איך לפתור את בעיית החלפת הסוללה באורות רחוב סולריים משולבים?

למה בעיית החלפת הסוללות מהווה את המחסום העיקרי במערכות אורות רחוב סולריים משולבות?

הסוללה היא הגורם העיקרי לבעיות בכל מערכות התאורה החיצונית הסולארית המשולבות. למערכות תאורה חיצונית סולארית משולבות יש מספר רב של רכיבים שיכולים לשרוד שנים רבות, כגון פאנלים סולאריים ומנורות LED; עם זאת, הסוללות הן הרכיב החלש ביותר. לאחר כ-5–7 שנים הן עלולות להראות סימנים של טעינה ופריקה. גורמים כגון החלפת סוללות מהווים כ-60 אחוז מהעלויות לתיקון ותחזוקת התאורה. למערכות תאורה חיצונית סולארית משולבות יש שלוש בעיות עיקריות הנוגעות להחלפת סוללות:

1. שינויים כימיים בסוללה הנגרמים מטעינה ופריקה יומיומית

2. קורוזיה תרמית פנימית הנגרמת מחום קיצוני וקור קיצוני

3. בעיות בימים ענניים, כאשר הסוללות נפרקות לחלוטין

אסטרטגיות העיצוב של המערכות המשולבות הופכות את המצב למתוח יותר. בניגוד למערכות אחרות, היחידות המוגנות הללו דורשות פירוק מלא כדי להגיע לסוללה, מה שגורם לפירוק והרכבה מחדש להיות גדולים פי שלושה לעומת סוגי הסוללות האחרים. הסרת הסוללה עלולה לפגוע בשלמות מערכת הניקוז. סוללות הדורשות החלפה נחשבות ליחידות מרוחקות, כלומר עלויות ההחלפה וההובלה יכולות להשתרע עד 40 אחוז מהעלות הכוללת.

מחזור ההחלפה, ללא גישות אסטרטגיות, מבטל את היתרונות האקולוגיים של תאורת רחוב סולארית. ניהול פעיל של הסוללות הופך לחיוני כדי להאריך את פרקי השירות ולשמר את האמינות. עמידות, תקופת חיים ושגרת החלפות בשימוש ביחידות תאורת רחוב סולארית משולבות.

אורך מחזור חיים, סבילות חום וקצב כשלים בשטח (2–5 שנים)

בעת השוואת סוללות עופרת-אשלגן לסוללות ליתיום, לסלולות ליתיום יש תקופת חיים ממוצעת של 2,000–6,000 מחזורי טעינה, בעוד שلسוללות עופרת-אשלגן יש רק 500–1,000 מחזורי טעינה – כלומר הבדל של 4–6 פעמים במספר המחזורים. הוכח גם שסוללות הליתיום נמשכות זמן רב יותר מאשר סוללות העופרת-אשלגן המתאימות להן, וכן שיפרו את ביצועיהן והפחיתו את ירידת הביצועים בתחומי טמפרטורות רחבים יותר בהשוואה לסוללות העופרת-אשלגן המתאימות להן. סוללות הליתיום פועלות ומבצעות היטב גם בטמפרטורות נמוכות, כגון מינוס 20 מעלות צלזיוס, ואף בטמפרטורות גבוהות יותר, כגון 60 מעלות צלזיוס. לעומת זאת, לסוללות עופרת-אשלגן יש אובדן ביצועי התחלה של כ־20–50% בטמפרטורות קפיאה, וייתכן שאיבדן הביצועים והקיבולת שלהן יגדל בטמפרטורות גבוהות – 25 מעלות צלזיוס ומעלה. לסוללות עופרת-אשלגן נגרמת דרדרה חמורה ברכיבים הפנימיים של התאים. מרבית מערכות הסוללות מסוג עופרת-אשלגן סובלות מסולפטציה פנימית ומזיקת קורוזיה לרכיבים הפנימיים, מה שגורם להחלפת הסוללות כל 2–3 שנים באקלימים חמים, ומדי 3–5 שנים באקלימים קרירים. לעומת זאת, מרבית התקנות של סוללות ליתיום שומרים על לפחות 80% מהקיבולת האגירה לאחר 5 שנות שירות, וב-7 מתוך 10 התקנות גם לאחר 10 שנות שירות אין צורך בביצוע תחזוקה, והקיבולת המוחזקת דומה.

אין זה פלא שכך הרבה ערים אומצות את טכנולוגיית LiFePO4 למערכות התאורה ברחובותיהן, מאחר שהאורך המוגדל של תקופת החיים שלהן מפחית את עלויות התחזוקה ב-40% עד 60% בהשוואה לחלופות המסורתיות של סוללות עופרת-חמצן.

שילוב טכנולוגיית BMS חכמה: ניבוי תקלות וتحسين עמידות הסוללה בעמודי תאורה סולריים עם עיצוב משולב

כיצד טכנולוגיית BMS מתקדמת מפחיתה את דעיכת הסוללה באמצעות איזון מתח/טמפרטורה והערכה של מצב הטעינה (SOC)

מערכות ניהול סוללות (BMS) נוכחיות באורות רחוב סולריים מנסות למנוע הדרדרות מוקדמת של הסוללה באמצעות שלושה אמצעים. האמצע הראשון הוא איזון מתח, אשר כולל מניעת הטענה המופרזת או הטענה הבלתי מספקת (פריקה מלאה) של תאי סוללה בודדים; שינוי בודד זה יכול להגביר את משך חייו של חבילת הסוללות כולה ב-30% ויותר. שנית, קיימים חיישני טמפרטורה שמניעים את המערכת מלעלות מדי בטמפרטורה, למשל במהלך גלי החום הקטסטרופליים של הקיץ, כדי לסייע בשימור הקיבולת המלאה של הסוללה. שלישית, קיימים אלגוריתמים להערכה של SOC (רמת הטעינה) שבודקים דפוסי פריקה קודמים על מנת לחזות האם מתח הסוללה תומך בתפעול בטווחים שזוהו כמסוכנים. אפשר לומר שהתכונה המרשימה ביותר של מערכות BMS אלו היא הפונקציונליות החזוייה שלהן בנוגע לסבירות להתרחשות של בעיות אלו. הפונקציונליות החזוייה יכולה לזהות אי-סדירות קטנות במתח או דפוסי טמפרטורה חריגים שעלולים להוביל לכשל מערכת, ובכך לאפשר פעולות תחזוקה שימנעו כשל בתפעול ושימרו את התפקוד הפעיל של המערכת – דבר בעל ערך כלכלי ותפעולי.

התקנת מחדש של מערכת ניהול סוללה (BMS) מודולרית: עקיפת אילוצי תכנון של יחידות תאורה סולארית רחוביות אינטגרליות ומסוגרות

ההתקנה מחדש של יחידות תאורת רחוב סולאריות משולבות עם פתרונות חכם ל-BMS עשויה להיות מוגבלת על ידי העיצוב של המיכל. תאורות רחוב ישנות משולבות במיכל אטום שאין בו מקום נוסף לשינויים או להוספת מעגלים נוספים, מה שמביא לדרישה להתקנת מערכות מיכל חכם ל-BMS חיצוניות שמתאימות לשימוש בחוץ. עם זאת, החדשות הטובות הן שהמחברים הם בדרך כלל תואמים, הודות לזמינות של מתאמים סטנדרטיים המחוברים למסבים הקיימים, כך שלא יידרש שום שינוי במיכל הקיים. לניהול תרמי ולשילוב מדף בקרת חום, מוצבות פדים מוליכי חום בין הרכיבים החדשים למרכיבי מדף הבקרת חום הקיימים. במעל 80% מהמקרים, שיטה זו של התקנה מחדש, שנבדקה בשטח, ידועה כמשפרת את משך חיים הסוללה ב-2–4 שנים. בשיטה זו נשמרת גם דרגת התנגדות לסביבה החיצונית של היחידות המקוריות, והיא מעוצבת בהתאם. רבי-ערים רבים מוצאים את השיטה הזו אפשרית טכנית וاقتصדית.

שיטות להחלפת סוללות לתחזוקת אורות רחוב סולריים משולבים

רשימת החלפה מודרכת: כימיה, מתח וرابط תרמי

השתמשו בפרוטוקול זה להחלפה פשוטה של סוללות באורות רחוב סולריים משולבים.

כימיה: ודאו שמתנעי הטעינה (הקיימים) והסוללות (החדשות) תואמים — ליתיום-ברזל-פוספט (LiFePO4) וסוללות עופרת-אצה דורשים מתחים שונים.

מתח: מדדו את מתח הפעולה ללא עומס לפני ההתקנה. כל מתח מחוץ לטווח התקני (±0.5V) הוא ככל הנראה פגם יצרני.

קשר תרמי: השתמשו בצירוף תרמי מוליך חום בעוצמה של 1.5 וואט למטר לקלווין (W/mK) והחליפו את הפדים, אם קיימים, בנקודת המגע בין הסוללה ללוח, כדי למנוע חימום יתר.

עמידות למטאורולוגיה: לאחר הצבת הסוללה, אך לפני סגירת המיכל, בדקו את מיכל הסוללה לדייקות על ידי טביעה ב-30 ס"מ של מים במשך 10 דקות.

מחזור חוזר: בצעו 3 מחזורי טעינה-פריקה מלאים, ואל תעלו על עומק פריקה של 80% כדי להשיג את מספר המחזורים המרבי של הסוללה.

בהתאם לתהליך זה, טכנאי השטח מצליחים ב-92% מהמקרים. בהשוואה לשיטות ההחלפה האחרות, תהליך זה מפחית את הקריאה החוזרת ב-40%.

מהו הדף של השאלות הנפוצות?

למה הסוללות שבמנורות הרחוב הסולריות נדשות מהר יותר מאשר הפאנלים הסולריים ומנורות ה-LED?

הסוללות שבמנורות הרחוב הסולריות עוברות פריקות עומק, תנאים קיצוניים של טמפרטורה ומחזורי טעינה/פריקה יומיים, ולכן הן נדשות מהר יותר לעומת רכיבים אחרים.

באילו יתרונות זוכות סוללות LiFePO4 על פני סוללות עופרת-חומצה כאשר הן משמשות במנורות רחוב סולריות?

סוללות LiFePO4 מציגות אורך חיים ארוך יותר וביצועי טמפרטורה טובים יותר, בעוד שסוללות עופרת-חומצה דורשות החלפה בתדירות גבוהה יותר, מה שמגביר את עלויות התחזוקה ב-40% עד 60%.

באילו דרכים תורמות מערכות ניהול הסוללות (BMS) לאורך החיים הארוך יותר של הסוללות במנורות הרחוב הסולריות?

במונחי תקופת חיים של הסוללות, מערכות ניהול הסוללות (BMS) מאטות את השפעות ההתדרדרות של הסוללות ומעודדות את הפעולה הבטוחה שלהן. ניתן להשיג זאת באמצעות איזון ו/או השוואה של מודולי הסוללה במונחים של המתח והטמפרטורה שלהם; הערכת מצב הטעינה (SOC); וגילוי בעיות לפני שהן גורמות לתקלה במערכת ניהול הסוללות.

אילו קשיים נתקלים כאשר מנסים לשלב מערכות ניהול סוללות מודרניות באורות רחוב סולריים ישנים?

אורות רחוב סולריים ישנים נוטים להיות בעלי עיצוב צמוד שמסוגר מצידיו השונים, מה שדורש יצירת תיבות חיצוניות למערכת ניהול הסוללות (BMS), וכן דרישה להבטיח שמחברים יהיו תואמים.