ما الذي يجعل مصباح الفيضانات الشمسي مناسبًا للبناء الليلي؟

الأنظمة المشتركة في تشغيل الإضاءة الشمسية

تستخدم أضواء الفيضانات الشمسية أربعة أجزاء رئيسية لتحويل أشعة الشمس إلى كهرباء قابلة للاستخدام لتغذية نفسها. وفي بداية هذه العملية، تقوم لوحة الطاقة الشمسية بجمع أشعة الشمس وتُفعّل تأثير الخلايا الكهروضوئية لإنتاج تيار كهربائي مستمر (DC)، ولإنتاج ألواح شمسية قابلة للاستخدام التجاري، تستخدم الشركات موادًا أحادية البلورة التي تتمتع بكفاءة تتراوح بين ١٥٪ و٢٢٪ في إنتاج الكهرباء. ولتحويل أشعة الشمس إلى كهرباء قابلة للاستخدام، يجب أن تحوّل لوحة الطاقة الشمسية طاقة الضوء إلى طاقة كهربائية.

مراحل عملية الإضاءة الشمسية

بمجرد أن تجمع لوحة الطاقة الشمسية كمية كافية من الكهرباء، تبدأ في إرسالها إلى البطارية. ولمنع شحن البطارية بشكل مفرط أو تفريغها بعمقٍ زائد، يُضاف جهاز تحكُّم في الشحن لتنظيم تدفق الكهرباء. وتتميَّز تقنيات بطاريات الليثيوم أيون وليثيوم حديد الفوسفات (LiFePO₄) بأن عمرها الافتراضي المفيد يتجاوز عشر سنوات مع أكثر من ٢٠٠٠ دورة شحن. وتتيح البطارية تشغيل المصابيح لمدة ١٢ ساعة دون الحاجة إلى الاتصال بشبكة كهربائية للشحن، ما يعني إمكانية استخدام المصابيح بعيدًا عن الشبكات الكهربائية.

إضاءة

وبمجرد غروب الشمس، تُفعَّل أجهزة استشعار الضوء جنبًا إلى جنب مع وحدات الإضاءة LED عالية الكفاءة تلقائيًّا لإضاءة المصابيح. وباستنادٍ إلى طريقة التركيب والتكوين، يمكن أن تُنتج وحدات الإضاءة LED ما بين ٣٠٠٠ و٨٠٠٠ لومن. ويتم تنفيذ هذه العملية من بدايتها إلى نهايتها رقميًّا، مما يؤدي إلى التخلص من الأسلاك وتقليل البصمة الكربونية بنسبة ٧٠٪ في المتوسط مقارنةً بالمصابيح السلكية (مجلة الطاقة المتجددة، ٢٠٢٣).

العوامل المهمة عند تقييم جودة مصابيح الفيضانات التي تعمل بالطاقة الشمسية

اللومن، وعرض الحزمة الضوئية، والتأثير الإجمالي للإضاءة

يُقاس مستوى الإضاءة ومساحة توزيع الضوء بوحدة اللومين. وبالتالي، كلما زاد عدد اللومينات، زادت مساحة المنطقة المُضاءة. ويجب أن يُنتج ضوء الفيض الشمسي الذي يُستخدم لإضاءة ممر السيارات أو محيط العقار ما لا يقل عن ١٠٠٠ لومين، وقد يصل إلى ٢٠٠٠ لومين. ويجب ملاحظة أن زاوية الحزمة تحدد مساحة التغطية؛ فحزمة واسعة بزاوية ١٢٠ درجة يمكنها إضاءة مساحة تتراوح بين ٥٠٠ و١٠٠٠ قدم مربع، في حين أن الحزمة الأضيق ذات الزاوية ٩٠ درجة تكون أكثر تركيزًا على منطقة معينة. ويمكن لممر سيارات نموذجي يتسع لسيارتين كحد أقصى أن يستخدم ما يصل إلى حوالي ١٥٠٠ لومين مع حزمة بزاوية ١٢٠ درجة. وباختيار ضوء الفيض الشمسي المناسب، يمكن إضاءة البقع المظلمة مع الحفاظ على الطاقة. كما يمكن تشغيل أضواء الفيض الشمسية عالية اللومينات أثناء النهار، حتى في الأجواء الغائمة، وذلك لأن لوحة الطاقة الشمسية تكون أكبر وتحتوي على بطارية أكثر قوة.

سعة البطارية، وكفاءة اللوحة، والموثوقية في جميع الأحوال الجوية

تُحدد سعة تخزين الطاقة في البطارية المدة التي ستستمر فيها البطارية قبل أن تحتاج إلى إعادة شحن، وتُعبَّر عنها بوحدة الواط-ساعة (Wh). فعلى سبيل المثال، تدوم بطارية نموذجية سعتها 36 واط-ساعة لمدة ٨–١٠ ساعات عند شدة إضاءة تبلغ ١٠٠٠ لومن. أما بالنسبة للألواح الشمسية، فإن البطاريات أحادية البلورة تتفوق عادةً على البطاريات متعددة البلورات، لا سيما في الساعات الأولى من الصباح والمساء المتأخر عندما يكون الضوء خافتًا جدًّا. وتُظهر الاختبارات أنه في هذه الظروف، تشحن البطاريات أحادية البلورة البطاريات بنسبة أسرع تصل إلى ٢٥٪ مقارنةً بالبطاريات متعددة البلورات. كما أن مقاومة الطقس تكتسب أهمية مماثلة. فمعظم الألواح الشمسية تحمل تصنيف IP، وعلى سبيل المثال، فإن الألواح التي تحمل تصنيف IP65 أو أعلى صُمِّمت لتحمل الغبار والمطر دون أي مشاكل. وصُمِّمت معظم الألواح للعمل ضمن نطاق درجات حرارة يتراوح بين ٢٠- درجة مئوية و٥٠ درجة مئوية. ولضمان عمل الألواح في فصل الشتاء، اختر ألواحًا شمسية مصممة لتخلّص نفسها من الثلج، وازوجها ببطاريات مزودة بآليات لحمايتها من درجات الحرارة المنخفضة.

أفضل الممارسات الخاصة بالتركيب للحصول على أداءٍ مثالي من مصابيح الفيضان الشمسية

التعرض لأشعة الشمس / ارتفاع تركيب مصباح الفيضان الشمسي / ضبط مستشعر الحركة

لا يمكننا التأكيد بما يكفي على مدى أهمية إنجاز التركيب بشكلٍ صحيح منذ المحاولة الأولى بالنسبة للأداء الكلي. فتحتاج الألواح الشمسية إلى التعرُّض لأشعة الشمس المباشرة لمدة تتراوح بين ٦ و٨ ساعات يوميًّا. وفي المناطق الواقعة شمال خط الاستواء، يجب ضبط الألواح لتتجه نحو الجنوب الحقيقي. ولتحسين كفاءتها خلال أشهر الشتاء، يمكن تعديل زاوية الألواح موسميًّا لتعويض ما يقارب ٢٥٪ من الطاقة الضائعة. وفقًا لأبحاث أجرتها وكالة الطاقة الوطنية الأمريكية (NREL) في عام ٢٠٢٢. وللحصول على أفضل تغطية لإضاءة الأمن، يُوصى بارتفاع تركيب المصابيح بين ٨ و١٠ أقدام. إذ إن تركيب المصابيح عند ارتفاع أقل من ذلك سيمنع الأشخاص من تفعيل المستشعرات. ومن ناحية أخرى، فإن تركيب المصابيح على ارتفاع يزيد عن ١٠ أقدام قد يسمح للأشخاص بالمرور أسفل نطاق المستشعرات دون تفعيل الإضاءة.

يُنصح بالتحقق من مناطق التفعيل عند الغسق قبل إجراء تركيب دائم. وقد ترغب في ضبط مجال الرؤية ليغطي ١٨٠ درجة لالتقاط الحركات، وضبط حساسية الجهاز لتفادي التفعيل المتكرر الناتج عن كائنات صغيرة مثل الراكون. ويمكن ضبط مدة استمرار اكتشاف الحركة بين ٣٠ و٩٠ ثانية لتوفير طاقة البطارية وفقًا لمتطلبات التطبيق المحددة. ولا تنسَ فحص مقاومة العُدد للعوامل الجوية عند إغلاق الأختام أثناء تركيب الجهاز. إذ قد يؤدي تلف الختم إلى تسرب المياه إلى الوحدة، ما قد يتسبب في تلف المكونات ويؤدي إلى مشكلات كبيرة في وقت لاحق.

عند تقييم خيارات الإضاءة الخارجية، تعمل مصابيح الفيض الشمسية والأنظمة السلكية الأساسية في مجالات جوهرية مختلفة نظراً للاختلافات في التكلفة والموثوقية والصداقة مع البيئة. ففي الظاهر، تكون تكلفة النماذج الشمسية أعلى بنسبة 20 إلى 50 في المئة مقارنةً بأنظمتها السلكية المنافسة. ومع ذلك، يجب أخذ تكاليف التشغيل المرتبطة بتغذية هذه المصابيح بالطاقة في الحسبان على المدى الطويل، ما يوفّر قيمة أكبر في المناطق التي تُعدّ تكلفة ربطها بشبكة الكهرباء مرتفعةً جداً. كما أن عملية التركيب تختلف كذلك إلى حدٍّ كبيرٍ يجعل الفرق في تكاليف التركيب ملحوظاً. وبما أن الأنظمة الشمسية لا تتطلب حفر الخنادق أثناء التركيب، فإن ذلك يؤدي إلى وفورات كبيرة في تكاليف الحفر التجارية، والتي تبلغ في المتوسط حوالي 740,000 دولار أمريكي وفقاً لتقرير معهد بونيمون لعام 2023. ولذلك، بينما يتم تركيب الأنظمة الشمسية وتشغيلها خلال ساعات قليلة وبجهدٍ إضافي ضئيل، فإن الأنظمة السلكية تتطلب وقتاً طويلاً للتنفيذ وتكاليف إضافية بسبب الحاجة إلى كهربائيين مرخَّصين، بالإضافة إلى جميع الشروط الأخرى المتعلقة بإصدار التصاريح وإعداد الأسلاك الكهربائية.

قد يعتمد موثوقية نظام الإضاءة على عوامل عديدة. ويمكن أن تكون الخيارات التقليدية السلكية موثوقةً في حالات المطر أو الثلج، مما يجعلها مناسبةً لمناطق الأمن التي قد تشكّل فيها الأعطال مشكلةً. أما خيارات الإضاءة الشمسية فهي بحاجةٍ إلى أشعة الشمس للشحن. وباستنادٍ إلى كمية أشعة الشمس المتاحة خلال النهار، يمكن لنظام شمسي عالي الجودة أن يستمر في العمل لمدة تتراوح بين ٨ و١٢ ساعة عند شحنه بالكامل. وبما أن خيارات الإضاءة الشمسية تعتمد على مصدر طاقة قابل لإعادة الاستخدام، فهي لا تُنتج أي انبعاثات كربونية، ما يجعلها خيارًا مناسبًا للمباني الخضراء.

عند النظر في الخيارات المختلفة، فإن الاختيار يعتمد على مكان التثبيت.

الاستخدام التجاري: تعد خيارات الإضاءة الشمسية مناسبةً للأسوار ومواقف السيارات والبوابات. أما الخيارات السلكية فهي أفضل للمستودعات الكبيرة والمباني التجارية المهمة.

الاستخدام السكني: تكون الخيارات السلكية أفضل لمداخل المنازل الرئيسية التي تحتاج إلى إضاءة أفضل. أما الخيارات الشمسية فهي مناسبةٌ لإضاءة الحدائق والطرق المؤدية إليها.

عندما يتعلق الأمر بخيارات الإضاءة، فإن الفرق الرئيسي يكمن في القدرة على التحكم في الإضاءة والقدرة على الحصول على مصدر إضاءة ثابت.

أسئلة شائعة

هل تعمل أضواء الفيضانات الشمسية في الأيام الغائمة؟

نعم، تعمل أضواء الفيضانات الشمسية في الأيام الغائمة لأنها مزوَّدة ببطارياتٍ تُخزِّن فيها الطاقة التي جمعتها من أشعة الشمس. ومع ذلك، فإن كفاءتها ستقلُّ بشكل كبير في الأيام الغائمة.

كم تدوم البطاريات في أضواء الفيضانات الشمسية؟

البطاريات المستخدمة في هذا النوع من الأضواء هي بطاريات ليثيوم أيون أو ليثيوم حديد فوسفات حديثة، ويمكن أن تدوم لأكثر من ١٠ سنوات وأكثر من ٢٠٠٠ دورة شحن.

ما الارتفاع المناسب لتثبيت أضواء الفيضانات الشمسية؟

الارتفاع المناسب لتثبيت أضواء الفيضانات الشمسية هو ٨–١٠ أقدام، لأن هذا الارتفاع يوفِّر تغطية متوازنة جيدةً وكشف حركة فعّالاً بشكل عام.

هل أضواء الفيضانات السلكية أفضل من الأضواء الشمسية؟

يعتمد هذا على نوع التطبيق. وعادةً ما تكون أنظمة الإنارة الكاشفة السلكية أكثر موثوقيةً في الحالات التي تتطلب كمية كبيرة جدًا من الإضاءة. ومن الأمثلة الجيدة على التطبيقات التي تتفوق فيها المصابيح الكاشفة السلكية على المصابيح الكاشفة الشمسية المساحات مثل المستودعات. أما المصابيح الكاشفة الشمسية، فمن الأفضل استخدامها في المواقع التي لا تتوفر فيها إمكانية الاتصال بالشبكة الكهربائية، وبالتالي لا تترتب عليها أي تكاليف طاقة.