تحديد حجم مصفوفة الخلايا الكهروضوئية لتلبية احتياجات الإضاءة الليلية

تصميم المصفوفات الشمسية للإضاءة الليلية: المبادئ الأساسية

يجمع نظام الإضاءة الليلية الموثوقة من مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية بين التقييم الدقيق للأحمال، وافتراضات واقعية للخسائر، وبيانات موارد الطاقة الشمسية المحلية، والاختيارات المناسبة لاستقلالية البطاريات ومكونات النظام. بالنسبة للبلديات التي تشتري أو تحدد حلول إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية، يضمن الحجم الصحيح لمصفوفة الخلايا الكهروضوئية الأداء الأمثل خلال التغيرات الموسمية، ويقلل من تكاليف التصميم الزائد، ويلبي أهداف السلامة العامة. تشرح هذه المقالة المبادئ الهندسية، وتقدم حسابات خطوة بخطوة، وتعرض جداول السيناريوهات، وتسلط الضوء على المفاضلات العملية لتطبيقات البلديات.

عملية تحديد حجم مصباح إنارة الشارع الشمسي البلدي: خطوة بخطوة

لتحديد حجم مصفوفة الخلايا الكهروضوئية لإضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية البلدية، اتبع سير العمل الهندسي الموجز التالي:

1. حدد متطلبات الإضاءة: مستوى الإضاءة (لوكس) وفقًا للمعيار، وقوة مصابيح LED (واط)، وساعات التشغيل الليلية.
2. احسب استهلاك الطاقة الليلي (Wh) من قوة مصابيح LED وعدد ساعات التشغيل، وأضف خسائر التشغيل/الأسلاك.
3. حدد مدى استقلالية البطارية (عدد الأيام بدون شمس) ونوع كيمياء البطارية/عمق التفريغ.
4. حدد جهد النظام (12/24/48 فولت) واحسب سعة البطارية (أمبير/ساعة).
5. احصل على ساعات ذروة الشمس المحلية (PSH) أو الإشعاع الشمسي من PVGIS/PVWatts.
6. تقدير تخفيضات النظام (درجة حرارة الوحدة، والأوساخ، والأسلاك، ووحدة التحكم) - استخدم تخفيضًا متحفظًا مشتركًا يتراوح بين 0.70 و0.80.
7. احسب قيمة Wp المطلوبة لمصفوفة الخلايا الكهروضوئية (Wp = الطلب اليومي على الطاقة / (PSH * كفاءة النظام)).
8. قم بالتكرار مع تحسين كفاءة مصابيح LED، أو استراتيجية التعتيم، أو حجم البطارية للوصول إلى أهداف التكلفة/الأداء.

يجب توثيق كل خطوة من خطوات الشراء واختبار القبول في المشاريع البلدية.

افتراضات الأحمال والفقد لأعمدة إنارة الشوارع الشمسية البلدية

المدخلات الرئيسية والافتراضات الأساسية المتحفظة المستخدمة في الأمثلة أدناه (مع مراعاة مناخك ومكوناتك):

• قدرة مصابيح LED: 20 واط، 40 واط، 100 واط (نطاق نموذجي للاستخدام البلدي يعتمد على تباعد الأعمدة ومستوى الإضاءة المستهدف باللوكس)
• التشغيل الليلي: 12 ساعة (حالة تصميم شائعة في فصل الشتاء؛ يتم التعديل وفقًا للمتطلبات المحلية)
• خسائر مشغل LED والأسلاك: 10% (كفاءة 0.90)
• التركيب الكيميائي للبطارية: LiFePO4 (موصى به لعدد دورات الشحن والتفريغ ومقاومة درجات الحرارة)؛ عمق التفريغ القابل للاستخدام: 80% (0.80)
• كفاءة دورة الشحن والتفريغ للبطارية: 95% (0.95)
• جهد النظام: 24 فولت (وهو جهد شائع في حلول الطاقة المتوسطة)
• تخفيض قدرة نظام الخلايا الكهروضوئية (درجة حرارة الوحدة، التلوث، عدم التوافق، خسائر وحدة التحكم): 0.75 قيمة متحفظة
• ساعات ذروة سطوع الشمس (PSH): استخدم القيمة المحلية - على سبيل المثال، استخدم 4 و5 ساعات ذروة سطوع الشمس يوميًا لإظهار الحساسية

مثال توضيحي لحسابات تشغيل مصباح إنارة شارع يعمل بالطاقة الشمسية (40 واط LED)

توضح حسابات الخطوات باستخدام مثال مصباح LED بقوة 40 واط العملية والصيغ.

1) الطاقة الليلية (واط ساعة): الطاقة الليلية = قدرة مصابيح LED (واط) * الساعات (ساعة) * (1 + الفاقد)
بافتراض أن قدرة مصابيح LED تساوي 40 واط، وعدد ساعات التشغيل 12 ساعة، والفقد 10%، فإن استهلاك الطاقة الليلي يساوي 40 × 12 × 1.10 = 528 واط/ساعة

2) سعة البطارية (أمبير/ساعة) لتحقيق استقلالية لمدة N يومًا:
بافتراض أن مدة التشغيل المستقلة = 3 أيام، فإن الطاقة المخزنة = الطاقة الليلية × مدة التشغيل المستقلة = 528 × 3 = 1584 واط/ساعة
Battery_Ah = Energy_stored / (System_V * DOD * Battery_efficiency)
باستخدام 24 فولت، DOD = 0.8، Bat_eff = 0.95 → Battery_Ah = 1584 / (24 * 0.8 * 0.95) ≈ 86.9 Ah → تقريب إلى 90 Ah عند 24 فولت.

3) حجم مصفوفة الخلايا الكهروضوئية (واط ذروة) باستخدام PSH وخفض القدرة:
الطاقة اليومية المطلوبة من الخلايا الكهروضوئية = E_night (528 واط ساعة) (يجب على الخلايا الكهروضوئية جمع هذه الطاقة في كل يوم صافٍ لتجديد الاستخدام الليلي)
PV_Wp = E_night / (PSH * system_derate)
مع PSH = 4 ومعامل تخفيض القدرة = 0.75 → PV_Wp = 528 / (4 * 0.75) = 528 / 3 = 176 واط
مع PSH = 5 → PV_Wp = 528 / (5 * 0.75) ≈ 141 واط

التفسير: بالنسبة لمصباح إنارة شوارع يعمل بالطاقة الشمسية بقدرة 40 واط، مصمم للعمل لمدة 12 ساعة مع استقلالية لمدة 3 أيام، يُنصح عادةً بتحديد مجموعة ألواح شمسية بقدرة 200 واط تقريبًا (مع اختيار أحجام الألواح القياسية وإضافة هامش أمان) في موقع متوسط ​​الإضاءة، أو بقدرة 150 واط تقريبًا في موقع أكثر سطوعًا. تُقرب عملية الشراء النهائية الألواح الشمسية إلى أحجام عملية، وتُراعي تركيبها وتمديد الكابلات.

جدول مقارنة: مصابيح الشوارع الشمسية البلدية - سيناريوهات تحديد الحجم

يوضح الجدول أدناه مخرجات تحديد الحجم لثلاثة صناديق طاقة LED، مع تشغيل ليلي لمدة 12 ساعة، واستقلالية لمدة 3 أيام. جهد النظام = 24 فولت، تخفيض قدرة النظام = 0.75، عمق تفريغ البطارية = 80%، كفاءة البطارية = 95%.

ملاحظات حول حسابات الجدول: طاقة الليل = قدرة مصابيح LED × 12 × 1.10 (مع مراعاة فقدان 10%). سعة البطارية (أمبير/ساعة) محسوبة كالتالي: الطاقة × 3 / (24 × 0.8 × 0.95). قدرة الألواح الشمسية (واط/ساعة) = طاقة الليل / (الطاقة الشمسية لكل ساعة × 0.75). تم تقريب القيم إلى أحجام الشراء العملية.

اعتبارات التصميم الخاصة بنشر أنظمة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية في البلديات

تواجه المشاريع البلدية متطلبات إضافية تتجاوز تحديد حجم المصباح الواحد. وتشمل الاعتبارات الشائعة ما يلي:

• مستويات الإضاءة وتجانسها حسب تصنيف الطريق (استخدم معايير IES/EN لتحديد أهداف اللومن).
• ارتفاع الأعمدة والمسافة بينها: يؤثر على التدفق الضوئي المطلوب، وبالتالي على قدرة مصابيح LED.
• أسوأ سيناريو موسمي لارتفاع ضغط الهواء الإيجابي (PSH) (التصميم لأشهر الشتاء في المناخات المعتدلة أو المواسم الغائمة في المناخات الموسمية).
• الحماية من السرقة والتخريب: صناديق بطاريات آمنة وتركيب الألواح الكهروضوئية على الأعمدة.
• المراقبة عن بعد وواجهة المستخدم الرسومية: تقلل القياسات عن بعد من تكلفة الصيانة وتتيح جداول التعتيم.
• إعادة تركيب المصابيح وتخطيط دورة حياة المكونات: تختلف دورات استبدال البطاريات ومصابيح LED - لذا ضع الميزانية وفقًا لذلك.

أمثلة على تحسين أنظمة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية في البلديات

لتقليل تكلفة الألواح الكهروضوئية والبطاريات دون التضحية بالموثوقية، غالباً ما تقوم البلديات بما يلي:

• اعتمد تركيبات LED ذات كفاءة أعلى (130-160 لومن/واط) وبصريات فعالة لتقليل الطاقة المطلوبة.
• استخدم خاصية التعتيم التكيفي أو استشعار الحركة لتقليل متوسط ​​استهلاك الطاقة الليلي.
• اختر بطاريات LiFePO4 للحصول على سعة استخدام أعلى، وعمر دورة أطول، وأداء حراري أفضل مقارنة ببطاريات الرصاص الحمضية.
• قم بوضع وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية على رأس العمود للمنشآت الصغيرة أو المصفوفات المركزية للممرات ذات الكثافة العالية لتبسيط الصيانة.

العوامل البيئية والموقعية التي تؤثر على حجم مصابيح الشوارع الشمسية البلدية

يجب مراعاة ما يلي عند تحديد حجم الألواح الكهروضوئية بدقة:

• الإشعاع المحلي (PSH) - استخدم الأدوات الجغرافية المكانية (PVGIS، NREL PVWatts) للحصول على قيم خاصة بالموقع.
• درجة الحرارة: تؤدي درجات الحرارة المرتفعة للوحدة إلى تقليل الإنتاج؛ قم بتطبيق معاملات درجة الحرارة من أوراق مواصفات الوحدة.
• التلوث: تتطلب المناطق المتربة قدرة أعلى للخلايا الكهروضوئية أو خطط تنظيف - يمكن أن يقلل التلوث من الإنتاج بنسبة 5-20% حسب التكرار.
• التظليل: الأشجار أو المباني المجاورة تقلل بشكل كبير من الإنتاج الفعال - تجنب التظليل على مستوى المصفوفة.
• خط العرض والتغيرات الموسمية في ضوء النهار - التصميم بناءً على أسوأ حالة شهرية بدلاً من المتوسط ​​السنوي.

توصيات الشراء والاختبار لمشاريع إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية البلدية

بالنسبة للمشتريات البلدية، حدد معايير قبول قابلة للقياس وخطوات الاختبار:

• شهادات المكونات: CE/UL/IEC للوحدات ومحركات LED؛ معايير سلامة البطارية (UN38.3 للنقل إن أمكن).
• اختبارات القبول في المصنع: وحدة Wp، سعة البطارية، وظائف وحدة التحكم، وأجهزة مكافحة السرقة.
• تشغيل الموقع: فحص الإشعاع الشمسي وسلسلة الخلايا الكهروضوئية I-V، خط الأساس لحالة شحن البطارية، التحقق من صحة التشغيل الليلي لمدة أسبوع واحد على الأقل في ظل ظروف حقيقية.
• ضمانات الأداء: الحد الأدنى من أيام الاستقلالية، وأهداف التوافر (على سبيل المثال، 99% من الليالي مضاءة خلال السنة الأولى).
• جدول الصيانة: فترات التنظيف، وفحوصات حالة البطارية، ومراقبة القياس عن بعد في حالة التثبيت.

لماذا تختار موردًا موثوقًا لحلول إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية للبلديات؟ - نبذة عن شركة كوينينج للإضاءة

تتخصص شركة قوانغدونغ كوينينغ لتكنولوجيا الإضاءة المحدودة (التي تأسست عام 2013) في منتجات الإضاءة الشمسية والحلول المتكاملة، بما في ذلك مصابيح الشوارع الشمسية، والمصابيح الموضعية الشمسية، ومصابيح الحدائق الشمسية، ومصابيح المروج الشمسية، ومصابيح الأعمدة الشمسية، والألواح الكهروضوئية الشمسية، ووحدات الطاقة الخارجية المحمولة والبطاريات، وإضاءة LED المتنقلة. بعد سنوات من التطوير، أصبحت كوينينغ موردًا معتمدًا للعديد من الشركات المدرجة في البورصة والمشاريع الهندسية الكبرى، حيث تقدم إرشادات احترافية وحلولًا متكاملة مصممة خصيصًا للتطبيقات البلدية.

تشمل نقاط القوة التنافسية لشركة كوينينغ ما يلي:

• فريق بحث وتطوير ذو خبرة ومعدات إنتاج متطورة تُمكّن من تصميم أنظمة مخصصة ونماذج أولية سريعة.
• مراقبة صارمة للجودة وأنظمة إدارة ناضجة - حاصلة على شهادة ISO 9001 وتم تدقيقها من قبل TÜV دوليًا.
• مجموعة واسعة من الشهادات الدولية (CE، UL، BIS، CB، SGS، MSDS) التي تدعم متطلبات الشراء العالمية.
• حلول متكاملة من ألواح الطاقة الشمسية الكهروضوئية إلى المصابيح والبطاريات، بالإضافة إلى الدعم الهندسي لعمليات النشر البلدية واسعة النطاق.

المنتجات الرئيسية: مصابيح إنارة الشوارع الشمسية، مصابيح الإضاءة الموضعية الشمسية، مصابيح إنارة الحدائق الشمسية، مصابيح إنارة الأعمدة الشمسية، الألواح الكهروضوئية الشمسية، مصابيح إنارة الحدائق الشمسية. بالنسبة للبلديات التي تسعى إلى توحيد وتوسيع نطاق أنظمتها، تقدم كوينينغ مجموعات منتجات مزودة بخيارات أحجام متطابقة للألواح الكهروضوئية والبطاريات، بالإضافة إلى متانة مثبتة ميدانياً للبنية التحتية العامة.

مثال عملي: قائمة التحقق من الموقع والمواصفات النهائية لأعمدة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية البلدية

قبل إصدار وثائق المناقصة، يجب تضمين قائمة تحقق لكل موقع من مواقع المصابيح:

• المعايير المطلوبة للإضاءة/التجانس وارتفاعات/تباعد الأعمدة.
• PSH لكل موقع (استخدم PVGIS/NREL أو مقياس الإشعاع الشمسي الموجود في الموقع للمواقع الحرجة).
• تم اختيار شدة إضاءة LED وكفاءتها، وجدول التعتيم.
• هدف استقلالية البطارية واختيار التركيبة الكيميائية.
• توجيه مصفوفة الخلايا الكهروضوئية، وميلها، وطريقة تركيبها المضادة للسرقة.
• متطلبات الاتصالات/المراقبة واستراتيجية قطع الغيار.

إن وجود إجابات موثقة لهذه البنود يقلل من الغموض في العطاءات ويعزز تحسين تكلفة دورة الحياة بدلاً من اختيار أقل تكلفة أولية.

الأسئلة الشائعة — أسئلة شائعة حول تحديد حجم مصفوفة الخلايا الكهروضوئية لأعمدة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية البلدية

1. كم عدد ساعات ذروة الشمس (PSH) التي يجب أن أستخدمها لتحديد حجم الألواح الكهروضوئية اللازمة لإضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية البلدية؟

استخدم بيانات الطاقة الشمسية الحرارية المتاحة في الموقع من PVGIS أو NREL PVWatts. ولتقدير حجم الطاقة الشمسية في البلديات بشكل متحفظ، استخدم أسوأ سيناريو للطاقة الشمسية الحرارية خلال فصل الشتاء أو موسم الغيوم بدلاً من المتوسط ​​السنوي. تتراوح قيم التصميم النموذجية بين 3 و6 وحدات طاقة شمسية حرارية يوميًا، وذلك حسب المناخ.

2. ما هو مستوى استقلالية البطارية الموصى به لتركيبات إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية البلدية؟

يُعتبر التشغيل المستقل لمدة تتراوح بين يومين وأربعة أيام ممارسة شائعة في المناطق التي تشهد فترات غائمة لعدة أيام. أما المناطق الحضرية التي تتطلب صيانة متكررة، فيمكنها الاكتفاء بيوم أو يومين. اختر بطاريات LiFePO4 لضمان عمر أطول للبطارية وعمق تفريغ قابل للاستخدام أعلى (80% فأكثر).

3. هل ينبغي تركيب وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية على الأعمدة أم على الأرض لإضاءة الشوارع البلدية؟

تُقلل الألواح الشمسية المثبتة على الأعمدة من طول الكابلات، وهي شائعة في المناطق ذات الكثافة المنخفضة إلى المتوسطة. أما الألواح الأرضية أو المركزية، فتُقلل التكاليف وتُسهّل الصيانة في المناطق ذات الكثافة العالية. اختر النظام الأنسب بناءً على مخاطر السرقة، وسهولة الوصول للصيانة، وتصميم الموقع.

4. كيف تؤثر استراتيجيات التعتيم على حجم الألواح الكهروضوئية لأعمدة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية البلدية؟

يُقلل التعتيم (سواءً كان زمنيًا أو تكيفيًا) من متوسط ​​استهلاك الطاقة، ويمكنه تقليل حجم الألواح الشمسية والبطاريات بشكل ملحوظ أو زيادة استقلالية النظام. ويُعدّ دمج استراتيجيات التعتيم من أكثر الطرق فعالية من حيث التكلفة لتحسين تكلفة النظام.

5. ما هي الشهادات التي يجب أن أطلبها لشراء أنظمة الإضاءة الشمسية البلدية؟

اطلب شهادات IEC/UL للوحدة، ومعايير سلامة مشغل LED ووحدة الإضاءة (CE/UL)، وسلامة البطارية (UN38.3 للنقل، ومعايير IEC للبطاريات)، وشهادة إدارة الجودة مثل ISO 9001. حدد أيضًا اختبارات قبول الأداء ومعايير التشغيل الميداني.

6. كيف يمكنني تقدير تكلفة دورة حياة وفترة استرداد تكلفة مصباح الشارع الشمسي البلدي؟

ضع في اعتبارك النفقات الرأسمالية (المصباح، العمود، الألواح الشمسية، البطارية، التركيب، التثبيت)، والنفقات التشغيلية (الصيانة، التنظيف، استبدال البطارية)، وتوفير الطاقة مقارنةً بإضاءة الشبكة، والفوائد المجتمعية. غالبًا ما تحقق مصابيح الشوارع الشمسية التقليدية قيمة دورة حياة أعلى في المناطق غير المتصلة بالشبكة أو ذات تكلفة الشبكة المرتفعة؛ قم بتشغيل نموذج إجمالي تكلفة الملكية لمدة 5-10 سنوات للمقارنة.

الاتصال والاستفسار عن المنتج (دعوة لاتخاذ إجراء)

إذا كنت بصدد تحديد أنظمة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية البلدية وتحتاج إلى تصميم هندسي دقيق لأنظمة الخلايا الكهروضوئية والبطاريات، فإن شركة قوانغدونغ كوينينغ لتكنولوجيا الإضاءة المحدودة تقدم استشارات تصميمية، وعينات من المنتجات، ودعمًا متكاملًا للمشاريع. تواصل مع كوينينغ للحصول على عرض خاص بموقعك، وبيانات فنية، وتحليل لتكلفة دورة حياة النظام مصمم خصيصًا لمعايير الإضاءة في مدينتك.

المراجع والمصادر

1. NREL PVWatts — نبذة ومنهجية. المختبر الوطني للطاقة المتجددة. https://pvwatts.nrel.gov/about (تم الاطلاع بتاريخ 28-12-2025).
2. نظام المعلومات الجغرافية للخلايا الكهروضوئية (PVGIS). المفوضية الأوروبية، مركز الأبحاث المشترك. https://ec.europa.eu/jrc/en/pvgis (تم الاطلاع عليه بتاريخ 28-12-2025).
3. وزارة الطاقة الأمريكية - أساسيات مصابيح LED والإضاءة ذات الحالة الصلبة. وزارة الطاقة الأمريكية. https://www.energy.gov/eere/ssl/led-basics (تم الاطلاع بتاريخ 28-12-2025).
4. الوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA) - الطاقة الشمسية الكهروضوئية: موجزات تكنولوجية. https://www.irena.org (ابحث عن موجزات الطاقة الشمسية الكهروضوئية) (تم الاطلاع بتاريخ 28-12-2025).
5. معاملات درجة حرارة الوحدات وفقًا لمعايير اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) - بيانات الشركات المصنعة للوحدات ومنهجية IEC 61215 المرجعية للأداء. مثال توضيحي: https://en.wikipedia.org/wiki/Photovoltaic_module (تم الاطلاع بتاريخ 28-12-2025).
6. اختيار البطاريات وأساسياتها - ملخصات الصناعة ومعايير السلامة (UN38.3). مثال: https://unece.org/transport/dangerous-goods (تم الاطلاع بتاريخ 28-12-2025).

للحصول على معلومات أكثر تفصيلاً حول الأحجام الخاصة بالموقع أو لطلب بيانات وشهادات منتجات Queneng، اتصل بفريق Queneng مباشرة للحصول على حلول إضاءة الشوارع الشمسية البلدية المصممة خصيصًا.