التوهج الدائم: أضواء الشوارع بالطاقة الشمسية من خلال صندوق الأحذية خلال المطر والتألق

التوهج الدائم:علب الأحذية الشمسية أضواء الشوارعمن خلال المطر والتألق

أصبحت مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية من Shoebox، والتي سُميت بهذا الاسم نظرًا لشكلها المدمج والمستطيل، تنتشر بشكل متزايد في المناظر الطبيعية لدينا، مما يوفر حلاً للإضاءة مستدامًا{0}وفعالاً من حيث التكلفة. هناك سؤالان مهمان يطرحان على أي شخص يفكر في هذه المصابيح أو يعتمد عليها: ما هي المدة التي يمكن أن تضيء فيها خلال فترات الأمطار الطويلة، وما مقدار ضوء الشمس الذي تحتاجه لإعادة الشحن بالكامل؟ تكمن الإجابات في فهم مكوناتها الأساسية والرقص الدقيق بين التقاط الطاقة واستهلاكها.

الصمود في وجه العاصفة:وقت التشغيل في الأيام الممطرة

على عكس المصابيح التي تعمل بالشبكة-، تعمل المصابيح الشمسية التي تعمل بالطاقة الشمسية بالكامل باستخدام الطاقة المخزنة. ويعتمد أدائها خلال الأيام الغائمة أو الممطرة بشكل كامل تقريبًا على سعة البطارية وكفاءة مصابيح LED وأنظمة التحكم الخاصة بها. لا توجد إجابة واحدة، حيث يختلف وقت التشغيل بشكل كبير بناءً على:

سعة البطارية:يتم قياسه بالواط-ساعة (Wh)، وهذا هو خزان الوقود. تتراوح السعات الشائعة لمصابيح علب الأحذية من 100 وات في الساعة إلى 200 وات في الساعة (أو أعلى للطرز المتميزة). بطارية أكبر تخزن المزيد من الطاقة.

استهلاك الطاقة LED:يُقاس بالواط (W)، وهو معدل استهلاك الوقود. تستخدم مصابيح Shoebox عادةً مصابيح LED فعالة ترسم ما بين 15 وات و30 وات أثناء تشغيل السطوع الكامل.

جدول الإضاءة والتعتيم:تستخدم العديد من مصابيح الإضاءة الحديثة وحدات تحكم ذكية تعمل على تعتيم مصابيح LED بشكل كبير خلال ساعات الليل المتأخرة-(على سبيل المثال، تقليل السطوع إلى 30-50% بعد منتصف الليل) أو استخدام مستشعرات الحركة، مما يوفر الطاقة بشكل كبير.

كيمياء البطارية وصحتها:بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد (LiFePO4)، التي أصبحت الآن قياسية في المصابيح عالية الجودة، توفر دورة حياة فائقة، وعمقًا أفضل لتحمل التفريغ (غالبًا 80% + قابلة للاستخدام)، وتحتفظ بقدرة أفضل من أنواع حامض الرصاص - الأقدم. البطارية المتدهورة تحمل شحنة أقل.

كفاءة التحكم:يحدث فقدان الطاقة في الدوائر التي تدير الشحن والتفريغ. تعمل وحدات التحكم عالية الجودة- على تقليل "استنزاف مصاصي الدماء" هذا.

الشحن المسبق:كم كانت البطارية مشحونة بالكاملقبلبدأ المطر؟

تقدير اليوم الممطر:

الحساب الأساسي:خذ سعة البطارية (على سبيل المثال، 150 واط في الساعة) واقسمها على طاقة LED (على سبيل المثال، 20 واط). وهذا يعطي أنظريالحد الأقصى لوقت التشغيل عند السطوع الكامل: 150 وات في الساعة / 20 وات=7.5 ساعة. ومع ذلك، هذا هو التبسيط المفرط.

السيناريو الواقعي:عامل في يعتم الجداول الزمنية. إذا كان الضوء يعمل بقوة 20 وات لمدة 6 ساعات (من غروب الشمس إلى منتصف الليل) ثم يخفت إلى 8 وات لمدة 6 ساعات (من منتصف الليل إلى شروق الشمس)، فإن الضوءمتوسطالاستهلاك أقل. باستخدام المثال أعلاه:

الطاقة المستخدمة عند 20 وات: 20 وات * 6 ساعات=120وات.ساعة

الطاقة المستخدمة عند 8 وات: 8 وات * 6 ساعات=48وات.ساعة

إجمالي الاستهلاك اليومي: 168 وات في الساعة

التحدي:لا يمكن لبطارية 150 واط في الساعة أن توفر 168 واط في الساعة! وهذا يسلط الضوء على الدور الحاسم الذي تلعبهأيام الحكم الذاتيمواصفة. تم تصميم المصابيح الشمسية عالية الجودة للعمل من أجلهامن 3 إلى 5 أيام متتاليةدون ضوء الشمس كبير،على افتراض أن البطارية مشحونة بالكامل في البداية. ويحققون ذلك من خلال:

الشحن الكامل السابق:بدء فترة الأمطار ببطارية ممتلئة بنسبة 100%.

التعتيم العدواني:تقليل الإنتاج بشكل ملحوظ أثناء ساعات النشاط المنخفضة-.

مكونات فعالة:التقليل من الخسائر.

استخدام القدرة القابلة للاستخدام:يمكن لبطاريات LiFePO4 استخدام معظم سعتها المقدرة بأمان.

لذلك، في يوم ممطر/غائم مع الحد الأدنى من مدخلات الطاقة الشمسية،-يجب أن يوفر مصباح صندوق الأحذية المصمم جيدًا مع بطارية LiFePO4 الصحية (على سبيل المثال، 100-200 وات في الساعة) الإضاءة طوال الليل (8-12 ساعة) لمدة 3 إلى 5 أيام متتالية،بفضل التعتيم الذكي والبدء من الشحن الكامل. إن تجاوز فترة الحكم الذاتي هذه يخاطر بتعتيم الضوء بشكل كبير أو ينطفئ قبل الفجر.

تسخير الشمس: متطلبات الشحن

يتطلب تجديد البطارية بعد الاستخدام (وفي فترات الأمطار) وجود قدر كافٍ من ضوء الشمس. المقياس الرئيسي هنا هوساعات الذروة للشمس (PSH). واحد PSH يعادل ساعة واحدة من ضوء الشمس مما يوفر 1000 واط لكل متر مربع (الإشعاع القياسي المستخدم في تقييمات الألواح الشمسية).

العوامل المؤثرة على الشحن:

القوة الكهربائية للألواح الشمسية:تتراوح ألواح علب الأحذية الشائعة من 30 واط إلى 60 واط. القوة الكهربائية الأعلى تلتقط المزيد من الطاقة بشكل أسرع.

كفاءة الألواح الشمسية:تعتبر الألواح أحادية البلورية قياسية وتوفر أعلى كفاءة (~ 18-22%)، حيث تحول المزيد من ضوء الشمس إلى كهرباء.

شدة وزاوية ضوء الشمس:ضوء الشمس المباشر والعمودي هو الأمثل. تعمل شمس الصباح/المساء أو الضباب أو التلوث على تقليل الإشعاع الفعال.

نوع جهاز التحكم بالشحن:تعد وحدات التحكم القصوى لتتبع نقاط الطاقة (MPPT) أكثر كفاءة (خاصة في أقل-من-الظروف المثالية أو في حالة عدم تطابق الجهد الكهربي) من وحدات التحكم الأقدم لتعديل عرض النبض (PWM)، حيث تستخرج طاقة أكثر بنسبة 10-30% من اللوحة.

حالة تفريغ البطارية:يستغرق شحن بطارية مستنفدة بشدة وقتًا أطول من شحن بطارية مشحونة جزئيًا.

درجة حرارة:يمكن أن تؤدي الحرارة الشديدة إلى تقليل كفاءة اللوحة وقبول شحن البطارية بشكل طفيف.

تقدير وقت الشحن الكامل:

هدف:لتعويض الطاقة المستخدمة في الليلة السابقةزائدأي عجز عن الأيام السابقة. لإعادة الشحن بالكامل، نهدف إلى استعادة السعة الكاملة القابلة للاستخدام للبطارية (على سبيل المثال، 150 وات في الساعة).

الحساب الأساسي:سعة البطارية (وات) / القوة الكهربائية للوحة الشمسية=الحد الأدنى المطلوب من PSH النظريلو كانت الظروف مثالية(لوحة 150 وات / 40 وات=3.75 PSH). ومع ذلك، نادرًا ما تكون ظروف العالم الحقيقي-مثالية.

المتطلبات الواقعية:خذ بعين الاعتبار أوجه القصور (وحدة التحكم، والأسلاك، والحرارة، وأقل-من-زاوية/إشعاع الشمس المثالية). القاعدة الشائعة هي أن الألواح الشمسية تولد قوتها الكهربائية المقدرة لمدة 4-5 ساعات مكافئة فقط يوميًا، حتى في الأماكن المشمسة.

الجواب:لتحقيق موثوقشحن كاملمن مستوى التفريغ الليلي النموذجي (بما في ذلك التعتيم)، يتطلب ضوء الشارع الشمسي الخاص بصندوق الأحذية عمومًا4 إلى 8 ساعات الذروة للشمس.

الظروف المثالية (سماء صافية، صيف، خطوط عرض منخفضة):يمكن تحقيق الشحن الكامل بحوالي 4-5 PSH.

متوسط ​​الظروف (بعض السحب، التغير الموسمي):يتطلب عادة 5-7 PSH.

الظروف دون المثالية (خطوط العرض المرتفعة، الشتاء، السحب المتكررة):قد يتطلب الأمر 7-8+ PSH أو يواجه صعوبة في إعادة الشحن بالكامل يوميًا، مما يؤدي إلى استنفاد الاحتياطيات تدريجيًا بمرور الوقت.

يؤثر الموقع والموسم بشكل كبير على PSH المتاح.يبلغ متوسط ​​المناطق الصحراوية 6-8 PSH على مدار العام، بينما قد تشهد المناطق المعتدلة 3-4 PSH في الشتاء و5-6 في الصيف. المناطق الاستوائية لديها متوسطات عالية ولكن مواسم الأمطار كبيرة.

خاتمة

تجسد مصابيح الشوارع الشمسية التي تعمل بالطاقة الشمسية في Shoebox المرونة والكفاءة. وبينما تستمد قوتها بحرية من الشمس، فإن أداءها يتسم بتوازن دقيق. لقد تم تصميمها ليس لأسابيع ممطرة لا نهاية لها، ولكن من أجلالموثوقية من خلال أنماط الطقس النموذجية، مما يوفر إضاءة لمدة 3-5 ليالٍ حتى عندما تختبئ الشمس، بشرط أن تبدأ مشحونة بالكامل.إن تعطشهم لأشعة الشمس متواضع ولكنه ضروري -من 4 إلى 8 ساعات من أشعة الشمس المباشرة القويةيغذي توهجهم الليلي. إن فهم هذه المعلمات - سعة البطارية، والتعتيم الذكي، والأيام المستقلة، وساعات الذروة للشمس - هو المفتاح لنشر هذه الحراس المستدامين بفعالية، وضمان استمرارهم في إضاءة مساراتنا بشكل موثوق، سواء أكان المطر أو الشمس.