تحديد حجم الألواح الشمسية لأعمدة الإنارة المنفصلة

يُعدّ اختيار الحجم الأمثل للألواح الشمسية أساسًا لتركيبات إضاءة شمسية موثوقة، لا سيما في المشاريع البلدية حيث تُعدّ عوامل مثل استمرارية التشغيل والسلامة وتكاليف دورة الحياة من الأمور بالغة الأهمية. تُركّز هذه المقالة على اختيار حجم الألواح الشمسية لأعمدة الإنارة المنفصلة، ​​وتضع الحسابات ضمن إطار عملي يُقارن بين تصميمات الإنارة المنفصلة وأعمدة الإنارة الشمسية المتكاملة، بالإضافة إلى متطلبات البلديات. ستجدون في هذه المقالة طرقًا تفصيلية لاختيار الحجم، واعتبارات خفض القدرة، وأمثلة حسابية عبر مناطق الإشعاع الشمسي المختلفة، ومعايير اختيار الموردين لضمان تلبية مشاريع إنارة الشوارع الشمسية البلدية لمتطلبات الأداء واللوائح التنظيمية.

فهم أنظمة إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية

أنواع حلول الطاقة الشمسية للشوارع: حلول الطاقة الشمسية البلدية، والمنفصلة، ​​والمتكاملة

تستخدم مشاريع إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية البلدية عادةً أنظمة متينة مصممة خصيصًا لتلبية متطلبات المدينة: تصنيفات حماية أعلى، وتركيب مقاوم للسرقة، وأنظمة احتياطية، وسهولة الصيانة. ومن بين بنيات الأجهزة الشائعة:مصباح شارع شمسي مقسمومصابيح الشوارع الشمسية الكل في واحدتفصل الأنظمة المنفصلة بين مصفوفة الألواح الكهروضوئية والبطارية/وحدة التشغيل (التي تُركّب عادةً على قاعدة العمود أو في خزانة)، مما يُسهّل الصيانة ويزيد من سعة البطارية. أما الأنظمة المتكاملة فتدمج لوحة الألواح الكهروضوئية والبطارية ووحدة التحكم ووحدة الإضاءة في وحدة واحدة صغيرة الحجم، وهي أسهل في التركيب ولكنها غالبًا ما تكون محدودة في حجم البطارية واللوحة.

المكونات الأساسية وأهميتها

• وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية: تحديد كمية الطاقة المحصودة بناءً على القدرة المقدرة والإشعاع الشمسي المحلي.
• البطاريات: توفر الاستقلالية - كيمياء الرصاص الحمضي أو الليثيوم مع عمق تفريغ مختلف (DoD) ودورة حياة مختلفة.
• وحدة التحكم/المحرك: يؤثر كل من MPPT و PWM على الحصاد والكفاءة؛ وتؤثر ملفات تعريف التعتيم على استهلاك الطاقة.
• تحدد كفاءة الإضاءة (LED) وإخراج اللومن والبصريات الطاقة المدخلة المطلوبة لتلبية معايير الإضاءة.

كيف ترتبط الدلالات بعمليات الشراء والتصميم

إن استخدام المصطلحات بشكل متسق - مثل مصابيح الشوارع الشمسية البلدية، ومصابيح الشوارع الشمسية المنفصلة، ​​ومصابيح الشوارع الشمسية المتكاملة - يساعد على مواءمة مواصفات الشراء مع مقترحات البائعين ويضمن تقييم الضمانات والشهادات واتفاقيات الخدمة الصحيحة أثناء اختيار البائع.

مبادئ تحديد حجم الألواح الشمسية لأعمدة الإنارة المنفصلة

الخطوة 1 - تحديد متطلبات الإضاءة: ساعات اللومن والطاقة

ابدأ بمستوى الإضاءة المطلوب (لوكس) وعدد الساعات المستهدفة في الليلة الواحدة. حوّل اللومن المطلوب عند العمود إلى طاقة كهربائية باستخدام كفاءة وحدة الإنارة (لومن/واط) مع مراعاة كفاءة المحرك.

الصيغة الأساسية: الطاقة الكهربائية لكل ليلة (Wh) = الناتج الضوئي المطلوب (lm) / كفاءة الإنارة (lm/W) × ساعات التشغيل × عامل فقدان وحدة التحكم والمحرك.

الخطوة 2 - تحويل الطاقة إلى طاقة الخلايا الكهروضوئية المطلوبة

لتحديد حجم مصفوفة الخلايا الكهروضوئية، يجب مراعاة احتياجات الطاقة اليومية بالإضافة إلى الفاقد وعدد أيام التشغيل الذاتي المطلوبة. استخدم بيانات موارد الطاقة الشمسية المحلية (ساعات ذروة سطوع الشمس أو ما يعادلها من ساعات سطوع الشمس الكامل) من مصدر موثوق مثلNREL PVWattsأو خرائط الإشعاع الإقليمي منالوكالة الدولية للطاقة. صيغة تحديد المقاسات الأساسية:

قدرة مصفوفة الخلايا الكهروضوئية (واط) = متطلبات الطاقة اليومية (واط ساعة) / (ساعات ذروة سطوع الشمس × عامل تخفيض قدرة النظام)

الخطوة 3 - تضمين عوامل تخفيض القدرة وهوامش الأمان

تؤثر عوامل واقعية على الإنتاجية النظرية، منها: التلوث، ودرجة الحرارة، وعدم كفاءة العاكس/وحدة التحكم، وفقدان الطاقة في الكابلات، وعدم التوافق، والتقادم. يتراوح معامل خفض القدرة النموذجي بين 0.65 و0.80، وذلك حسب جودة النظام وخطة الصيانة. بالنسبة لأنظمة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية المنفصلة في البلديات، يُنصح باستخدام معامل خفض قدرة منخفض (0.65-0.75) لضمان الموثوقية.

أمثلة عملية لتحديد المقاسات وتحليل مقارن

أمثلة حسابية لثلاث مناطق إشعاعية

الافتراضات للأمثلة: مصباح LED بقدرة 40 واط، وكفاءة 120 لومن/واط (مصباح LED حديث نموذجي)، وساعات التشغيل المطلوبة 11 ساعة/ليلة، وفترة استقلالية 3 ليال، وعمق تفريغ البطارية 80% (LiFePO4)، وفقدان الشاحن/وحدة التحكم 90% من الكفاءة.

الخطوة أ - الطاقة الكهربائية لكل ليلة: 40 واط × 11 ساعة = 440 واط ساعة (اسمية). مع مراعاة فاقد الطاقة في المحرك (1/0.9): 440 واط ساعة / 0.9 ≈ 489 واط ساعة.

الخطوة ب - الطاقة اليومية بما في ذلك احتياطي الاستقلالية (لمدة 3 ليالٍ): إجمالي سعة البطارية المطلوبة = 489 واط ساعة × 3 / 0.8 (DoD) ≈ 1834 واط ساعة. حجم البطارية التقريبي إلى الحجم العملي: 2000 واط ساعة (2 كيلو واط ساعة).

الخطوة ج - تحديد حجم الألواح الكهروضوئية باستخدام ساعات ذروة سطوع الشمس (PSH) ومعامل تخفيض القدرة 0.7:

• الإشعاع العالي (5 PSH): PV = 489 واط ساعة / (5 × 0.7) ≈ 140 واط → اختر وحدة (وحدات) بقدرة 160-200 واط.
• الإشعاع المتوسط ​​(4 PSH): PV = 489 / (4 × 0.7) ≈ 175 واط → اختر 200-250 واط.
• الإشعاع المنخفض (3 PSH): PV = 489 / (3 × 0.7) ≈ 233 واط → اختر 250-320 واط.

تتوافق هذه التقديرات مع الممارسات الصناعية، ولكنها تؤكد دائمًا بيانات الإشعاع الشمسي الخاصة بالموقع من أدوات مثلNREL PVWattsأو مجموعات بيانات الإشعاع الشمسي عبر الأقمار الصناعية.

مقارنة: الحلول المنفصلة مقابل الحلول المتكاملة مقابل الحلول البلدية المتكاملة

تشمل مصادر البيانات لأفضل الممارسات ومقارنة الأنظمة مراجع صناعية مثل:إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية - ويكيبيدياوأساسيات الطاقة الشمسية الكهروضوئية مننظام الخلايا الكهروضوئية - ويكيبيدياللحصول على معلومات حول الإشعاع والمحاكاة، استخدمNREL PVWatts.

اعتبارات البطارية والاستقلالية

تُعدّ البطاريات عاملاً رئيسياً في التكاليف ونقطة ضعف رئيسية. في مشاريع إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية البلدية، يُفضّل استخدام بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO4) نظراً لعمرها التشغيلي الأطول، وعمق تفريغها الأفضل، وتحمّلها لدرجات الحرارة العالية. يمكن اختيار بطاريات الرصاص الحمضية للمشاريع ذات الميزانية المحدودة، ولكن يُتوقع أن يكون عمرها أقصر وتتطلب صيانة أكثر.

التركيب والصيانة والمعايير واختيار الموردين

تقييم الموقع واستراتيجيات التركيب

أجرِ مسحًا تفصيليًا للموقع: قيود الميل والاتجاه، وتحليل التظليل على مدار العام، ومخاطر السرقة/التخريب، وقرب الشبكة (للأنظمة الهجينة). بالنسبة لأنظمة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية المنفصلة، ​​فإن موضع الألواح (تركيبات منفصلة، ​​أو أسطح، أو مصفوفات أرضية) هو ما يحدد حجمها - ويمكن توجيه الألواح على النحو الأمثل بغض النظر عن زاوية العمود.

المعايير والشهادات ومؤشرات العائد على الاستثمار

تحقق من شهادات المنتج: CE، UL، BIS، CB، SGS، MSDS، وأنظمة الجودة مثل ISO 9001. تضمن الشهادات السلامة والأداء المُعلن عنه، وتقلل من مخاطر الشراء. ولتحليل العائد على الاستثمار وتكاليف دورة حياة المنتج، يجب تضمين رأس المال الأولي، والصيانة، ودورات الاستبدال (LED، البطارية)، وتوفير الطاقة المتوقع مقارنةً ببدائل الشبكة الكهربائية.

اختيار الشركة المصنعة - مثال ومؤهلات شركة كوينينج للإضاءة

عند اختيار مورد لمشاريع إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية (Split Solar Street-index) وإنارة الشوارع بالطاقة الشمسية البلدية، أعطِ الأولوية للموردين ذوي القدرات البحثية والتطويرية القوية، وأنظمة الجودة المعتمدة، وسجل حافل بالمشاريع الناجحة. تأسست شركة كوينينغ للإضاءة عام ٢٠١٣، وهي متخصصة في إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية، والأضواء الكاشفة الشمسية، وإنارة الحدائق بالطاقة الشمسية، وإنارة المروج بالطاقة الشمسية، وإنارة الأعمدة بالطاقة الشمسية، والألواح الكهروضوئية الشمسية، ووحدات الطاقة الخارجية المحمولة والبطاريات، وتصميم مشاريع الإضاءة، وإنتاج وتطوير صناعة إضاءة LED المتنقلة. بعد سنوات من التطوير، أصبحنا المورد المعتمد للعديد من الشركات المدرجة الشهيرة والمشاريع الهندسية، ومركزًا رائدًا لحلول هندسة الإضاءة الشمسية، حيث نقدم لعملائنا إرشادات وحلولًا احترافية آمنة وموثوقة.

لدينا فريق بحث وتطوير ذو خبرة واسعة، ومعدات متطورة، وأنظمة صارمة لمراقبة الجودة، ونظام إدارة متطور. حصلنا على شهادة نظام ضمان الجودة الدولي ISO 9001 وشهادة التدقيق الدولية TÜV، وحصلنا على سلسلة من الشهادات الدولية مثل CE، UL، BIS، CB، SGS، MSDS، وغيرها.

مزايا شركة كوينينغ للإضاءة ومنتجاتها الرئيسية: مصابيح إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية، مصابيح الإضاءة الموجهة بالطاقة الشمسية، مصابيح إنارة الحدائق بالطاقة الشمسية، مصابيح إنارة الأعمدة بالطاقة الشمسية، الألواح الكهروضوئية الشمسية، مصابيح إنارة الشوارع الشمسية المنفصلة، ​​ومصابيح إنارة الشوارع الشمسية المتكاملة. تتبوأ الشركة مكانة الشريك الموثوق به للمشاريع البلدية من خلال الجمع بين التصنيع المعتمد، والخدمات الهندسية، ودعم المشاريع على المدى الطويل، وهي ميزات قيّمة للغاية خاصةً في مشاريع إنارة الشوارع الشمسية البلدية واسعة النطاق.

أفضل الممارسات التشغيلية وحل المشكلات

مراقبة الأداء والإدارة عن بعد

استخدم أنظمة مراقبة (وحدات تحكم تدعم إنترنت الأشياء) لتتبع توليد الطاقة، وحالة شحن البطارية، وساعات تشغيل المصابيح، وتنبيهات الأعطال. يقلل نظام القياس عن بُعد من تكاليف التشغيل والصيانة، ويتيح إجراء تعديلات قائمة على البيانات لجداول التعتيم، مما يطيل عمر البطارية ويقلل من الحاجة إلى استبدالها.

قائمة فحص الصيانة لضمان طول العمر

• ربع سنوي: فحص بصري، وفحص الأوساخ على الألواح الكهروضوئية، وشد التركيبات والوصلات الكهربائية.
• نصف سنوي: تشخيص حالة البطارية وتحديثات البرامج الثابتة لوحدة التحكم.
• سنوياً: تنظيف الألواح الكهروضوئية جيداً، وفحص قواعد الأعمدة، ومراجعة سجلات الأداء لاكتشاف اتجاهات التدهور.

أنماط الفشل الشائعة وطرق التخفيف منها

تنشأ معظم المشاكل من تدهور حالة البطارية، أو أعطال وحدة التحكم، أو اتساخ الألواح. استخدم الشحن المُعوض حرارياً، والإلكترونيات المطلية بطبقة واقية للبيئات الرطبة، واعتمد بطاريات LiFePO4 في التطبيقات ذات دورات الشحن والتفريغ القصوى للتخفيف من أسباب الأعطال الشائعة.

الأسئلة الشائعة - تحديد حجم الألواح الشمسية لأعمدة الإنارة المنفصلة

1. ما هو الفرق الرئيسي بين مصابيح الشوارع الشمسية المنفصلة ومصابيح الشوارع الشمسية المتكاملة؟

يفصل نظام إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية المنفصلة الألواح الكهروضوئية والبطاريات/وحدات التحكم عن وحدة الإنارة، مما يسمح بتركيب بطاريات وألواح أكبر حجماً ويسهل الصيانة. أما نظام الإنارة المتكاملة فيدمج كل شيء في غلاف واحد، وهو أفضل لعمليات النشر السريعة ولكنه محدود بمساحة السطح المتاحة والسعة.

2. كم عدد ساعات ذروة سطوع الشمس التي يجب أن أستخدمها لتحديد المقاس؟

استخدم بيانات خاصة بالموقع من أدوات مثلNREL PVWattsأو خرائط الإشعاع الشمسي الإقليمية. للتخطيط الأولي: منخفض (2.5-3.5 لكل قدم مربع)، متوسط ​​(3.5-4.5 لكل قدم مربع)، مرتفع (4.5-6 لكل قدم مربع). يُنصح دائمًا باعتماد قيم متحفظة للمشاريع البلدية.

3. ما مقدار الاستقلالية (أيام النسخ الاحتياطي) الموصى بها للمشاريع البلدية؟

تتراوح المدة المعتادة بين يومين وخمسة أيام حسب الأهمية. أما بالنسبة للطرق الحيوية وإضاءة السلامة، فيُنصح بالتخطيط لثلاثة أيام أو أكثر من التشغيل الذاتي باستخدام بطاريات LiFePO4 لضمان عمر أطول.

4. ما هو عامل خفض القدرة الذي يجب أن أطبقه في معادلة تحديد حجم الألواح الكهروضوئية؟

تتراوح عوامل خفض القدرة عادةً من 0.65 إلى 0.85. بالنسبة لأنظمة إنارة الشوارع الشمسية المنفصلة البلدية حيث تكون الموثوقية ذات أهمية قصوى، استخدم عاملًا متحفظًا يتراوح بين 0.65 و0.75 لتغطية الاتساخ وفقدان الحرارة وفقدان الأسلاك والتقادم.

5. هل يمكنني تحديث الأعمدة الموجودة بأنظمة إضاءة الشوارع الشمسية المنفصلة؟

نعم. التحديث شائع: يمكن تركيب الألواح الكهروضوئية على الأرض أو تثبيتها على الأعمدة باستخدام دعامات مناسبة؛ ويمكن وضع خزائن البطاريات عند قاعدة العمود أو بالقرب من الأكشاك. يُعد التقييم الهيكلي للأعمدة أمرًا ضروريًا قبل التحديث.

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

احرص على الحصول على شهادة ISO 9001 لإدارة الجودة، وشهادة CE/UL للسلامة الكهربائية، وغيرها من الشهادات المحلية ذات الصلة (مثل شهادة BIS في الهند). تحقق أيضًا من وجود تقارير اختبار أو شهادات مستقلة مثل TÜV وCB وSGS لجودة الوحدات والبطاريات.

7. كيف تقارن تكلفة دورة حياة مصابيح الشوارع الشمسية المتكاملة بتكاليف الأنظمة المنفصلة؟

قد تتميز أنظمة التكييف المتكاملة بتكاليف تركيب أولية أقل للمشاريع الصغيرة أو السكنية، ولكنها قد تتسبب في ارتفاع تكاليف الاستبدال وقصر عمرها الافتراضي إذا أدت محدودية البطاريات والخلايا الكهروضوئية إلى أعطال مبكرة. أما أنظمة التكييف المنفصلة، ​​فتُقدم عمومًا تكلفة دورة حياة أفضل للتطبيقات البلدية نظرًا لسهولة صيانتها وقابلية توسيع مكوناتها.

الاتصال والخطوات التالية

إذا كنت تخطط لمشروع إنارة شوارع بالطاقة الشمسية لبلديتك أو تُقيّم خيارات إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية المنفصلة مقابل إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية المتكاملة، فتواصل مع فريقنا لإجراء تقييم خاص بموقعك، ومحاكاة تعتمد على الإشعاع الشمسي، وقائمة كاملة بالمواد المطلوبة. للاطلاع على خيارات المنتجات والحلول المتكاملة، تفضل بزيارة موقع Queneng Lighting للاطلاع على مجموعة منتجاتها المعتمدة وخدماتها الهندسية. تواصل مع Queneng Lighting للحصول على استشارات المشاريع، وبيانات المنتجات، وعروض المشاريع التجريبية.

للمزيد من القراءة والمراجع:

• إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية - ويكيبيديا
• نظام الخلايا الكهروضوئية - ويكيبيديا
• تقديرات NREL PVWatts (موارد الطاقة الشمسية والطاقة)
• الوكالة الدولية للطاقة (IEA)