كيفية تصميم مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية بتقنية LED

تتكون مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية بتقنية LED من خلايا شمسية، ومولدات طاقة الرياح، وبطاريات تخزين، ووحدات تحكم، ومحولات، ومصابيح LED، وأقواس تثبيت، وأعمدة إنارة. وبحسب تركيب هذه المكونات، تُصنف إلى أنواع هجينة تعمل بالطاقة الشمسية والرياح، وأنواع مكملة للتيار الكهربائي، وأنواع مستقلة.

نظراً للقيود المفروضة من قبل عوامل مثل كثافة توزيع ضوء الشمس، ووقت الإضاءة، والطقس الغائم المستمر، والثلوج والأمطار، وما إلى ذلك، يتم عادةً حساب سعة الخلايا الكهروضوئية أو بطارية التخزين بدقة، ويتم استخدام الطاقة التكميلية من الرياح والطاقة الشمسية أو طاقة المدينة لضمان تلبية احتياجات الإضاءة للمشروع.

عند تصميم أو تحديد مخططات مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية بتقنية LED، يجب أن تتوافق المكونات مع متطلبات المعايير الوطنية ذات الصلة. وفي حال عدم وجود معيار وطني مطابق، يجب تطبيقها وفقًا لمتطلبات معايير اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC)، أو معايير الصناعة، أو معايير التحالفات، أو معايير الشركات، لضمان سلامة المنتج وأدائه بما يتوافق مع متطلبات المعايير.

يجب أن تستوفي أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية متطلبات المواصفة القياسية GB/T 9535-2006 بعنوان "تصميم وتقييم واعتماد وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية المصنوعة من السيليكون البلوري للاستخدام الأرضي". كما يجب أن تستوفي بطاريات الرصاص الحمضية ذات الصمامات الثابتة المتطلبات المقابلة من سلسلة معايير GB/T 19638. ويجب أن تستوفي بطاريات الرصاص الحمضية المتطلبات المقابلة من سلسلة معايير GB/T 19639، بينما يجب أن يستوفي جهاز التحكم والعاكس متطلبات المواصفة القياسية GB/T 26849-2011 بعنوان "متطلبات الأداء لأجهزة التحكم الإلكترونية لإضاءة الطاقة الشمسية الكهروضوئية". ووفقًا للمواصفة القياسية 7000.5، يجب أن تستوفي مكونات مثل أعمدة الإنارة وأقواس التثبيت متطلبات المادة 6.5 من المواصفة القياسية GB 24460-2009.

1. الخلية الشمسية

الخلايا الكهروضوئية هي مكون شبه موصل كهروضوئي يحول الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية من خلال التأثير الكهروضوئي أو التأثير الكيميائي الضوئي، ويمكنها إخراج الجهد وتوليد التيار عند وجود دائرة كهربائية، كما أنها تتمتع بمقاومة معينة للتآكل والمطر والبرد والرياح.

يُعدّ جهاز التحكم المكوّن الأساسي لأعمدة إنارة الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية بتقنية LED. فهو من جهة، يتحكّم في شحن وتفريغ البطارية لحمايتها من الشحن الزائد. ومن جهة أخرى، يقوم بتغيير وضبط وضع تشغيل البطارية وفقًا لتغيّرات كمية ضوء الشمس المُستقبلة من الألواح الشمسية والحمل. كما يقوم بتوزيع الطاقة الكهربائية من البطارية على مصابيح LED بتيار ثابت.

2، بطارية

تُستخدم البطارية كوحدة تخزين طاقة لمصباح الشارع الذي يعمل بالطاقة الشمسية بتقنية LED. تقوم الخلايا الكهروضوئية بتحويل الطاقة الضوئية الفعالة المستلمة إلى طاقة كهربائية، وتُدخلها إلى البطارية لتخزينها، وتُوفر الطاقة الكهربائية لمصباح الشارع بتقنية LED عند الحاجة إلى الإضاءة.

عادةً ما تحتوي البطارية الواحدة على وسائل حماية ضدّ حالات الشذوذ مثل الجهد الزائد والجهد المنخفض وارتفاع درجة الحرارة، بالإضافة إلى وظائف حماية أخرى مثل الشحن الزائد والتفريغ الزائد والتيار الزائد. عند الشحن، تُجدّد البطارية المادة الفعّالة (وتخزّن الطاقة الكهربائية على شكل طاقة كيميائية). وعند التفريغ، تتحوّل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية.

3. وحدة التحكم

يُعدّ جهاز التحكم المكوّن الأساسي لأعمدة إنارة الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية بتقنية LED. فهو من جهة، يتحكّم في شحن وتفريغ البطارية لحمايتها من الشحن الزائد. ومن جهة أخرى، يقوم بتغيير وضبط وضع تشغيل البطارية وفقًا لتغيّرات كمية ضوء الشمس المُستقبلة من الألواح الشمسية والحمل. كما يقوم بتوزيع الطاقة الكهربائية من البطارية على مصابيح LED بتيار ثابت.

يلعب جهاز التحكم دورًا محوريًا في استمرارية واستقرار النظام، ويجب أن يتوافق مع المعيار الوطني الحالي GB/T 26849، الذي يشترط ألا يتجاوز تيار اللاحمل الأقصى 1% من التيار المقنن لضمان استهلاك منخفض للطاقة. يستخدم جهاز التحكم والمنسق المزودان بوظيفة التحكم الذكي تقنية الاتصال اللاسلكي أو تقنية نقل الطاقة عبر خطوط الكهرباء لتشكيل شبكة نظام، حيث يقومان برصد ظروف إضاءة الشوارع بتقنية LED والظروف البيئية في الوقت الفعلي، وإجراء تحليل ومعالجة البيانات، وإرسال تعليمات التحكم وفقًا لظروف إضاءة الشوارع بتقنية LED والطاقة الكهربائية لتحقيق مراقبة وتحكم ذكيين في إضاءة الشوارع بتقنية LED وتوزيع الطاقة الكهربائية بعد ربطها بالشبكة، مما سيغير الوضع الحالي للتحكم اللامركزي والمستقل في إضاءة الشوارع بتقنية LED الشمسية، وذلك باستخدام الشبكات اللاسلكية وأنظمة التحكم الذكية.