa đông đủ ngắn để hệ mặt trời có đủ thời gian để nạp lại ngay cả khi bức xạ mùa đông giảm.
• Vĩ độ cộng thêm 10 đến 15 độ (độ nghiêng dốc hơn): Tăng sản xuất năng lượng mùa đông với chi phí sản xuất mùa hè. Cài đặt này là thông số kỹ thuật chính xác cho các Cực Mặt trời ở các vị trí ôn đới và vĩ độ cao (trên vĩ độ 35 độ), nơi đêm mùa đông dài, bức xạ mặt trời thấp trong những tháng mùa đông và nguy cơ pin không duy trì được sạc đầy trong thời gian nhiều mây mùa đông kéo dài là hạn chế thiết kế chính. Ví dụ, việc lắp đặt các Cột Mặt trời ở Vương quốc Anh ở vĩ độ 51 độ Bắc thường chỉ định góc nghiêng của bảng từ 60 đến 65 độ thay vì vĩ độ phù hợp là 51 độ, bởi vì góc mùa đông tăng 10 đến 14 độ sẽ thu được nhiều năng lượng hơn đáng kể trong khoảng thời gian quan trọng từ tháng 11 đến tháng 2 khi nguồn năng lượng mặt trời yếu nhất và nhu cầu chiếu sáng (đêm dài) là cao nhất.
• Góc vĩ độ (độ nghiêng cân bằng): Cài đặt chính xác cho hầu hết các ứng dụng Cực Mặt trời ở vĩ độ trung bình, không áp dụng ưu tiên theo mùa cụ thể, mang lại khả năng sản xuất năng lượng trung bình quanh năm tốt nhất với hiệu suất ổn định trong tất cả các mùa.

Những cân nhắc về việc tự làm sạch và ảnh hưởng của độ nghiêng đối với việc làm bẩn bảng điều khiển

Lợi ích thiết thực của việc góc nghiêng của tấm pin dốc hơn trên các Cột Mặt trời trong môi trường bụi bặm, khô cằn hoặc ô nhiễm là cải thiện khả năng tự làm sạch khi có mưa. Các tấm nghiêng từ 30 độ trở lên sẽ thoát nước mưa với vận tốc đủ để mang bụi và mảnh vụn tích tụ ra khỏi mặt tấm, trong khi các tấm nghiêng dưới 15 độ có xu hướng giữ nước ở sức căng bề mặt và cho phép các mảnh vụn lắng xuống khi nước bay hơi, tạo thành lớp vỏ đất mỏng tích tụ trên bề mặt tấm và có thể giảm sản lượng từ 5 đến 20% trong mùa khô. Đối với việc lắp đặt các Cột Mặt trời ở các khu vực bán khô cằn với lượng mưa không thường xuyên, việc chỉ định góc nghiêng về phía đầu trên của phạm vi tối ưu (vĩ độ cộng thêm 10 đến 15 độ) mang lại lợi ích tự làm sạch gián tiếp bên cạnh lợi thế tối ưu hóa năng lượng vào mùa đông.

Lựa chọn cột đèn đường, đèn đường ngoài trời và cột năng lượng mặt trời cho các dự án khác nhau

Lựa chọn cuối cùng về loại Cột đèn đường, thông số kỹ thuật của Đèn đường ngoài trời và cấu hình Cột năng lượng mặt trời cho bất kỳ dự án cụ thể nào đều liên quan đến việc cân bằng hiệu suất, chi phí, tuổi thọ sử dụng và các cân nhắc lắp đặt thực tế cụ thể cho địa điểm và ứng dụng. Hướng dẫn lựa chọn sau đây bao gồm các loại dự án phổ biến nhất gặp phải trong chiếu sáng ngoài trời đô thị, thương mại và dân cư.

Khi nào nên chọn cột năng lượng mặt trời thay vì cột đèn đường chạy bằng lưới

Cột năng lượng mặt trời là thông số kỹ thuật được ưu tiên hơn so với Cột đèn đường chạy bằng lưới điện trong các trường hợp sau:

• Các vị trí không có khả năng tiếp cận lưới điện hoặc có chi phí kết nối lưới cao: Đường nông thôn, đường cộng đồng vùng sâu vùng xa, tuyến đường tiếp cận nông nghiệp và bất kỳ vị trí nào có điểm kết nối lưới gần nhất cách hệ thống chiếu sáng hơn 30 đến 50 mét phải được mặc định là Cột Mặt trời trừ khi điều kiện tại địa điểm (cực râm, vĩ độ rất cao) ngăn cản việc thu thập đủ năng lượng mặt trời. Kết nối lưới với chi phí đào rãnh và lắp đặt từ 50 đến 200 USD cho mỗi mét cáp khiến Cột Năng lượng mặt trời vượt trội về mặt kinh tế trong hầu hết các tình huống không nối lưới, ngay cả khi chi phí lắp đặt đèn và cột ban đầu lớn hơn.
• Các dự án có yêu cầu triển khai nhanh: Cực mặt trời can be installed in a single day per pole without the civil works lead time associated with electrical infrastructure. Emergency lighting installations, temporary event lighting, and phased development lighting can be commissioned within days using Solar Poles.
• Các vị trí nhạy cảm với môi trường: Các khu bảo tồn thiên nhiên, công viên, khu di sản và những địa điểm mà việc đào rãnh cáp điện có thể làm hỏng rễ cây, các di tích khảo cổ hoặc các đặc điểm môi trường là những ứng cử viên đương nhiên cho các Cột Mặt trời chỉ cần một móng trụ duy nhất và không có dây cáp chạy giữa các cực.

Yêu cầu đặc điểm kỹ thuật kết cấu cho các độ cao cực khác nhau

Thông số cấu trúc của Cột đèn đường tăng đáng kể theo chiều cao, vì mô men lật ở chân cột (là phần mà móng và mặt cắt ngang của cột phải chịu) tăng theo cả bình phương chiều cao (đối với tải trọng gió tác dụng lên cột) và tuyến tính với chiều cao (đối với tải trọng gió trên đèn điện và đối với cột năng lượng mặt trời, tấm quang điện). Cột đèn đường bằng thép cao 12 mét trong vùng gió thiết kế 120 km/h phải chịu được mômen lật đế lớn hơn khoảng 4 lần so với cột 6 mét tương đương có cùng mặt cắt ngang và thông số kỹ thuật của đèn, yêu cầu đường kính cột lớn hơn, độ dày thành nặng hơn hoặc móng sâu hơn, tất cả những điều này làm tăng đáng kể chi phí lắp đặt. Sự leo thang chi phí kết cấu theo chiều cao này là một trong những lý do khiến việc tối ưu hóa thiết kế trắc quang (chọn chiều cao cực tối thiểu phù hợp cho tiêu chuẩn độ sáng yêu cầu thay vì đặt mặc định là cột cao nhất hiện có) là quan trọng đối với việc quản lý chi phí dự án trong việc mua sắm Cột đèn đường.

Các biện pháp bảo trì tốt nhất cho cột đèn đường và cột năng lượng mặt trời

Chương trình bảo trì chủ động dành cho Cột đèn đường, Đèn đường ngoài trời và Cột năng lượng mặt trời giúp kéo dài đáng kể tuổi thọ sử dụng hiệu quả của tất cả các bộ phận trong hệ thống và ngăn chặn tình trạng xuống cấp nhanh chóng dẫn đến phải thay thế sớm ngoài kế hoạch. Các ưu tiên bảo trì sau đây áp dụng cho tất cả các loại cột và đèn:

• Kiểm tra trực quan hàng năm: Đi lại toàn bộ mạng lưới cột mỗi năm để xác định và ghi lại bất kỳ cột nào có biểu hiện hư hỏng rõ ràng do va chạm với xe, ăn mòn chân đế, biến dạng cánh tay đèn hoặc hành vi phá hoại cần được chú ý ngay lập tức. Chụp ảnh tất cả các khiếm khuyết để lưu vào hồ sơ bảo trì và ưu tiên sửa chữa theo mức độ nghiêm trọng của rủi ro an toàn.
• Vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời trên cột năng lượng mặt trời: Trong môi trường có nhiều bụi, phấn hoa hoặc ô nhiễm trong khí quyển, hãy làm sạch các tấm quang điện ít nhất hai lần mỗi năm bằng nước sạch và chổi cao su mềm để duy trì hiệu quả thu năng lượng. Ngay cả một lớp bụi mỏng làm giảm 5% độ truyền qua của tấm pin cũng có thể dẫn đến giảm mức sạc pin và số giờ chiếu sáng khả dụng mỗi đêm theo tỷ lệ.
• Kiểm tra dung lượng pin cho cột năng lượng mặt trời: Pin lithium sắt photphat ở Cột Mặt trời phải được kiểm tra công suất hàng năm sau năm thứ ba sử dụng để xác định bất kỳ loại pin nào đã mất hơn 20% công suất định mức và có thể sắp đạt đến ngưỡng không đủ nguồn cung cấp vào ban đêm trong điều kiện mùa đông.
• Đánh giá trắc quang của đèn điện: Sau 5 năm sử dụng đèn LED, hãy so sánh các giá trị độ sáng mặt đất đo được với mục tiêu thiết kế để xác định xem khấu hao công suất đèn có cần điều chỉnh lịch điều chỉnh độ sáng hoặc thay thế đèn sớm để duy trì sự tuân thủ tiêu chuẩn chiếu sáng hiện hành cho đường hoặc không gian được phục vụ hay không.

Tài liệu tham khảo

Hiệp hội Kỹ thuật Chiếu sáng (2014). ANSI/IES RP 8 14: Chiếu sáng đường bộ. IES, New York.

Hiệp hội các nhà sản xuất kim loại kiến ​​trúc quốc gia (2015). ANSI/NAAMM MH 26: Hướng dẫn Thông số kỹ thuật để thiết kế cột cờ kim loại và tiêu chuẩn chiếu sáng. NAAMM, Chicago, IL.

Duffie, J. A. và Beckman, W. A. ​​(2013). Kỹ thuật năng lượng mặt trời của các quá trình nhiệt, tái bản lần thứ 4. Wiley, Hoboken, NJ. (Góc tối ưu của tấm pin mặt trời và tính toán độ nghiêng theo mùa.)

Cơ quan Năng lượng Quốc tế (2020). Triển vọng Năng lượng Thế giới 2020: Công nghệ Điện mặt trời. IEA, Paris.

ASTM Quốc tế (2017). ASTM A123/A123M: Thông số kỹ thuật tiêu chuẩn cho lớp phủ kẽm (mạ kẽm nhúng nóng) trên các sản phẩm sắt thép. ASTM, Tây Conshohocken, PA.

Luque, A. và Hegedus, S. (Eds.) (2011). Sổ tay Khoa học và Kỹ thuật Quang điện, tái bản lần thứ 2. Wiley, Chichester, Vương quốc Anh.

Ủy ban Quốc tế de l'Eclairage (2010). CIE 115: Chiếu sáng đường cho xe cơ giới và người đi bộ. CIE, Viên.

Tiêu chuẩn Úc (2016). AS/NZS 1158: Chiếu sáng đường bộ và không gian công cộng. SAI toàn cầu, Sydney.

Diaf, S., Diaf, D., Belhamel, M., Haddadi, M. và Louche, A. (2007). Một phương pháp để xác định kích thước tối ưu của hệ thống điện gió/điện mặt trời lai tự động. Chính sách Năng lượng, 35(11), 5708–5718.

Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (2022). Văn phòng Công nghệ Năng lượng Mặt trời: Hiệu suất của Hệ thống Quang điện Mặt trời. DOE, Washington, DC.