Vägbelysning med batteridrift

Vad finns det för typ av batteriteknik?
– Den vanligaste typen av batterier för solenergi motsvarar ett bilbatteri i uppbyggnad, storlek och vikt. Dessa kräver mycket utrymme och ett omfattande underhåll samt innehåller stora mängder bly. Ett 100 Ah 12V blybatteri rekommenderat för vind- och solkraftsanläggningar är något större än ett bilbatteri och väger 37 kg. Bly finns på Trafikverkets förbudslista över farliga ämnen, men batterier är ett tillåtet användningsområde.

En annan tåligare batterityp med bättre egenskaper för vägmiljön är NiCd-batterier (nickel -kadmium). Den rekommenderade varianten för off-gridlösning är större i storlek men väger mindre än blybatterier med samma energimängd. Ett 9-cells batteri för 100 Ah har måtten 405x195x363 mm och väger 15 kg. Kadmium är sedan 2009 förbjudet att använda enligt EUs batteriförordning. Batterier för industribruk är dock undantaget men har en särskild miljöavgift. Kadmium finns också på Trafikverkets förbudslista över farliga ämnen, men batterier är listat som ett tillåtet användningsområde.

En batterityp som uppfattas ha små mått och låg vikt är NiMH-batterier (nickel-metallhybrid), dessa används till exempel i sladdlösa handverktyg och radiostyrda bilar. Ett batteripack för 12 V med 6-7 Ahs energimängd har måtten 64x71x168 mm och väger 1,4 kg. För att få energimängden 100 Ah behövs 15 st med den sammanlagda vikten 21 kg och måtten 320x168x213.

Den teknik som har högst energitäthet per vikt är batteritypen Li-Ion (lithium-jon) eller LiPol (lithium-polymer), den används till exempel i mobiltelefoner och i nyare elbilar. Det finns ersättningsbatterier för blybatterier med Li-Po teknik, 100 Ah väger 13 kg och har måtten 280x140x243 mm. Batteritypen finns också i smalare moduler som kanske går att bygga in i stolpar, till exempel moduler för 10 Ah 12V som är 32x61x118 mm

Vilka faktorer måste jag ta hänsyn till vid val av batteriteknik?
– Den största begränsande faktorn är batteriernas vikt och mått om de ska byggas in eller hängas på stolpen. En normal gatustolpe har som mest ca 80 mm luckbredd och drygt 2 m med 100 mm innerdiameter, vilket begränsar hur brett ett inbyggt batteri kan vara. Bly- och nickel -kadmium- batterier går inte att bygga in, utan måste ha ett separat utrymme.

Temperatur är en stor faktor att ta hänsyn till, temperaturerna i Sverige kan variera mellan +40 till -40 grader. Batterier gillar varken höga eller låga temperaturer utan fungerar bäst vid 20 grader. Vissa tekniker tål inte kyla och även batterier som klarar ner till -40 grader laddar dåligt redan vid 0 grader.

Laddcykler och hur stor urladdning som batterierna klarar är också en påtaglig faktor, likaså vilken laddspänning och ström som behövs för att batteriet ska ta laddning. Det kan vara så att solpanelen eller vindgeneratorn ger viss produktion men ändå inte tillräckligt för att uppnå laddspänning eller -ström.

För vissa batterier med flytande elektrolyt rekommenderar tillverkarna tillsyn varje år och som längsta intervall 4 år innan påfyllning av vatten. Vinsten är längre teknisk livslängd. Underhållsfria batterier kan ha längre tillsynsintervall men får då kortare livslängd och kan istället behöva bytas med 5-10 år intervall.

Hur mycket energi måste man lagra?
– Under november, december och januari lyser vägbelysningen runt 17 timmar/dygn i Malmö och 22 timmar/dygn i Luleå.

Den senaste generationen av LED-armaturer ligger i storleksordningen 65W för en typisk gatubelysningssituation på landsbygd. Med 17-22 timmars brinntid är energibehovet för en armatur 1,1 till 1,4 kWh per dygn under vintermånaderna. Med ett 12 V batterisystem motsvarar det 90 till 120 Ah per dygn. En veckas kapacitet motsvarar 630-840 Ah, en månads 2.800-3.575 Ah.

Med tanke på att man med de flesta batterilösningar kommer upp i motsvarande ett bilbatteris storlek för att få 100 Ah timmar vid 12 V är det idag inte rimligt att driva normal gatubelysning med batterier. Det krävs helt enkelt för mycket batterivolym. En enda stolpe behöver motsvarande 7 stycken bilbatterier för en veckas energibehov.

Vilken energimängd kan man då få in i en belysningsstolpe?
– Om man tänker sig att ett LiPo- eller NiMH-batteri som är uppbyggt med 10 Ah moduler för 12 V blir varje modul i storleksordningen 150 mm långt, fyller man bottendelen av en stolpe (2 m) får man plats med drygt 13 st enheter och den sammanlagda kapaciteten blir 130 Ah, vilket motsvarar 1,5 kWh, mindre än 2 dagars energibehov för en 65W LED-armatur.

Tänker man sig att batteriet ska klara en veckas energibehov får armaturen inte förbruka mer än 18.5 Ah per dag, med 17 timmars brinntid blir det 13 W armatur-effekt och med 22 timmar 10 W.

Tänker man sig ett närvarostyrscenario istället får 65W armaturen med 2 W styrutrustning bara brinna i snitt 200 minuter per dag. Om varje tändtillfälle är 5 minuter innebär det max 40 tändningar per dag.

Om de 130 Ah timmarna istället ska räcka till en månad blir det tillåtna effektuttaget 2 – 3 W, vilket motsvarar vad bara närvarostyrningsutrustningen kommer att förbruka, det blir ingen energi kvar till armaturen.

För att återladda ett 130 Ah 12V batteri behövs 1,6 kWh, om man tänker sig att stolpen är täckt med solpaneler från 3 m höjd upp till 8 m höjd, och modulen är 0,3 m bred, blir panelens produktion 4 kWh under december som är den sämsta månaden.

Utifrån beräkningarna går det teoretiskt att konstruera en närvarostyrd belysningsstolpe som drivs med batterier och laddas med solceller. Men platsen måste vara lågt använd, ha tillgång till sol utan skuggning och inte ha för extrema temperaturer.

Publicerad den 30 augusti 2016

Ur Ljuskultur Nummer 4, 2016