مبدأ عمل نظام إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية

لقد ساهم ظهور مصابيح الشوارع الشمسية بشكل كبير في حل مشكلة استخدام الكهرباء في المناطق النائية. تُعرف ذروة قدرة الخلية الشمسية بأنها أقصى قدرة خرج للخلية الشمسية في ظل الظروف القياسية، وتُقاس بوحدة واط الذروة، أو يُرمز لها بالرمز WP. تعتمد قدرة خرج الخلية الشمسية على الإشعاع الشمسي، وتوزيع ضوء الشمس، ودرجة حرارة تشغيل الخلية. وتختلف قدرة خرج الخلية الشمسية نفسها باختلاف الأوقات والأماكن. ليس الأمر كما يتصور البعض، حيث لا تتطابق قدرة الخرج المقدرة مع قدرة الخلية الشمسية طالما وُجد ضوء الشمس. من الطبيعي أن تتفاوت قدرة الخرج للخلايا الشمسية الاصطناعية مع قدرة مصدر الضوء. عند حسابها حسب المساحة، تبلغ قدرة خرج كل متر مربع من الخلايا الشمسية حوالي 120 واط. ومع تحسن كفاءة التحويل، تزداد قدرة الخرج تبعًا لذلك. يجب تحديد قدرة خرج وحدة الخلية الشمسية وفقًا لقدرة مصدر الضوء للمصباح الشمسي، ووقت الاستخدام، والظروف المناخية والجغرافية المحلية. أثناء استخدام وحدات الخلايا الشمسية، إذا حُجبت خلية شمسية واحدة بأوراق الشجر لفترة طويلة، فإنها ستسخن وتتلف تحت أشعة الشمس القوية، وقد يتسبب ذلك في تلف وحدة الخلايا الشمسية بأكملها. يُعرف هذا بظاهرة الجزيرة الحرارية. ولمنع هذه الظاهرة، تُوضع الخلايا الشمسية عادةً بشكل مائل، بحيث لا يمكن تغطية سطحها بأي حاجز. في أي نظام إضاءة يعمل بالطاقة الشمسية، تؤثر جودة دائرة التحكم في الشحن والتفريغ بشكل مباشر على نجاح أو فشل النظام. ونظرًا لعدم استقرار الطاقة الداخلة إلى نظام توليد الطاقة الكهروضوئية، فإن التحكم في شحن البطارية فيه أكثر تعقيدًا من التحكم التقليدي. يجب أن يتمتع جهاز التحكم في الخلايا الكهروضوئية ذو الأداء الجيد بوظائف حماية متنوعة، مثل التحكم في شحن وتفريغ البطارية، وتنظيم درجة الحرارة، وتتبع الطاقة القصوى، والحماية من الشحن الزائد، والحماية من التفريغ الزائد، والحماية من قصر الدائرة، والحماية من التوصيل العكسي، بالإضافة إلى وظائف التبديل التلقائي وضبط الوقت. وبالتالي، يُضمن التشغيل الموثوق للنظام، وفي الوقت نفسه، تستطيع وحدة الخلايا الشمسية إخراج أقصى طاقة ممكنة بذكاء في ظل ظروف درجات الحرارة والإشعاع المختلفة، مما يُكسب نظام الإضاءة كفاءة عالية. ونظرًا لأن شحن بطارية نظام الإضاءة الشمسية يتم مباشرةً من الخلايا الشمسية، فإن الطاقة المُستمدة غير مستقرة. لذا، يجب اختيار بطاريات ذات سعة مناسبة وأداء موثوق لضمان عمل نظام توليد الطاقة الكهروضوئية بكفاءة. في أنظمة الإضاءة الكهروضوئية الشمسية، تُستخدم عادةً بطاريات الرصاص الحمضية التي لا تحتاج إلى صيانة. تُعد بطارية الرصاص الحمضية التي لا تحتاج إلى صيانة نوعًا جديدًا من البطاريات، فهي مُغلقة تمامًا، وتتميز بمعدل تفريغ عالٍ وخصائص مستقرة، ولا تحتاج إلى إضافة الماء، كما أنها سهلة التركيب، وصغيرة الحجم، ويمكن تركيبها أفقيًا أو رأسيًا، ويبلغ عمرها الافتراضي عادةً من 5 إلى 7 سنوات. مبدأ اختيار نصف سعة البطارية هو: أولاً، تلبية متطلبات الإضاءة الليلية، وتخزين أكبر قدر ممكن من الطاقة المولدة من ألواح الخلايا الشمسية خلال النهار، وفي الوقت نفسه، تلبية احتياجات ليانغ شو من الطاقة الكهربائية للإضاءة ليلاً في الأيام الممطرة. إذا كانت سعة البطارية صغيرة جدًا، فلن تكفي لتلبية احتياجات الإضاءة الليلية. أما إذا كانت كبيرة جدًا، فستبقى البطارية في حالة فقدان طاقة لفترة طويلة، مما يُقصر عمرها ويُهدر استثمارات غير ضرورية. وفقًا للظروف الفعلية، يمكن اختيار مصباح الشارع الشمسي من بين مصادر إضاءة متنوعة، مثل مصابيح 12 فولت تيار مستمر الموفرة للطاقة، ومصابيح الصوديوم منخفضة الجهد، ومصابيح الصوديوم عالية الضغط، ومصابيح الحث الكهرومغناطيسي عديمة الأقطاب. بغض النظر عن مصدر الإضاءة المُختار، يرتبط سطوعه وقوته ارتباطًا مباشرًا، ويؤثران أيضًا بشكل مباشر على تكوين النظام وتكلفة الاستثمار. في ظل ظروف الإضاءة نفسها، كلما زادت قوة مصدر الإضاءة، زاد نطاق الإضاءة، وزاد حجم النظام، وارتفعت التكلفة. كلما انخفضت الطاقة، قلّ السطوع، وقلّت متطلبات النظام، وانخفضت التكلفة. يمكن استخدام أعمدة الإنارة والمصابيح العادية كخيار لإضاءة الطاقة الشمسية. في حال اعتماد حل تركيب وحدة الخلايا الشمسية مباشرةً على عمود الإنارة، يجب تصميم حامل وحدة الخلايا الشمسية بما يتناسب مع مساحة وحدة الخلايا الشمسية، مع مراعاة مقاومة عمود الإنارة للرياح. يتوفر نطاق واسع من المصابيح والأعمدة التي تلبي عمومًا متطلبات الاستخدام والجمال.