Αισθητήρας κίνησης εναντίον Dusk-to-Dawn Solar Street Lights

Πότε πρέπει να εξοικονομήσετε ενέργεια με την ανίχνευση - και πότε πρέπει να διαστασιολογήσετε το σύστημα για όλο το-νυχτερινό φωτισμό;

Η ανίχνευση κίνησης παρουσιάζεται συχνά ως μια έξυπνη-λειτουργία φωτισμού. Στον ηλιακό φωτισμό δρόμων, ωστόσο, ο πρακτικός λόγος είναι συνήθως πολύ πιο απλός: εξοικονόμηση ενέργειας. Εάν το φωτοβολταϊκό πάνελ και η μπαταρία είναι σχετικά μικρά, η λειτουργία της λάμπας σε πλήρη ισχύ από το σούρουπο έως την αυγή μπορεί να καταναλώσει περισσότερη ενέργεια από αυτή που μπορεί να αντικαταστήσει και να αποθηκεύσει αξιόπιστα το σύστημα. Ένας αισθητήρας κίνησης μειώνει το μέσο φορτίο διατηρώντας τη λάμπα σε χαμηλότερο επίπεδο όταν δεν υπάρχει κίνηση και αυξάνοντας το φως όταν ανιχνεύεται όχημα ή πεζός.

Αυτό κάνει την αίσθηση κίνησης χρήσιμη όταν το ηλιακό σύστημα πρέπει να λειτουργήσει με περιορισμένο ενεργειακό προϋπολογισμό. Δεν είναι αυτόματα η σωστή επιλογή απλώς και μόνο επειδή υπάρχει διαθέσιμος αισθητήρας.

Σκεφτείτε το σύστημα ως ενεργειακό ισοζύγιο. Κάθε βράδυ, η λάμπα καταναλώνει ενέργεια, ενώ η φωτοβολταϊκή μονάδα πρέπει να επαναφέρει αρκετή ενέργεια στην μπαταρία κατά τη διάρκεια της ημέρας. Εάν η διαθέσιμη ηλιακή παραγωγή και η χωρητικότητα της μπαταρίας είναι περιορισμένες, η μείωση της μέσης νυχτερινής ισχύος της λάμπας μπορεί να κάνει τη διαφορά μεταξύ ενός συστήματος που επιβιώνει τη νύχτα και ενός συστήματος που τελειώνει από ενέργεια πριν από την αυγή.

Με απλά λόγια:

• Μικρότερο ΦΒ + μικρότερη μπαταρία → μεγαλύτερη ανάγκη μείωσης φορτίου.
• Χαμηλότερη μέση ισχύς λαμπτήρα → μεγαλύτερη διάρκεια νυχτερινής χρήσης.
• Ανίχνευση κίνησης → ένας τρόπος μείωσης της μέσης κατανάλωσης ενέργειας.
• Φωτοβολταϊκό + μπαταρία κατάλληλου μεγέθους → λιγότερη ανάγκη να εξαρτάται από την ανίχνευση κίνησης.

Η ανίχνευση κίνησης είναι μια φυσική εφαρμογή για μέρη όπου υπάρχουν άτομα ή οχήματα μόνο περιστασιακά. Το φως δεν χρειάζεται απαραίτητα να παραμένει σε πλήρη απόδοση όταν κανείς δεν χρησιμοποιεί το δρόμο ή το χώρο.

Οι αρτηριακοί δρόμοι της πόλης και οι αυτοκινητόδρομοι έχουν διαφορετική απαίτηση φωτισμού. Το ερώτημα δεν είναι μόνο πόση ενέργεια καταναλώνει ο λαμπτήρας. Είναι επίσης όταν είναι διαθέσιμο το απαιτούμενο επίπεδο φωτός.

Πολλοί αυτόνομοι αισθητήρες κίνησης που χρησιμοποιούνται σε ηλιακά φώτα δρόμου έχουν πρακτική εμβέλεια ανίχνευσης περίπου 15 m, αν και η πραγματική εμβέλεια εξαρτάται από τον αισθητήρα, τη θέση τοποθέτησης, τον φακό, το μέγεθος του οχήματος, την ταχύτητα και τις συνθήκες τοποθεσίας. Τώρα φανταστείτε μια λάμπα τοποθετημένη σε έναν στύλο 10 μέτρων κατά μήκος ενός δρόμου. Εάν ένα όχημα ταξιδεύει γρήγορα, μπορεί να εισέλθει στην περιοχή αποτελεσματικής ανίχνευσης μόνο λίγο πριν φτάσει στον πόλο. Η λάμπα μπορεί να αλλάξει σε πλήρη ισχύ, αλλά ο χρονισμός μπορεί να είναι μεταγενέστερος από αυτόν που θα θέλατε σε έναν δρόμο που απαιτεί συνεχή, προβλέψιμο φωτισμό.

Εικόνα 2. Μια μικρή απόσταση ανίχνευσης γίνεται πιο σημαντική όσο αυξάνεται η ταχύτητα του οχήματος.

Το βασικό σημείο: η απόσταση ανίχνευσης δεν είναι ίδια με την κάλυψη φωτισμού

Ένας αισθητήρας μπορεί να ανιχνεύσει ένα όχημα μόνο αφού το όχημα εισέλθει στη ζώνη ανίχνευσης. Αυτό είναι διαφορετικό από το σχεδιασμό του δρόμου έτσι ώστε το απαιτούμενο επίπεδο φωτισμού να είναι ήδη διαθέσιμο κατά μήκος του δρόμου. Για τοποθεσίες χαμηλής-ταχύτητας, χαμηλής-επισκεψιμότητας, αυτή η διαφορά μπορεί να είναι αποδεκτή. Σε έναν πολυσύχναστο αρτηριακό δρόμο ή αυτοκινητόδρομο, μπορεί να γίνει ανεπιθύμητο χαρακτηριστικό λειτουργίας.

Εάν ένας δρόμος χρειάζεται αποτελεσματικό φωτισμό καθ' όλη τη διάρκεια της νύχτας, το πρώτο τεχνικό ερώτημα θα πρέπει να είναι εάν το σύστημα φωτοβολταϊκών και μπαταρίας είναι αρκετά μεγάλο για να τον παρέχει. Αυτό σημαίνει ότι εξετάζουμε την ισχύ της λάμπας, τις ώρες λειτουργίας, την τοπική ηλιακή ακτινοβολία, τη χρησιμοποιήσιμη χωρητικότητα της μπαταρίας, τις απώλειες του συστήματος, τις επιπτώσεις θερμοκρασίας και την απαιτούμενη αυτονομία.

Όταν το σύστημα έχει το σωστό μέγεθος, η λειτουργία από το σούρουπο-έως-το σούρουπο μπορεί να παρέχει προβλέψιμο φωτισμό χωρίς να περιμένει η κυκλοφορία να ενεργοποιήσει τη λάμπα. Η ανίχνευση κίνησης μπορεί ακόμα να χρησιμοποιηθεί όπου ο σχεδιασμός φωτισμού και η ταξινόμηση του δρόμου το επιτρέπουν, αλλά δεν πρέπει να χρησιμοποιείται απλώς για να αντισταθμίσει ένα μικρό ηλιακό σύστημα σε δρόμο που απαιτεί συνεχή φωτισμό.

Μια χρήσιμη επιτόπια μελέτη είναι ο Pasolini et al., που δημοσιεύτηκε στο Sensors το 2024. Οι ερευνητές συνέκριναν διάφορες στρατηγικές προσαρμοστικού φωτισμού δρόμου χρησιμοποιώντας πραγματικά δεδομένα κυκλοφορίας και λειτουργικές εγκαταστάσεις στην Ιταλία και το Βιετνάμ. Η μελέτη είναι σημαντική εδώ επειδή δεν αντιμετώπισε την αίσθηση κίνησης ως γενικά ανώτερη: η μετρούμενη απόδοσή της εξαρτιόταν από τον δρόμο, τις συνθήκες κυκλοφορίας και τη στρατηγική ελέγχου.

Στην παρατήρηση 463-ημέρας της μελέτης ενός δρόμου Μ3 στην Cesena, ο οδικός φωτισμός αναφοράς 100 W κατανάλωσε 549,4 kWh με αστρονομική-στρατηγική ρολογιού και 415,0 kWh με στρατηγική ανίχνευσης κίνησης 1{{12}λεπτού{16}. Σε έναν δρόμο M4 στο Biassono, δεδομένα 115 ημερών έδειξαν 135,9 kWh για την περίπτωση του αστρονομικού ρολογιού και 121,5 kWh με ανίχνευση κίνησης 1 λεπτού. Αυτές είναι μετρήσεις για συγκεκριμένες τοποθεσίες, όχι ένα καθολικό ποσοστό εξοικονόμησης.

Το πιο σημαντικό, η ίδια μελέτη διαπίστωσε ότι η προσέγγισή της Πλήρους Προσαρμοστικής Εγκατάστασης (FAI) θα μπορούσε να επιτύχει μεγαλύτερη εξοικονόμηση από την ανίχνευση κίνησης στις περιπτώσεις M3 και M4 που παρακολουθούνται. Αυτό υποστηρίζει ένα ευρύτερο μάθημα μηχανικής: η καλύτερη μέθοδος ελέγχου εξαρτάται από το δρόμο και την απαίτηση φωτισμού, αντί να προσθέτει απλώς έναν αισθητήρα κίνησης σε κάθε φανάρι.

Έρευνα αναφοράς:Pasolini, G. et al. (2024). "Ολοκληρωμένη αξιολόγηση του πλαισίου-Προσαρμοστικός φωτισμός δρόμου: Τεχνικές πτυχές, οικονομικές πληροφορίες και μετρήσεις από μεγάλης-κλίμακας, μακροπρόθεσμης-υλοποίησης." Sensors, 24(18), 5942. DOI: 10.3390/s24185942.

Η προσέγγιση της Suntisolar για πολλές εφαρμογές οδικού φωτισμού-είναι η δημιουργία αρκετής χωρητικότητας φωτοβολταϊκών και μπαταρίας στο σύστημα, ώστε η λάμπα να μπορεί να λειτουργεί αποτελεσματικά όλη τη νύχτα, αντί να κάνει την αίσθηση κίνησης τον μόνο τρόπο μείωσης της κατανάλωσης ενέργειας.

Για παράδειγμα, η σειρά Z88 της Suntisolar έχει σχεδιαστεί για εφαρμογές υψηλότερης-εξόδου, ενώ το χαρτοφυλάκιο προϊόντων περιλαμβάνει επίσης διαφορετικές διαμορφώσεις για δρόμους κλάδους, αγροτικούς δρόμους, χώρους στάθμευσης και κοινότητες. Η ακριβής διαμόρφωση Φ/Β και μπαταρίας θα πρέπει πάντα να επιλέγεται σε σχέση με τον ηλιακό πόρο της τοποθεσίας, το απαιτούμενο επίπεδο φωτισμού, τις ώρες λειτουργίας και την αυτονομία.

Για έναν μεγάλο δρόμο, αυτό οδηγεί σε μια απλή αρχή σχεδιασμού: εάν το έργο απαιτεί συνεχή φωτισμό, χρησιμοποιήστε ένα σύστημα φωτοβολταϊκού και μπαταρίας επαρκούς μεγέθους και αφήστε το φωτιστικό να λειτουργήσει όπως απαιτείται. Μην μειώνετε την απαίτηση φωτισμού μόνο και μόνο επειδή το ηλιακό σύστημα είναι πολύ μικρό.

Οι αισθητήρες κίνησης έχουν ξεκάθαρη δουλειά στον ηλιακό φωτισμό δρόμων: μειώνουν το μέσο φορτίο όταν ο δρόμος ή ο χώρος δεν χρησιμοποιείται. Αυτό τα καθιστά ιδιαίτερα χρήσιμα όταν η χωρητικότητα των φωτοβολταϊκών και της μπαταρίας είναι περιορισμένη και η κυκλοφορία είναι διακοπτόμενη.

Αλλά ένας αισθητήρας κίνησης δεν πρέπει να αντιμετωπίζεται ως καθολική αναβάθμιση. Σε μεγάλους αστικούς δρόμους και αυτοκινητόδρομους, όπου η κυκλοφορία είναι ταχύτερη και ο φωτισμός πρέπει να είναι συνεχής, είναι συνήθως πιο σημαντικό να διαμορφώσετε σωστά το μέγεθος του φωτοβολταϊκού πίνακα και της μπαταρίας, ώστε ο λαμπτήρας να παρέχει το απαιτούμενο φως όλη τη νύχτα.

Αυτή είναι η διαφορά μεταξύ της χρήσης ενός αισθητήρα για την αντιστάθμιση της περιορισμένης ενεργειακής χωρητικότητας και του σχεδιασμού ενός ηλιακού φωτιστικού δρόμου με αρκετή ενεργειακή χωρητικότητα από την αρχή.

1. Pasolini, G. et al. (2024). Sensors 24(18), 5942. "Comprehensive Assessment of Context-Adaptive Street Lighting..." https://doi.org/10.3390/s24185942

2. Suntisolar Z88 120W πληροφορίες προϊόντος: https://www.suntisolar.com/z88-120w-smd-specification-2.html