أعمدة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية: عوامل يجب مراعاتها في تصميم أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية الشمسية

يتكون نظام توليد الطاقة الشمسية المترددة لأعمدة إنارة الشوارع من ألواح شمسية، ووحدات تحكم بالشحن، ومحولات، وبطاريات؛ بينما لا يتضمن نظام توليد الطاقة الشمسية المستمرة محولات. ولتمكين نظام توليد الطاقة الشمسية من توفير طاقة كافية للحمل، من الضروري اختيار كل مكون بعناية وفقًا لقدرة الجهاز الكهربائي. يجب أن يراعي تصميم نظام توليد الطاقة الشمسية العوامل التالية: س1. أين يُستخدم نظام توليد الطاقة الشمسية؟ وكيف هي الإشعاعات الشمسية في المنطقة؟ س2. ما هي قدرة الحمل للنظام؟ س3. ما هو جهد خرج النظام، تيار مستمر أم متردد؟ س4. كم ساعة يحتاج النظام للعمل يوميًا؟ س5. في حالة هطول الأمطار وانعدام أشعة الشمس، كم يومًا يحتاج النظام لتوفير الطاقة بشكل مستمر؟ فيما يلي مثال لشرح طريقة الحساب باستخدام طاقة خرج (حمل) 100 واط لمدة 6 ساعات يوميًا: 1. أولًا، حساب استهلاك الطاقة بالواط/ساعة يوميًا (بما في ذلك فقد الطاقة في العاكس): إذا كانت كفاءة تحويل عاكس إنارة الشارع بالطاقة الشمسية 90%، فعند طاقة خرج 100 واط، تكون طاقة الخرج الفعلية 100 واط / 90% = 111 واط؛ وإذا تم استخدامه لمدة 6 ساعات يوميًا، يكون استهلاك الطاقة 111 واط × 6 ساعات = 666 واط/ساعة، أي ما يعادل 0.666 درجة من الكهرباء. 2. حساب طاقة اللوحة الشمسية: بناءً على وقت سطوع الشمس الفعال اليومي البالغ 5 ساعات، ومع الأخذ في الاعتبار كفاءة الشحن والفقد أثناء عملية الشحن، تكون طاقة خرج اللوحة الشمسية 666 واط/ساعة ÷ 5 ساعات ÷ 70% = 190 واط. 70% من هذه الطاقة هي الطاقة الفعلية التي تستهلكها اللوحة الشمسية أثناء عملية الشحن. 3. يُحسب معدل توليد الطاقة اليومي لوحدات 180 واط كالتالي: 180 × 0.7 × 5 = 567 واط ساعة / 0.63 درجة مئوية. مثال 2: تم تركيب مصباح 10 واط، يُضيء لمدة 6 ساعات يوميًا، 3 أيام متتالية. في الأيام الممطرة، كيف يتم حساب قدرة اللوحة الشمسية (واط)؟ وسعة بطارية 12 فولت (أمبير/ساعة)؟ استهلاك الطاقة اليومي: 10 واط × 6 = 60 واط ساعة. لحساب قدرة اللوحة الشمسية: بافتراض أن متوسط ​​ساعات ذروة سطوع الشمس في موقع التركيب هو 4 ساعات، فإن: 60 واط ساعة / 4 ساعات = 15 واط للوحة الشمسية. ثم احسب فقد الشحن والتفريغ، والكمية اليومية الإضافية للوحة الشمسية: 15 واط / 0.6 × 25 واط، أي أن لوحة شمسية بقدرة 25 واط كافية. ثم احسب سعة البطارية: 60 واط/ساعة / 12 فولت × 5 أمبير/ساعة. يُستهلك 12 فولت 5 أمبير/ساعة يوميًا. ولمدة ثلاثة أيام، يكون الاستهلاك 12 فولت 15 أمبير/ساعة. يجب تصميم البطارية بحيث لا يتجاوز استهلاك الطاقة اليومي 20%، أو لا يتجاوز 50% خلال الأيام الممطرة المتواصلة، وذلك لتحقيق أقصى عمر ممكن للبطارية.

بناءً على ذلك، نستنتج أن بطارية نظام إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية هذه كافية بسعة تتراوح بين 26 و30 أمبير/ساعة. مثال 3: ما مقدار الطاقة الشمسية اللازمة لشحن بطارية 12 فولت 45 أمبير خلال 6 ساعات؟ تبلغ سعة بطارية 12 فولت 45 أمبير 648 واط/ساعة. إذا كان من المطلوب شحنها بالكامل خلال 6 ساعات، فإن الطاقة الشمسية المطلوبة نظريًا هي 108 واط فقط، ولكن في الواقع، تكون الطاقة الشمسية المطلوبة أقل من الطاقة الفعلية لبطارية 12 فولت 45 أمبير نظرًا لعوامل مثل شدة ضوء الشمس، ودرجة الحرارة، وكفاءة وحدة التحكم الكهروضوئية، والكفاءة الإجمالية، وغيرها. تُحسب الكفاءة الإجمالية للبطارية بـ 0.8. لذا، يُنصح باختيار وحدة خلايا شمسية بقدرة 135 واط. يُذكر أن تيار الشحن الأمثل لبطارية الرصاص الحمضية هو عُشر سعة البطارية، أي 4.5 أمبير. زيادة تيار الشحن ستؤدي إلى تلف ألواح البطارية. كما أن الكبرتة تؤثر سلبًا على عمر البطارية. أبسط طريقة للحساب: البطارية: 12 فولت × 45 أمبير = 40 واط/ساعة. طاقة اللوحة الشمسية = 40/6/0.8 (فقد) = 112.5 واط. كم ساعة تستغرق بطارية عادية 12 فولت 4 أمبير/ساعة لشحنها باستخدام هاتين اللوحتين الشمسيتين؟ جهد تشغيل اللوحة الشمسية 1.20 واط هو 17.2 فولت، والتيار 1.15 أمبير. إذا كانت جودة اللوحة جيدة، فإن التيار المقاس يكون عادةً 1.1 أمبير (لقد اختبرته). 2. بافتراض أن الست ساعات من الضوء التي تتحدث عنها هي من الظهر إلى ما بعد الظهر، فيمكن احتسابها كأربع ساعات من توليد الطاقة الكاملة، أي أن لوحتين 20 واط يمكنهما توليد 2 × 1.1 × 4 = 8.8 أمبير يوميًا. 3. هذه بطارية سعتها 17 أمبير/ساعة، ويمكن شحنها بالكامل في يومين. تستغرق بطارية 4 أمبير/ساعة ساعتين فقط. أو إجمالي عدد الألواح الشمسية (w) هو 25 واط (20 + 5)، وإجمالي عدد البطاريات (w) هو 20 واط (12 فولت × 17 أمبير)، والمدة الإجمالية هي 8 ساعات (204/25)، وبطاريات 4 أمبير: 48 واط × 12 أمبير = 1.92 ساعة (48/25).