Shenzhen UNIKE Technology Limited sales@unike.cc 86-158-1737-7218
ไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์ ได้กลายเป็นโซลูชันที่ยั่งยืนและคุ้มค่าสำหรับระบบแสงสว่างในเมืองและในชนบท โดยอาศัยแผงเซลล์แสงอาทิตย์ (PV) ในการแปลงแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือได้รับอิทธิพลอย่างมากจากสภาพอากาศ ซึ่งอาจเพิ่มประสิทธิภาพหรือขัดขวางฟังก์ชันการทำงานได้ การทำความเข้าใจผลกระทบที่เกี่ยวข้องกับสภาพอากาศเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการออกแบบระบบแสงสว่างพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพ การวางแผนกำหนดการบำรุงรักษา และการรับรองแสงสว่างที่สม่ำเสมอ บทความนี้สำรวจว่าปัจจัยสภาพอากาศที่แตกต่างกัน รวมถึงความเข้มของแสงแดด อุณหภูมิ ปริมาณน้ำฝน และเหตุการณ์สภาพอากาศสุดขั้ว ส่งผลต่อไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์อย่างไร พร้อมด้วยกลยุทธ์เชิงปฏิบัติเพื่อลดความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้น
แสงแดดเป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์ ดังนั้นความเข้มและระยะเวลาของแสงแดดจึงกำหนดปริมาณแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่สามารถผลิตไฟฟ้าได้โดยตรง
ในภูมิภาคที่มีแสงแดดเพียงพอและไม่มีสิ่งกีดขวาง (เช่น วันที่มีแดดจ้าในเขตแห้งแล้งหรือเขตอบอุ่น) แผงเซลล์แสงอาทิตย์จะทำงานที่ประสิทธิภาพใกล้จุดสูงสุด ตัวอย่างเช่น แผงโซลาร์เซลล์มาตรฐานขนาด 100 วัตต์สามารถผลิตไฟฟ้าได้ 400-500Wh ต่อวันภายใต้แสงแดดโดยตรง 4-5 ชั่วโมง โดยชาร์จแบตเตอรี่ให้เต็มเพื่อจ่ายไฟให้กับแผงโซลาร์เซลล์ไฟ LEDเป็นเวลา 8-12 ชั่วโมงในเวลากลางคืน สภาวะดังกล่าวช่วยให้มั่นใจได้ถึงความสว่างที่สม่ำเสมอและป้องกันแบตเตอรี่หมด
วันที่มีเมฆมากหรือมืดครึ้ม:แสงแดดแบบกระจายช่วยลดเอาต์พุตแผง PV ลง 30%-70% ในวันที่มีเมฆมาก แผง 100W อาจสร้างพลังงานได้เพียง 100-200Wh เท่านั้น ส่งผลให้การชาร์จแบตเตอรี่ไม่เพียงพอ ซึ่งอาจทำให้ไฟ LED หรี่ลงก่อนเวลาอันควรหรือปิดในเวลากลางคืน ส่งผลให้ความปลอดภัยในพื้นที่ เช่น ถนนหรือลานจอดรถลดลง
เวลากลางวันสั้น:ในฤดูหนาวหรือภูมิภาคละติจูดสูง (เช่น ยุโรปเหนือ แคนาดา) ระยะเวลากลางวันที่สั้นกว่าจะจำกัดเวลาในการชาร์จ ตัวอย่างเช่น ในช่วงครีษมายัน บางพื้นที่มีเวลากลางวันเพียง 6-7 ชั่วโมง ซึ่งน้อยกว่า 8-10 ชั่วโมงที่จำเป็นสำหรับการชาร์จแบตเตอรี่จนเต็มมาก เมื่อเวลาผ่านไป สิ่งนี้อาจทำให้แบตเตอรี่ "คายประจุได้ลึก" ส่งผลให้อายุการใช้งานลดลง 20%-30%
การแรเงา:แม้แต่การแรเงาบางส่วน (จากต้นไม้ อาคาร หรือการสะสมของฝุ่น) ก็สร้าง "ฮอตสปอต" บนแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ส่งผลให้ประสิทธิภาพโดยรวมลดลงและอาจสร้างความเสียหายให้กับเซลล์ได้ การศึกษาโดยสำนักงานพลังงานระหว่างประเทศ (IEA) พบว่าการแรเงา 10% บนแผงสามารถลดเอาต์พุตได้มากถึง 50%
แม้ว่าแผงโซลาร์เซลล์จะต้องอาศัยแสงแดด แต่อุณหภูมิที่สูงหรือต่ำเกินไปก็ส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่
แผงเซลล์แสงอาทิตย์ส่วนใหญ่มีช่วงอุณหภูมิการทำงานที่เหมาะสมที่ 25°C-35°C (77°F-95°F) เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 40°C (104°F) ประสิทธิภาพของแผงจะลดลง 0.3%-0.5% ต่อองศาเซลเซียส ตัวอย่างเช่น แผงที่มีประสิทธิภาพ 20% ที่อุณหภูมิ 25°C อาจลดประสิทธิภาพลงเหลือ 17%-18% ที่อุณหภูมิ 45°C เนื่องจากอุณหภูมิสูงจะเพิ่มความต้านทานอิเล็กตรอนในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ของแผง ส่งผลให้การแปลงพลังงานลดลง
นอกจากนี้ความร้อนสูงยังเร่งการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่อีกด้วย แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (มักใช้ในไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์) จะสูญเสียความจุเร็วขึ้นเมื่อต้องสัมผัสกับอุณหภูมิที่สูงกว่า 35°C เป็นเวลานาน การศึกษาในปี 2023 โดยห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติ (NREL) แสดงให้เห็นว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในสภาพอากาศร้อน (เช่น ภูมิภาคทะเลทราย) มีอายุการใช้งาน 3-4 ปี เทียบกับ 5-7 ปีในสภาพอากาศปานกลาง
อุณหภูมิที่เย็น (ต่ำกว่า 0°C/32°F) ไม่สร้างความเสียหายโดยตรงต่อแผงเซลล์แสงอาทิตย์ แต่อาจทำให้ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลดลง แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีความสามารถในการชาร์จและการคายประจุลดลงในช่วงเย็น ตัวอย่างเช่น ที่อุณหภูมิ -10°C (14°F) แบตเตอรี่สามารถเก็บประจุได้เพียง 70%-80% ของความจุที่กำหนดเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าแม้ว่าแผงเซลล์แสงอาทิตย์จะผลิตกระแสไฟฟ้าได้เพียงพอในระหว่างวัน แต่แบตเตอรี่ก็อาจจัดเก็บได้ไม่เพียงพอที่จะจ่ายไฟตลอดทั้งคืน
อุณหภูมิที่เย็นจัดยังก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อเปลือกแบตเตอรี่อีกด้วย หากความชื้นซึมเข้าไปในตัวเครื่องและแข็งตัว อาจทำให้กล่องแบตเตอรี่ร้าวหรือทำให้การเชื่อมต่อไฟฟ้าเสียหาย ส่งผลให้ระบบทำงานล้มเหลว
ฝน หิมะ และหมอกไม่เพียงแต่ลดแสงแดดเท่านั้น แต่ยังก่อให้เกิดความเสี่ยงทางกายภาพและทางไฟฟ้าต่อไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์อีกด้วย
ฝนตกเล็กน้อยถึงปานกลางสามารถช่วยทำความสะอาดฝุ่นและเศษซากจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพชั่วคราว อย่างไรก็ตาม ฝนตกหนักหรือพายุฝนฟ้าคะนองก่อให้เกิดภัยคุกคามหลักสองประการ:
การแทรกซึมของน้ำ:กล่องรวมสัญญาณที่ปิดสนิท กล่องใส่แบตเตอรี่ หรืออุปกรณ์ติดตั้งไฟ LED ปล่อยให้น้ำฝนไหลเข้าไปทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรได้ นี่เป็นสาเหตุหลักของความล้มเหลวของระบบ ตามรายงานอุตสาหกรรมปี 2024 พบว่า 35% ของไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์ทำงานผิดปกติเกิดจากความเสียหายจากน้ำ
สายฟ้าฟาด:ระบบสุริยะมีความเสี่ยงต่อฟ้าผ่า เนื่องจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ทำหน้าที่เป็นพื้นผิวนำไฟฟ้าขนาดใหญ่ ฟ้าผ่าโดยตรงหรือบริเวณใกล้เคียงอาจทำให้อินเวอร์เตอร์ ตัวควบคุมการชาร์จ หรือแบตเตอรี่เสียหายได้ ซึ่งต้องเปลี่ยนใหม่ซึ่งมีค่าใช้จ่ายสูง
หิมะที่สะสมบนแผงเซลล์แสงอาทิตย์จะบังแสงอาทิตย์โดยสิ้นเชิง ส่งผลให้การผลิตพลังงานหยุดชะงัก แม้แต่หิมะบางๆ (1-2 ซม.) ก็สามารถลดปริมาณผลผลิตได้ 80%-90% หากหิมะละลายและกลายเป็นน้ำแข็งอีกครั้ง มันจะก่อตัวเป็นน้ำแข็ง ซึ่งหนักกว่าและยากต่อการขจัดออก เนื่องจากน้ำแข็งอาจทำให้แผงเซลล์แสงอาทิตย์แตกหรือทำให้โครงสร้างยึดโค้งงอตามน้ำหนักของมัน
ในพื้นที่ที่มีหิมะตก มุมของแผง PV ถือเป็นสิ่งสำคัญ แผงที่ติดตั้งในมุมชัน (30°-45°) ช่วยให้หิมะหลุดออกได้ง่ายขึ้น ช่วยลดเวลาหยุดทำงาน อย่างไรก็ตาม ในพื้นที่ที่มีหิมะตกหนัก อาจจำเป็นต้องกำจัดหิมะด้วยตนเองหรือแบบอัตโนมัติ (เช่น แผงทำความร้อน)
หมอกกระจายแสงแดด ทำให้ความเข้มลดลงคล้ายกับวันที่มีเมฆมาก นอกจากนี้ หมอกยังสามารถทิ้งชั้นความชื้นไว้บนแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งเมื่อรวมกับฝุ่นจะก่อให้เกิดฟิล์มที่ลดประสิทธิภาพลงไปอีก ในพื้นที่ชายฝั่งทะเล หมอกที่เต็มไปด้วยเกลือสามารถกัดกร่อนส่วนประกอบโลหะ (เช่น ขายึด สายไฟ) ทำให้อายุการใช้งานของระบบสั้นลง
สภาพอากาศสุดขั้ว เช่น พายุเฮอริเคน ไต้ฝุ่น พายุทราย และพายุลูกเห็บ อาจทำให้เกิดความเสียหายร้ายแรงต่อไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์ในระยะยาว
ลมแรง:พายุเฮอริเคนหรือไต้ฝุ่นที่มีความเร็วลมเกิน 100 กม./ชม. (62 ไมล์ต่อชั่วโมง) อาจทำให้เสาไฟพัง แผงเซลล์แสงอาทิตย์เสียหาย หรือสายไฟฉีกขาด ในปี 2022 พายุเฮอริเคนเอียนได้ทำลายไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์กว่า 5,000 ดวงในรัฐฟลอริดา สหรัฐอเมริกา เนื่องมาจากลมแรงและเศษซากที่กระเด็นใส่
พายุลูกเห็บ:ลูกเห็บ (โดยเฉพาะที่มีขนาดใหญ่กว่า 2 ซม./0.8 นิ้ว) อาจแตกหรือทำให้แผงเซลล์แสงอาทิตย์แตกได้ แผงเซลล์แสงอาทิตย์มาตรฐานมีชั้นกระจกนิรภัย แต่ก็ไม่สามารถต้านทานลูกเห็บขนาดใหญ่ได้ พายุลูกเห็บในปี 2021 ในรัฐโคโลราโด สหรัฐอเมริกา ทำให้ไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์ในพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบเสียหาย 12%
พายุทราย:ในพื้นที่แห้งแล้ง (เช่น ตะวันออกกลาง เอเชียกลาง) พายุทรายจะสะสมชั้นทรายหนาไว้บนแผงเซลล์แสงอาทิตย์ บังแสงแดดและทำให้พื้นผิวกระจกเป็นรอย ซึ่งจะลดประสิทธิภาพลง 40%-60% และอาจทำให้แผงเสียหายอย่างถาวรหากไม่ทำความสะอาดทันที
เพื่อลดผลกระทบของสภาพอากาศต่อไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์ แนะนำให้ใช้กลยุทธ์ต่อไปนี้:
สภาพอากาศมีบทบาทสำคัญในประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือ และอายุการใช้งานของไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์ ตั้งแต่แสงแดดที่ลดลงในวันที่มีเมฆมากไปจนถึงความเสียหายร้ายแรงจากพายุเฮอริเคน ปัจจัยสภาพอากาศแต่ละอย่างนำเสนอความท้าทายที่ไม่เหมือนใคร อย่างไรก็ตาม ด้วยการทำความเข้าใจผลกระทบเหล่านี้และการนำกลยุทธ์การบรรเทาตามเป้าหมายไปใช้ เช่น การใช้ส่วนประกอบที่ทนทานต่อสภาพอากาศ การออกแบบระบบให้เหมาะสม และการบำรุงรักษาตามปกติ ระบบไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์จะมีความยืดหยุ่นมากขึ้น ในขณะที่โลกเปลี่ยนไปสู่พลังงานทดแทน การจัดการกับความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับสภาพอากาศจะเป็นกุญแจสำคัญในการปลดล็อกศักยภาพของระบบแสงสว่างจากแสงอาทิตย์ในสภาพอากาศที่หลากหลาย เพื่อให้มั่นใจว่าชุมชนต่างๆ ทั่วโลกจะมีแสงสว่างอย่างยั่งยืนและเชื่อถือได้
