كيفية تحديد حجم ضوء الشارع بالطاقة الشمسية بشكل صحيح
يسعدنا في Sol by Sunna Design أن نكون قادرين على توفير إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية التي يمكن الاعتماد عليها للمجتمعات حتى يتمكنوا من تحقيق أهداف الاستدامة مع إضاءة حدائقهم والأماكن العامة أيضًا. تم اختبار مصابيحنا ميدانيًا لتصل باستمرار إلى مستويات الإضاءة القياسية الصناعية لسنوات بدون صيانة. ما هي العملية؟ نقضي الكثير من الوقت في التأكد من أن الطاقة الشمسية والبطاريات في أنظمتنا بالحجم المناسب ، بالإضافة إلى تصميم نظام مبتكر وإدارة فعالة للطاقة مبنية لهذا الغرض.
سيحتوي نظام الضوء الشمسي ذي الحجم المناسب على المقدار المناسب من الطاقة الشمسية ، وتخزين البطارية ، وكفاءة تركيبات LED للتشغيل عند مستويات الإضاءة المطلوبة للمشروع كل ليلة لعدة سنوات ، مع توفير طاقة احتياطية للحفاظ على تشغيل الأشياء في حالة العواصف. الطقس وتجنب الحاجة إلى ألواح أو بطاريات شمسية إضافية. إنه الحل المثالي - ليس الكثير من مكونات الطاقة الشمسية ، وهو ما سيجعل النظام مكلفًا للغاية ، ولا قليلًا جدًا ، مما قد يتسبب في فشل النظام مبكرًا.
ثلاثة مكونات أساسية - نسبة مصفوفة صحية إلى تحميل ، وسعة بطارية كافية وطاقة احتياطية ، وتركيب LED فعال وملف تعريف تشغيل - ضرورية لمصباح شارع شمسي يمكن الاعتماد عليه ومقاس بشكل صحيح.
قم بتنزيل دليل Ultimate Solar Lighting الخاص بنا لمعرفة المزيد حول الحجم الأمثل. يستكشف هذا المرجع الشامل تفاصيل المنتج والمقارنات ، فضلاً عن كيفية عمل الإضاءة الشمسية ولماذا يختارها العملاء.
نسبة المصفوفات إلى الأحمال
يتطلب تحجيم ضوء الشمس الوظيفي بشكل صحيح موازنة مجموعة متنوعة من المدخلات والمخرجات. يتضمن ذلك فحص موقع المشروع ، وتحديد الكيمياء والسعة الصحيحة للبطارية ، واختيار تركيبات LED الفعالة وجدول التشغيل ، والحفاظ على طاقة احتياطية كافية للبطارية في متناول اليد في حالة الطقس العاصف ، ودراسة موقع المشروع.
يجب أن تؤخذ في الاعتبار في البداية نسبة الصفيف إلى التحميل (ALR) ، وهو معيار مباشر وغير قابل للكسر لتصميم أنظمة الإضاءة الشمسية. هي نسبة الطاقة التي تنتجها الألواح الشمسية (يشار إليها باسم "المصفوفة" أو الطاقة في) ، إلى الطاقة المستخدمة بواسطة تركيبات الإضاءة (يشار إليها باسم "الحمل" أو الطاقة الخارجة). يحتوي نظام الإضاءة على ALR صحي إذا كان يلتقط طاقة شمسية أثناء النهار أكثر مما يستخدم عندما يضيء الضوء في الليل.
يجب أن يبدأ أي تركيب للإضاءة الشمسية دائمًا مع وضع المنطقة في الاعتبار. تختلف كمية الطاقة الشمسية التي تصل إلى خطوط العرض المختلفة ؛ يُعرف هذا بالتشمس الشمسي ويتم التعبير عنه بالكيلو وات ساعة / م 2 / يوم. يظهر الرسم البياني أدناه متوسط الطاقة الشمسية اليومية للأمريكتين. كما ترون ، تحصل كاليفورنيا والولايات الجنوبية الأخرى على طاقة شمسية كل يوم أكثر بكثير من ألاسكا والولايات الشمالية الأخرى. هذا يعني أنه لتحقيق نفس مستويات الضوء ، ستحتاج المواقع الشمالية غالبًا إلى مجموعة أكبر من الطاقة الشمسية وبطاريات إضافية من نظيراتها في الجنوب.
إشعاع عادي مباشر من سولار أمريكا
يمكن استخدام موقع المشروع لتقدير الطاقة الشمسية وسعة البطارية لنظام محتمل. قد يؤدي عدم التفكير في الموقع إلى نظام لا يمكنه التعامل مع الطلب المتواضع ويفشل مبكرًا أو في نظام أكثر تكلفة مع سعة شمسية زائدة عن الحاجة. نتيجة لذلك ، يجب دائمًا مراعاة الموقع في البداية.
من أجل إخفاء إدارة الطاقة غير الفعالة أو النظام المصمم بشكل غير كافٍ ، قد يقوم المصنعون بتركيب ألواح شمسية أكثر أو أكبر. لسوء الحظ ، قد يكون هناك الكثير من الطاقة الشمسية. يتكلف نقل وتثبيت آلة كبيرة بشكل مفرط تكاليف إضافية. اعتمادًا على جماليات العمارة الحضرية المحلية ، يبدو ثقيلًا وغير جذاب ويزيد من ضغط الرياح على الألواح ، مما يستلزم أعمدة أكبر وأكثر تكلفة للتعويض.
للحصول على معلومات إضافية ، راجع مقالتنا حول أفضل الممارسات لتحديد حجم الألواح الشمسية.
2. الطاقة الاحتياطية والبطاريات
تحدد بطاريات مصابيح الشوارع الشمسية ما إذا كانت ستعمل أم لا ، وبالتالي قد يشعر المشتري المحتمل بالقلق بشأن البطارية التي تفشل في وقت قريب جدًا. إن التصميم المعيب بطبيعته للبطارية أو تكنولوجيا الطاقة الشمسية لا يكون أبدًا سببًا في نفاد البطارية قبل الأوان. هذه المشكلة ناتجة عن خلل في تحجيم النظام وضعف التحكم في الطاقة والتصميم غير الصحيح. سيعمل هذا الضوء الشمسي بشكل يمكن الاعتماد عليه لسنوات عديدة عندما تكون الشركة المصنعة قد قامت ببناء نظام بعناية ، وعملت على إدارة فعالة للطاقة ، وقامت بتوسيع نطاقه باستخدام مجموعة طاقة شمسية مناسبة وقدرة بطارية.
يتم استخدام أنواع البطاريات الأساسية من قبل منتجي الإضاءة الشمسية.
حمض الرصاص: بطاريات حمض الرصاص الموثوقة وغير المكلفة مستخدمة منذ سنوات عديدة. غالبًا ما يتم استخدامها في السيارات وفي التطبيقات الصناعية الأكبر ، بما في ذلك معدات المستشفيات وأنظمة الإمداد بالطاقة غير المنقطعة (UPS) ، حيث يكون الوصول إلى طاقة يمكن الاعتماد عليها في حالات الطوارئ أمرًا ضروريًا. هذه هي أكثر تقنيات البطاريات شيوعًا لتطبيقات الإضاءة الشمسية.
أحد أنواع البطاريات القابلة لإعادة الشحن الأكثر شيوعًا للاستخدام المستهلك هو نوع بطارية هيدريد معدن النيكل (NiMH). تعد بطاريات NiMH ، مثل All-in-One (iSSL) و All-in-Two من SOL by Sunna Design ، مثالية لأنظمة الإضاءة الشمسية عندما لا تحتاج إلى بنوك بطاريات كبيرة جدًا نظرًا لكثافة طاقتها العالية وعمقها قدرات الدورة ، ونطاق درجة حرارة عمل واسع (UP)
تتمتع بطاريات الليثيوم أيون (Li-ion) بأفضل كثافة طاقة بينما تكون الأغلى من بين الثلاثة. غالبًا ما توجد بطاريات Li-ion في أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة ، ولكنها تُستخدم أيضًا في عدد متزايد من المنتجات الجديدة ، بما في ذلك المعدات الفضائية والعسكرية. يتمثل أحد عيوب بطاريات الليثيوم أيون في عدم قدرتها على تحمل درجات الحرارة شديدة البرودة (تتوقف الشحن عند أقل من 32 درجة فهرنهايت) ، فضلاً عن قدرتها المحدودة على إعادة التدوير. يُعتقد أن أقل من 5 في المائة من بطاريات الليثيوم أيون يُعاد تدويرها في الولايات المتحدة.
تختلف مزايا وعيوب كل كيمياء بطارية بناءً على متطلبات التطبيق والمشروع. يعد العمق المميز لأنماط التفريغ أحد الاختلافات الرئيسية للمجموعات الثلاث.
يشار إلى نسبة سعة البطارية المستخدمة أثناء تشغيلها بعمق التفريغ (يشار إليه أحيانًا باسم DOD). سيكون DOD 25 بالمائة ، على سبيل المثال ، إذا كان المصباح الشمسي يعمل طوال الليل ويستهلك ربع سعة بطاريته.
يعد فهم عمق التفريغ أمرًا مهمًا للتطبيقات الشمسية لأنه يؤثر بشكل كبير على عمر دورة البطارية ، أو عدد المرات التي يمكن استنفادها ثم إعادة شحنها. قد تحافظ بعض كيميائيات البطاريات ، مثل NiMH و Li-ion ، بأمان على تفريغها بالكامل تقريبًا قبل الاضطرار إلى إعادة شحنها. هذه الكمية من التفريغ ستقصر بشكل كبير من عمر دورة البطارية بالنسبة للكيميائيات الأخرى ، مثل حمض الرصاص. السعة التي يمكن استنزافها بأمان لكل نوع من أنواع البطاريات الثلاثة موضحة في الرسم البياني أدناه كمثال.
في حين أن بطاريات NiMH و Li-ion قد تستنزف بأمان أكثر كل ليلة ، فإن بطارية الرصاص الحمضية تتمتع بميزة إضافية تتمثل في وجود طاقة احتياطية مدمجة أكبر بسبب DOD الأقصر. ستكون هناك حاجة إلى المزيد من البطاريات وسترتفع تكلفة النظام بشكل كبير إذا كان بإمكان نظام قائم على NiMH أو Li-ion توفير طاقة احتياطية على قدم المساواة مع محلول قائم على حمض الرصاص. عند تكرار فترات الطقس السيئ لفترات طويلة ، قد يساعد التأكد من أن النظام يحتوي على طاقة بطارية احتياطية كافية في تعزيز تشغيل الضوء وتحمله.
فيما يلي توضيح لكيفية قياس حجم البطاريات الشمسية. من أجل هذا المثال ، ضع في اعتبارك أن الضوء الشمسي يعمل على تشغيل 40- وحدة إضاءة LED بالواط لمدة 14- ساعة في فصل الشتاء في لوس أنجلوس بدرجة سطوع 100٪. سيكون الحمل الإجمالي على نظامنا كل ليلة 560 واط / ساعة (40 واط × 14 ساعة=560 واط / ساعة). ما هي السعة الدنيا لكل نوع بطارية ، بافتراض الظروف المثالية والبطارية المشحونة بالكامل في بداية الليل؟
فيما يلي بعض العينات لحجم بطارية النظام الصحي والمنخفض باستخدام أنواع البطاريات المذكورة أعلاه حتى نتمكن من فهم أفضل لسعة البطارية الدنيا.
للحصول على تفاصيل إضافية حول حجم البطارية ، راجع صفحتنا حول الطاقة الاحتياطية للإضاءة الشمسية.
3. الحجم والمظهر التشغيلي لتركيبات LED
تسير تقنيات LED والأدوات الشمسية بشكل جيد. جعلت تركيبات الإضاءة الأكثر كفاءة في استخدام الطاقة في السوق ، مصابيح LED ، أنظمة الإضاءة المجهزة بالطاقة الشمسية بدائل موثوقة وبأسعار معقولة للإضاءة التجارية التقليدية. بالإضافة إلى ذلك ، تتزايد كفاءة مصابيح LED ، مما يسمح لها بإنتاج المزيد من وحدات اللومن (المعروفة أيضًا باسم وحدات الإضاءة) أثناء استخدام طاقة أقل مما كانت عليه في الماضي. على سبيل المثال ، في درجات حرارة اللون الدافئة مثل 3000 كلفن ، قد توفر إضاءة LED الحديثة 160 لومن لكل وات. في مجال حجم النظام الشمسي ، يعد هذا اختراقًا مرحبًا به لأنه يسمح للأنظمة الأصغر بالحصول على نفس النتائج مثل التركيبات الأكبر التي تستخدم تركيبات ذات فعالية أقل.
يعد اختيار ملف تعريف تشغيلي مقبول عنصرًا آخر في عملية تحجيم الطاقة الشمسية. يتحكم الجدول المعروف باسم ملف التعريف التشغيلي عند تشغيل وإيقاف تشغيل تركيبات الإضاءة وكذلك ما إذا كان (ومتى) يحتاج إلى تقليل إنتاجه. تمكّن ملفات التعريف هذه الشركات المصنعة من ضبط أنظمتها وفقًا لمتطلبات إدارة الطاقة المحددة.
فيما يلي بعض الرسوم التوضيحية لملفات تعريف التشغيل النموذجية:
من الغسق حتى الفجر (التشغيل طوال الليل): سيظل الضوء مضاءًا طوال الليل عند نفس مستوى الإخراج.
خافت في غير أوقات الذروة ؛ على سبيل المثال ، قد يظل الضوء مضاءً لمدة خمس ساعات بعد غروب الشمس عند مستوى الإخراج الضروري قبل أن يتم تعتيمه إلى 30 بالمائة من هذا المستوى. يعود مستوى الإنتاج إلى 100 في المائة حتى شروق الشمس قبل ساعتين من الفجر.
في وقت معين ، سيخفت الضوء أو ينطفئ. على سبيل المثال ، قد يظل قيد التشغيل حتى الساعة 11 مساءً عند مستوى الإخراج المناسب.
يساعد ملف التعريف التشغيلي ، جنبًا إلى جنب مع سحب طاقة التثبيت ، في حساب استخدام الطاقة بين عشية وضحاها وهو أمر بالغ الأهمية لاختيار حجم النظام المناسب.
تعتبر المرحلة الأكثر أهمية في تطوير إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية لضمان الاعتماد على المدى الطويل هي الحجم المناسب. تحقق من مخطط المعلومات الرسومي الخاص بنا هنا لفهم المزيد حول علم القياس الشمسي ، أو تنزيل مرجعنا الشامل لمواصفات الإضاءة الشمسية.
