اختيار ألواح شمسية متينة للمناخات القاسية

ملخص لـ:يُعدّ اختيار الألواح الشمسية ومكونات النظام المتينة أمرًا بالغ الأهمية لضمان موثوقية تركيب أنظمة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية البلدية، وأنظمة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية المنفصلة، ​​وأنظمة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية المتكاملة في المناخات القاسية. تُبيّن هذه المقالة العوامل البيئية الضاغطة (درجة الحرارة، الرطوبة، الرمال، الملح، الأشعة فوق البنفسجية)، وتقارن بين تقنيات الخلايا الكهروضوئية وتقنيات البطاريات، وتشرح الشهادات والاختبارات (IEC/UL/TÜV)، وتوصي باستراتيجيات التصميم والصيانة، وتُقدّم قائمة مرجعية عملية للشراء مع مراجع موثوقة.

العوامل البيئية الضاغطة: ما الذي يُلحق الضرر فعلياً بالألواح الشمسية؟

درجات الحرارة القصوى والتغيرات الحرارية

تؤدي درجات الحرارة المرتفعة نهارًا والباردة ليلًا إلى دورات حرارية تُجهد مواد وحدات الخلايا الكهروضوئية ووصلاتها. يبلغ معامل درجة الحرارة (فقد الطاقة لكل درجة مئوية) للوحدات المصنوعة من السيليكون البلوري عادةً حوالي -0.2% إلى -0.4% لكل درجة مئوية؛ وهذا يعني أن ارتفاع درجة الحرارة بمقدار 25 درجة مئوية عن 25 درجة مئوية في الظروف القياسية للاختبارات (STC) قد يُقلل الإنتاج بنسبة 5-10%. للاطلاع على البيانات الأساسية حول التدهور وتأثيرات درجة الحرارة، يُرجى مراجعة مراجعة المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) لمعدلات تدهور الخلايا الكهروضوئية.مراجعة تدهور الخلايا الكهروضوئية في المختبر الوطني للطاقة المتجددة.

الرطوبة، ورذاذ الملح، والتآكل

تُسرّع المناخات الساحلية والاستوائية من تآكل الهياكل والموصلات وصناديق التوصيل. كما يُمكن أن يُؤدي تسرب الرطوبة إلى تلف مواد التغليف، والتسبب في التدهور الناجم عن الجهد (PID)، وتآكل قضبان التوصيل. لذا، ابحث عن وحدات ذات هياكل متينة مطلية بالأكسدة أو مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ، وصناديق توصيل حاصلة على تصنيف IP68، وأنظمة معالجة مقاومة للتدهور الناجم عن الجهد (PID).

الغبار والرمل والبرد والتآكل

تُعرّض المناطق الصحراوية والمناطق ذات الرياح العاتية الوحدات الشمسية للرمال الخشنة وتراكم الغبار، بالإضافة إلى تأثيرات البرد الشديدة العرضية. وتؤثر صلابة الزجاج وسماكة الزجاج المقسّى والطلاءات المقاومة للأوساخ على هذه المقاومة. يجب أن تُراعي الوحدات الشمسية ووحدات الإضاءة في المشاريع البلدية فقدان الطاقة الناتج عن الاتساخ والتآكل؛ إذ يُمكن لجدول تنظيف مُحدد بدقة أن يُقلل من فقد الطاقة بشكل كبير.

اختيار مواد الخلايا الكهروضوئية وتصميمات الوحدات لضمان طول عمرها

تقنيات الوحدات النمطية: أيها أكثر صلابة بطبيعتها؟

لا يزال السيليكون البلوري (أحادي ومتعدد البلورات) الخيار الأمثل من حيث الموثوقية في المناخات القاسية، وذلك بفضل أدائه الميداني طويل الأمد المُثبت وقابليته للتدهور المتوقع (عادةً ما يتراوح بين 0.4 و0.8% سنويًا للوحدات الحديثة عند اختيارها بدقة). يمكن للوحدات ثنائية الوجه أن تزيد من إنتاج الطاقة، ولكنها تتطلب عناية خاصة في التركيب والأسطح العاكسة. أما الأغشية الرقيقة (CdTe، CIGS) فتتحمل التظليل الجزئي ودرجات الحرارة المرتفعة بشكل أفضل في بعض الحالات، ولكنها قد تتعرض لتدهور أسرع إذا لم تتم حمايتها بشكل صحيح.

خيارات الزجاج، ومواد التغليف، والإطارات

اختر زجاجًا مقسّى منخفض الحديد (بسماكة 3.2 مم أو أكثر، وغالبًا 4 مم أو 5 مم للمناطق المعرضة للرياح العاتية والبرد) مع طبقات مضادة للانعكاس والبقع للبيئات القاسية. لا يزال أسيتات فينيل الإيثيلين (EVA) شائعًا كمادة تغليف، ولكن البدائل المتطورة مثل بولي فينيل بوتادين (PVB) أو مواد التغليف من الجيل الجديد تُحسّن مقاومة الأشعة فوق البنفسجية والحرارة. يُنصح باستخدام إطارات من الألومنيوم المؤكسد مع مثبتات مقاومة للتآكل أو عناصر من الفولاذ المقاوم للصدأ للمشاريع الساحلية.

صناديق التوصيل، والموصلات، والتأريض

تساهم صناديق التوصيل المصنفة بمعيار IP67/IP68، والموصلات المحكمة الإغلاق المتوافقة مع معيار MC4 والمزودة بحماية من التآكل، بالإضافة إلى ممارسات التأريض القوية، في الحد من تسرب المياه والأعطال الكهربائية. يُنصح باستخدام وحدات ذات تصميمات ثنائية متعددة التجاوز لتقليل مخاطر النقاط الساخنة الناتجة عن التظليل والأوساخ.

البطارية والإلكترونيات وبنية النظام: المنفصلة مقابل الكل في واحد

التركيب الكيميائي للبطارية وحجمها لضمان عمر أطول

يُعد اختيار البطارية بنفس أهمية اختيار وحدة الخلايا الكهروضوئية في إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية. توفر بطاريات الرصاص الحمضية المغلقة (SLA) تكلفة منخفضة، ولكن عمرها الافتراضي محدود (غالبًا أقل من 1000 دورة عند عمق تفريغ متوسط) وضعف تحملها لدرجات الحرارة العالية. أما بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO4) فقد أصبحت الخيار الأمثل في الصناعة للمناخات القاسية نظرًا لاستقرارها الحراري، وعمرها الافتراضي الطويل (أكثر من 2000 إلى 5000 دورة حسب عمق التفريغ)، وأدائها الأفضل في درجات الحرارة العالية؛ انظر الخصائص العامة.LiFePO4 (ويكيبيديا)بالنسبة للمنشآت البلدية والنائية، يقلل LiFePO4 من وتيرة الاستبدال وتكاليف دورة الحياة.

مقارنة بين مصابيح الشوارع الشمسية المنفصلة ومصابيح الشوارع الشمسية المتكاملة: المفاضلات المتعلقة بالموثوقية

تفصل أنظمة إنارة الشوارع الشمسية المنفصلة بين الألواح الكهروضوئية ووحدة الإنارة (حيث توجد البطارية ووحدة التحكم عادةً على العمود أو في صندوق خارجي)، مما يُسهّل إدارة الحرارة للبطاريات ويُبسّط الصيانة من خلال إمكانية الوصول إلى البطاريات ووحدات التحكم من مستوى الأرض. أما أنظمة إنارة الشوارع الشمسية المتكاملة، فتدمج الألواح والبطاريات ووحدة تشغيل LED والمصباح في هيكل واحد، مما يُسهّل التركيب ويُقلّل التكلفة الأولية، ولكنه يُشكّل تحديًا حراريًا في المناخات الحارة نظرًا لوجود البطاريات خلف الألواح الكهروضوئية (المعرضة للتسخين الشمسي) وغالبًا ما تكون التهوية فيها محدودة.

وحدة التحكم، وتتبع نقطة الطاقة القصوى، والإدارة الحرارية

استخدم وحدات تحكم شحن MPPT ذات حجم مناسب ومزودة بخاصية تعويض درجة الحرارة. في المناخات القاسية، تُطيل وحدات التحكم ذات الطلاء الواقي على لوحات الدوائر المطبوعة والمكثفات المصممة لتحمل درجات حرارة عالية عمر البطاريات. بالنسبة للأنظمة المنفصلة، ​​ضع البطاريات في حاويات جيدة التهوية أو معزولة حراريًا؛ أما بالنسبة للوحدات المتكاملة، فاختر منتجات مصممة خصيصًا لتحمل درجات الحرارة المحيطة العالية ومُختبرة.

الاختبارات، والمعايير، وأفضل الممارسات في التركيب والصيانة

الشهادات والاختبارات المطلوبة

حدد الوحدات والأنظمة الحاصلة على شهادات معتمدة: IEC 61215 (تأهيل تصميم الوحدة)، وIEC 61730 (سلامة الوحدة)، وIEC 60364/61439 للتركيبات الكهربائية عند الاقتضاء، وUL 61730/UL 1703 حسب المنطقة. راجع معايير اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) لمعرفة النطاق.IEC 61215 (ويكيبيديا). يقلل اختبار المختبرات المستقلة (TÜV، UL، SGS) وعمليات تدقيق مراقبة الإنتاج في المصنع من مخاطر الشراء.

اعتبارات التصميم والتركيب

صمم لمقاومة أحمال الرياح، وأحمال الثلوج (إن وجدت)، وديناميكيات التلوث. استخدم أدوات تثبيت مقاومة للتآكل، وتأكد من تحديد نقاط التثبيت الهيكلية وفقًا للوائح المحلية. يجب أن توازن زاوية الميل بين إنتاج الطاقة وتصريف الأوساخ (يمكن أن يقلل الميل الحاد من تراكم الغبار، ولكنه قد يكون مقيدًا بتصميم الأعمدة في مشاريع إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية البلدية).

الصيانة والمراقبة والتخطيط لدورة الحياة

تطبيق نظام مراقبة عن بُعد (عبر شبكة الجوال أو LoRaWAN) لقياس إنتاج الطاقة، وحالة شحن البطارية، وإنذارات الأعطال. وضع جداول صيانة وقائية: فحص بصري ربع سنوي في البيئات القاسية، وتنظيف شهري أو حسب الحاجة بناءً على قياسات الاتساخ، وفحوصات حرارية بعد موجات الحر. تتبع فترات التدهور والاستبدال - تخطط العديد من البرامج البلدية لاستبدال ألواح الطاقة الشمسية الكهروضوئية على مدى 25 عامًا تقريبًا، ولكنها تتوقع استبدال البطاريات كل 5-10 سنوات اعتمادًا على تركيبها الكيميائي والظروف المحيطة.

قائمة التحقق من المشتريات، وملاحظات الحالة، وقدرات الموردين

قائمة مرجعية عملية للمشتريات في المناخات القاسية

• حدد وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية الحاصلة على شهادة IEC 61215/61730 وتقارير المختبرات المستقلة.
• اطلب زجاجًا مقسى بسمك 4 مم أو أكثر مع طلاء مضاد للاتساخ ومقاومة موثقة للبرد.
• تتطلب المواقع الساحلية صناديق توصيل IP67/IP68 وموصلات من الدرجة البحرية.
• اختر بطاريات LiFePO4 المزودة ببيانات دورة حياة من الشركة المصنعة، ونظام إدارة البطارية، ونظام إدارة درجة الحرارة.
• أصرّ على استخدام وحدات تحكم MPPT ذات نطاق درجة حرارة تشغيل عالٍ ولوحات دوائر مطبوعة مطلية بطبقة واقية.
• طلب عمليات تدقيق المصنع (ISO 9001) وشهادات الطرف الثالث (TÜV/UL/CE/CB/SGS).
• حدد مؤشرات الأداء الرئيسية لإنتاج الطاقة، وأيام الاستقلالية، والتدهور المقبول (على سبيل المثال، <0.7%/سنة).

إضاءة كوينينج: قدراتنا، وشهاداتنا، وكيف ندعم المشاريع في المناخات القاسية

تتخصص شركة كوينينغ للإضاءة، التي تأسست عام ٢٠١٣، في مصابيح الشوارع الشمسية، والأضواء الكاشفة الشمسية، ومصابيح الحدائق الشمسية، ومصابيح المروج الشمسية، ومصابيح الأعمدة الشمسية، والألواح الكهروضوئية الشمسية، ووحدات الطاقة الخارجية المحمولة والبطاريات، وتصميم مشاريع الإضاءة، وإنتاج وتطوير صناعة إضاءة LED المتنقلة. بعد سنوات من التطوير، أصبحت كوينينغ المورد المعتمد للعديد من الشركات المدرجة في البورصة والمشاريع الهندسية، وتعمل كمركز فكري لحلول هندسة الإضاءة الشمسية، حيث تقدم لعملائها إرشادات وحلولاً مهنية آمنة وموثوقة.

تشمل نقاط القوة الرئيسية فريقًا متمرسًا في البحث والتطوير، ومعدات متطورة، وأنظمة صارمة لمراقبة الجودة، ونظام إدارة متكامل. حصلت شركة كوينينغ على اعتماد ISO 9001 لمعايير ضمان الجودة الدولية، واجتازت عمليات التدقيق الدولية من قبل TÜV، بالإضافة إلى حصولها على سلسلة من الشهادات الدولية، بما في ذلك CE وUL وBIS وCB وSGS وMSDS. تشمل منتجات كوينينغ الرئيسية مصابيح الشوارع الشمسية، ومصابيح الإضاءة الموجهة الشمسية، ومصابيح الحدائق الشمسية، ومصابيح الأعمدة الشمسية، والألواح الكهروضوئية الشمسية، وأنظمة إضاءة الشوارع الشمسية المنفصلة، ​​ومصابيح الشوارع الشمسية المتكاملة.

بالنسبة للمشترين من البلديات المهتمين بتكلفة دورة حياة أنظمة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية في المناخات القاسية، توصي شركة كوينينغ باستخدام أنظمة إنارة الشوارع الشمسية المنفصلة، ​​حيث تتطلب المشاريع الكبيرة عمرًا طويلًا للبطارية وسهولة الصيانة. أما بالنسبة للمشاريع السريعة أو الأكشاك البعيدة التي تُعد فيها سرعة التركيب أولوية، فتأتي أنظمة إنارة الشوارع الشمسية المتكاملة من كوينينغ مزودة بخيارات بطاريات عالية الحرارة معتمدة، بالإضافة إلى إلكترونيات مطلية بطبقة واقية.

ملاحظات الحالة والمراجع التي يمكن التحقق منها

ينبغي على المصممين الرجوع إلى دراسات تدهور الخلايا الكهروضوئية التي أجراها المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) للحصول على العمر الافتراضي المتوقع للوحدة وافتراضات التدهور (تقرير المختبر الوطني للطاقة المتجددةوتنسيق مواصفات الوحدة مع متطلبات IEC 61215/61730 (نظرة عامة على معيار IEC 61215للحصول على معلومات حول الخصائص الحرارية لتركيب البطاريات، يُرجى الرجوع إلى بيانات الشركة المصنعة ونظرة عامة على التركيب الكيميائي، مثل:ملخص LiFePO4.

الأسئلة الشائعة - اختيار الألواح والأنظمة الشمسية المتينة للمناخات القاسية

1. ما هي أهم ميزات وحدات الخلايا الكهروضوئية بالنسبة للمواقع ذات الحرارة العالية والأشعة فوق البنفسجية العالية؟

أعطِ الأولوية للزجاج المقسى منخفض الحديد مع مواد تغليف مقاومة للأشعة فوق البنفسجية، والإطارات المتينة (المؤكسدة أو المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ)، والتصاميم المقاومة لظاهرة التدهور الناجم عن الجهد، والوحدات ذات معدلات التدهور المنخفضة المؤكدة والمُبلغ عنها في اختبارات مستقلة. تأكد من أن صناديق التوصيل حاصلة على تصنيف IP67/IP68.

2. هل تعتبر مصابيح الشوارع الشمسية المتكاملة خيارًا سيئًا في المناخات الصحراوية أو الاستوائية؟

ليس بالضرورة. تُعدّ الوحدات المتكاملة مناسبة عندما يكون النشر السريع والتكلفة الأولية المنخفضة من الأمور المهمة. مع ذلك، في درجات الحرارة المرتفعة للغاية، قد ترتفع درجة حرارة بطارياتها المدمجة - لذا يُنصح باختيار وحدات ذات تصنيفات مثبتة لتحمل درجات الحرارة العالية، وتصميم حراري جيد، وبيانات ميدانية موثقة. أما بالنسبة لعمليات النشر البلدية طويلة الأمد، فغالبًا ما توفر الأنظمة المنفصلة اقتصاديات دورة حياة أفضل.

3. كم مرة يجب استبدال البطاريات في المناخات القاسية؟

يعتمد ذلك على التركيب الكيميائي: قد تحتاج بطاريات حمض الستريك (SLA) إلى الاستبدال كل 2-5 سنوات في المناخات الحارة، بينما يمكن أن تدوم بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO4) من 5 إلى 10 سنوات أو أكثر إذا تمت إدارتها بشكل صحيح. يجب دائمًا تحديد فترات الاستبدال بناءً على العمر الافتراضي المقاس (من بيانات الشركة المصنعة) وبيانات عمق التفريغ ودرجة الحرارة التي يتم رصدها ميدانيًا.

4. ما هي الشهادات التي يجب أن أطلبها من الموردين؟

يشترط الحصول على شهادات IEC 61215/61730 للوحدات، وشهادات UL/TÜV/CE للإلكترونيات ووحدات الإضاءة، وشهادة ISO 9001 لمراقبة جودة التصنيع، وتقارير اختبارات من جهات خارجية لتقييم مقاومة الظروف البيئية (مثل البَرَد، ورذاذ الملح، والتغيرات الحرارية). كما تُعزز تقارير تدقيق المصانع (مثل SGS/TÜV) من مستوى الضمان.

5. كيف يمكنني تقدير خسائر الطاقة الناتجة عن التلوث وتصميم إجراءات التخفيف؟

تتفاوت خسائر التلوث بشكل كبير، من 0 إلى 30% حسب الموقع. قِس التلوث الموضعي بتثبيت وحدات اختبار ووزن انخفاض المحصول؛ صمم زاوية الميل والطلاءات المضادة للتلوث لتقليل التراكم، وخطط لتكرار التنظيف (شهريًا/ربع سنويًا) بناءً على الخسائر المقاسة. تتيح لك المراقبة عن بُعد ربط المحصول بجداول التنظيف.

6. كيف تُسهّل أنظمة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية المنفصلة عملية الصيانة؟

بفضل وضع البطاريات وأجهزة التحكم على مستوى الأرض أو في حاويات يسهل الوصول إليها، تتيح الأنظمة المنفصلة استبدال البطاريات وإصلاح الأعطال بسرعة وأمان دون الحاجة للعمل على ارتفاعات. وهذا يقلل من وقت الصيانة والمخاطر، ويحسن من وقت تشغيل النظام في البرامج البلدية.

الاتصال والخطوات التالية

إذا كنت تخطط لتنفيذ مشروع إنارة بلدية أو تحتاج إلى استشارة فنية لاختيار نظام إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية المناسب، سواءً كان نظام إنارة شوارع بالطاقة الشمسية البلدية، أو نظام إنارة شوارع بالطاقة الشمسية المنفصل، أو نظام إنارة شوارع بالطاقة الشمسية المتكامل للمناطق ذات المناخ القاسي، فتواصل مع شركة كوينينغ للإضاءة للحصول على تصميم خاص بموقعك، وبيانات المنتج، وتقارير الاختبارات المستقلة، وتحليل تكلفة دورة حياة المنتج. للاستفسار عن المنتجات والاستشارات الهندسية، تواصل مع شركة كوينينغ للإضاءة أو تفضل بزيارة صفحات منتجاتنا للاطلاع على المواصفات والشهادات التفصيلية.

للحصول على عروض أسعار مخصصة، وبيانات منتجات معتمدة، ومشاريع تجريبية، اتصل بشركة كوينينج لايتنج اليوم لضمان تصميم مشروع إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية الخاص بك من أجل المتانة والموثوقية وتكلفة دورة الحياة المثلى.