Voltaje de la batería de las farolas solares: ¿Cuál es la diferencia entre 3,2 V y 12,8 V?

 

En el diseño de ingeniería de alumbrado público municipal y de sistemas-de almacenamiento de energía solar fuera de la red, definir el voltaje de funcionamiento del sistema es uno de los puntos de partida importantes para desarrollar un diseño eléctrico. Este artículo compara el voltaje de la batería de farolas solares de clase 3,2 V, 12,8 V y 24 V-, incluidas las pérdidas de cableado, los requisitos de BMS y los factores de selección de proyectos.

 

En las comunicaciones de mercado, las aplicaciones de los sistemas de clase 3,2 V, 12,8 V y 24 V-a veces se confunden. Si un sistema de batería de 3,2 V destinado a iluminación de jardines o caminos de baja-energía se utiliza directamente en un proyecto de iluminación de carreteras municipales de 8 a 12 m sin verificar la carga real, el diseño del convertidor, el calibre del cable y la longitud del tendido del cable, puede aumentar los riesgos de caída de voltaje, generación de calor e iluminación inadecuada, y también puede afectar la confiabilidad a largo plazo-del sistema.

 

1. Los principios eléctricos: cómo el voltaje de funcionamiento afecta las pérdidas del sistema

En la transmisión de energía CC, las pérdidas en la línea están relacionadas con el cuadrado de la corriente y la resistencia del conductor. En condiciones de comparación ideales-con la misma potencia de carga y resistencia del conductor, y sin considerar las diferencias de eficiencia entre los-esquemas de conversión de energía-, duplicar el voltaje de operación reduce la corriente aproximadamente a la mitad y las pérdidas resistivas en el cable a aproximadamente una-cuarta. En un sistema real, también se deben considerar factores como el rango de voltaje de la batería, la conversión CC-CC, la eficiencia del controlador, el área de la sección transversal-del conductor y la resistencia de contacto.

 

El siguiente ejemplo ilustra un escenario típico de iluminación municipal:

 

Suponga una potencia real de luminaria de 80 W y una altura de poste de 10 m. Incluyendo el brazo de extensión y el cable subterráneo, la longitud total del circuito de cable es de aproximadamente 15 m. Este es un análisis simplificado; Los proyectos reales deben calcularse en función del circuito del sistema y los parámetros medidos.

 

 

Con un sistema de batería de bajo-voltaje de 3,2 V:

En una estimación ideal que supone un suministro directo de 3,2 V y excluye la conversión de refuerzo, una carga de 80 W consumiría aproximadamente 25 A, lo cual es relativamente alto. Si el área de la sección transversal-del conductor, la longitud del cable o el diseño de la conexión no son apropiados, pueden ocurrir pérdidas notables en la línea, caídas de voltaje y aumentos de temperatura, lo que podría afectar la energía entregada a la luminaria. En la práctica, las farolas solares pueden controlar los LED a través de un convertidor elevador u otro método de conversión de energía. Por lo tanto, el voltaje nominal de la batería por sí solo no puede determinar si la luminaria funcionará correctamente; También se deben verificar la topología del controlador, la eficiencia de conversión, el calibre del cable y el diseño de protección.

 

Con un sistema de batería de clase 12 V-:

Con la misma potencia e ignorando las pérdidas de conversión, la corriente estimada es de aproximadamente 6,7 A, inferior a la estimación para el suministro directo de 3,2 V. Un cableado diseñado correctamente y un controlador adecuado pueden ayudar a reducir las pérdidas en la línea y el aumento de temperatura. El rendimiento real aún depende del voltaje de funcionamiento de la batería, el circuito de conversión, el cableado y los parámetros de carga.

 

Con un sistema de batería de clase 24 V-:

Bajo los mismos supuestos ideales, la corriente es aproximadamente la mitad que la de un sistema de clase de 12 V-, lo que puede reducir aún más las pérdidas de línea resistiva. Para proyectos con cables más largos o cargas más grandes, un voltaje más alto del paquete de baterías-puede ayudar a controlar las pérdidas en la línea. Sin embargo, el diseño también debe tener en cuenta la eficiencia del controlador, los requisitos de aislamiento y protección, el costo y las condiciones de mantenimiento.

 

Conclusión de ingeniería: para proyectos con mayor potencia real, postes más altos o tramos de cable más largos, la idoneidad de un sistema de 3,2 V no debe juzgarse únicamente por la potencia o la altura del poste. Se deben evaluar la topología del suministro, la caída de voltaje y corriente de la línea, la capacidad del controlador, los requisitos de iluminancia y la protección eléctrica. Si un proyecto utiliza un sistema de clase 12V-o 24V-, su configuración también debe confirmarse con la carga y las condiciones del sitio.

 

2. Comparación exhaustiva de parámetros clave entre tres tipos de sistemas

La siguiente tabla proporciona una referencia preliminar para configuraciones y aplicaciones comunes. No es un conjunto fijo de límites de selección para cada proyecto. El voltaje de la batería de la farola solar, el voltaje del panel solar y el voltaje de funcionamiento de la luminaria pueden diferir; Consulte el diagrama de cableado del sistema, las especificaciones del controlador y los cálculos del proyecto para conocer la configuración real.

 

3. Cómo el sistema de gestión de baterías y la calidad de las celdas afectan el rendimiento del sistema

En los sistemas multi-series (clase 12 V-y clase 24 V-), la vida útil depende no solo del rendimiento de las celdas, sino también de la consistencia de las celdas, el ensamblaje del paquete, el diseño del BMS, la temperatura y las estrategias de carga y descarga.

 

Desequilibrio de celdas y diferencias entre celdas individuales: si las celdas de un paquete de baterías conectado-en serie difieren significativamente en su condición, su estado de carga o voltaje puede desequilibrarse con el tiempo. El uso de células con orígenes, condiciones de salud o niveles de degradación inconsistentes puede aumentar el riesgo de desequilibrio del paquete. En algunos casos, una sola celda puede activar la protección prematuramente, reduciendo la capacidad utilizable de todo el paquete o provocando que las luces se apaguen antes de lo esperado. Al realizar la compra, es recomendable comprobar la trazabilidad de las células, la clasificación y comparación de registros, y si el BMS proporciona funciones adecuadas de seguimiento y protección.

 

Medidas de control de calidad-recomendadas a nivel de fabricación: para los sistemas de baterías industriales, los siguientes requisitos pueden especificarse en las especificaciones técnicas y los criterios de aceptación, y luego verificarse mediante documentación o inspecciones de muestreo:

 

• Priorizar nuevas células con orígenes rastreables. Las especificaciones de ciclo-de vida deben indicar las condiciones de prueba, tasas de carga y descarga, temperatura y criterios de retención de capacidad-. Por ejemplo, algunos productos pueden alcanzar 3500 ciclos o más en condiciones de prueba específicas; La vida útil real depende del entorno operativo y la estrategia de uso.

 

• Verifique los requisitos para probar y combinar celdas antes del ensamblaje del paquete, incluida la capacidad, el voltaje del circuito abierto-y la resistencia interna. Solicitar registros de respaldo del proveedor cuando sea necesario.

 

• Según los requisitos del proyecto, los módulos de batería pueden estar equipados con un BMS que proporciona protección contra sobrecorriente, sobrecarga, sobre{0}}descarga, cortocircuito-y temperatura. Un BMS adecuado puede ayudar a reducir el riesgo de funcionamiento anormal, pero no reemplaza el control de calidad de la celda, el diseño, la instalación o el mantenimiento adecuados del sistema.

 

 

4. Cálculos Integrales de Selección y Diseño de Proyectos Municipales

Al desarrollar un diseño eléctrico para alumbrado público solar, los ingenieros de diseño y los gerentes de proyectos EPC pueden seguir estos pasos:

 

Paso 1: Determinar la iluminación vial requerida y el consumo real de energía durante la noche

Calcule la energía de salida de la batería para toda la noche (Wh) multiplicando la potencia de entrada real de la luminaria por su tiempo de funcionamiento durante cada período, teniendo en cuenta el consumo de energía después de la atenuación inteligente más tarde en la noche. Considere también las pérdidas en las etapas del controlador y de conversión-de energía, y verifique el período de autonomía requerido para el proyecto.

 

Paso 2: Realice una evaluación preliminar del voltaje del sistema según la altura del poste, la potencia real y las condiciones del cableado.

• Para cargas inferiores a 35 W y alturas de postes de hasta 6 m, se puede considerar un sistema compacto de 3,2 V. Verifique la corriente máxima, la longitud del cable, el calibre del cable y el esquema de conversión.

 

• Para cargas de 40 a 80 W y alturas de postes de 6 a 9 m, se puede considerar un sistema de clase 12 V-, sujeto a verificación con respecto a la carga real y la caída de voltaje de la línea.

 

• Para cargas de 80 a 150 W o más, o alturas de postes superiores a 9 m, se puede considerar un sistema de clase de 24 V-como una posible opción. Compárelo con las especificaciones del proyecto, los requisitos de gestión del controlador y de la batería, la caída de voltaje de la línea y los costos del ciclo de vida.

 

Paso 3: Determinar las especificaciones del panel solar en función de la menor disponibilidad solar en invierno

Utilice las horas solares efectivas, las variaciones estacionales, las condiciones de instalación de los paneles y la eficiencia de conversión de carga-de la ubicación del proyecto para calcular la potencia máxima requerida de los paneles solares. Compruebe también el balance energético del sistema durante días consecutivos nublados o lluviosos.

 

Paso 4: seleccione el poste de acero estructural según las cargas de viento y las condiciones del sitio

Dependiendo de los requisitos de diseño, se pueden considerar grados de acero como Q235B o Q355. Verifique la protección contra la corrosión según los estándares de galvanización en caliente- aplicables y los planos del proyecto. El espesor del recubrimiento de zinc-debe determinarse según el componente, las normas aplicables y las especificaciones del proyecto. Si se especifica un valor como 86 μm, su base debe indicarse claramente y verificarse durante la inspección de aceptación.

 

Conclusión

En los sistemas de iluminación solar fuera-de la red, seleccionar el voltaje de la batería de la farola solar es algo más que comparar especificaciones; también afecta las pérdidas de línea, la configuración del controlador y la batería, el mantenimiento y la confiabilidad operativa. El sistema debe seleccionarse mediante cálculo y verificación en función de la carga real, las condiciones del sitio, la topología del sistema y los estándares aplicables-no únicamente en función del voltaje nominal de la batería, la altura del poste o un umbral de potencia único.