كيف تختار مصباحًا شمسيًّا للطرق متكامل الجودة؟

جودة لوحة الطاقة الشمسية — أساس الطاقة

أنا ضوء شمسي مدمج في الشوارع لا تكون موثوقيته إلا بمقدار موثوقية اللوحة الشمسية التي تشحن بطاريته. فلو انخفضت قدرة اللوحة من ١٠٠ واط إلى ٨٠ واط خلال ثلاث سنوات، فإنها ستُنتج طاقة أقل يوميًّا بعد ذلك — ما يؤدي إلى عدم شحن البطارية بالكامل، وضعف إضاءة الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) في وقت مبكر، وإطفاء المصباح المُصمَّم للعمل من الفجر حتى الغسق عند الساعة ٣:٠٠ صباحًا.

الخلايا أحادية البلورة مقابل متعددة البلورات، والقدرة الكهربائية للوحة ومعدل التدهور

تبلغ كفاءة الخلايا أحادية البلورة من ١٩٪ إلى ٢٢٪، وهي تحافظ على هذه الكفاءة بشكل أفضل في ظروف الإضاءة المنخفضة (مثل الغيوم أو الفجر أو الغسق) عندما ضوء شمسي مدمج في الشوارع يحتاج كل فوتون متاح. وتصل كفاءة الخلايا متعددة البلورات إلى ١٥٪–١٧٪ بتكلفة أقل. أما في مصباح مدمج بقدرة ٦٠ واط، فإن الخلايا أحادية البلورة تُنتج ما بين ١٥٪ و٢٠٪ أكثر من الواط-ساعة يوميًّا — أي ما يعادل ١٫٥ إلى ٢٫٥ ساعة إضافية من الإضاءة الليلية. ويجب ألا تتجاوز نسبة التدهور السنوية ٠٫٥٪ للخلايا أحادية البلورة من الفئة الأولى. وبمعدل تدهور سنوي قدره ١٫٥٪، تنخفض الطاقة الناتجة بنسبة ١٥٪ بحلول العام العاشر — أي أن المصباح الذي كان يعمل ١٢ ساعة عند التركيب سيقل وقت تشغيله تدريجيًّا ليصبح ٨ ساعات، ثم يفشل في توفير إضاءة كافية طوال الليل.

حالة واقعية — بلدية تُقارن بين عرضَيْ إضاءة

بلدية في جنوب شرق آسيا تقيّم عرضَيْ توريد لإضاءة ٣٠٠ وحدة ضوء شمسي مدمج في الشوارع تلقت الوحدات المُركَّبة على طول طريق ساحلي عرضين. العرض أ: لوحات شمسية متعددة البلورات بقدرة 60 واط مع بطارية من نوع NMC سعتها 384 واط-ساعة، وبسعر 285 وحدة. العرض ب: لوحات شمسية أحادية البلورة بقدرة 55 واط مع بطارية من نوع LiFePO₄ سعتها 360 واط-ساعة، وبسعر 310 وحدة. وقد حسب فريق التقييم التكلفة الإجمالية على مدى دورة الحياة (10 سنوات) باستخدام معدلات التدهور المحددة من قِبل الشركة المصنِّعة: 1.2% سنويًّا للوحات الشمسية متعددة البلورات، و0.5% سنويًّا للوحات أحادية البلورة؛ ومعدل عمر البطارية من حيث عدد دورات الشحن والتفريغ: 800 دورة تصل فيها بطارية الـNMC إلى 80% من سعتها الأصلية، و2500 دورة لبطارية الـLiFePO₄. وقد حقَّق النظام الأحادي البلورة من شركة HAIROLUX، وهي شركة متخصصة في أنظمة الطاقة الشمسية والإضاءة الذكية بالصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED)، إنتاجًا إجماليًّا يفوق بنسبة 22% من وحدات الواط-ساعة طوال العمر التشغيلي، رغم ارتفاع سعر الشراء بنسبة 9%. وقررت البلدية اختيار العرض ب. وبعد مرور 24 شهرًا من التشغيل، أظهرت القياسات الميدانية أن إنتاج اللوحات الشمسية بلغ 97.8% من القيمة الاسمية المُعلَّنة، وهو ما يتماشى مع معدل التدهور السنوي المحدد والمقدَّر بنسبة 0.5%.

تقنية البطاريات — قرار الاستقلالية الليلية

البطاريات الليثيوم أيون من نوع LiFePO₄ مقابل NMC، وتحديد سعة البطارية، وعمر الدورة التشغيلية عند درجة حرارة التشغيل

البطارية في ضوء شمسي مدمج في الشوارع يعمل عند درجة حرارة تتراوح بين ٥٠°م و٦٠°م داخل الغلاف المغلق تحت أشعة الشمس الاستوائية. وتتحمل بطاريات ليثيوم حديد فوسفات (LiFePO₄) هذه الظروف: حيث تصل دورة حياتها إلى ٢٠٠٠–٣٠٠٠ دورة حتى تنخفض سعتها إلى ٨٠٪، بينما تحدث الانفجارات الحرارية عند درجات حرارة تزيد عن ٢٧٠°م، ولا تحتوي هذه البطاريات على الكوبالت. أما خلايا نيكل منغنيز كوبالت (NMC) فتوفر كثافة طاقة أعلى (٢٠٠–٢٥٠ واط·ساعة/كغ مقارنةً بـ١٢٠–١٤٠)، لكن عدد دوراتها ينخفض إلى ٨٠٠–١٢٠٠ دورة عند ارتفاع درجة الحرارة. ويجب أن تكون السعة كافية لتوفير الطاقة اللازمة لإضاءة الليل لمدة ٣–٥ ليالٍ. أما التصغير في الأبعاد فيُقلّل التكلفة، لكنه يؤدي إلى إنتاج ضوءٍ يعمل في الصيف ويفشل في الشتاء عندما تنخفض الإشعاعية بنسبة ٤٠٪–٦٠٪.

الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED) والعدسات الضوئية — تحويل الطاقة المخزَّنة إلى ضوءٍ مفيد

كفاءة الانبعاث الضوئي باللومن لكل واط، وزاوية الحزمة، وتوحُّد توزيع الضوء

وحدة الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED) في ضوء شمسي مدمج في الشوارع يحوّل الطاقة المخزَّنة إلى إضاءة. وبمعدل 120 لومن/واط مقارنةً بـ 90 لومن/واط، فإن نفس مستوى الإضاءة يستهلك طاقة أقل بنسبة 25%، ما يطيل مدة التشغيل بشكل متناسب. وتوجّه توزيعات النوع الثاني أو الثالث وفق معيار IESNA LM-79 الضوء نحو الطريق، وليس نحو السماء. وينبغي أن تكون نسبة التوحُّد — أي متوسط الإضاءة مقسومًا على أقل قيمة للإضاءة — 3:1 أو أفضل من ذلك. فالنسب العالية تعني وجود مناطق ساطعة ومناطق مظلمة، بينما تؤدي النسب المنخفضة إلى إضاءة متجانسة وأكثر أمانًا.

الغلاف والمتانة البيئية

تصنيف الحماية (IP)، وتصنيف مقاومة الصدمات (IK)، ودرجة المادة، وإدارة الحرارة

يتكوّن الغلاف من ضوء شمسي مدمج في الشوارع يحمي الإلكترونيات من الماء والغبار والصدمات والحرارة في وقت واحد. الحد الأدنى هو تصنيف IP65 — وهو يوفر حماية كاملة من الغبار ومقاومة لرذاذ الماء ذي الضغط المنخفض. أما التصنيف IP66 فيوفّر حمايةً قويةً ضد رذاذ الماء القوي، ويُفضَّل استخدامه في التثبيتات الساحلية المعرَّضة لرشّ ملح الرياح. ويوفّر تصنيف IK08 (طاقة اصطدام تبلغ ٥ جول) أو IK10 (طاقة اصطدام تبلغ ٢٠ جول) حمايةً ضد التخريب والعوامل العرضية الناتجة عن سقوط الأجسام. وتوفّر غلاف سبائك الألومنيوم مع طبقة نهائية مُطلّاة بالبودرة مقاومةً للتآكل وتعمل كمبدِّد حراري — ما يُحقِّق إدارة حرارية تحافظ على درجة حرارة وصلة الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) دون ٨٥°م، إذ تزداد معدلات انخفاض شدة الإضاءة (Lumen Depreciation) عند تجاوز هذه الحرارة بمقدار ضعفين إلى ثلاثة أضعاف. وتوفّر شركة HAIROLUX مصابيح متكاملة ذات تصنيف IP65 مع أغلفة من سبائك الألومنيوم وبطاريات ليثيوم حديد فوسفات (LiFePO₄).

الأسئلة الشائعة

ما نوع لوحة الطاقة الشمسية الأنسب لمصباح الشارع المتكامل؟

الألواح أحادية البلورة بكفاءة تتراوح بين ١٩٪ و٢٢٪ ومعدل تدهور سنوي لا يتجاوز ٠,٥٪ توفر أفضل أداء طويل الأمد لمصباح الشارع المتكامل. ضوء شمسي مدمج في الشوارع تُكلِّف الألواح الكهروضوئية متعددة البلورات أقل، لكنها تتحلل بشكل أسرع وتُنتج طاقة أقل في ظروف الإضاءة المنخفضة. وتستخدم شركة هايرولكس ألواحًا كهروضوئية أحادية البلورة من الفئة الأولى.

ما مدة عمر البطارية في مصابيح الشوارع الشمسية المدمجة؟

بطارية ليثيوم حديد فوسفات (LiFePO₄) في ضوء شمسي مدمج في الشوارع تدوم من ٢٠٠٠ إلى ٣٠٠٠ دورة — أي ما يعادل ٥ إلى ٨ سنوات من التشغيل الليلي. أما بطاريات نيكل-منغنيز-كوبالت (NMC) فتدوم من ٨٠٠ إلى ١٢٠٠ دورة. ويُعتبر استبدال البطارية الحدث الرئيسي للصيانة.

ما درجة تصنيف IP التي يجب أن تمتلكها مصابيح الشوارع الشمسية المدمجة؟

أنا ضوء شمسي مدمج في الشوارع يتطلب الأمر تصنيف IP65 كحد أدنى. ويوصى باستخدام تصنيف IP66 في التثبيتات الساحلية المعرَّضة لرشّ الملح. ويشمل هذا التصنيف الغلاف المغلق بالكامل — أي الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED)، والبطارية، ووحدة التحكم.

كم عدد الأيام الملبدة بالغيوم التي يمكن لمصباح الشارع الشمسي المدمج أن يعمل خلالها؟

بحجم مناسب ضوء شمسي مدمج في الشوارع المصباح المزوَّد ببطارية ليثيوم حديد فوسفات (LiFePO₄) يوفِّر من ٣ إلى ٥ ليالٍ من التشغيل الذاتي عند مستوى السطوع المُبرمَج، ما يغطي أيامًا متتالية ملبدة بالغيوم دون الحاجة إلى مصدر طاقة شبكي احتياطي.

ما كفاءة الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED) التي تُعتبر عالية الجودة؟

أنا ضوء شمسي مدمج في الشوارع ذو كفاءة إضاءة LED تتراوح بين ١٢٠ و١٥٠ لومن/واط، وهو ما يدل على جودته العالية. أما الكفاءة الأقل من ١٠٠ لومن/واط فهي تستهلك سعة بطارية أكبر لنفس مستوى الإضاءة، مما يقلل من مدة التشغيل الليلي.

كيف تؤثر إدارة الحرارة في عمر مصباح الإضاءة المدمج؟

أنا ضوء شمسي مدمج في الشوارع مع هيكل من سبيكة الألومنيوم يعمل كمبدد حراري، ويحافظ على درجة حرارة وصلة الـLED أقل من ٨٥°م. وترفع درجات الحرارة عند الوصلة فوق هذه العتبة معدل انخفاض التدفق الضوئي بمقدار ضعفين إلى ثلاثة أضعاف.