كيفية خفض تكلفة صيانة مصابيح الإضاءة في الشوارع الحضرية؟

التحول إلى مصابيح LED للشوارع لتحقيق عمر افتراضي أطول ومعدلات أعطال أقل

لماذا تفوق عمر مصابيح LED للشوارع عمر مصابيح البخار العالي الضغط (HPS) وهاليد المعادن بمرتين إلى ثلاث مرات؟

عند مقارنتها بمصابيح الشوارع التقليدية ذات الضغط العالي من الصوديوم أو الهاليد المعدني، تدوم مصابيح الشوارع LED لمدة أطول بمرتين إلى ثلاث مرات. فنحن نتحدث عن عمر افتراضي يتراوح بين ٥٠٬٠٠٠ و١٠٠٬٠٠٠ ساعة، مقارنةً بـ ١٠٬٠٠٠ إلى ٢٤٬٠٠٠ ساعة لأنظمة الإضاءة الأقدم. ويبلغ العمر الافتراضي لمصابيح LED أكثر من خمسة أضعاف العمر الافتراضي للمصابيح التقليدية، وذلك بسبب تركيبها شبه الموصل (Solid-State) وكيفية إدارتها للحرارة. أما سبب عطل المصابيح التقليدية ذات التفريغ الغازي فهو اهتراء الأقطاب الكهربائية، واحتراق الخيوط الحرارية، وتشقق أو كسر الغلاف الزجاجي. وهذه المشكلات التي تعاني منها المصابيح التقليدية غير موجودة في مصابيح LED، لأنها تتكون من مكونات شبه موصلة ولا تستخدم أغلفة زجاجية. كما أن أنظمة التبريد المتطورة لمصابيح LED واللوحات الدائرية المصممة بدقة تحمي مصادر الإضاءة. وتظل معظم وحدات الإضاءة LED عالية الجودة تعمل بكفاءة تزيد على ٧٠٪ من أدائها الأصلي بعد ٥٠٬٠٠٠ ساعة من التشغيل. وقد أفادت العديد من المدن التي نفذت وحدات إضاءة LED بانخفاض نسبته ٦٠٪ في عدد المصابيح التي تحتاج إلى استبدال، مقارنةً بالمصابيح التقليدية المستخدمة في إضاءة الشوارع. وهذا انخفاض كبير يُحدث فرقاً جوهرياً في ميزانيات التشغيل والصيانة الخاصة بالمدن.

عائد الاستثمار في العالم الحقيقي: كيف خفضت المدن تكاليف صيانة مصابيح الشوارع السنوية بنسبة ٦٠–٧٠٪

توفر البلديات تكاليف الصيانة عند تحويلها لمصابيح الشوارع إلى تقنية LED. وتساهم التوفيرات الناتجة عن انخفاض حالات الطوارئ، وسلاسة التشغيل، وطول عمر المصباح في هذه النتائج الإجمالية. فعلى سبيل المثال، لو قامت إحدى المدن باستبدال ١٠٬٠٠٠ وحدة إضاءة شارعية تعمل بالصوديوم عالي الضغط بتقنية LED، فإن تكاليف الصيانة السنوية ستتراجع من ٢٠٠٬٠٠٠ دولار أمريكي إلى ٦٠٬٠٠٠ دولار أمريكي. وهذا يعادل تخفيضًا يتجاوز ٧٠٪ ناتجًا عن عدم الحاجة إلى استبدال الوحدات الإضاءة بالكامل كل خمسة عشر عامًا. كما توفر المدن تكاليف الصيانة المرتبطة بزيارات الصيانة لتغيير المصابيح المحترقة. ويؤدي خفض عدد زيارات استبدال المصابيح إلى تقليص الحاجة إلى ساعات العمل الإضافي وعمليات إرسال الفرق الفنية للصيانة بنسبة ٥٠٪. وقد صُمّمت غلافات الوحدات ذات التصنيف IP66 لتحمل الظروف الجوية القاسية، وباستخدامها جنبًا إلى جنب مع أنظمة التحكم الذكية، يمكن تقليل احتمال حدوث أعطال مبكرة في الغلاف. ويعني توفير تكاليف الصيانة أن المدن لديها أموال أكثر لاستثمارها في البنية التحتية.

بعد أخذ تكاليف العمالة وتكاليف المكونات وتوفيرات فواتير الكهرباء المستقبلية في الاعتبار، فإن معظم مبادرات استبدال المصابيح التقليدية بمصابيح LED ستُحقِّق نقطة التعادل خلال ثلاث إلى خمس سنوات.

استخدم أنظمة التحكم الذكية لتبسيط وظائف مصابيح الشوارع وتمديد عمر المكونات المصمَّمة هندسيًّا

تساعد أنظمة التحكم الذكية التي تتضمَّن خاصية التعتيم التكيُّفي والتفعيل القائم على الحركة في التخفيف من الإجهادات الحرارية المُمارَسة على مشغِّلات مصابيح الشوارع وبصرياتها.

تُقلل الأنظمة الذكية بشكلٍ فعّال من حالات الفشل التي تطرأ على وحدات التشغيل (الدرّاج) والمكونات البصرية الناجمة عن ارتفاع درجة الحرارة، والذي يُعد عادةً السبب الرئيسي (وبتعبيرٍ لطيفٍ: «السبب المحرك») لفشل المكونات الميكانيكية والإلكترونية في أعمدة الإنارة العامة. وتقوم هذه الأنظمة عادةً بتخفيض شدة إضاءة أعمدة الإنارة إلى ما بين ٣٠٪ و٥٠٪ من قيمتها الاسمية خلال ساعات الذروة المنخفضة، وتُفعِّل فقط أنظمة الإضاءة الاستشعارية الحركية عبر إضاءة أعمدة الإنارة و/أو إشارات المرور بالكامل. وقد أظهرت عدة دراسات فعالية أنظمة التحكم الذكية في إنارة الطرق والشوارع والطرق السريعة، حيث حقَّقت انخفاضاً في درجات الحرارة التشغيلية والإجهادات الحرارية المؤثرة على المكونات الإلكترو-بصرية الميكانيكية لأعمدة الإنارة والعدسات بلغ ١٥–٢٠°م. كما تقلل أنظمة التحكم الذكية من معدلات الشيخوخة في المكثفات والوصلات اللحامية، وتؤخّر ظهور ما يُعرف بـ«متلازمة العدسة الصفراء». وقد أثبت تنفيذ أنظمة التحكم الذكية بشكلٍ روتيني تمديد عمر خدمة وحدات التشغيل بمقدار ضعفين إلى ثلاثة أضعاف، وتقليل عدد مرات استبدال المكونات البصرية بنسبة تزيد على ٥٠٪ (وفي بعض الحالات، تجاوزت النسبة ٩٠٪).

الأدلة من حالات واقعية: تُقلل أنظمة الإنارة الذكية للشوارع التردد المطلوب للصيانة بنسبة تقارب ٤٥٪.

يمكن خفض أعمال الصيانة بشكل كبير بفضل أنظمة التحكم الذكية. فعلى سبيل المثال، أظهرت دراسة حديثة أُجريت على مدى عامين في ١٢ مدينة مختلفة أن الأنظمة التكيفية قلّلت من مكالمات الخدمة بنسبة تتراوح بين ٤٠٪ و٤٥٪. ويعزى معظم هذا التحسين إلى قدرة الأنظمة على الوقاية من المشكلات عبر تشغيلها عند طاقة أقل من الحد الأقصى، مما يجنب ارتفاع درجة الحرارة ويمنع الأعطال الناجمة عن ارتفاع الحرارة. وفي الواقع، لاحظ المشغلون انخفاضًا بنسبة ٣٠٪ في حالات الأعطال عند تشغيل المعدات عند ٥٠٪ من طاقتها القصوى. أما مستشعرات الحركة؟ فهي لا تخيب الآمال، إذ ساهمت في خفض مكالمات الخدمة خارج أوقات الدوام بنسبة ٦٠٪. وبما أن عدد الأعطال أصبح أقل، يمكن للفرق أن تتصرف بشكل استباقي لتنفيذ عمليات ترقية النظام. وهذه الطريقة لا تمدّد عمر النظام فحسب، بل وتقلل التكاليف بعدة طرق.

تمكين الصيانة التنبؤية لمصابيح الإضاءة الحضرية عبر مراقبة إنترنت الأشياء (IoT)

الكشف المبكر عن فشل السائق أو انحراف الجهد أو تدهور الخلايا الضوئية عبر أجهزة استشعار الإنترنت للأشياء (IoT)

لا تنتظر أنظمة المراقبة الذكية حتى يتعطل شيءٌ ما، ولا تعمل وفق جدول صيانة مُحدَّد مسبقًا لأعمدة الإنارة. بل إن أنظمة المراقبة الذكية مزوَّدة بمجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار لمختلف المتغيرات الأداء، وتقارن قيمها بالقيم المتوقعة لكل عمود إنارة. وتشمل هذه المتغيرات استهلاك الطاقة، والجهد، ودرجة الحرارة، وزمن استجابة الخلية الضوئية (الضوء). فعلى سبيل المثال، فإن ارتفاع التيار الكهربائي بنسبة ١٥٪ في سائق الإضاءة يشير على الأرجح إلى احتمال فشله خلال ٣ أيام. كما أن عدم استجابة الخلية الضوئية، أو خروج الجهد عن النطاق المُحدَّد، يستدعي إجراء صيانة للعمود أو قد يؤدي إلى عطلٍ تامٍّ له. وأخيرًا، يمكن لأجهزة استشعار درجة الحرارة أن تُزيل الغموض حول التنبيهات الكاذبة (فمثلًا، إذا ارتفعت حرارة العمود فجأةً، فقد يحتاج إلى صيانة بدلًا من أن يكون السبب هو التقدم الطبيعي في العمر أو الانخفاض التدريجي في سطوع الضوء).

يساعد هذا الفنيين على معالجة المشكلات في موقع محدد بدلًا من استبدال الأنظمة بأكملها، نظرًا لأن بعض المكونات قد تفشل محتملًا.

تُعقِّد أمثلة مراقبة أعمدة الإنارة عن بُعد الفرق بين الإصلاحات الطارئة والصيانة الروتينية. ففي هلسنكي وبرشلونة، أدّت المراقبة عن بُعد لأعمدة الإنارة إلى توقُّع انخفاض في مكالمات الخدمات الطارئة بنسبة تتراوح بين ٣٠٪ و٣٥٪ خلال عامٍ واحد فقط بعد التثبيت. وتساعد مراقبة حالة أعمدة الإنارة فرق الصيانة على التقدُّم خطوةً واحدةً أمام معدّاتها لتفادي الإصلاحات غير المُخطَّط لها ومكالمات الخدمات الطارئة. وفي هلسنكي، وجد المهندسون أن أنظمة المراقبة حسَّنت صيانة أعمدة الإنارة بنسبة تصل إلى ٣٥٪، وذلك لأن هذه الأنظمة كشفت عن اختلالات في الأسلاك التي قد تبقى غير مكتشفة حتى تفشل وتؤدي إلى مكالمة خدمة طارئة. وتوفِّر الصيانة الاستباقية مكالمات إصلاح طارئة، لأن الاختلالات في أنظمة التوصيلات لا يمكن اكتشافها جميعها بصريًّا أثناء الصيانة الروتينية. ويمكن تمديد الفترة الزمنية بين حدوث الاختلالات وانهيار أنظمة التوصيلات قبل ورود المكالمة الطارئة من خلال الصيانة الروتينية. كما تسمح الصيانة الروتينية المركَّزة حول أنظمة التوصيلات المُحدَّدة بتخطيط أفضل لمسارات فرق الإصلاح لتقليل مسافات السفر. وبذلك تُحقِّق مراقبة أعمدة الإنارة الطارئة ربحيةً في مجال صيانة أعمدة الإنارة. أما الصيانة الروتينية المستندة إلى مراقبة أعمدة الإنارة فهي أكثر فعالية من حيث التكلفة، لأن أعمدة الإنارة في الأحياء الخاضعة للمراقبة تظل مشتعلةً، ما يوفِّر على هذه الأحياء عشرات الآلاف من الدولارات.

أسئلة شائعة

١. لماذا يجب على المدن أن تفكر في التحول إلى مصابيح الشوارع LED؟
وبالمقارنة مع مصابيح الشوارع التقليدية التي تدوم من ١٠٬٠٠٠ إلى ٢٤٬٠٠٠ ساعة، فإن مصابيح الشوارع LED تدوم من ٥٠٬٠٠٠ إلى ١٠٠٬٠٠٠ ساعة. كما أنها أقل تكلفةً نظراً لاحتياجها إلى صيانة أقل، وتُحافظ على ما لا يقل عن ٧٠٪ من سطوعها حتى بعد الاستخدام المطوّل.

٢. ما الفوائد المترتبة على استخدام مصابيح الشوارع LED الخاضعة للتحكم الذكي؟
تقلل أنظمة التحكم الذكية من الحاجة إلى الصيانة وتطيل عمر مصابيح الشوارع LED من خلال خفض الإجهاد الحراري عبر التعتيم التكيفي.

٣. ما الفوائد المترتبة على استخدام أنظمة المراقبة القائمة على إنترنت الأشياء (IoT) لمصابيح الشوارع؟
تقوم أنظمة المراقبة القائمة على إنترنت الأشياء (IoT) بتتبع الأداء في الوقت الفعلي للكشف عن الأعطال قبل حدوثها والتنبؤ بالاحتياجات المستقبلية. ويُعد هذا النوع من المراقبة في الوقت الفعلي أقل تكلفةً، ويزيد من عمر مصابيح الشوارع.

٤. ما مدى عملية الأنظمة الذكية؟
أثبتت أنظمة المراقبة عن بُعد أنها عملية ومفيدة جدًّا في مدن مثل هلسنكي وبرشلونة، حيث تُنفَّذ صيانة أعمدة الإنارة بكفاءة. وبما أن الحاجة إلى الإصلاحات الطارئة تقلُّ، فإن هذه الأنظمة توفر ما نسبته ٣٠–٣٥٪ من تكاليف الإصلاح.