تدابير وقائية ضد مخاطر تكثف الجليد على مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية

من المشاكل التي يُغفل عنها بسهولة عند الترويج لأعمدة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية وتطبيقها في المناطق الباردة، تراكم الجليد والثلج على سطح المصابيح، حيث يتشكل الجليد بعد ذوبانه بفعل الحرارة. وبمجرد تشكل الجليد، فإنه يُشكل خطراً جسيماً على سلامة المركبات والمشاة. وبالنسبة لأعمدة إنارة الشوارع بتقنية LED تحديداً، ونظراً لأن غلاف المصباح مصنوع عادةً من الألومنيوم، فإن أكسيد الألومنيوم الموجود على السطح مادة محبة للماء، مما يزيد من احتمالية تكثف الجليد. في عام 2008، تسببت عاصفة ثلجية واسعة النطاق في جنوب البلاد في تكثف كميات كبيرة من الجليد على أسلاك الجهد العالي المصنوعة من الألومنيوم، مما أدى إلى انهيارها وإلحاق أضرار بالغة بالعديد من منشآت الطاقة. لم تكن هذه الكارثة ناجمة عن الأحوال الجوية فحسب، بل أيضاً عن كون كابلات الجهد العالي المصنوعة من الألومينا مادة محبة للماء، وهو ما يُعد عاملاً مهماً. ونظراً لتأثير ذلك على سلامة حركة المرور، فإن منع تكثف الجليد يُعد إجراءً وقائياً يجب مراعاته عند تطبيق أعمدة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية في المناطق الباردة.

لحل هذه المشكلة التقنية الأساسية، قمنا بتحليل أسباب تجمد الماء على سطح الجسم والتصاق الجليد به بقوة، وذلك من خلال تحليل التصوير المجهري لسطح الجسم المغطى بالجليد. أظهرت النتائج التجريبية أن استخدام مواد ذات خصائص كارهة للماء ممتازة فقط ليس كافيًا لمنع تكثف الجليد، بل قد يتجمد الماء بقوة على سطح بعض المواد. وتُبين نتائج الاختبار أن: الجليد يلتصق بأي سطح؛ وأن الشقوق والانخفاضات على سطح الجسم تُعد سببًا رئيسيًا آخر لالتصاق الجليد به بقوة؛ وأن المواد ذات الخصائص الكارهة للماء الجيدة تُؤخر عملية التجمد، لكنها لا تمنع تكون الجليد.

بهدف إجراء مقارنة أدق لقدرة المواد المختلفة على منع تكثف الجليد، قمنا بدراسة معمقة للعلاقة الداخلية بين بنية السطح وخصائصه وطبقة الجليد المتكونة على مختلف الأجسام من زوايا متعددة، تشمل: الشكل الهيكلي والطبقة المتكونة، والجليد، والمواد الهيكلية والتجلد، وتشطيب السطح والتجلد، وصلابة السطح والتجلد. أظهرت نتائج البحث أن المكونات ذات البنية البسيطة والمتراصة، والتي تتميز بخصائص ممتازة في مقاومة الماء وكرهه، لا تتعرض لتكثف الجليد.

استنادًا إلى بيانات الاختبار هذه، قمنا بتركيب مصابيح إنارة شوارع بتقنية LED ذات أشكال ومواد غلاف مختلفة خلال فصل الشتاء لمدة عامين متتاليين. ومن خلال التجارب، وجدنا أن جميع المصابيح تتميز بمظهر أملس وناعم، ولا يتراكم عليها الجليد أو الثلج أو الماء. كما أن مصابيح إنارة الشوارع بتقنية LED ذات السطح المقاوم للماء بشكل ممتاز لا تتسبب في تكثف الجليد.

تقع معظم المناطق الباردة في بلدي في خطوط عرض عليا، حيث يسود مناخ بارد وتفاوت كبير في درجات الحرارة، مما يفرض تحديات جديدة على استخدام منتجات إنارة الطرق بالطاقة الشمسية. من جهة أخرى، يتجاوز متوسط ​​ساعات الإضاءة اليومية السنوية في معظم المناطق الباردة المتوسط ​​المحلي، وبالتالي يرتفع استهلاك الطاقة اللازمة للإضاءة. لذا، فإن الخصائص الجغرافية المتمثلة في قصر النهار وطول الليل قد زادت الطلب على تطبيقات الإضاءة الشمسية. إجمالاً، ينطوي استخدام منتجات الإضاءة الشمسية على تحديات وفرص في آن واحد.