دليل تركيب مصابيح الشوارع الشمسية في البيئات الصحراوية | رؤى من كوينينج لايتنج

دليل التركيب لمصنعي مصابيح الشوارع الشمسية في البيئات الصحراوية

كيف تؤثر الحرارة الشديدة في الصحراء على كفاءة الألواح الشمسية وطول عمر البطارية، وما هي استراتيجيات التخفيف من ذلك؟

غالبًا ما تتجاوز درجات حرارة الصحراء 40 درجة مئوية، مما يؤثر بشكل كبير على أداء أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية. عادةً ما يتراوح معامل الطاقة الحرارية للألواح الشمسية بين -0.3% و-0.5% لكل درجة مئوية فوق درجة حرارة الاختبار القياسية (STC) البالغة 25 درجة مئوية. هذا يعني أن كل درجة مئوية فوق 25 درجة مئوية تنخفض كفاءتها. على سبيل المثال، عند 45 درجة مئوية، قد تفقد اللوح ما بين 6% و10% من طاقتها المقدرة.بالنسبة للبطاريات، تُسرّع درجات الحرارة المرتفعة من تدهورها. على سبيل المثال، قد ينخفض ​​عمر بطاريات الرصاص الحمضية إلى النصف مع كل زيادة قدرها 10 درجات مئوية فوق 25 درجة مئوية. أما بطاريات الليثيوم أيون (Li-ion)، فرغم مرونتها، إلا أنها لا تزال تعاني من انخفاض في دورة حياتها وقدرتها على الاحتفاظ بالسعة عند درجات حرارة عالية مستمرة.

استراتيجيات التخفيف:

• الألواح الشمسية:استخدم ألواحًا ذات معامل حرارة منخفض. تأكد من تدفق هواء كافٍ حول الألواح وهياكل التركيب لتبديد الحرارة. استخدم مواد تركيب فاتحة اللون تعكس الحرارة.
• البطاريات:احفظ البطاريات في علب معزولة حرارياً، أو فكّر في دفنها تحت الأرض حيث تكون درجات الحرارة أكثر استقراراً وبرودة. استخدم أنظمة إدارة البطاريات (BMS) المزودة بحماية من الحرارة. يُفضّل استخدام أنواع بطاريات كيميائية، مثل فوسفات حديد الليثيوم (LiFePO4)، التي تتميز بثبات حراري أفضل ونطاق درجة حرارة تشغيل أوسع (عادةً ما يصل إلى 60 درجة مئوية للتفريغ، مع العلم أن حدود الشحن قد تكون أقل).

ما هي الاعتبارات الأساسية والتصميمية الهيكلية المثالية لإضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية في المناطق الصحراوية الرملية القاحلة؟

التربة الصحراوية الرملية غالبا ما تكون فضفاضة وعرضة للتآكل، مما يتطلب تصاميم أساس متخصصة لضمان الاستقرار ضد أحمال الرياح وحركة الأرض.

• أنواع الأساسات:يُفضّل عادةً الأساسات العميقة. تشمل الخيارات:
  • أساسات الأكوام:يمكن للأكوام المدفوعة أو المثقوبة الوصول إلى طبقات فرعية أكثر استقرارًا.
  • الأكوام الحلزونية:توفر الأكوام المثبتة بالبراغي تركيبًا سريعًا ومقاومة جيدة للسحب في التربة الرملية.
  • الأرصفة الخرسانية ذات القواعد الموسعة:بالنسبة للأعماق الضحلة، تعمل القاعدة الأوسع على توزيع الحمل بشكل أكثر فعالية.
• حمل الرياح:غالبًا ما تتعرض الصحاري للرياح العاتية. يجب أن تأخذ التصاميم الإنشائية في الاعتبار أحمال الرياح الكبيرة، مع الالتزام بمعايير مثل ASCE 7 (أحمال التصميم الدنيا والمعايير المرتبطة بها للمباني والمنشآت الأخرى) أو قوانين البناء المحلية. يجب أن تكون مواد الأعمدة، عادةً الفولاذ المجلفن بالغمس الساخن أو سبائك الألومنيوم، متينة ومقاومة للتآكل. كما يؤثر ارتفاع الأعمدة ووزن المصباح على حجم الأساس المطلوب وسمك العمود.
• الحماية من التآكل:توفر عملية الجلفنة بالغمس الساخن (HDG) للمكونات الفولاذية حماية ممتازة ضد التآكل على المدى الطويل ضد العناصر.

ما هي الحلول الفعالة لمنع تراكم الغبار على الألواح الشمسية والحفاظ على أدائها في البيئات الصحراوية؟

يشكل الغبار (الاتساخ) عائقًا كبيرًا للأداء في الصحاري، إذ يمكنه خفض إنتاج الألواح الشمسية بنسبة تتراوح بين 15% و30% أو حتى أكثر في حالات محددة، كما أفادت دراسات في الشرق الأوسط.

الحلول:

• زاوية الميل المُحسّنة:على الرغم من عدم منع الغبار بشكل مباشر، فإن زاوية الميل الأكثر انحدارًا (على سبيل المثال، >15-20 درجة) يمكن أن تشجع على بعض التنظيف الذاتي أثناء أحداث الأمطار النادرة أو الرياح القوية.
• الطلاءات الكارهة للماء/المضادة للكهرباء الساكنة:إن استخدام الطلاءات النانوية المتخصصة يمكن أن يقلل من التصاق الغبار ويجعل الألواح أسهل في التنظيف، إلا أن فعاليتها على المدى الطويل وصيانتها تحتاج إلى دراسة.
• التنظيف المنتظم:هذه هي الطريقة الأكثر مباشرة وفعالية.
  • التنظيف اليدوي:استخدام فرش ناعمة وماء منزوع المعادن (لتجنب الرواسب المعدنية). يعتمد تكرار التنظيف على مستويات الغبار، وغالبًا ما يكون أسبوعيًا أو كل أسبوعين.
  • أنظمة التنظيف الآلية:في حين أن هناك أكثر شيوعا في مزارع الطاقة الشمسية الكبيرة، فإن المنظفات الروبوتية الصغيرة أو أنظمة الرش المتخصصة بدأت تظهر لإضاءة الشوارع، مما يوفر صيانة بدون استخدام اليدين.
• التعيين الاستراتيجي:يمكن أن يؤدي وضع مصابيح الشوارع بعيدًا عن الطرق غير المعبدة أو مواقع البناء إلى تقليل التعرض المباشر للغبار المحمول جوًا.

ما هي تقنيات البطاريات الأكثر ملاءمة لتطبيقات الصحراء ذات درجات الحرارة العالية، وما هو عمرها الافتراضي المتوقع؟

بالنسبة للبيئات الصحراوية، يعد اختيار تقنية البطارية أمرًا بالغ الأهمية لموثوقية النظام وطول عمره.

• بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO4):تعتبر هذه بشكل عام الخيار الأفضل لإضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية في الصحراء.
  • الاستقرار الحراري:تتمتع بطاريات LiFePO4 بثبات حراري أعلى مقارنة بمركبات Li-ion الكيميائية الأخرى، مع نطاق درجة حرارة التفريغ التشغيلي الذي يصل غالبًا إلى 60 درجة مئوية.
  • دورة الحياة:إنها توفر دورة حياة مثيرة للإعجاب، تتراوح عادةً من 2000 إلى 6000 دورة شحن/تفريغ إلى عمق تفريغ بنسبة 80% (DoD)، متفوقة بشكل كبير على بطاريات الرصاص الحمضية.
  • عمر:بفضل الإدارة الحرارية المناسبة والشحن المحافظ، يمكن لبطاريات LiFePO4 أن تدوم لمدة تتراوح بين 7 إلى 15 عامًا في ظروف الصحراء.
• بطاريات النيكل والكادميوم (Ni-Cd):رغم أن بطاريات النيكل والكادميوم أقل شيوعًا في التركيبات الجديدة، إلا أنها تتحمل درجات الحرارة العالية جيدًا وتتمتع بعمر افتراضي طويل. إلا أن انخفاض كثافتها الطاقية ومشاكلها البيئية (سمية الكادميوم) تجعلها أقل ملاءمة.
• بطاريات الرصاص الحمضية (جل/AGM):رغم انخفاض سعرها مُسبقًا، يتدهور أداؤها بشكل ملحوظ في درجات الحرارة المرتفعة. ويمكن أن ينخفض ​​عمرها الافتراضي بشكل كبير من 3-5 سنوات إلى سنة أو سنتين فقط عند تعرضها لدرجات حرارة أعلى من 35 درجة مئوية باستمرار. كما أنها تتطلب أغلفة أعمق وصيانة دورية.

توصية:استثمر في بطاريات LiFePO4 عالية الجودة مع نظام إدارة البطارية (BMS) المتكامل للحصول على الأداء الأمثل وعمر افتراضي أطول في مناخات الصحراء القاسية.

ما هي المتطلبات المحددة الموجودة للأسلاك والتأريض وحماية التيار الزائد في تركيبات إضاءة الشوارع الشمسية في الصحراء؟

تتطلب السلامة الكهربائية في البيئة الصحراوية اهتمامًا دقيقًا بالتدهور الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية، ودرجات الحرارة القصوى، والصواعق.

• الأسلاك:
  • مقاومة الأشعة فوق البنفسجية:يجب أن تكون جميع الكابلات الخارجية مقاومة للأشعة فوق البنفسجية، وعادة ما تكون مصنوعة من مادة XLPE (البولي إيثيلين المتشابك) أو العزل الخاص بالطاقة الشمسية، لمنع التشقق والتدهور الناتج عن الإشعاع الشمسي الشديد.
  • تصنيف درجة الحرارة:يجب أن تكون الكابلات مصممة لتحمل أقصى درجات الحرارة المحيطة المتوقعة، مما يضمن سلامة العزل.
  • الموصلات:استخدم موصلات مقاومة للماء والغبار حاصلة على تصنيف IP67 أو IP68 لمنع دخول الرطوبة والغبار، مما قد يؤدي إلى التآكل وقصر الدوائر الكهربائية.
• التأريض:
  • الحماية من الصواعق:المناطق الصحراوية، بتضاريسها المسطحة والمفتوحة، معرضة بشدة لصواعق البرق. لذا، يُعدّ وجود أنظمة تأريض متينة أمرًا بالغ الأهمية. يجب أن يكون لكل عمود قضيب تأريض مخصص، متصل به وبجميع المكونات الكهربائية. ومن الممارسات الشائعة تحقيق مقاومة تأريض أقل من 5 أوم.
  • الترابط:يجب ربط جميع المكونات المعدنية للنظام (القطب، إطارات الألواح الشمسية، حاوية البطارية) معًا بشكل صحيح وتوصيلها بنظام التأريض.
• حماية من زيادة التيار:
  • أجهزة حماية التيار الزائد (SPDs):قم بتثبيت أجهزة SPD على مدخل التيار المستمر من اللوحة الشمسية، وفي وحدة التحكم في الشحن، وعلى مخرج برنامج تشغيل LED لحماية الأجهزة الإلكترونية الحساسة من الارتفاعات المفاجئة الناجمة عن الصواعق والجهد الزائد العابر.

كيف يمكن لأنظمة المراقبة عن بعد والتحكم الذكي تعزيز إدارة وكفاءة مصابيح الشوارع الشمسية الصحراوية؟

يؤدي دمج أنظمة المراقبة عن بعد والتحكم الذكي إلى تحويل مصابيح الشوارع الشمسية السلبية إلى أصول ذكية، وهو أمر ضروري لتحسين الأداء وتقليل تكاليف التشغيل في المواقع الصحراوية النائية.

• مراقبة الأداء في الوقت الفعلي:
  • جمع البيانات:يمكن للأنظمة نقل البيانات في الوقت الفعلي حول مخرجات اللوحة الشمسية، وجهد البطارية، والتيار، ودرجة الحرارة، وحالة تشغيل LED (تشغيل/إيقاف، مستوى التعتيم).
  • اكتشاف الخطأ:تتيح التنبيهات الفورية للأعطال (على سبيل المثال، فشل اللوحة، أو تدهور البطارية، أو انقطاع المصباح) إمكانية الصيانة الاستباقية، مما يقلل بشكل كبير من وقت التوقف عن العمل.
• إدارة الطاقة المُحسّنة:
  • التعتيم التكيفي:استنادًا إلى أنماط حركة المرور أو الإضاءة المحيطة أو الأحداث المجدولة، يمكن تعديل شدة الضوء عن بُعد، مما يوفر طاقة البطارية ويطيل وقت التشغيل.
  • الجدولة:يمكن تخصيص أوقات تشغيل/إيقاف البرنامج وملفات تعريف التعتيم وتحديثها عن بعد لأعمدة الإنارة الفردية أو المجموعات.
• انخفاض تكاليف التشغيل والصيانة:
  • عدد أقل من زيارات الموقع:تعمل التشخيصات عن بعد على تقليل الحاجة إلى عمليات التفتيش المادية، وهي ذات قيمة خاصة في المواقع الصحراوية التي يصعب الوصول إليها.
  • الصيانة التنبؤية:يسمح تحليل اتجاهات الأداء بتوقع الأعطال المحتملة، مما يتيح إجراء الصيانة المجدولة بدلاً من الإصلاحات الطارئة.
• قابلية التوسع والتكامل:تسمح منصات إنترنت الأشياء الحديثة بدمج العديد من مصابيح الشوارع في نظام إدارة مركزي، مما يوفر نظرة عامة شاملة والتحكم.

تتخصص كوين إن لايتنج في حلول الإضاءة الشمسية المتينة وعالية الأداء، المصممة للبيئات القاسية. تتميز منتجاتنا بإدارة حرارية متقدمة لإطالة عمر البطارية وكفاءة الألواح، باستخدام بطاريات LiFePO4 عالية الجودة مع نظام إدارة بطاريات ذكي. نقدم أعمدة متينة مجلفنة بالغمس الساخن، مصممة لتحمل أحمال الرياح العاتية وظروف الصحراء القاسية، إلى جانب مكونات حاصلة على تصنيف IP68 لمقاومة الغبار والماء. توفر أنظمة التحكم الذكية المتكاملة لدينا مراقبة آنية وتعتيمًا تكيفيًا، مما يضمن الاستخدام الأمثل للطاقة والحد الأدنى من الصيانة حتى في أكثر المنشآت الصحراوية بُعدًا. اختر كوين إن لايتنج لموثوقية لا مثيل لها وأداء طويل الأمد في الأماكن الأكثر أهمية.

مراجع:

1. سكوبلاكي، إي.، وباليفوس، جيه إيه (2009). حول اعتماد الأداء الكهربائي لوحدة الخلايا الكهروضوئية على درجة الحرارة: مراجعة لارتباط الكفاءة بدرجة الحرارة.طاقة شمسية، 83(5)، 614-624.
2. شارما، ف.، وبهاتي، تي إس (2018). تأثير الغبار على أداء الطاقة الشمسية الكهروضوئية: مراجعة.تحويل الطاقة وإدارتها، 176، 276-302.
3. عثمان، م.س.، وحامد، ف. (2020). أداء تقنيات الخلايا الشمسية المختلفة تحت تراكم الغبار في البيئات الصحراوية.تقارير الطاقة، 6، 230-239.
4. جينا، أ.ك.، بهسكار، ك.، ورامانا، ج.ف. (2020). بطاريات ليثيوم أيون لتطبيقات تخزين الطاقة الشمسية.المواد اليوم: الإجراءات، 27، 2697-2704.
5. ASCE/SEI 7، الأحمال التصميمية الدنيا والمعايير المرتبطة بها للمباني والهياكل الأخرى (طبعات مختلفة).
6. IEC 61730-2: مؤهلات سلامة الوحدة الكهروضوئية (PV) - الجزء 2: متطلبات الاختبار.
7. بيانات الصناعة وأفضل الممارسات من الشركات المصنعة الرائدة لمكونات الإضاءة الشمسية فيما يتعلق بتصنيفات IP ومقاومة الأشعة فوق البنفسجية ومعايير التأريض.