แรงดันแบตเตอรี่ของไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์: อะไรคือความแตกต่างระหว่าง 3.2V และ 12.8V?

 

ในการออกแบบทางวิศวกรรมของระบบไฟส่องสว่างบนถนนในเขตเทศบาลและระบบจัดเก็บพลังงานแสงอาทิตย์นอกโครงข่าย การกำหนดแรงดันไฟฟ้าในการทำงานของระบบถือเป็นจุดเริ่มต้นที่สำคัญประการหนึ่งสำหรับการพัฒนาการออกแบบทางไฟฟ้า บทความนี้เปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์ระดับ 3.2V, 12.8V และ 24V รวมถึงการสูญเสียสายไฟ ข้อกำหนด BMS และปัจจัยในการเลือกโครงการ

 

ในการสื่อสารการตลาด การใช้งานระบบคลาส 3.2V, 12.8V และ 24V บางครั้งอาจสับสน หากใช้ระบบแบตเตอรี่ 3.2 โวลต์สำหรับไฟสวนหรือทางเดินที่ใช้พลังงานต่ำโดยตรงในโครงการไฟถนนเทศบาลขนาด 8–12 ม. โดยไม่ตรวจสอบโหลดจริง การออกแบบตัวแปลง เกจสายไฟ และความยาวการเดินสายเคเบิล อาจเพิ่มความเสี่ยงต่อแรงดันไฟฟ้าตก การสร้างความร้อน และความสว่างไม่เพียงพอ และอาจส่งผลต่อความน่าเชื่อถือในระยะยาวของระบบด้วย

 

1. หลักการทางไฟฟ้า: แรงดันไฟฟ้าในการทำงานส่งผลต่อการสูญเสียของระบบอย่างไร

ในการส่งกำลังไฟฟ้ากระแสตรง การสูญเสียในสายสัมพันธ์กับกำลังสองของกระแสและความต้านทานของตัวนำ ภายใต้เงื่อนไขการเปรียบเทียบที่เหมาะสมที่สุด โดยมีกำลังโหลดและความต้านทานของตัวนำเท่ากัน และไม่คำนึงถึงความแตกต่างด้านประสิทธิภาพระหว่างแผนการแปลงกำลัง การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าในการทำงานเป็นสองเท่าจะช่วยลดกระแสลงประมาณครึ่งหนึ่ง และความสูญเสียของตัวต้านทานในสายไฟเหลือประมาณหนึ่งในสี่ ในระบบจริง จะต้องพิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น ช่วงแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ การแปลง DC-DC ประสิทธิภาพของตัวควบคุม พื้นที่หน้าตัดของตัวนำ และความต้านทานหน้าสัมผัสด้วย

 

ตัวอย่างต่อไปนี้แสดงให้เห็นถึงสถานการณ์แสงสว่างทั่วไปของเทศบาล:

 

สมมติว่ากำลังโคมไฟจริงอยู่ที่ 80 วัตต์ และเสาสูง 10 เมตร รวมแขนยื่นออกและค่าเผื่อสายเคเบิลใต้ดิน ความยาววงจรสายเคเบิลรวมประมาณ 15 ม. นี่เป็นการวิเคราะห์แบบง่าย โครงการจริงควรคำนวณตามวงจรระบบและพารามิเตอร์ที่วัดได้

 

 

ด้วยระบบแบตเตอรี่แรงดันต่ำ 3.2V:

ในการประมาณการที่เหมาะสมซึ่งถือว่าจ่ายไฟโดยตรง 3.2V และไม่รวมการแปลงบูสต์ โหลด 80W จะดึงกระแสไฟประมาณ 25A ซึ่งค่อนข้างสูง หากพื้นที่หน้าตัดของตัวนำ ความยาวสายเคเบิล หรือการออกแบบการเชื่อมต่อไม่เหมาะสม อาจเกิดการสูญเสียในสายที่สังเกตได้ แรงดันไฟฟ้าตก และอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ซึ่งอาจส่งผลต่อกำลังที่ส่งไปยังโคมไฟ ในทางปฏิบัติ ไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์อาจขับเคลื่อน LED ผ่านบูสต์คอนเวอร์เตอร์หรือวิธีการแปลงพลังงานแบบอื่น ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่ระบุของแบตเตอรี่เพียงอย่างเดียวจึงไม่สามารถระบุได้ว่าโคมไฟจะทำงานอย่างถูกต้องหรือไม่ ต้องตรวจสอบโทโพโลยีตัวควบคุม ประสิทธิภาพการแปลง เกจสายไฟ และการออกแบบการป้องกันด้วย

 

ด้วยระบบแบตเตอรี่ระดับ 12V:

ที่กำลังไฟเท่าเดิมและไม่สนใจการสูญเสียการแปลง กระแสไฟฟ้าโดยประมาณจะอยู่ที่ประมาณ 6.7A ซึ่งต่ำกว่าค่าประมาณสำหรับการจ่ายไฟโดยตรง 3.2V การเดินสายไฟที่ได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสมและตัวควบคุมที่เหมาะสมสามารถช่วยลดการสูญเสียในสายและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นได้ ประสิทธิภาพที่แท้จริงยังคงขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าในการทำงานของแบตเตอรี่ วงจรการแปลง การเดินสายเคเบิล และพารามิเตอร์โหลด

 

ด้วยระบบแบตเตอรี่ระดับ 24V:

ภายใต้สมมติฐานในอุดมคติเดียวกัน กระแสไฟจะอยู่ที่ประมาณครึ่งหนึ่งของระบบคลาส 12V ซึ่งสามารถลดการสูญเสียของสายต้านทานได้อีก สำหรับโครงการที่มีการเดินสายเคเบิลยาวขึ้นหรือมีภาระมากขึ้น แรงดันไฟฟ้าของชุดแบตเตอรี่ที่สูงขึ้นอาจช่วยควบคุมการสูญเสียของสายไฟได้ อย่างไรก็ตาม การออกแบบยังต้องคำนึงถึงประสิทธิภาพของตัวควบคุม ข้อกำหนดด้านฉนวนและการป้องกัน ต้นทุน และเงื่อนไขการบำรุงรักษาด้วย

 

ข้อสรุปทางวิศวกรรม: สำหรับโครงการที่มีกำลังไฟจริงสูงกว่า เสาสูงกว่า หรือมีการเดินสายเคเบิลยาวกว่า ความเหมาะสมของระบบ 3.2V ไม่ควรตัดสินจากกำลังหรือความสูงของเสาเพียงอย่างเดียว โทโพโลยีการจ่ายไฟ กระแสไฟและแรงดันไฟฟ้าตก ความสามารถของตัวควบคุม ข้อกำหนดด้านความสว่าง และการป้องกันทางไฟฟ้าทั้งหมดควรได้รับการประเมิน หากโปรเจ็กต์ใช้ระบบคลาส 12V หรือ 24V การกำหนดค่าของระบบก็ควรได้รับการยืนยันตามโหลดและเงื่อนไขของไซต์ด้วยเช่นกัน

 

2. การเปรียบเทียบพารามิเตอร์หลักอย่างครอบคลุมระหว่างระบบสามประเภท

ตารางด้านล่างนี้เป็นข้อมูลอ้างอิงเบื้องต้นสำหรับการกำหนดค่าและการใช้งานทั่วไป ไม่ใช่ชุดจำกัดการเลือกที่แน่นอนสำหรับทุกโครงการ แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์ แรงดันไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์ และแรงดันไฟฟ้าในการทำงานของโคมไฟอาจแตกต่างกัน โปรดดูแผนภาพการเดินสายไฟของระบบ ข้อมูลจำเพาะของตัวควบคุม และการคำนวณโครงการสำหรับการกำหนดค่าจริง

 

3. ระบบการจัดการแบตเตอรี่และคุณภาพเซลล์ส่งผลต่อประสิทธิภาพของระบบอย่างไร

ในระบบหลายซีรีส์ (คลาส 12V และคลาส 24V) อายุการใช้งานไม่ได้ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของเซลล์เท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับความสม่ำเสมอของเซลล์ การประกอบแพ็ค การออกแบบ BMS อุณหภูมิ และกลยุทธ์การชาร์จและการคายประจุ

 

ความไม่สมดุลของเซลล์และความแตกต่างระหว่างเซลล์แต่ละเซลล์: หากเซลล์ในแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมมีสภาพแตกต่างกันอย่างมาก สถานะของประจุหรือแรงดันไฟฟ้าอาจไม่สมดุลเมื่อเวลาผ่านไป การใช้เซลล์ที่มีต้นกำเนิด สภาพสุขภาพ หรือระดับการย่อยสลายไม่สอดคล้องกันอาจเพิ่มความเสี่ยงต่อความไม่สมดุลของบรรจุภัณฑ์ ในบางกรณี เซลล์เดียวอาจกระตุ้นการป้องกันก่อนเวลาอันควร ส่งผลให้ความจุที่ใช้ได้ของทั้งแพ็คลดลง หรือทำให้ไฟดับเร็วกว่าที่คาดไว้ เมื่อจัดซื้อ ขอแนะนำให้ตรวจสอบการติดตามเซลล์ การเรียงลำดับและการจับคู่บันทึก และดูว่า BMS มีฟังก์ชันการตรวจสอบและการป้องกันที่เหมาะสมหรือไม่

 

มาตรการควบคุมคุณภาพที่แนะนำในระดับการผลิต: สำหรับระบบแบตเตอรี่อุตสาหกรรม สามารถระบุข้อกำหนดต่อไปนี้ในข้อกำหนดทางเทคนิคและเกณฑ์การยอมรับ จากนั้นตรวจสอบผ่านเอกสารหรือการตรวจสอบตัวอย่าง:

 

• จัดลำดับความสำคัญของเซลล์ใหม่ด้วยต้นกำเนิดที่ตรวจสอบย้อนกลับได้ ข้อกำหนดอายุการใช้งานของวงจรควรระบุสภาวะการทดสอบ อัตราการประจุและการคายประจุ อุณหภูมิ และเกณฑ์การรักษาความจุ ตัวอย่างเช่น ผลิตภัณฑ์บางอย่างอาจบรรลุ 3,500 รอบหรือมากกว่าภายใต้เงื่อนไขการทดสอบที่ระบุ อายุการใช้งานจริงขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมการทำงานและกลยุทธ์การใช้งาน

 

• ตรวจสอบข้อกำหนดสำหรับการทดสอบและจับคู่เซลล์ก่อนการประกอบบรรจุภัณฑ์ รวมถึงความจุ แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด และความต้านทานภายใน ขอบันทึกการสนับสนุนจากซัพพลายเออร์เมื่อจำเป็น

 

• โมดูลแบตเตอรี่อาจติดตั้ง BMS ที่ให้การป้องกันกระแสเกิน การชาร์จไฟเกิน การคายประจุเกิน การลัดวงจร และอุณหภูมิ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของโครงการ BMS ที่เหมาะสมสามารถช่วยลดความเสี่ยงของการทำงานที่ผิดปกติ แต่ไม่ได้แทนที่การควบคุมคุณภาพเซลล์ การออกแบบระบบ การติดตั้ง หรือการบำรุงรักษาที่เหมาะสม

 

 

4. การคำนวณการคัดเลือกและการออกแบบที่ครอบคลุมสำหรับโครงการเทศบาล

เมื่อพัฒนาการออกแบบระบบไฟฟ้าสำหรับไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์ วิศวกรออกแบบและผู้จัดการโครงการ EPC สามารถทำตามขั้นตอนเหล่านี้:

 

ขั้นตอนที่ 1: กำหนดความสว่างของถนนที่ต้องการและการใช้พลังงานข้ามคืนตามจริง

ประมาณพลังงานเอาต์พุตของแบตเตอรี่สำหรับทั้งคืน (Wh) โดยการคูณกำลังไฟฟ้าเข้าจริงของโคมไฟคูณกับเวลาใช้งานในแต่ละช่วงเวลา โดยพิจารณาถึงการใช้พลังงานหลังจากการหรี่แสงอัจฉริยะในตอนกลางคืน พิจารณาการสูญเสียในตัวควบคุมและขั้นตอนการแปลงพลังงาน และตรวจสอบระยะเวลาอิสระที่จำเป็นสำหรับโครงการ

 

ขั้นตอนที่ 2: ทำการประเมินแรงดันไฟฟ้าของระบบเบื้องต้นตามความสูงของเสา กำลังไฟฟ้าจริง และสภาพสายไฟ

• สำหรับโหลดที่ต่ำกว่า 35W และเสาสูงไม่เกิน 6 ม. อาจพิจารณาระบบ 3.2V ขนาดกะทัดรัด ตรวจสอบกระแสไฟสูงสุด ความยาวเดินสายเคเบิล เกจสายไฟ และรูปแบบการแปลง

 

• สำหรับโหลด 40–80W และเสาสูง 6–9 ม. อาจพิจารณาระบบคลาส 12V โดยขึ้นอยู่กับการตรวจสอบกับโหลดจริงและแรงดันไฟฟ้าที่ตกในสาย

 

• สำหรับโหลด 80–150W ขึ้นไป หรือมีความสูงของเสาสูงกว่า 9 ม. ระบบระดับ 24V อาจถือเป็นทางเลือกหนึ่งที่เป็นไปได้ เปรียบเทียบกับข้อกำหนดของโครงการ ข้อกำหนดการจัดการตัวควบคุมและแบตเตอรี่ แรงดันไฟฟ้าตกของสาย และต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน

 

ขั้นตอนที่ 3: กำหนดข้อกำหนดแผงโซลาร์เซลล์ตามความพร้อมของพลังงานแสงอาทิตย์ในฤดูหนาวที่ต่ำกว่า

ใช้ชั่วโมงแสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิผลของสถานที่ตั้งโครงการ ความแปรผันตามฤดูกาล เงื่อนไขการติดตั้งแผง และประสิทธิภาพการแปลงการชาร์จเพื่อคำนวณกำลังไฟฟ้าสูงสุดที่ต้องการของแผงโซลาร์เซลล์ ตรวจสอบสมดุลพลังงานของระบบในช่วงวันที่มีเมฆมากหรือฝนตกติดต่อกัน

 

ขั้นตอนที่ 4: เลือกเสาเหล็กโครงสร้างตามแรงลมและสภาพของไซต์

อาจพิจารณาเกรดเหล็ก เช่น Q235B หรือ Q355 ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดการออกแบบ ตรวจสอบการป้องกันการกัดกร่อนตามมาตรฐานการชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อนและแบบร่างโครงการที่เกี่ยวข้อง ควรกำหนดความหนาของการเคลือบสังกะสีตามส่วนประกอบ มาตรฐานที่เกี่ยวข้อง และข้อกำหนดเฉพาะของโครงการ หากระบุค่าเช่น 86 μm ควรมีการระบุและตรวจสอบพื้นฐานของค่านั้นอย่างชัดเจนในระหว่างการตรวจสอบการยอมรับ

 

บทสรุป

ในระบบไฟส่องสว่างพลังงานแสงอาทิตย์นอกตาราง การเลือกแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นมากกว่าการเปรียบเทียบข้อกำหนด แต่ยังส่งผลต่อการสูญเสียสาย การกำหนดค่าตัวควบคุมและแบตเตอรี่ การบำรุงรักษา และความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติงาน ควรเลือกระบบผ่านการคำนวณและการตรวจสอบโดยอิงตามโหลดจริง สภาพไซต์ โทโพโลยีของระบบ และมาตรฐานที่บังคับใช้ ไม่ใช่แค่แรงดันไฟฟ้าที่ระบุของแบตเตอรี่ ความสูงของเสา หรือขีดจำกัดกำลังไฟฟ้าเดียวเท่านั้น