إضاءة متعددة المصادر: طاقة شمسية مع طاقة رياح احتياطية

يُعدّ نظام الإضاءة متعدد المصادر، الذي يجمع بين أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية وأنظمة طاقة الرياح الاحتياطية، خيارًا عمليًا متزايدًا لإضاءة المدن، إذ يوفر موثوقية محسّنة في المناخات المتغيرة، وتقليل الاعتماد على الشبكة الكهربائية، وتكاليف تشغيلية متوقعة طوال دورة حياة النظام. بالنسبة لمخططي المدن والمقاولين الذين يُقيّمون مشاريع إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية، يُعدّ فهم متى يجب تحديد أنظمة إنارة الشوارع الشمسية المنفصلة، ​​أو أنظمة إنارة الشوارع الشمسية المتكاملة، أو أنظمة الطاقة الشمسية والرياح الهجينة، أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق أهداف مستوى الخدمة، وميزانيات الصيانة، والمعايير المحلية.

لماذا تُعدّ الإضاءة الهجينة المتجددة مهمة للبنية التحتية العامة؟

موثوقية الخدمة واستمراريتها

تُعدّ إنارة المدن خدمة عامة بالغة الأهمية للسلامة، إذ يؤثر انقطاع التيار الكهربائي على سلامة المرور، ومستوى الوعي بالجريمة، والميزانيات التشغيلية. وقد لا تعمل أنظمة الطاقة الشمسية وحدها بكفاءة خلال فترات الغيوم الطويلة أو في المواسم ذات الإشعاع الشمسي المنخفض. يُسهم إضافة مصدر طاقة احتياطي بسيط يعمل بالرياح في زيادة توافر الطاقة وتقليل حجم البطاريات المطلوبة لتحقيق مستوى الاستقلالية المستهدف (أيام من التشغيل دون إعادة شحن). وتُعدّ الأنظمة الهجينة وسيلةً فعّالة من حيث التكلفة لتصميم أنظمة إضاءة مستقلة لعدة أيام مع الحفاظ على شدة الإضاءة وجداول التعتيم.

السيناريوهات وحالات الاستخدام القابلة للتطبيق

تُعد الطاقة الشمسية مع دعم طاقة الرياح ذات أهمية خاصة لما يلي:

• المدن والجزر الساحلية ذات موارد الرياح الثابتة؛
• الطرق الريفية النائية حيث يكون تمديد شبكة الكهرباء مكلفاً؛
• البلديات التي تسعى إلى توفير إضاءة مرنة لممرات الطوارئ؛
• المناطق ذات التغيرات الشمسية الموسمية (المناخات الموسمية، شتاء خطوط العرض العليا).

بالنسبة للمشاريع الحضرية ذات التلوث العالي أو التظليل، فإن تصميم مصابيح الشوارع الشمسية المنفصلة - حيث يتم تركيب مجموعة الخلايا الكهروضوئية بشكل منفصل عن وحدة الإنارة - يسمح للمصممين بتحسين وضع الألواح لتجنب التظليل من الأشجار أو المباني مع استخدام منصات الإنارة المثبتة.

اعتبارات تصميم النظام لإضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية والرياح في البلديات

تقييم الموارد: الإشعاع الشمسي وسرعة الرياح

يبدأ التصميم ببيانات دقيقة للموارد. تستخدم قيم التصميم النموذجية للطاقة الشمسية الإشعاع الشمسي الخاص بالموقع (كيلوواط ساعة/م²/يوم) من مصادر مثلNREL PVWattsأو مجموعات بيانات الأرصاد الجوية السطحية التابعة لوكالة ناسا. يعتمد تقييم موارد الرياح عادةً على مجموعات بيانات سرعة الرياح طويلة الأجل بالساعة وتوزيع ويبول لتقدير إنتاج الطاقة من توربينات الرياح الصغيرة. يتيح الجمع بين مجموعتي البيانات نموذجًا هجينًا للطاقة لتحديد مساحة الألواح الكهروضوئية المطلوبة، وسعة التوربينات، وحجم البطاريات لتلبية ساعات الإضاءة المتوقعة في الليلة.

استراتيجيات تحديد الأحمال والتحكم في الإضاءة

غالبًا ما تعمل تجهيزات الإضاءة البلدية وفق جداول تعتيم محددة، مثلاً، بكامل طاقتها خلال ساعات الذروة المسائية، و50% خلال ساعات الليل المتأخرة. ينبغي أن تدعم أنظمة إنارة الشوارع الشمسية المتكاملة والمنفصلة على حد سواء برامج تعتيم قابلة للبرمجة وإدارة عن بُعد لضمان التشغيل التكيفي. يعتمد حساب استهلاك الطاقة على القدرة النموذجية للوحدات الإنارة (30-150 واط لإضاءة الطرق الرئيسية والفرعية) وساعات التشغيل الليلية المتوقعة لتحديد حجم التخزين والتوليد. يضمن الرجوع إلى معايير مستويات الإضاءة (مثل معايير اللجنة الدولية للإضاءة أو المعايير المحلية) تجانسًا كافيًا في شدة الإضاءة والسلامة.

تحديد حجم البطارية ومدى القيادة

يُعدّ توفير الطاقة الكافية للتشغيل دون الحاجة إلى إعادة شحنها لعدة أيام متطلبًا أساسيًا للبلديات. يمكن للأنظمة الهجينة تقليل سعة البطاريات المطلوبة، إذ يُمكن للرياح شحن البطاريات ليلًا. عادةً ما يُحدد المصممون فترة استقلالية تتراوح بين 3 و7 أيام لإضاءة البلديات في المناطق النائية؛ وقد تُحقق التصاميم الهجينة نفس مستوى الموثوقية باستخدام بطاريات أصغر بنسبة 20-40%، وذلك اعتمادًا على مساهمة طاقة الرياح. يُنصح باستخدام حدود مُحافظة لعمق التفريغ (DoD) وتخفيض القدرة مع ارتفاع درجة الحرارة، استنادًا إلى بيانات الشركة المُصنّعة.

خيارات المنتج: مصابيح إنارة الشوارع الشمسية المنفصلة، ​​والمصابيح المتكاملة، والمصابيح الهجينة

مصابيح الشوارع الشمسية المتكاملة: سهولة التركيب وسرعة النشر

تدمج مصابيح الشوارع الشمسية المتكاملة الألواح الكهروضوئية والبطارية ووحدة الإضاءة في وحدة واحدة مدمجة. تتميز هذه المصابيح بسهولة وسرعة التركيب، وانخفاض تكلفة الأعمال المدنية الأولية، وهي مناسبة لمشاريع التجديد الحضري والحدائق وممرات المشاة. تشمل عيوبها ثبات اتجاه الألواح وانخفاض مرونة التحكم في التظليل، وهي عوامل مهمة في المشاريع البلدية الحضرية ذات الكثافة السكانية العالية. أما في المواقع التي تتعرض لأشعة الشمس بشكل مستمر، فتُعدّ هذه المصابيح فعّالة من حيث التكلفة، وغالبًا ما تُستخدم في مجموعات.

مصابيح الشوارع الشمسية المنقسمة: المرونة وتحسين الأداء

تفصل أنظمة إنارة الشوارع الشمسية المنفصلة بين مصفوفة الألواح الكهروضوئية ووحدة الإنارة، مما يسمح بتركيب الألواح في اتجاهات مثالية أو على أسطح المباني بينما تبقى وحدة الإنارة على ارتفاع العمود. يُعد هذا التصميم مفيدًا عندما تُقلل أشجار الشوارع أو ظلال المباني أو ضيق الممرات من الاستفادة من الطاقة الشمسية. كما تسمح الأنظمة المنفصلة بتركيب مصفوفات ألواح كهروضوئية أكبر (ذات سعة أعلى) دون زيادة حجم العمود، وتُسهّل صيانة الألواح بشكل مستقل عن الوحدات البصرية.

أنظمة الطاقة الشمسية والرياح الهجينة

تجمع الأنظمة الهجينة بين وحدات الإضاءة المتكاملة أو المنفصلة مع توربينات رياح صغيرة أو مولدات رياح ذات محور رأسي، بالإضافة إلى وحدات تخزين طاقة مشتركة ووحدات تحكم في الشحن. يجب تحديد سعة مكون الرياح بعناية: إذ يمكن للتوربينات الصغيرة (من مئات الواط إلى بضعة كيلوواط لكل مجموعة أعمدة) أن تُسهم بشكل فعّال في شحن البطارية ليلاً وتقليل الضغط عليها. يجب أن تُدير إلكترونيات التحكم مصدرَي شحن لمنع الشحن الزائد وتحسين مسار الشحن.

مقارنة التكلفة والفوائد والجوانب الفنية

اعتبارات تكلفة دورة الحياة

تكون التكاليف الرأسمالية الأولية أعلى في الحلول الهجينة مقارنةً بأنظمة الطاقة الشمسية التقليدية، وذلك بسبب تكلفة التوربينات ووحدات التحكم المدمجة، وأحيانًا أعمال البنية التحتية المُعززة. مع ذلك، قد تكون التكاليف التشغيلية أقل نظرًا لانخفاض الحاجة إلى استبدال البطاريات وقلة طلبات الصيانة في حالات انقطاع التيار الكهربائي. بالنسبة للبلديات التي تُعطي الأولوية لمرونة الشبكة وتقليل الحاجة إلى الصيانة، قد تُحقق الحلول الهجينة قيمة حالية صافية مُجدية على مدى 10 إلى 15 عامًا.

المفاضلات في الأداء

تشمل المقايضات الرئيسية ما يلي:

• التعقيد مقابل المرونة: تضيف الأنظمة الهجينة أجزاء متحركة (توربينات الرياح) ولكنها تزيد من تنوع الطاقة؛
• التأثير البصري والصوتي: قد تكون توربينات الرياح أقل جاذبية في المناطق الحضرية المكتظة بالسكان؛
• الصيانة: تتطلب التوربينات فحصًا ميكانيكيًا دوريًا، في حين أن مصابيح الشوارع الشمسية المتكاملة تحتوي في الغالب على مكونات كهربائية.

جدول مقارنة: الطاقة الشمسية فقط مقابل الطاقة الشمسية والرياح الهجينة مقابل طاقة الرياح فقط

المعايير والشهادات وإرشادات الشراء

الاعتماد وضمان الجودة

ينبغي أن تشترط مواصفات الشراء الحصول على شهادات معترف بها دوليًا للسلامة والجودة الكهربائية. ISO 9001 هو معيار لإدارة الجودة (ايزو 9001). تؤكد شهادات مستوى المنتج مثل CE و UL و BIS و CB واختبار المكونات من قبل الهيئات المعتمدة (SGS و TÜV) المطابقة وتساعد البلديات على تلبية متطلبات الامتثال والضمان.

المعايير الفنية والاختبارات

ينبغي على المصممين تضمين تصنيفات الحماية من دخول الماء والغبار (IP) ومقاومة الصدمات (IK) لوحدات الإضاءة، واشتراط إجراء اختبارات للبطاريات لتحديد عمرها الافتراضي وسلوكها الحراري وفقًا لبيانات الشركة المصنعة. ولدمج توربينات الرياح كهربائيًا، يجب اتباع إرشادات منظمات المعايير وقواعد الشبكة الكهربائية عند استخدام الشبكات الصغيرة أو التكوينات المتصلة بالشبكة. أما بالنسبة لمنهجيات تصميم الأنظمة الهجينة، فتُقدم المراجع المتخصصة في أنظمة الطاقة المتجددة الهجينة أساليب نمذجة (للاطلاع على نظرة عامة، انظرنظام هجين (كهرباء)).

نصائح المشتريات للبلديات

• يتطلب الأمر إجراء تحليل للموارد الخاصة بالموقع كجزء من عملية تقديم العطاء؛
• قبول خيارات المنتجات المعيارية (الكل في واحد، ومصابيح الشوارع الشمسية المنفصلة، ​​والتجميعات الهجينة) لتناسب المواقع المتنوعة؛
• يجب تضمين تحليل تكلفة دورة الحياة، وشروط الضمان، واتفاقيات مستوى الخدمة في معايير التقييم؛
• أعط الأولوية للموردين الحاصلين على شهادات موثقة ومراجع مشاريع سابقة.

أفضل الممارسات في التنفيذ والصيانة

الخدمات اللوجستية للتركيب

بالنسبة لأعمدة إنارة الشوارع الشمسية المتكاملة، يمكن لفرق التركيب إنجاز عملية نشر سريعة على مستوى الأعمدة بأقل قدر من الأعمال التمهيدية. أما أعمدة إنارة الشوارع الشمسية المنفصلة والمشاريع الهجينة فتتطلب هياكل تثبيت إضافية لمصفوفات الخلايا الكهروضوئية والتوربينات، بالإضافة إلى قواعد أعمدة مُدعمة في حال تطبيق أحمال التوربينات. تُولّد توربينات الرياح أحمالًا ديناميكية؛ لذا فإن فحوصات الهندسة الإنشائية ضرورية لتجنب الإجهاد المفرط في الأعمدة.

الصيانة والمراقبة عن بعد

يُوصى بتطبيق أنظمة مراقبة عن بُعد (GSM/LoRa/Wi-Fi) لتتبع حالة الشحن، وتيارات الشحن من مصادر الطاقة الشمسية والريحية، وتشغيل المصابيح، وإنذارات الأعطال. تُقلل الصيانة التنبؤية من وقت التوقف: بالنسبة للتوربينات، تشمل الصيانة التشحيم الدوري وفحص البراغي؛ وبالنسبة للبطاريات، تشمل مراقبة درجة الحرارة واختبار السعة الدوري. ينبغي على البلديات تحديد فترات الصيانة ومؤشرات الأداء الرئيسية لوقت التشغيل وأوقات الاستجابة.

الاعتبارات البيئية والاجتماعية

يجب مراعاة التأثير البصري والضوضاء وسلامة الطيور عند تصميم أنظمة الرياح في المناطق الحضرية أو الحساسة. ويمكن أن تُسهّل مشاورات المجتمع المحلي عملية القبول. وينبغي اختيار مواقع الحلول الهجينة بحيث تُقلّل من الإزعاج مع توفير مزايا المرونة لطرق الطوارئ والأماكن العامة الحيوية.

شركة كوينينغ للإضاءة: القدرات والعروض للمشاريع البلدية الهجينة

تُركز شركة كوينينغ للإضاءة، التي تأسست عام ٢٠١٣، على مصابيح الشوارع الشمسية، والمصابيح 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 للإضاءة المورد المعتمد للعديد من الشركات المدرجة في البورصة والمشاريع الهندسية، وتعمل كمركز فكري لحلول هندسة الإضاءة الشمسية، حيث تُقدم لعملائها إرشادات مهنية موثوقة وحلولاً متكاملة.

تشمل المزايا التنافسية لشركة كوينينغ فريق بحث وتطوير ذو خبرة، ومعدات إنتاج متطورة، ونظام صارم لمراقبة الجودة، ونظام إدارة متكامل. الشركة معتمدة وفقًا لمعيار إدارة الجودة الدولي ISO 9001.ايزو 9001وقد اجتازت عمليات التدقيق الدولية من قبل TÜV. تحمل شركة كوينينغ للإضاءة شهادات منتجات مثل CE وUL وBIS وCB وSGS وMSDS، مما يدعم متطلبات المشتريات البلدية ويقلل من مخاطر عدم الامتثال للمشترين.

تشمل مجموعة منتجات شركة كوينينغ للإضاءة مصابيح الشوارع الشمسية، والمصابيح الموجهة الشمسية، ومصابيح الحدائق الشمسية، ومصابيح الأعمدة الشمسية، والألواح الكهروضوئية الشمسية، وحلول مصابيح الشوارع الشمسية المنفصلة، ​​ومصابيح الشوارع الشمسية المتكاملة. وتقدم كوينينغ لعملائها من البلديات خدمات شاملة ومتكاملة، تشمل: تقييم الموقع، ونمذجة الموارد، واختيار المنتج (بما في ذلك خيارات المصابيح المنفصلة مقابل المصابيح المتكاملة)، وتكامل الأنظمة الهجينة، وتخطيط التشغيل والصيانة. وتتوافق هذه الخدمات مع أفضل الممارسات الدولية، وتساعد البلديات على تحقيق التوازن الأمثل بين النفقات الرأسمالية والتشغيلية، مع الالتزام بأهداف الاستدامة.

للاطلاع على مراجع حول تصميم الأنظمة الهجينة وتقييم الموارد، انظر أدوات NREL PV (PVWatts) وتوجيهات عامة لأنظمة الهجينة (نظام هجين (كهرباء)).

الأسئلة الشائعة

1. متى ينبغي للبلدية أن تختار الطاقة الشمسية مع طاقة الرياح الاحتياطية بدلاً من الطاقة الشمسية فقط؟

اختر النظام الهجين عندما يتمتع الموقع بإمكانات رياح موثوقة (ساحلية، مرتفعات، سهول مفتوحة)، أو عندما يكون الشحن الليلي غير كافٍ من الطاقة الشمسية وحدها، أو عندما تكون هناك حاجة إلى مرونة/استقلالية أعلى. غالبًا ما تُفضّل الأنظمة الهجينة للطرق النائية، والمجتمعات الجزرية، وممرات الطوارئ.

2. ما الفرق بين مصباح الشارع الشمسي المنفصل والوحدة المتكاملة؟

تفصل مصابيح الشوارع الشمسية المنفصلة بين مصفوفة الألواح الكهروضوئية ووحدة الإنارة، مما يسمح بوضع الألواح وتوجيهها بشكل مستقل لتحقيق أقصى استفادة من الطاقة وتقليل تأثير التظليل. أما الوحدات المتكاملة فتدمج الألواح الكهروضوئية والبطارية ووحدة الإنارة في جهاز واحد لتسهيل عملية التركيب وتسريعها، ولكنها توفر مرونة أقل في توجيه الألواح.

3. ما هو هدف الاستقلالية المعقول لإضاءة الشوارع البلدية؟

يتراوح معدل استقلالية التصميم النموذجي بين 3 و7 أيام، وذلك تبعاً لتوقعات مستوى الخدمة. أما بالنسبة للممرات الحيوية، فيُفضّل السعي إلى تحقيق استقلالية أعلى؛ إذ غالباً ما تحقق الأنظمة الهجينة الموثوقية المطلوبة باستخدام بطاريات أصغر حجماً مقارنةً بالأنظمة التي تعتمد على الطاقة الشمسية فقط.

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

يُشترط الحصول على شهادة ISO 9001 لإدارة الجودة، بالإضافة إلى شهادات اعتماد على مستوى المنتج مثل CE وUL وBIS وCB. كما يُنصح بتحديد إجراء اختبارات المكونات من قِبل مختبرات معتمدة (SGS، TÜV). تُساهم هذه الشهادات في تقليل مخاطر الشراء والضمان.

5. ما مقدار الصيانة التي تتطلبها الأنظمة الهجينة مقارنة بأعمدة إنارة الشوارع الشمسية المتكاملة؟

تتميز الأنظمة المتكاملة عادةً بانخفاض احتياجاتها للصيانة الميكانيكية. أما الأنظمة الهجينة التي تتضمن مكونات طاقة الرياح، فتتطلب عمليات فحص ميكانيكية إضافية، وتزييتًا، وفحوصات هيكلية للتوربينات. كما أن المراقبة عن بُعد تُقلل من الصيانة الطارئة وتُساعد في جدولة أعمال الصيانة الوقائية.

6. هل يمكن لشركة كوينينج للإضاءة دعم التركيبات الهجينة من البداية إلى النهاية؟

نعم. تقدم شركة كوينينغ للإضاءة خدمات تقييم المواقع، وتصميم الأنظمة الهجينة، ومنتجات معتمدة (بما في ذلك مصابيح الشوارع الشمسية المنفصلة ومصابيح الشوارع الشمسية المتكاملة)، وإرشادات التركيب، وتخطيط التشغيل والصيانة. تشمل شهاداتنا شهادة ISO 9001 والعديد من شهادات المنتجات الدولية لتلبية معايير المشتريات البلدية.

إذا كانت بلدية مدينتكم أو فريق مشروعكم بصدد تقييم خيارات إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية أو بحاجة إلى حلول هجينة مصممة خصيصًا، فتواصلوا مع شركة كوينينج للإضاءة للحصول على استشارة حول المشروع ومراجعة شاملة لمنتجاتنا. اطلعوا على كتالوج منتجاتنا أو اطلبوا دراسة جدوى لمقارنة أنظمة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية المنفصلة، ​​وأنظمة إنارة الشوارع المتكاملة بالطاقة الشمسية، والأنظمة الهجينة المناسبة لمواقعكم.

للتواصل/طلب المنتجات:للاستفسارات المتعلقة بالمشاريع وتفاصيل المنتجات، اطلب استشارة مع فريق الهندسة في شركة كوينينج للإضاءة للحصول على عرض خاص بالموقع، وبيانات المنتجات المعتمدة، وتحليل العائد على الاستثمار المصمم خصيصًا لمتطلبات بلديتك.