Câu trả lời ngắn: một tấm pin mặt trời gắn trên đỉnh cột đèn đường giống như một cánh buồm. Trong các ví dụ tính toán của chúng tôi, nó làm tăng mô men gió tại chân cột 3,5 đến 4,6 lần so với chỉ có đầu đèn LED. Cột được chọn cho đèn dùng lưới điện thường không đủ khỏe cho đèn đường năng lượng mặt trời dạng tách rời: hãy chỉ định kích thước tấm pin, tốc độ gió và chiều cao, và yêu cầu tính toán.
Người mua thường đặt hàng “cột 8 m, tấm pin 200 W” như hai hạng mục riêng biệt. Cột, giá đỡ, bản đế và bu lông neo phải được kiểm tra cùng nhau cho tấm pin thực tế được lắp và gió tại địa điểm. Bài viết này cho thấy mức độ ảnh hưởng bằng một phép tính đơn giản.
Số liệu chính
- Áp lực gió tăng theo bình phương tốc độ gió: khoảng 670 Pa ở 33 m/s (120 km/h) và 1.080 Pa ở 42 m/s (150 km/h).
- Một tấm pin 1 m² ở đỉnh cột 8 m tạo thêm khoảng 0,9–1,4 kN lực ngang ở các tốc độ đó, tác dụng ở độ cao hơn 8 m so với chân cột.
- Mô men chân cột cho cột 8 m: 2,9 kNm chỉ với đầu đèn LED, 10,1 kNm với tấm pin 1 m² ở 33 m/s.
1. Tính toán
Đối với mỗi phần tử, lực ngang F = q × Cf × A, trong đó q = ½ ρ v² là áp lực gió (ρ = 1,225 kg/m³), Cf là hệ số lực và A là diện tích chịu gió. Chúng tôi đã sử dụng Cf = 1,3 cho tấm pin nghiêng, 1,0 cho đầu đèn LED và 0,8 cho thân cột tròn thuôn. Mô men chân cột là tổng của từng lực nhân với chiều cao của nó so với chân cột. Mô đun mặt cắt đàn hồi yêu cầu là mô men nhân với hệ số an toàn tổng hợp 1,5, chia cho giới hạn chảy của thép Q355 (355 MPa).
Đây là kiểm tra đơn giản hóa để thể hiện bậc độ lớn. Tính toán thiết kế tuân theo quy chuẩn địa phương (ví dụ EN 1991-1-4 hoặc ASCE 7), với cấp địa hình, hệ số gió giật, hiệu ứng động và mỏi, và kiểm tra giá đỡ, cửa mở, bản đế, mối hàn và bu lông neo cũng như thân cột.
2. Bảng tính mẫu
| Chiều cao cột | Diện tích tấm pin | Tốc độ gió | Mô men chân cột, chỉ đầu đèn LED | Mô men chân cột với tấm pin | Tỷ lệ tấm pin | Mô đun mặt cắt yêu cầu | Ví dụ mặt cắt tròn tại chân cột |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 6 m | 0,7 m² (khoảng 100 W) | 33 m/s | 1,5 kNm | 5,3 kNm | 72 % | 22 cm³ | 130 mm × 2,5 mm |
| 6 m | 0.7 m² | 42 m/s | 2,4 kNm | 8,6 kNm | 72 % | 36 cm³ | 130 mm × 3 mm |
| 8 m | 1,0 m² (khoảng 200 W) | 33 m/s | 2,9 kNm | 10,1 kNm | 71 % | 43 cm³ | 160 mm × 2,5 mm |
| 8 m | 1.0 m² | 42 m/s | 4,7 kNm | 16,4 kNm | 71 % | 69 cm³ | 160 mm × 4 mm |
| 10 m | 2.0 m² (hai tấm pin) | 33 m/s | 5.0 kNm | 22.9 kNm | 78 % | 97 cm³ | 190 mm × 4 mm |
| 10 m | 2.0 m² | 42 m/s | 8.1 kNm | 37.1 kNm | 78 % | 157 cm³ | 220 mm × 5 mm |
Tính toán của chúng tôi. Trục được mô hình hóa như ống tròn thuôn (đáy 130/160/190 mm, đỉnh 70/80/90 mm); tâm tấm pin cao hơn đỉnh cột 0.3 m; đầu đèn LED 0.15–0.25 m². Tiết diện ví dụ là thành mỏng tiêu chuẩn đáp ứng mô đun yêu cầu; đây không phải là thiết kế.
3. Bảng cho người mua biết điều gì
- Tấm pin, không phải cột, quyết định thiết kế. Tăng gấp đôi diện tích tấm pin sẽ tăng gần gấp đôi mô men chân cột; từ 33 lên 42 m/s làm tăng khoảng 60 %.
- Chỉ tăng độ dày thành không đủ. Ở độ cao 10 m với hai tấm pin trong vùng 42 m/s, chân cột 190 mm sẽ cần thành dày hơn 6 mm; chân cột 220 mm chỉ cần 5 mm. Đường kính là đòn bẩy hiệu quả hơn.
- Bu lông neo và bản đế cũng tăng theo mô men. Một cột tái sử dụng từ thiết kế lưới điện với lồng neo ban đầu có thể hỏng ở móng, không phải ở trục.
- Vùng ven biển và xoáy thuận cần bản đồ gió địa phương. Mombasa, Dar es Salaam, Lagos và Abidjan là ven biển; phía bắc Mozambique và Madagascar đối mặt với xoáy thuận. Không sử dụng 120 km/h chung chung.
4. Những gì cần đưa vào đặc tính kỹ thuật
| Hạng mục | Chỉ định |
|---|---|
| Tấm pin | Công suất, kích thước, số lượng tấm pin, độ nghiêng và chiều cao trên đỉnh cột |
| Gió | Tốc độ gió cơ bản và cấp địa hình theo quy chuẩn địa phương, hoặc tốc độ trong hồ sơ mời thầu |
| Cột | Chiều cao lắp đặt, tiết diện (tròn hoặc bát giác), mác thép, đường kính đáy và đỉnh, độ dày thành |
| Kết nối | Giá đỡ, độ dày bản đế, số lượng và kích thước bu lông neo, gia cường cửa mở |
| Hoàn thiện | Tiêu chuẩn mạ kẽm nhúng nóng và độ dày kẽm tối thiểu; sơn tĩnh điện nếu yêu cầu |
| Chứng minh | Tính toán tải trọng gió cho đúng tấm pin và đèn được lắp, có chữ ký của kỹ sư nhà cung cấp |
Câu hỏi thường gặp
Tôi có thể gắn tấm pin mặt trời lên cột đèn đường hiện có không?
Chỉ sau khi kiểm tra. Trong các ví dụ của chúng tôi, tấm pin làm mô men chân cột tăng 3.5 đến 4.6 lần, vì vậy cột hiện có, bu lông neo và móng thường cần tính toán và thường phải gia cường hoặc thay thế.
Cột đèn đường năng lượng mặt trời nên được thiết kế cho tốc độ gió nào?
Tốc độ gió cơ bản trong quy chuẩn quốc gia cho địa điểm, điều chỉnh theo địa hình và độ cao. Nhiều hồ sơ mời thầu ghi 120 đến 150 km/h; vùng ven biển và xoáy thuận có thể cao hơn.
Đèn năng lượng mặt trời tích hợp có dễ chịu tải cho cột hơn không?
Thường là có, vì tấm pin nhỏ hơn và gần đèn. Nhưng các bộ tích hợp lớn vẫn có 0.5–0.8 m² tấm pin ở trên đỉnh và cần kiểm tra tương tự.
Cột bát giác hay cột tròn?
Cả hai đều được. Với cùng trọng lượng thép, tiết diện tròn chống uốn do gió tốt; tiết diện bát giác phổ biến trong hồ sơ mời thầu và dễ tạo hình. So sánh bằng mô đun tiết diện tại chân cột, không phải bằng hình dạng.
Chúng tôi hỗ trợ như thế nào
Chúng tôi cung cấp cột đèn đường năng lượng mặt trời với giá đỡ tấm pin và cột đèn chiếu sáng bằng thép lên đến 15 m, phù hợp với đèn đường năng lượng mặt trời của chúng tôi, kèm tính toán tải trọng gió cho tấm pin và đèn thực tế được lắp. Hãy gửi cho chúng tôi chiều cao, tấm pin và tốc độ gió.
Nguồn: áp lực gió q = ½ρv² với mật độ không khí tiêu chuẩn; hệ số lực là các giá trị điển hình được sử dụng trong EN 1991-1-4 cho tấm phẳng và trụ tròn; giới hạn chảy của thép Q355 theo GB/T 1591. Bảng tính toán là tính toán của chúng tôi để minh họa. Liên quan: chiều cao và khoảng cách cột đèn, đèn đường năng lượng mặt trời tích hợp so với tách rời.