كيف يعمل عمود الإنارة الشمسي؟

يعمل عمود الإنارة الشمسي عن طريق استخدام لوحة شمسية لتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء خلال النهار، وتخزين تلك الطاقة في بطارية قابلة لإعادة الشحن، ثم تشغيل مصباح LED تلقائيًا في الليل باستخدام مستشعر ضوء مدمج ونظام تحكم . تتم هذه العملية برمتها دون أي اتصال بالشبكة الكهربائية، حيث أن مكونات العمود واللوحة والبطارية والتحكم تشكل نظام إضاءة قائم بذاته. مصممة بشكل جيد القطب الضوئي للطاقة الشمسية يدمج هذه المكونات للعمل بشكل موثوق عبر التغيرات اليومية والموسمية في توافر ضوء الشمس. تشرح الأقسام أدناه كل مرحلة من مراحل العملية بالتفصيل، بدءًا من التقاط الطاقة وحتى الإضاءة الليلية.

التقاط طاقة الألواح الشمسية

تبدأ العملية باللوحة الشمسية، التي يتم تركيبها عادةً في الجزء العلوي من العمود أو على حامل قابل للتعديل، والتي تحول ضوء الشمس إلى تيار كهربائي مباشر من خلال التأثير الكهروضوئي. تستخدم معظم أعمدة الإنارة الشمسية ألواح السيليكون أحادية البلورية أو متعددة البلورات، حيث توفر الألواح أحادية البلورية عمومًا كفاءة أعلى في تحويل ضوء الشمس المتاح إلى طاقة كهربائية قابلة للاستخدام، وفقًا لبيانات أداء الألواح الشمسية العامة المشار إليها على نطاق واسع عبر صناعة الطاقة الشمسية.

العوامل التي تؤثر على شحن اللوحة

• زاوية اللوحة بالنسبة لموقع الشمس طوال اليوم
• الموقع الجغرافي ومتوسط ساعات ضوء الشمس اليومية
• الاختلاف الموسمي في مدة ضوء النهار وشدة الشمس
• التظليل من الأشجار أو المباني القريبة أو غيرها من العوائق

نظام تخزين البطارية

يتم توجيه الكهرباء التي تولدها اللوحة خلال النهار إلى بطارية قابلة لإعادة الشحن موجودة داخل قاعدة العمود أو بالقرب منها، لتخزين الطاقة للاستخدام بمجرد غروب الشمس. تستخدم معظم أعمدة الإنارة الشمسية الحديثة بطاريات فوسفات حديد الليثيوم، والتي يتم اختيارها عادةً لتطبيقات الإضاءة الخارجية نظرًا لاستقرارها عبر نطاق واسع من درجات الحرارة ودورة حياة أطول مقارنة بكيمياء البطاريات القديمة.

لماذا تعتبر كيمياء البطارية مهمة

عادةً ما يتم تقديم بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد 2000 دورة شحن أو أكثر قبل أن تنخفض السعة بشكل ملحوظ، وهو رقم شائع في مواصفات الشركة المصنعة للبطاريات لتطبيقات الطاقة الشمسية الخارجية، والذي يترجم إلى عدة سنوات من دورات الشحن والتفريغ الليلية الموثوقة قبل أن يصبح الاستبدال ضروريًا. تعتبر هذه المتانة مهمة بشكل خاص للأعمدة المثبتة في المواقع النائية حيث تكون زيارات الصيانة المتكررة غير عملية.

لائحة التحكم بالشحن

يوجد بين اللوحة الشمسية والبطارية وحدة تحكم بالشحن، وهو مكون مهم ينظم تدفق الكهرباء لمنع الشحن الزائد أو التفريغ الزائد، وكلاهما يمكن أن يقلل من عمر البطارية بشكل كبير. تقوم وحدة التحكم بالشحن بمراقبة جهد البطارية بشكل مستمر وضبط معدل الشحن وفقًا لذلك، مما يؤدي إلى قطع مدخلات اللوحة بمجرد وصول البطارية إلى الشحن الكامل ومنع البطارية من التصريف إلى ما دون الحد الأدنى الآمن أثناء الفترات الغائمة الممتدة.

وظائف جهاز التحكم بالشحن

1. منع الشحن الزائد بمجرد وصول البطارية إلى سعتها
2. حماية البطارية من التفريغ العميق أثناء فترات انخفاض ضوء الشمس
3. تنظيم الجهد ليتوافق مع متطلبات تركيبات LED المتصلة

تفعيل مستشعر الضوء تلقائيًا

تقوم الخلية الكهروضوئية، أو مستشعر الضوء، المدمج في الجهاز بمراقبة مستويات الإضاءة المحيطة بشكل مستمر وتقوم بتشغيل مؤشر LED تلقائيًا مع تلاشي ضوء النهار ثم ينطفئ مرة أخرى عند شروق الشمس. تلغي وظيفة الغسق حتى الفجر هذه الحاجة إلى التبديل اليدوي أو أجهزة ضبط الوقت أو أنظمة التحكم الخارجية، مما يسمح للعمود بالعمل بشكل مستقل بمجرد تثبيته.

كيف يعمل المستشعر على تحسين الكفاءة

نظرًا لأن المستشعر يستجيب لظروف الإضاءة المحيطة الفعلية بدلاً من جدول زمني ثابت للساعة، فإن الضوء يتكيف بشكل طبيعي مع التغيرات الموسمية في أوقات غروب الشمس وشروقها دون الحاجة إلى إعادة البرمجة. وهذا يضمن أن الجهاز يستهلك طاقة البطارية فقط خلال الساعات التي تكون هناك حاجة إليها بالفعل، مما يساعد على تمديد وقت التشغيل القابل للاستخدام لكل دورة شحن ليلية.

تشغيل تركيبات LED

بمجرد تفعيلها، تقوم تركيبات LED بتحويل طاقة البطارية المخزنة إلى ضوء مرئي، حيث تستخدم معظم الأعمدة الشمسية الحديثة رقائق LED عالية الكفاءة تستهلك طاقة أقل بكثير لكل لومن منتج مقارنة بتقنيات الإضاءة القديمة مثل الهالوجين أو تركيبات الصوديوم عالية الضغط. هذه الكفاءة هي السبب الرئيسي الذي يجعل أعمدة الطاقة الشمسية تعمل طوال الليل على بطارية مشحونة من يوم واحد فقط من ضوء الشمس، حتى خلال ساعات النهار الشتوية الأقصر.

مقارنة مخرجات LED حسب نوع القطب

تكامل مستشعر الحركة لوقت تشغيل ممتد

تشتمل العديد من أعمدة الإنارة الشمسية على مستشعر حركة اختياري يعمل جنبًا إلى جنب مع مستشعر الضوء للحفاظ على طاقة البطارية بشكل أكبر خلال ساعات النشاط المنخفض. بدلاً من التشغيل بكامل السطوع بشكل مستمر طوال الليل، يتم تعتيم الجهاز إلى مستوى استعداد أقل عند عدم اكتشاف أي حركة، ثم يضيء تلقائيًا عندما تقترب مركبة أو مشاة، قبل العودة إلى الإعداد الأقل بعد فترة محددة من عدم النشاط.

فوائد التعتيم القائم على الحركة

• يطيل وقت التشغيل الإجمالي بشحنة واحدة، وهو مفيد بشكل خاص خلال أيام الشتاء الأقصر
• يوفر السطوع الكامل بالضبط عند الحاجة للسلامة والرؤية
• يقلل من سحب الطاقة غير الضرورية خلال ساعات الليل الهادئة

مقاومة الطقس وحماية المكونات

نظرًا لأن أعمدة الإنارة الشمسية تعمل في الهواء الطلق على مدار العام، فإن المكونات الكهربائية والبطارية ودوائر التحكم موضوعة في حاويات مقاومة للعوامل الجوية تم تصنيفها لمقاومة المطر والغبار ودرجات الحرارة القصوى. تحمل العديد من الأنظمة تصنيف IP65 أو أعلى لحماية الدخول، وهو معيار محدد بموجب IEC 60529، والذي يشير إلى أن العلبة محمية ضد دخول الغبار ونفاثات الماء ذات الضغط المنخفض، مما يساعد المكونات الداخلية على البقاء وظيفية عبر الظروف المناخية المتنوعة.

وقت تشغيل النسخ الاحتياطي أثناء فترات ضوء الشمس المنخفضة الممتدة

تم تصميم أعمدة الإنارة الشمسية المصممة جيدًا بسعة بطارية كافية لتوفير عدة ليالٍ متتالية من التشغيل حتى أثناء فترات الطقس الغائم أو الملبد بالغيوم عندما ينخفض شحن اللوحة. عادة ما تحدد الشركات المصنعة وقت تشغيل النسخ الاحتياطي، في كثير من الأحيان 3 إلى 5 أيام ممطرة ، كمقياس أداء قياسي، مما يمنح مخططي المشاريع طريقة لمقارنة سعة البطارية عبر نماذج الأقطاب المختلفة عند اختيار نظام لمناخ معين.

وضع النظام معًا

يعمل كل من هذه المكونات، وهي اللوحة ووحدة التحكم في الشحن والبطارية ومستشعر الضوء ومثبت LED، معًا كنظام منسق وليس كأجزاء مستقلة، حيث تعمل وحدة التحكم في الشحن كمحور مركزي لإدارة تدفق الطاقة طوال دورة الشحن والتفريغ اليومية. متطابقة بشكل صحيح القطب الضوئي للطاقة الشمسية التكوين، ذو الحجم المناسب لتوافر ضوء الشمس ومتطلبات الإضاءة في موقع التثبيت، يضمن أن جميع هذه المكونات تعمل بشكل متوازن لتوفير إضاءة ليلية متسقة طوال العام.