Der Grund für die große Beliebtheit von Solarstraßenlaternen liegt darin, dass die zur Beleuchtung benötigte Energie aus Sonnenenergie stammt, wodurch Solarlampen keine Stromkosten verursachen. Welche Konstruktionsdetails weisen sie auf?SolarstraßenlaternenIm Folgenden wird dieser Aspekt näher erläutert.
Konstruktionsdetails der Solarstraßenlaterne:
1) Neigungsdesign
Um sicherzustellen, dass die Solarzellenmodule im Laufe eines Jahres möglichst viel Sonnenstrahlung aufnehmen, müssen wir einen optimalen Neigungswinkel für die Solarzellenmodule auswählen.
Die Diskussion über die optimale Neigung von Solarzellenmodulen basiert auf unterschiedlichen Regionen.
2) Windbeständiges Design
Bei solarbetriebenen Straßenlaternen ist die Windbeständigkeit ein entscheidender Aspekt der Konstruktion. Diese lässt sich in zwei Hauptbereiche unterteilen: die Windbeständigkeit der Batteriemodulhalterung und die Windbeständigkeit des Laternenmastes.
(1) Windwiderstandsberechnung der Halterung für Solarzellenmodule
Gemäß den technischen Parameterdaten des BatteriemodulsHerstellerDer dem Solarmodul standhaltende Winddruck beträgt 2700 Pa. Bei einem angenommenen Windwiderstandsbeiwert von 27 m/s (entspricht einem Taifun der Stärke 10) beträgt der vom Batteriemodul aufgenommene Winddruck gemäß der reibungsfreien Hydrodynamik lediglich 365 Pa. Das Modul selbst kann somit Windgeschwindigkeiten von 27 m/s problemlos und ohne Beschädigung standhalten. Der entscheidende Aspekt bei der Konstruktion ist daher die Verbindung zwischen der Halterung des Batteriemoduls und dem Lampenmast.
Bei der Konstruktion allgemeiner Straßenbeleuchtungssysteme ist die Verbindung zwischen Batteriemodulhalterung und Lampenmast so ausgelegt, dass sie mittels Bolzenverbindung fixiert wird.
(2) Auslegung des WindwiderstandsStraßenlaternenmast
Die Parameter der Straßenlaternen sind wie folgt:
Neigung des Batteriepanels A=15° Lampenmasthöhe=6 m
Bemessen und wählen Sie die Schweißnahtbreite am unteren Ende des Lampenmastes δ = 3,75 mm; Außendurchmesser des Lampenmastbodens = 132 mm
Die Schweißnahtoberfläche ist die beschädigte Oberfläche des Lampenmastes. Der Abstand vom Berechnungspunkt P des Widerstandsmoments W auf der Bruchfläche des Lampenmastes zur Wirkungslinie der Batteriepanel-Last F auf den Lampenmast beträgt
PQ = [6000+(150+6)/tan16o] × Sin16o = 1545 mm = 1,845 m. Daher beträgt das Wirkungsmoment der Windlast an der Bruchfläche des Lampenmastes M = F × 1,845.
Bei einer maximal zulässigen Windgeschwindigkeit von 27 m/s beträgt die Grundlast des 30-W-Doppelkopf-Solarstraßenlampenpanels 480 N. Unter Berücksichtigung des Sicherheitsfaktors von 1,3 ergibt sich F = 1,3 × 480 = 624 N.
Daher ist M = F × 1,545 = 949 × 1,545 = 1466 N·m.
Gemäß der mathematischen Herleitung ist das Widerstandsmoment der toroidalen Bruchfläche W=π × （3r2 δ+ 3r δ 2+ δ 3）。
In der obigen Formel ist r der Innendurchmesser des Rings, δ ist die Breite des Rings.
Widerstandsmoment der Bruchfläche W=π × （3r2 δ+ 3r δ 2+ δ 3）
=π × （3 × achthundertzweiundvierzig × 4+3 × vierundachtzig × 42+43）= 88768mm3
=88,768 × 10－6 m3
Spannung, verursacht durch das Wirkungsmoment der Windlast auf der Bruchfläche = M/W
= 1466/(88,768 × 10⁻⁶) = 16,5 × 10⁶ Pa = 16,5 MPa << 215 MPa
Hierbei handelt es sich bei 215 MPa um die Biegefestigkeit von Q235-Stahl.
Das Gießen des Fundaments muss den Bauvorschriften für Straßenbeleuchtung entsprechen. Es darf niemals an der Qualität gespart oder Material gekürzt werden, um ein zu kleines Fundament zu errichten, da dies den Schwerpunkt der Straßenlaterne instabil macht und die Gefahr des Umkippens und damit verbundener Unfälle birgt.
Ist der Neigungswinkel der Solaranlage zu groß, erhöht sich der Windwiderstand. Es sollte ein angemessener Winkel gewählt werden, der weder den Windwiderstand noch die Umwandlungsrate des Sonnenlichts beeinträchtigt.
Solange also Durchmesser und Dicke des Lampenmastes und der Schweißnaht den Konstruktionsanforderungen entsprechen, die Fundamentkonstruktion ordnungsgemäß ist und die Neigung des Solarmoduls angemessen ist, stellt die Windbeständigkeit des Lampenmastes kein Problem dar.
Veröffentlichungsdatum: 03.02.2023
