Đèn đường năng lượng mặt trời đa năng là đèn LED ngoài trời tích hợp động cơ đèn, tấm pin mặt trời, pin sạc và hệ thống quản lý điện năng thành một cụm nhỏ gọn, chống nước và dễ lắp đặt. Hệ thống chiếu sáng đường năng lượng mặt trời đã có từ nhiều thập kỷ. Chúng cung cấp giải pháp khả thi để cung cấp ánh sáng ở những nơi tối tăm hoặc khó tiếp cận, nằm ngoài phạm vi giá cả phải chăng của lưới điện. Tuy nhiên, đèn đường năng lượng mặt trời truyền thống cồng kềnh và hiệu suất thấp do sử dụng pin axit chì cồng kềnh và nguồn sáng ngốn nhiều năng lượng. Các hệ thống này có thời gian hoạt động ngắn và cần bảo trì thường xuyên. Chi phí vận chuyển và lắp đặt các hệ thống này có thể là một khoản đầu tư đáng kể. Hơn nữa, đèn đường năng lượng mặt trời truyền thống với thiết kế chỉ phục vụ chức năng đơn thuần không thể hòa hợp với cảnh quan của nhiều môi trường ngoài trời mà chúng phục vụ.

 

Đèn đường năng lượng mặt trời tất cả trong một là sản phẩm của những tiến bộ mang tính cách mạng trong cả công nghệ chiếu sáng và công nghệ pin. Sự ra đời của đèn trạng thái rắn dựa trên công nghệ LED cho phép giảm đáng kể tải trên hệ thống pin. Mức tiêu thụ điện năng thấp của nguồn sáng chuyển thành trọng lượng và thể tích giảm của hệ thống pin. Thực tế là đèn LED là thiết bị bán dẫn nhỏ có nghĩa là động cơ ánh sáng có thể được thiết kế theo dạng cực kỳ nhỏ gọn với tính linh hoạt để phù hợp với mọi bố cục. Sự phát triển của công nghệ pin mật độ năng lượng cao dựa trên hóa học lithium-ion (Li-ion) giúp thu nhỏ kích thước của cụm pin. Hơn nữa, pin lithium-ion không yêu cầu bảo dưỡng thường xuyên (bổ sung nước) như yêu cầu trong pin axit chì ngập nước và có tuổi thọ chu kỳ dài hơn nhiều so với pin VRLA.

 

Kích thước giảm đáng kể cũng như hoạt động không cần bảo trì của cụm đèn và hệ thống pin cho phép tích hợp các thành phần vào một sản phẩm duy nhất. Ngày nay, đèn đường năng lượng mặt trời không còn phải được thiết kế theo cách tách biệt các hệ thống con với nhau nữa. Bằng cách loại bỏ nhu cầu đi dây bên ngoài đến bộ pin và đầu đèn từ xa, thiết kế cắm và chạy, tất cả trong một giúp đơn giản hóa việc lắp đặt và bảo trì. Hệ thống một mảnh, được đóng gói sẵn dễ dàng mang theo và vận chuyển, giúp cắt giảm chi phí hậu cần. Một lợi ích lớn khác là đèn đường năng lượng mặt trời tất cả trong một có thể được thiết kế để kết hợp hình thức và chức năng. Khả năng mang lại giá trị thẩm mỹ to lớn giúp sử dụng đèn đường năng lượng mặt trời trong các ứng dụng đô thị đòi hỏi đồ đạc chiếu sáng ngoài trời phải phù hợp về mặt thẩm mỹ với thiết kế cảnh quan đường phố. Đèn đường năng lượng mặt trời tích hợp không chỉ phục vụ các ứng dụng truyền thống với hiệu quả về chi phí và tiện lợi hơn so với, mà còn có thể được tích hợp về mặt chức năng và hình ảnh vào tất cả các bối cảnh đô thị như đường dân cư, khu vực dành cho người đi bộ và công viên thành phố.

 

Đèn đường năng lượng mặt trời tất cả trong một bao gồm một mô-đun năng lượng mặt trời, một ngân hàng pin, một bộ điều khiển sạc, một hệ thống quản lý pin (BMS), một cụm đèn LED và các thành phần khác cung cấp khả năng quản lý ánh sáng thông minh. Tất cả các thành phần đều được tích hợp vào một vỏ bọc chắc chắn, chống nước và thời tiết, thường là cấu trúc nhôm với kính cường lực bảo vệ mô-đun LED. Vỏ nhôm cũng hoạt động như bộ tản nhiệt của mô-đun LED. Khả năng tản nhiệt của bộ tản nhiệt được chia tỷ lệ theo gói lumen. Đèn đường năng lượng mặt trời tất cả trong một thường có hình dạng tấm hình chữ nhật. Tuy nhiên, chúng có nhiều kiểu dáng mới lạ cho phép đèn hòa hợp liền mạch với môi trường xung quanh. Những thiết kế hấp dẫn này thường được tìm thấy trong các ứng dụng quy mô dành cho người đi bộ. Sự hấp dẫn biến dạng của chúng mang lại vẻ ngoài hữu cơ dễ dàng hòa nhập vào xu hướng trang trí đô thị gần đây.

 

Đèn đường năng lượng mặt trời tất cả trong một được trang bị hệ thống quang điện hiệu suất cao, thích ứng về mặt kiến ​​trúc. Các loại tấm pin mặt trời cứng thông thường được làm bằng tế bào quang điện silicon đa tinh thể hoặc đơn tinh thể. Gần đây hơn, các mô-đun năng lượng mặt trời linh hoạt làm bằng tế bào quang điện màng mỏng được sử dụng để tạo ra một thiết kế hấp dẫn với sự kết hợp tuyệt đẹp giữa các nỗ lực hình học và nghệ thuật. Tấm pin mặt trời đơn tinh thể là sản phẩm có hiệu suất tốt nhất trong số tất cả các loại tấm pin mặt trời. Loại tấm pin này có hiệu suất cao tới 24% trong khi hiệu suất của tấm pin mặt trời đa tinh thể thường là 14-16%. Nếu không gian hạn chế thì tấm pin đơn tinh thể sẽ là lựa chọn. Nếu không, chi phí của tấm pin mặt trời nên được cân nhắc so với hiệu suất của chúng. Tấm pin đơn tinh thể có chi phí sản xuất cao hơn 30% so với tấm pin đa tinh thể. Tấm pin mặt trời màng mỏng hiện đang được sử dụng trong các sản phẩm ngoài lưới điện là loại kém hiệu quả nhất trong tất cả các loại, nhưng chúng có chi phí sản xuất thấp nhất và có thể được chế tạo trên một tấm wafer siêu mỏng.

 

Điện năng do mô-đun năng lượng mặt trời tạo ra sẽ sạc pin thông qua bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời. Bộ điều khiển sạc được sử dụng để kiểm soát quá trình sạc và xả pin. Chúng có tầm quan trọng đặc biệt trong hệ thống năng lượng mặt trời. Bộ điều khiển sạc về cơ bản là bộ chuyển đổi DC-DC sử dụng điều chế độ rộng xung (PWM) hoặc theo dõi điểm công suất cực đại (MPPT) để điều chỉnh công suất DC đến từ mảng pin mặt trời. Bộ điều khiển PWM phù hợp nhất cho các ứng dụng sạc công suất thấp (cụ thể là dòng điện thấp) khi lợi ích “tăng cường” là tối thiểu. Bộ điều khiển MPPT đắt hơn nhưng hoạt động tốt hơn bộ điều khiển PWM trong các hệ thống công suất cao và ở những vùng có khí hậu lạnh hơn. Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời liên tục theo dõi trạng thái của pin để tối đa hóa hiệu quả sạc đồng thời bảo vệ pin khỏi các sự cố lạm dụng điện như quá tải, sạc quá mức, xả quá mức và đoản mạch ngoài ý muốn.

 

Pin có ảnh hưởng lớn nhất đến chi phí, trọng lượng, thể tích, tính tự chủ và tuổi thọ của đèn đường năng lượng mặt trời. Như đã đề cập trước đó, hóa học lithium-ion được ưa chuộng vì những ưu điểm vượt trội của nó so với các hóa chất pin khác như niken kim loại hydride (NiMh) và axit chì. Trong số tất cả các công nghệ lưu trữ năng lượng hiện có cho các ứng dụng ngoài lưới điện, pin lithium-ion có hiệu suất sạc, mật độ năng lượng theo trọng lượng và thể tích cao nhất, cũng như tuổi thọ chu kỳ dài nhất ngay cả khi chúng được sạc sâu đến 80% độ sâu xả (DoD). Tuy nhiên, pin lithium-ion gặp phải những lo ngại đáng kể về an toàn do bản chất mật độ năng lượng cao và sự hiện diện của chất điện phân hữu cơ dễ cháy. Những loại pin này dễ bị mất kiểm soát nhiệt khi sạc quá mức, xả quá mức, đoản mạch bên ngoài, nhiệt độ thấp và điều kiện sạc tốc độ cao. Ứng suất cơ học và sử dụng ở nhiệt độ cao cũng có thể dẫn đến mất kiểm soát nhiệt. Do đó, các ô điện hóa được sử dụng trong bộ pin phải được hệ thống quản lý pin theo dõi và kiểm soát riêng lẻ để chúng hoạt động trong phạm vi dung sai cụ thể.

 

Động cơ chiếu sáng của đèn đường năng lượng mặt trời tích hợp có thể bao gồm một hoặc nhiều mô-đun LED. Trong số tất cả các loại gói LED, đèn LED công suất trung bình dựa trên PLCC có hiệu suất cao nhất do sử dụng các thành phần gói phản xạ. Hiệu suất cao và chi phí thấp của các đèn LED này đã thúc đẩy việc sử dụng rộng rãi chúng trong các hệ thống năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, loại đèn LED này dễ bị suy thoái nhiệt do cấu trúc bằng nhựa của chúng. Hiệu suất nhiệt của chúng không mạnh bằng đèn LED công suất cao và đèn LED COB. Do đó, điện trở nhiệt dọc theo đường dẫn nhiệt từ mô-đun LED đến thân đèn phải càng thấp càng tốt. Quản lý nhiệt hiệu quả của hệ thống LED cũng rất quan trọng để duy trì hiệu suất tối ưu của mô-đun năng lượng mặt trời và hệ thống pin. Nhiệt độ là một yếu tố tiêu cực ảnh hưởng đến hiệu suất của tấm pin mặt trời và tuổi thọ pin. Cần phải cẩn thận để ngăn nhiệt thải do đèn LED tạo ra gây căng thẳng cho các thành phần này.

 

Đèn LED là thiết bị được điều khiển bằng dòng điện, thay vì bằng điện áp. Đặc tính điện này cho phép nguồn sáng được điều khiển trực tiếp bằng dòng điện một chiều (DC) được xả ra từ hệ thống pin mà không cần sử dụng bộ điều khiển AC-DC. Việc không có tổn thất chuyển đổi nguồn AC-DC trong hệ thống chiếu sáng năng lượng mặt trời dựa trên đèn LED và không có tổn thất dây dẫn do pin cùng vị trí góp phần tạo nên hiệu suất hệ thống cao của đèn năng lượng mặt trời LED. Để cải thiện tính tự chủ của pin, đèn đường năng lượng mặt trời thường được thiết kế với các tính năng bổ sung như điều khiển độ mờ, phát hiện chuyển động và cảm biến từ chạng vạng đến bình minh.