Shenzhen UNIKE Technology Limited sales@unike.cc 86-158-1737-7218
Słoneczne latarnie uliczne okazały się zrównoważonym i opłacalnym rozwiązaniem oświetlenia miejskiego i wiejskiego, wykorzystującym panele fotowoltaiczne (PV) do przekształcania światła słonecznego w energię elektryczną. Jednak na ich wydajność i niezawodność duży wpływ mają warunki pogodowe, które mogą optymalizować lub utrudniać ich funkcjonalność. Zrozumienie tych wpływów związanych z pogodą ma kluczowe znaczenie dla projektowania wydajnych systemów oświetlenia słonecznego, planowania harmonogramów konserwacji i zapewniania spójnego oświetlenia. W tym artykule zbadano, jak różne czynniki pogodowe — w tym intensywność światła słonecznego, temperatura, opady i ekstremalne zjawiska pogodowe — wpływają na słoneczne oświetlenie uliczne, a także przedstawiono praktyczne strategie ograniczania potencjalnego ryzyka.
Światło słoneczne jest głównym źródłem energii dla słonecznych lamp ulicznych, więc jego intensywność i czas trwania bezpośrednio określają, ile energii elektrycznej mogą wygenerować panele fotowoltaiczne.
W regionach o obfitym, niezakłóconym nasłonecznieniu (np. słoneczne dni w strefach suchych lub umiarkowanych) panele fotowoltaiczne działają z wydajnością bliską szczytowej. Na przykład standardowy panel słoneczny o mocy 100 W może wytworzyć 400–500 Wh energii elektrycznej dziennie przy 4–5 godzinach bezpośredniego światła słonecznego, całkowicie ładując akumulator w celu zasilaniaŚwiatło LEDprzez 8-12 godzin w nocy. Takie warunki zapewniają stałą jasność i zapobiegają wyczerpaniu się baterii.
Pochmurne lub pochmurne dni:Rozproszone światło słoneczne zmniejsza moc paneli fotowoltaicznych o 30% -70%. W mocno pochmurne dni panel o mocy 100 W może generować jedynie 100-200 Wh, co prowadzi do niewystarczającego ładowania akumulatora. Może to spowodować przedwczesne przyciemnienie światła LED lub wyłączenie się w środku nocy, zagrażając bezpieczeństwu na obszarach takich jak drogi lub parkingi.
Krótkie godziny dzienne:Zimą lub w regionach położonych na dużych szerokościach geograficznych (np. Europa Północna, Kanada) krótsze okresy światła dziennego ograniczają czas ładowania. Na przykład podczas przesilenia zimowego na niektórych obszarach światło dzienne trwa tylko 6–7 godzin, czyli znacznie mniej niż 8–10 godzin potrzebnych do pełnego naładowania akumulatora. Z czasem może to doprowadzić do „głębokiego rozładowania” akumulatorów, skracając ich żywotność o 20%-30%.
Zacienienie:Nawet częściowe zacienienie (przez drzewa, budynki lub nagromadzony kurz) tworzy „gorące punkty” na panelach fotowoltaicznych, zmniejszając ogólną wydajność i potencjalnie uszkadzając ogniwa. Badanie przeprowadzone przez Międzynarodową Agencję Energetyczną (IEA) wykazało, że 10% zacienienie panelu może zmniejszyć wydajność nawet o 50%.
Chociaż panele słoneczne czerpią energię ze światła słonecznego, ekstremalne temperatury – zarówno wysokie, jak i niskie – negatywnie wpływają na ich wydajność i żywotność akumulatorów.
Większość paneli fotowoltaicznych ma optymalny zakres temperatur pracy od 25°C do 35°C (77°F do 95°F). Gdy temperatura przekracza 40°C (104°F), wydajność panelu spada o 0,3–0,5% na stopień Celsjusza. Na przykład panel o wydajności 20% w temperaturze 25°C może spaść do 17%-18% w temperaturze 45°C. Dzieje się tak, ponieważ wysokie temperatury zwiększają opór elektronów w materiale półprzewodnikowym panelu, zmniejszając konwersję energii.
Dodatkowo wysoka temperatura przyspiesza degradację baterii. Baterie litowo-jonowe (powszechnie stosowane w słonecznych latarniach ulicznych) szybciej tracą pojemność pod wpływem długotrwałych temperatur powyżej 35°C. Badanie przeprowadzone w 2023 r. przez Krajowe Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) wykazało, że baterie litowo-jonowe w klimacie gorącym (np. w regionach pustynnych) mają żywotność 3–4 lat w porównaniu do 5–7 lat w klimacie umiarkowanym.
Niskie temperatury (poniżej 0°C/32°F) nie uszkadzają bezpośrednio paneli fotowoltaicznych, ale mogą pogorszyć wydajność akumulatora. W przypadku akumulatorów litowo-jonowych pojemność ładowania i rozładowywania jest zmniejszona — na przykład w temperaturze -10°C (14°F) akumulator może utrzymać jedynie 70–80% swojej pojemności znamionowej. Oznacza to, że nawet jeśli panel fotowoltaiczny wygeneruje wystarczającą ilość energii w ciągu dnia, akumulator może nie zgromadzić wystarczającej ilości energii, aby zasilić światło przez całą noc.
Ujemne temperatury stwarzają również ryzyko dla obudów akumulatorów. Jeśli wilgoć przedostanie się do obudowy i zamarznie, może spowodować pęknięcie obudowy akumulatora lub uszkodzenie połączeń elektrycznych, co może prowadzić do awarii systemu.
Deszcz, śnieg i mgła nie tylko ograniczają nasłonecznienie, ale także stwarzają zagrożenia fizyczne i elektryczne dla słonecznych lamp ulicznych.
Lekki i umiarkowany deszcz może pomóc w oczyszczeniu paneli fotowoltaicznych z kurzu i zanieczyszczeń, tymczasowo poprawiając ich wydajność. Jednakże ulewne deszcze lub burze stwarzają dwa główne zagrożenia:
Infiltracja wody:Słabo uszczelnione skrzynki przyłączeniowe, obudowy akumulatorów lubOprawy oświetleniowe LED może przedostać się woda deszczowa, powodując zwarcia. Jest to główna przyczyna awarii systemu — według raportu branżowego z 2024 r. 35% awarii latarni ulicznych wykorzystujących energię słoneczną wynika ze szkód spowodowanych przez wodę.
Uderzenia Pioruna:Systemy słoneczne są podatne na wyładowania atmosferyczne, ponieważ panele fotowoltaiczne działają jak duże powierzchnie przewodzące. Bezpośrednie lub pobliskie uderzenie pioruna może uszkodzić falownik, kontroler ładowania lub akumulator, powodując konieczność kosztownej wymiany.
Gromadzenie się śniegu na panelach fotowoltaicznych całkowicie blokuje światło słoneczne, wstrzymując wytwarzanie energii. Nawet cienka warstwa śniegu (1-2 cm) może zmniejszyć wydajność o 80%-90%. Jeśli śnieg topi się i ponownie zamarza, tworzy lód, który jest cięższy i trudniejszy do usunięcia – lód może pękać panele fotowoltaiczne lub wyginać konstrukcje montażowe pod swoim ciężarem.
W regionach zaśnieżonych kąt panelu fotowoltaicznego ma kluczowe znaczenie. Panele zamontowane pod większym kątem (30°-45°) umożliwiają łatwiejsze zsuwanie się śniegu, minimalizując przestoje. Jednakże na obszarach o obfitych opadach śniegu może być konieczne ręczne lub automatyczne odśnieżanie (np. za pomocą podgrzewanych paneli).
Mgła rozprasza światło słoneczne, zmniejszając jego intensywność podobnie jak dni pochmurne. Dodatkowo mgła może pozostawić na panelach fotowoltaicznych warstwę wilgoci, która w połączeniu z kurzem tworzy film dodatkowo obniżający wydajność. Na obszarach przybrzeżnych mgła zawierająca sól może powodować korozję elementów metalowych (np. wsporników montażowych, przewodów), skracając żywotność systemu.
Ekstremalne warunki pogodowe — takie jak huragany, tajfuny, burze piaskowe i gradobicia — mogą spowodować poważne i długotrwałe uszkodzenia słonecznych lamp ulicznych.
Silne wiatry:Huragany lub tajfuny o prędkości wiatru przekraczającej 100 km/h (62 mil/h) mogą powalić słupy oświetleniowe, uszkodzić panele fotowoltaiczne lub przerwać przewody. W 2022 r. huragan Ian zniszczył ponad 5000 słonecznych latarni ulicznych na Florydzie w USA z powodu silnego wiatru i latających śmieci.
Burze gradowe:Grad (zwłaszcza ten większy niż 2 cm/0,8 cala) może spowodować pęknięcie lub rozbicie paneli fotowoltaicznych. Standardowe panele fotowoltaiczne posiadają warstwę szkła hartowanego, jednak nie są one odporne na duże gradobicia. Burza gradowa, która miała miejsce w 2021 r. w Kolorado w USA, uszkodziła 12% słonecznych latarni ulicznych na dotkniętym obszarze.
Burze piaskowe:W suchych regionach (np. na Bliskim Wschodzie, w Azji Środkowej) burze piaskowe odkładają grubą warstwę piasku na panelach fotowoltaicznych, blokując światło słoneczne i zarysowując szklaną powierzchnię. Zmniejsza to wydajność o 40–60% i może trwale uszkodzić panele, jeśli nie zostaną szybko wyczyszczone.
Aby zminimalizować wpływ pogody na słoneczne latarnie uliczne, zaleca się następujące strategie:
Pogoda odgrywa kluczową rolę w wydajności, niezawodności i żywotności słonecznych lamp ulicznych. Od zmniejszonego nasłonecznienia w pochmurne dni po katastrofalne szkody spowodowane przez huragany – każdy czynnik pogodowy stwarza wyjątkowe wyzwania. Jednakże zrozumienie tych skutków i wdrożenie ukierunkowanych strategii łagodzenia skutków, takich jak stosowanie komponentów odpornych na warunki atmosferyczne, optymalizacja projektu systemu i przeprowadzanie regularnej konserwacji, pozwala zwiększyć odporność słonecznych systemów oświetlenia ulicznego. W miarę jak świat zmierza w stronę energii odnawialnej, zajęcie się zagrożeniami związanymi z pogodą będzie kluczem do uwolnienia pełnego potencjału oświetlenia słonecznego w różnych klimatach, zapewniając zrównoważone i niezawodne oświetlenie społecznościom na całym świecie.
