كيفية إصلاح أعمدة الإنارة بالطاقة الشمسية

يتبع إصلاح عمود الإنارة الشمسي تسلسلًا تشخيصيًا منهجيًا: تحديد أي من مكونات النظام الأساسية الخمسة قد فشل، وعزل هذا المكون، واختباره مقابل القيم المرجعية الجيدة المعروفة، واستبداله إذا كان خارج المواصفات. المكونات الخمسة - اللوحة الكهروضوئية، ووحدة التحكم في الشحن، والبطارية، ومصابيح LED، والأسلاك والموصلات المثبتة على العمود - تفشل جميعها بطرق مميزة تنتج أعراضًا يمكن التعرف عليها. في معظم الحالات، يكون السبب الجذري لعمود الإضاءة الشمسية الخافت أو الوامض أو الفشل في التشغيل عند الغسق أو الظلام قبل الفجر هو مكون واحد فاشل أو متدهور وليس فشل النظام بأكمله، واستبدال هذا المكون يعيد النظام إلى وظيفته الكاملة. يستعرض هذا الدليل عملية التشخيص، وإجراءات الإصلاح لكل مكون على حدة، والأدوات المطلوبة، واحتياطات السلامة التي يجب مراعاتها عند العمل على أنظمة أعمدة الإنارة الشمسية في الميدان.

احتياطات السلامة قبل بدء أي أعمال إصلاح

أنظمة أعمدة الإنارة بالطاقة الشمسية هي أنظمة تيار مستمر منخفضة الجهد - عادة جهد بطارية اسمي 12 فولت أو 24 فولت - ولكنها تعمل عندما تكون اللوحة الشمسية مضاءة، ويمكن أن تنتج ظروف خطأ معينة جهدًا كهربائيًا أو تيارات لا تزال قادرة على التسبب في حروق أو تلف القوس أو إشعال بطارية تالفة. احتياطات السلامة ليست خطوات اختيارية يجب تخطيها لتوفير الوقت.

• قم بتغطية اللوحة الشمسية قبل فتح أي حجرة كهربائية. إن الغطاء غير الشفاف (قطعة من الورق المقوى أو القماش المشمع أو غطاء لوحة مخصص) الموجود فوق اللوحة الكهروضوئية يوقف توليد التيار ويمنع وحدة التحكم في الشحن من استقبال تيار الشحن أثناء فتح النظام. يمكن للألواح تحت أشعة الشمس الكاملة أن تنتج جهدًا يصل إلى 20 إلى 25 فولت في دائرة مفتوحة حتى على نظام اسمي 12 فولت
• افصل البطارية قبل لمس أي أسلاك داخلية. تقوم البطارية بتخزين الطاقة التي لا يمكن فصلها من خارج النظام. افصل الطرف السالب للبطارية أولاً، ثم الطرف الموجب، لتجنب خطر حدوث قوس كهربائي غير مقصود أثناء عملية الإصلاح
• لا تعمل على النظام أثناء توصيل حمولة وحدة إضاءة LED. افصل دائرة الإنارة قبل فتح التوصيلات في وحدة التحكم بالشحن لمنع سحب التيار أثناء إعادة توصيل الأسلاك
• افحص عدم انتفاخ البطارية أو تسرب الإلكتروليت قبل فتح حجرة البطارية. تمثل بطارية الليثيوم المنتفخة أو المتسربة خطر الحريق والمواد الكيميائية؛ لا تتعامل معه بدون قفازات واقية مناسبة، وتخلص منه من خلال منشأة معتمدة لإعادة تدوير البطاريات
• استخدم أدوات معزولة مصنفة لجهد النظام. حتى عند جهد من 12 إلى 24 فولت تيار مستمر، يمكن أن يؤدي حدوث ماس كهربائي من خلال أداة معدنية إلى إنتاج قوس وحرارة كبيرين، خاصة عندما تكون البطارية هي المصدر
• العمل على ارتفاعات آمنة. إذا كان من الضروري الوصول إلى اللوحة أو وحدة الإنارة من ارتفاع، فاستخدم منصة عمل مرتفعة متنقلة معتمدة (MEWP) أو سقالة؛ لا تتكئ أبدًا على سلم غير مدعوم على عمود وتعمل على المكونات الكهربائية في وقت واحد

الخطوة 1: تشخيص الخلل قبل استبدال أي مكونات

خطأ الإصلاح الأكثر شيوعًا والأكثر تكلفة هو استبدال المكونات دون التأكد أولاً من خلال القياس من المكون الذي فشل بالفعل. على سبيل المثال، يؤدي استبدال البطارية عندما يكون الخلل الفعلي هو فشل وحدة التحكم في الشحن إلى إهدار تكلفة استبدال البطارية غير الضرورية ويترك السبب الجذري في مكانه مما يؤدي إلى تدهور البطارية الجديدة أو تدميرها أيضًا.

يتطلب تشخيص الأخطاء المنهجي فقط مقياسًا رقميًا متعددًا (DMM) قادرًا على قياس جهد التيار المستمر وتيار التيار المستمر والمقاومة، بالإضافة إلى ورقة مواصفات النظام الأصلية أو ورقة بيانات تشغيل الشركة المصنعة للنظام المثبت. باستخدام هاتين الأداتين، يمكن إرجاع كل خطأ في عمود الإضاءة الشمسية تقريبًا إلى مكون محدد قبل شراء أي أجزاء.

رسم الخرائط من الأعراض إلى السبب

يبين الجدول أدناه الأعراض التي يمكن ملاحظتها الأكثر شيوعًا للمكون الفاشل على الأرجح، ويوجه تسلسل التشخيص:

فحص الجهد الأولي

قبل فتح أي حجرة، قم بقياس الفولتية التالية عند أطراف التوصيل التي يمكن الوصول إليها مع تغطية اللوحة وفصل حمل LED:

1. جهد البطارية عند أطراف بطارية وحدة التحكم بالشحن: بالنسبة لنظام LiFePO4 بجهد 12 فولت، تقرأ البطارية المشحونة بالكامل 13.2 إلى 13.4 فولت ; تقرأ البطارية عند نسبة شحن 50% ما يقرب من 12.8 إلى 13.0 فولت؛ إذا كانت البطارية التي يقل جهدها عن 12.0 فولت فارغة بشدة وقد تتعرض للتلف؛ من المؤكد تقريبًا أن قراءة البطارية التي تقل عن 10 فولت قد عانت من فقدان لا رجعة فيه في السعة بسبب التفريغ العميق (المصدر: البطارية University, BU-702، كيفية تخزين البطاريات المعتمدة على الليثيوم، Cadex Electronics)
2. جهد الدائرة المفتوحة للوحة الشمسية (Voc) مع لوحة مكشوفة: تحتوي الألواح الأحادية البلورية النموذجية لأنظمة 12 فولت على مركبات عضوية متطايرة تتراوح من 18 إلى 22 فولت في ضوء الشمس الجيد؛ تشير القراءة الأقل بكثير من Voc المقدر إلى تلف اللوحة، أو دوائر قصر الخلية، أو فشل الصمام الثنائي الالتفافي
3. جهد إخراج وحدة التحكم بالشحن إلى وحدة الإنارة: يجب أن يكون جهد البطارية متساويًا عندما تعمل وحدة التحكم بالشحن بشكل صحيح؛ يشير الصفر فولت إلى أن دائرة خرج وحدة التحكم لم يتم تنشيطها (تحقق من البرمجة)، أو فشلت، أو تم تعطيلها بواسطة ميزة الحماية

ستؤدي هذه القياسات الثلاثة وحدها، التي تستغرق أقل من خمس دقائق بمقياس متعدد، إلى تضييق الخطأ إلى نظام فرعي محدد في معظم الحالات قبل الحاجة إلى أي عمل مادي على المكونات.

تشخيص وإصلاح أعطال الألواح الشمسية

تعد اللوحة الشمسية هي العنصر الأكثر تعرضًا ماديًا في النظام وهي عرضة للتلف الناتج عن البَرَد والحطام المتساقط وتأثير الطيور وتدهور المواد المغلفة والصفائح الخلفية بالأشعة فوق البنفسجية وتآكل الموصل. وهو أيضًا العنصر الأكثر إهمالًا من منظور الصيانة - حيث أن اتساخ الألواح وحده يمكن أن يقلل من إنتاج الطاقة بنسبة 100% 5 إلى 35% اعتمادًا على البيئة وتكرار التنظيف (المصدر: التقرير الفني للمختبر الوطني للطاقة المتجددة، "تلويث الوحدات الكهروضوئية،" NREL/TP-5200-62785، المختبر الوطني للطاقة المتجددة).

تلويث اللوحة وتنظيفها

يعد تلوث الألواح - الغبار المتراكم وفضلات الطيور وحبوب اللقاح والتلوث المحمول جواً - هو السبب الأكثر شيوعًا لضعف أداء الألواح الشمسية التي تكون سليمة من الناحية الهيكلية. التنظيف بسيط ولكن يجب إجراؤه بشكل صحيح لتجنب إتلاف سطح اللوحة:

• قم بتغطية اللوحة قبل التنظيف لمنع الصدمة الحرارية للماء البارد على سطح اللوحة الساخنة، والتي يمكن أن تسبب تشققات صغيرة للخلايا
• استخدم الماء النظيف وإسفنجة ناعمة أو قطعة قماش من الألياف الدقيقة؛ لا تستخدم مطلقًا المواد الكاشطة أو المذيبات أو غسالات الضغط من مسافة قريبة، مما قد يؤدي إلى تلف الطبقة المضادة للانعكاس الموجودة على زجاج اللوحة
• في المناطق ذات الماء العسر، استخدم الماء منزوع الأيونات أو منزوع المعادن للشطف النهائي لمنع تلطيخ الرواسب المعدنية
• تتطلب فضلات الطيور نقعها في الماء لعدة دقائق قبل إزالتها بلطف لتجنب خدش السطح الزجاجي
• بعد التنظيف، قم بكشف اللوحة وقياس جهد الدائرة المفتوحة وتيار الدائرة القصيرة بشكل مثالي مقابل قيم المواصفات؛ يؤكد التحسن الكبير في قياسات ما قبل التنظيف أن التلوث كان مسؤولاً عن ضعف الأداء

تقييم الأضرار المادية للوحة

افحص اللوحة بصريًا بحثًا عن أي تشققات في الغطاء الزجاجي، أو تصفيح أو فقاعات الطبقة المغلفة (مرئية كمناطق بيضاء أو صفراء داخل الصفائح)، أو تآكل أشرطة ربط الخلايا (مرئية كتغير اللون الداكن على طول خطوط اتصال الخلية)، أو النقاط الساخنة (التي قد تظهر كمناطق مظلمة ومن الأفضل تأكيدها باستخدام كاميرا تصوير حراري).

تنتج اللوحة المتشققة التي لا تزال تنتج جهدًا قريبًا من الجهد تيارًا أقل من اللوحة السليمة بنفس القوة الكهربائية بسبب مساحة الخلية غير النشطة وزيادة المقاومة المتسلسلة. قم بقياس تيار الدائرة القصيرة (Isc) للوحة في ضوء الشمس المباشر عند الظهيرة باستخدام مقياس المشبك أو DMM في الوضع الحالي مع تحويلة مناسبة، وقارن مع Isc المقدر المعدل للإشعاع الفعلي باستخدام الصيغة: Isc الفعلي = تصنيف Isc x (الإشعاع الفعلي / 1000) . تؤكد النتيجة التي تقل عن القيمة المتوقعة المحسوبة بأكثر من 15 إلى 20% أن التدهور الكهربائي للوحة يتطلب الاستبدال.

فحص الموصل والكابلات

تستخدم وصلات الألواح الشمسية الخارجية موصلات قفل دفع مقاومة للعوامل الجوية ومحكم الإغلاق ضد دخول الرطوبة. بعد عدة سنوات من التعرض للخارج، يمكن أن تتآكل هذه الموصلات داخليًا، مما يزيد من مقاومة التلامس ويقلل تدفق التيار دون أي تدهور خارجي مرئي. تحقق من مقاومة الموصل عن طريق قياس انخفاض الجهد عبر كل زوج من الموصلات تحت الحمل - يجب أن يُظهر الموصل السليم انخفاضًا أقل من 50 مللي فولت عند التيار المقدر للوحة؛ يشير الانخفاض الأعلى بشكل ملحوظ إلى التآكل الداخلي الذي يتطلب استبدال الموصل.

لا تقم أبدًا بفصل الموصلات عن طريق سحب الكابل - فقد يؤدي ذلك إلى إتلاف سدادة الكابل وإدخال مسارات الرطوبة. استخدم أداة إلغاء قفل الموصل الصحيحة لنوع الموصل المثبت.

تشخيص وإصلاح أخطاء جهاز التحكم بالشحن

وحدة التحكم في الشحن عبارة عن جهاز إلكتروني ذو حالة صلبة بدون أجزاء متحركة، وفي أنظمة الجودة تم تصميمه لمدة 10 سنوات أو أكثر من التشغيل المستمر. ومع ذلك، فهو عرضة للفشل بسبب انتقال الجهد الكهربي (الزيادات الناجمة عن البرق)، وارتفاع درجة الحرارة الناتج عن عدم كفاية التهوية في حجرة البطارية، ودخول الرطوبة من خلال موانع التسرب المتدهورة، وأحيانًا بسبب عيوب التصنيع في جودة المكونات. تشير البيانات الميدانية المستمدة من برامج صيانة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية إلى حسابات فشل وحدة التحكم بالشحن تقريبًا 15 إلى 25% من مكالمات خدمة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية بعد فشل البطارية، وهو السبب الوحيد الأكثر شيوعًا (المصدر: الوكالة الدولية للطاقة المتجددة، حلول الطاقة المتجددة خارج الشبكة لتوسيع الوصول إلى الكهرباء، الوكالة الدولية للطاقة المتجددة، 2019).

قراءة وتفسير رموز الخطأ

تشتمل معظم وحدات التحكم في الشحن عالية الجودة على مؤشر حالة LED متعدد أو شاشة LCD صغيرة توضح حالة التشغيل ورموز الأخطاء. قم دائمًا بمراجعة جدول رموز الخطأ الخاص بالشركة المصنعة لنموذج وحدة التحكم المحددة قبل إجراء التشخيص على مستوى المكونات. تتضمن رموز الأخطاء الشائعة ومعانيها عبر معظم تصميمات وحدات التحكم MPPT وPWM ما يلي:

• الجهد الزائد للبطارية (OVP): لقد تجاوز جهد البطارية الحد الأقصى للشحن الآمن؛ قد يشير إلى وجود خلل في خلية البطارية أو برمجة غير صحيحة لضبط الجهد؛ تقوم وحدة التحكم بإيقاف الشحن لحماية البطارية
• انخفاض جهد البطارية (LVD — قطع الجهد المنخفض): نفاد شحن البطارية إلى ما دون عتبة فصل الجهد المنخفض؛ قامت وحدة التحكم بفصل الحمل لمنع تلف البطارية بسبب التفريغ العميق؛ يجب إعادة شحن البطارية قبل إعادة توصيل الحمل
• درجة الحرارة الزائدة (OTP): تجاوزت درجة الحرارة الداخلية لوحدة التحكم حد التشغيل الآمن؛ تحقق من عدم وجود تهوية مسدودة، أو درجة حرارة محيطة مفرطة، أو سحب تيار مرتفع بشكل غير طبيعي مما يشير إلى وجود خطأ في المكونات المتصلة
• ماس كهربائى (SCP): اكتشف خرج الحمل حالة ماس كهربائى؛ تحقق من وجود أسلاك الإنارة التالفة أو برنامج تشغيل LED فاشل مما يؤدي إلى إنشاء مسار منخفض المقاومة
• لوحة قطبية عكسية: لوحة متصلة بقطبية معكوسة؛ تشتمل معظم وحدات التحكم على صمام ثنائي للحماية، ولكن قد تحتاج وحدة التحكم إلى إعادة التعيين بعد تصحيح الاتصال

اختبار جهاز التحكم بالشحن

لتأكيد وجود خطأ في وحدة التحكم بالشحن بدلاً من وجود خطأ في مكون متصل، افصل جميع الأحمال (البطارية، اللوحة، وحدة الإنارة) وأعد توصيل البطارية فقط بأطراف بطارية وحدة التحكم. مع تغطية اللوحة، قم بقياس جهد طرف إخراج وحدة التحكم - يجب أن يساوي جهد البطارية مطروحًا منه فقط انخفاض الجهد من خلال مفتاح MOSFET الداخلي (عادةً أقل من 0.5 فولت). ثم اكشف عن اللوحة في وضح النهار وتأكد من أن وحدة التحكم تعرض حالة الشحن (يؤكد مؤشر LED أو الشاشة تدفق تيار الشحن). إذا لم تُظهر وحدة التحكم تيار الشحن من لوحة وظيفية مؤكدة إلى بطارية فعالة مؤكدة، فهذا يعني أن وحدة التحكم قد فشلت وتتطلب الاستبدال.

استبدال جهاز التحكم بالشحن

عند استبدال وحدة التحكم بالشحن، قم بتصوير توصيلات الأسلاك الموجودة قبل فصل أي شيء. اتبع هذا التسلسل للاستبدال الآمن:

1. قم بتغطية اللوحة الشمسية بالكامل لإيقاف الجيل الحالي
2. افصل أطراف تحميل وحدة الإنارة أولاً، ثم أطراف البطارية (السالب قبل الموجب)، ثم أطراف اللوحة
3. قم بإزالة وحدة التحكم الفاشلة وقم بتثبيت البديل في نفس موضع التثبيت
4. قم بتوصيل أطراف اللوحة بوحدة التحكم البديلة أولاً، ثم أطراف البطارية (الموجبة قبل السالبة)، ثم أطراف وحدة الإنارة
5. قم ببرمجة وحدة التحكم البديلة باستخدام كيمياء البطارية الصحيحة (LiFePO4 أو حمض الرصاص حسب الاقتضاء)، وجهد النظام، وتوقيت مفتاح التحميل، وملف تعريف التعتيم من وثائق مواصفات النظام
6. قم بكشف اللوحة وتأكد من دخول وحدة التحكم في وضع الشحن وإظهار تيار الشحن العادي
7. تأكد من تنشيط خرج الحمل بشكل صحيح في وقت الغسق المبرمج أو عن طريق تظليل مستشعر الخلية الكهروضوئية مؤقتًا لمحاكاة الظلام

استخدم وحدة تحكم بديلة بنفس التصنيف الحالي أو أكبر مثل الأصلي. لا تستبدل أبدًا وحدة تحكم ذات تصنيف أصغر لتوفير التكلفة - ستسخن وحدة التحكم صغيرة الحجم بشكل زائد وتفشل قبل الأوان في ظل التيار الذي تتطلبه اللوحة الأصلية ومواصفات البطارية.

تشخيص واستبدال البطارية

يعد تدهور البطارية هو السبب الأكثر شيوعًا لفشل أداء أعمدة الإنارة الشمسية في الأنظمة التي كانت في الخدمة لأكثر من سنتين إلى أربع سنوات. عندما تكمل البطارية دورات الشحن والتفريغ يوميًا، تنخفض قدرتها القابلة للاستخدام تدريجيًا - وهي عملية تتسارع في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة، مع أحداث التفريغ العميق المتكررة، أو مع الشحن الزائد من وحدة تحكم الشحن المعطلة. يمثل فشل البطارية ما بين 50 إلى 60% من مكالمات صيانة مصابيح الشوارع بالطاقة الشمسية في المنشآت الناضجة ، مما يجعل تشخيص البطارية واستبدالها المهارة التي تتطلبها في أغلب الأحيان فرق صيانة الإضاءة الشمسية (المصدر: مجموعة البنك الدولي، أنظمة الري التي تعمل بالطاقة الشمسية: الدروس المستفادة وأفضل الممارسات، 2019 - الرجوع إلى معدلات فشل المكونات في أنظمة الطاقة الشمسية بالتيار المستمر).

الحالة الصحية مقابل حالة الشحن

كثيرًا ما يتم الخلط بين حالتين مختلفتين للبطارية أثناء التشخيص. تصف حالة الشحن (SoC) مقدار الطاقة المخزنة حاليًا في البطارية - تقرأ بطارية LiFePO4 12V المشحونة بالكامل ما يقرب من 13.2 إلى 13.4 فولت، بينما تقرأ البطارية المستنفدة 12.0 إلى 12.5 فولت. تصف حالة الصحة (SoH) مقدار سعة التصميم الأصلية للبطارية التي لا تزال متاحة - يمكن للبطارية التي تبلغ نسبة 70% SoH تخزين 70% فقط من الطاقة التي تخزنها عندما تكون جديدة، مما يعني أنها ستفرغ إلى قطع الجهد المنخفض بعد 70% من وقت التشغيل الذي قدمته في الأصل.

البطارية التي تقرأ الجهد الصحيح (SoC الجيد) ولكنها تنفد من الطاقة بسرعة كبيرة تؤدي إلى تدهور SoH. لا يمكن لقياس الجهد وحده التمييز بين البطارية الجيدة والبطارية المتدهورة، لذا يلزم إجراء اختبار السعة.

اختبار قدرة البطارية

الطريقة الميدانية الأكثر موثوقية لاختبار الحالة الصحية للبطارية هي اختبار قدرة التفريغ:

1. قم بشحن البطارية بالكامل باستخدام وحدة التحكم في الشحن مع وجود اللوحة في ضوء الشمس الجيد، مع التأكد من أن وحدة التحكم قد أكملت مرحلة الامتصاص ودخلت الطفو (يشار إليه عادةً بانخفاض تيار الشحن إلى أقل من 5% من تصنيف Ah للبطارية)
2. افصل البطارية عن وحدة التحكم في الشحن وقم بتوصيل حمل مقاوم معروف مكافئ لسحب طاقة وحدة الإنارة العادية للنظام (على سبيل المثال، يؤدي الحمل بقدرة 30 وات على بطارية 12 فولت إلى إنشاء تيار تفريغ يبلغ 2.5 أمبير تقريبًا)
3. قم بقياس الوقت المنقضي منذ الشحن الكامل حتى وصول البطارية إلى عتبة قطع الجهد المنخفض (10.5 فولت لحمض الرصاص؛ 12.0 فولت لـ LiFePO4)
4. حساب القدرة الفعلية: السعة الفعلية (Ah) = تيار التفريغ (A) × وقت التفريغ (ساعات)
5. قارنها بالسعة المقدرة الأصلية من ورقة المواصفات. تشير النتيجة الأقل من 80% من السعة المقدرة إلى ضرورة استبدال البطارية لاستعادة أداء التشغيل الذاتي المحدد

على سبيل المثال، البطارية التي تم تصنيفها في الأصل بـ 50 Ah والتي توفر الآن 32 Ah فقط قبل الوصول إلى الحد الأقصى لها SoH تبلغ 64% - مما يعني أن النظام المصمم لمدة 3 ليالٍ من الاستقلالية يوفر الآن أقل من ليلتين. الاستبدال له ما يبرره بشكل واضح.

إجراء استبدال البطارية الآمن

قبل استبدال البطارية، تأكد من أن وحدة التحكم في الشحن تعمل بكامل طاقتها وأنها مبرمجة بشكل صحيح لكيمياء البطارية البديلة. سيؤدي تركيب بطارية LiFePO4 جديدة في نظام لا تزال وحدة التحكم في الشحن الخاصة به مبرمجة لنقاط ضبط الجهد الكهربي لحمض الرصاص إلى زيادة شحن البطارية الجديدة، مما يقلل من عمرها بشكل كبير. يجب تأكيد وتصحيح إعداد نوع بطارية وحدة التحكم بالشحن قبل توصيل البطارية البديلة.

يجب أن يتطابق اختيار البطارية البديلة مع المواصفات الأصلية في الكيمياء والجهد والسعة (Ah). يمكن أن تؤدي زيادة سعة البطارية - على سبيل المثال، استبدال بطارية متدهورة بقوة 50 أمبير بوحدة 80 أمبير - إلى تحسين أداء الاستقلالية ولكن فقط إذا كانت اللوحة الشمسية كبيرة بما يكفي لإعادة شحن البطارية الأكبر حجمًا بالكامل ضمن النافذة الشمسية اليومية المتاحة. سيؤدي استخدام لوحة صغيرة الحجم مع بطارية كبيرة الحجم إلى انخفاض شحن البطارية بشكل مزمن، مما يؤدي في حد ذاته إلى تسريع تدهور بطاريات الليثيوم.

تشخيص واستبدال وحدة الإنارة LED

تعد وحدة الإنارة LED - التي تشتمل على وحدة LED والنظام البصري ودائرة تشغيل LED والغطاء المقاوم للعوامل الجوية - بشكل عام العنصر الأكثر موثوقية في نظام أعمدة الإضاءة الشمسية عندما يعمل باقي النظام بشكل صحيح. تم تصنيف مصابيح إنارة الشوارع LED ذات الجودة العالية من 50.000 إلى 100.000 ساعة تشغيل عند L70 (النقطة التي انخفض فيها إنتاج اللومن إلى 70% من السطوع الأصلي)، أي ما يعادل 13 إلى 27 عامًا عند 10 ساعات من التشغيل في الليلة (المصدر: IES LM-80-20 وTM-21-19، Illuminating Engineering Society). ومع ذلك، يحدث فشل في وحدة الإنارة ويمكن أن يكون سببه دخول الرطوبة من خلال موانع التسرب المتدهورة، أو فشل دائرة تشغيل LED، أو الضرر الناتج عن التأثير المادي، أو ببساطة انخفاض قيمة اللومن في نهاية العمر بعد سنوات عديدة من الخدمة.

تشخيص فشل الإنارة

قبل افتراض فشل وحدة الإنارة، تأكد من أن وحدة التحكم في الشحن تقوم بتزويد دائرة الإنارة بالجهد والتيار الصحيحين. قم بتوصيل مقياس متعدد عبر أطراف إدخال وحدة الإنارة بينما يكون خرج حمل وحدة التحكم في الشحن نشطًا - يجب عليك قياس جهد البطارية (مطروحًا منه انخفاض صغير في جهد الكابل). إذا كان الجهد الصحيح موجودًا عند أطراف وحدة الإنارة ولكن وحدة الإنارة لا تضيء، فهذا يعني أن وحدة الإنارة أو محركها الداخلي قد فشل.

إذا أضاءت وحدة الإنارة ولكنها أقل سطوعًا بكثير من المتوقع، فقم أولاً بتنظيف العدسة (يمكن للأوساخ المتراكمة أن تقلل من إخراج الضوء بنسبة 15 إلى 30%)؛ إذا لم يقم التنظيف باستعادة الخرج الطبيعي، فهذا يعني أن وحدة LED نفسها قد تعرضت لانخفاض كبير في قيمة اللومن أو فشل جزئي في صفيف LED، ويكون الاستبدال مضمونًا.

استبدال الإنارة

عند استبدال وحدة الإنارة، يجب أن يتم تصنيف البديل لنفس جهد الإدخال (12 فولت أو 24 فولت تيار مستمر كما هو مطبق على النظام المحدد) ويجب أن يكون له نفس القوة الكهربائية الأصلية أو أقل للحفاظ على التوافق مع وحدة التحكم في الشحن وحجم البطارية. سيؤدي استبدال وحدة الإنارة بقدرة 30 وات بوحدة بقدرة 50 وات دون إعادة الحساب وربما ترقية التصنيف الحالي للوحة والبطارية وجهاز التحكم في الشحن إلى ضعف أداء النظام بشكل مزمن فيما يتعلق بمواصفات الاستقلالية الخاصة به.

بالنسبة للتركيبات التي يجب أن ينتج فيها ارتفاع تركيب وحدة الإنارة والبصريات توزيعًا ضوئيًا محددًا للوفاء بمواصفات إضاءة الطريق الأصلية، يجب التحقق من وحدة الإنارة البديلة وفقًا لنفس المعيار الضوئي (EN 13201 في أوروبا أو IESNA RP-8 في أمريكا الشمالية) باستخدام الملف الضوئي LDT أو IES المنشور من قبل الشركة المصنعة لوحدة الإنارة في برنامج حساب إضاءة الطريق.

إصلاح الأسلاك والموصلات والأختام

تعد أخطاء الأسلاك - الدوائر المفتوحة، والوصلات عالية المقاومة للتآكل، وتلف العزل - سببًا شائعًا ولكن يتم التغاضي عنه كثيرًا لضعف أداء أعمدة الإنارة الشمسية. من المرجح أن تكون الأعطال المتقطعة التي تظهر وتختفي مع درجة الحرارة أو الاهتزاز مرتبطة بالأسلاك وليس فشل المكونات.

تحديد أخطاء الأسلاك

مع فصل جميع المكونات، استخدم المقياس المتعدد في وضع المقاومة لاختبار كل كابل يتم تشغيله من النهاية إلى النهاية. يجب أن يقرأ الكابل الذي يتمتع بعزل سليم ولا يحتوي على فواصل داخلية أو تآكل بالقرب من الصفر أوم. تشير القراءة التي تزيد عن 0.5 أوم إلى وجود خطأ عالي المقاومة - وهو ما يكفي للتسبب في انخفاض الجهد وتوليد الحرارة تحت تيار الحمل. قم بفحص مسارات الكابلات بصريًا بحثًا عن نقاط الضغط، ومناطق الاحتكاك بالحواف المعدنية الحادة، والتشققات العازلة للأشعة فوق البنفسجية على الكابلات الموجهة خارجيًا، وبقع الماء التي تشير إلى دخول الرطوبة إلى نهايات الكابلات.

إصلاح تآكل الموصل

يجب استبدال الموصلات الشمسية المتآكلة ذات القفل الدفعي بالكامل بدلاً من تنظيفها وإعادة استخدامها - تستمر منتجات التآكل داخل منطقة تلامس الدبوس في زيادة المقاومة بمرور الوقت حتى بعد التنظيف، ولا يمكن استعادة سلامة ختم الموصل الذي تعرض لدخول الرطوبة بشكل موثوق. عند استبدال الموصلات، استخدم أداة العقص الصحيحة لنوع الموصل المحدد لضمان اتصال تجعيد محكم للغاز يقاوم دخول الرطوبة في واجهة الكابل إلى الدبوس.

بعد إعادة التجميع، ضع كمية صغيرة من الشحم العازل الكهربائي (الشحم العازل) على واجهة تزاوج الموصل قبل التوصيل، لإزاحة الرطوبة وإبطاء إعادة أكسدة أسطح التلامس.

استبدال ختم السكن

تعتمد حجرة البطارية المغلقة في عمود الإضاءة الشمسية على الحشيات وحشوات الكابلات وأختام الغلاف للحفاظ على تصنيف IP الذي يحمي الإلكترونيات الداخلية من دخول الرطوبة والغبار. بعد عدة سنوات من الخدمة في الهواء الطلق - خاصة في المناخات التي تتسم بتقلبات كبيرة في درجات الحرارة، أو التعرض العالي للأشعة فوق البنفسجية، أو دورات الترطيب والتجفيف المتكررة - تتحلل موانع التسرب المطاطية والسيليكون وتفقد فعاليتها في الغلق.

أثناء أي إصلاح يتطلب فتح حجرة البطارية، افحص جميع الحشيات المرئية بحثًا عن التشقق أو مجموعة الضغط (التسطيح الدائم الذي يمنع الختم الفعال) أو التصلب. استبدال الحشيات المتضررة بمكونات من نفس المادة والمقطع العرضي؛ يمكن أن يؤدي استخدام ملف تعريف أو مادة خاطئة للحشية إلى وجود ختم غير مثالي يسمح بدخول الرطوبة بمرور الوقت. تُفضل حشوات السيليكون على المطاط القياسي للتطبيقات الخارجية لأن السيليكون يحتفظ بالمرونة واستعادة الضغط عبر نطاق درجة حرارة أوسع - عادةً -60 إلى زائد 200 درجة مئوية - مقارنة بمطاط EPDM عند درجة حرارة تتراوح من 40 إلى 120 درجة مئوية تقريبًا.

إصلاح هيكل العمود: التآكل والأضرار المادية

العمود نفسه - الصاري الفولاذي أو الألومنيوم الذي يدعم اللوحة، ووحدة الإنارة، والمكونات الإلكترونية - عرضة للتآكل، والأضرار الناجمة عن التأثيرات المادية، وفي الأحداث الجوية القاسية، والانحناء الهيكلي أو تلف اللوحة الأساسية. تعد السلامة الهيكلية مشكلة تتعلق بالسلامة العامة: فالعمود التالف الذي يفشل في الخدمة يمكن أن يتسبب في إصابات خطيرة وأضرار في الممتلكات.

معالجة التآكل السطحي

ستؤدي الأعمدة الفولاذية المجلفنة بالغمس الساخن في نهاية المطاف إلى ظهور صدأ سطحي عند الخدوش أو تلف الطلاء عند نقاط دخول الكابلات وفي اللوحة الأساسية حيث يمكن أن تتجمع المياه الراكدة. يمكن معالجة التآكل السطحي الذي لم يخترق سمك الجدار عن طريق:

1. قم بإزالة الصدأ السائب والتلوث باستخدام فرشاة سلكية أو جلاخة زاوية بقرص رفرف، مع الحرص على عدم طحن الطبقة المجلفنة المتبقية أكثر من اللازم
2. ضع مادة تمهيدية غنية بالزنك (تحتوي على ما لا يقل عن 85% من الزنك المعدني من حيث الوزن في الطبقة الجافة) على المناطق المعدنية العارية المُجهزة - وهذا يوفر حماية كلفانية تعادل الجلفنة الأصلية بالغمس الساخن من حيث آلية الحماية من التآكل (المصدر: ISO 12944-5، الدهانات والورنيش - الحماية من التآكل في الهياكل الفولاذية بواسطة أنظمة الطلاء الواقية)
3. قم بتطبيق طبقة نهائية متوافقة بلون العمود الأصلي لاستعادة نظام الطلاء الوقائي والجمالي
4. تأكد من إغلاق لوحة القاعدة وواجهة الأساس بشكل صحيح ضد دخول الماء، وهو الموقع الأكثر شيوعًا للتآكل الخطير في أعمدة إنارة الشوارع

تقييم الأضرار المادية

يجب تقييم العمود الذي تأثر بمركبة أو تعرض لأضرار بسبب العواصف من الناحية الهيكلية قبل إعادته إلى الخدمة. الفحص البصري وحده لا يكفي للتأكد من السلامة الهيكلية بعد تأثير كبير - يمكن أن يظهر العمود الفولاذي فقط انبعاجًا صغيرًا في السطح بينما تعرض جدار الأنبوب الفولاذي الداخلي لتشوه بلاستيكي كبير يقلل من قدرته الهيكلية ضد أحمال الانحناء.

كقاعدة عملية للتقييم الميداني: إذا تجاوز تشوه السطح المرئي عند نقطة التأثير حوالي 10% من القطر الخارجي للعمود في عمق الانبعاج، فيجب إخراج العمود من الخدمة واستبداله بدلاً من إصلاحه. إن محاولة تقويم عمود إضاءة منحني في الميدان دون المعرفة الكاملة بالمواصفات الهيكلية الأصلية تؤدي دائمًا إلى ترك ضغوط متبقية تقلل من عمر الكلال في تحميل الرياح اللاحق.

فحص لوحة القاعدة ومسمار التثبيت

تحقق من عزم دوران مسمار التثبيت سنويًا باستخدام مفتاح عزم الدوران المُعاير - يمكن أن يؤدي التدوير الحراري والتسوية الأرضية إلى تخفيف شد المسمار بمرور الوقت. أعد عزم الدوران لأي مسامير وجدت أنها أقل من المواصفات. افحص حشوة الجص بين لوحة القاعدة والأساس الخرساني بحثًا عن الأجزاء المتشققة أو المفقودة، مما يسمح للمياه بالتجمع حول مسامير التثبيت وتسريع التآكل. املأ أي فراغات بملاط أسمنتي غير قابل للانكماش وتأكد من أن واجهة القاعدة إلى الأساس محكمة الغلق بشكل مناسب ضد دخول الماء.

جدول الصيانة الوقائية لتقليل تكرار الإصلاح

إن النهج الأكثر فعالية من حيث التكلفة لإصلاح أعمدة الإنارة بالطاقة الشمسية هو منع الأعطال قبل حدوثها من خلال برنامج صيانة وقائية منظم. تُظهر البيانات الميدانية المستمدة من عمليات نشر إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية البلدية باستمرار أن الأنظمة التي يتم صيانتها وفقًا لجدول زمني منتظم لها معدلات إصلاح طارئة أقل بكثير وعمر خدمة أطول للمكونات من تلك التي يتم صيانتها فقط بشكل تفاعلي عند حدوث الأعطال.

متى يتم الإصلاح ومتى يتم استبدال النظام بأكمله

ليس كل عمود إنارة شمسي قديم أو فاشل يستحق الإصلاح. يجب أن يستند القرار بين إصلاح المكونات الفردية واستبدال النظام بأكمله إلى تقييم واضح لعمر الخدمة المتبقي لجميع المكونات الأخرى، وتكلفة قطع الغيار ومدى توفرها، وما إذا كانت مواصفات النظام الأصلية لا تزال تلبي متطلبات الإضاءة الحالية.

المؤشرات التي تفضل الاستبدال الكامل

• عمر النظام أكثر من 8 إلى 10 سنوات وقد تم بالفعل استبدال البطارية مرة واحدة، مما يشير إلى أن المكون التالي في تسلسل الفشل (عادةً وحدة التحكم في الشحن) يقترب من نهاية العمر الافتراضي
• تُظهر اللوحة الشمسية فقدانًا كبيرًا في مخرجات التجويف، أو التصفيح، أو الثنائيات الالتفافية المكسورة التي تتطلب استبدال اللوحة بالكامل، ولم تعد الخصائص الكهربائية للوحة متوافقة مع وحدات التحكم في الشحن المتوفرة حاليًا
• لم تعد القدرة الكهربائية لوحدة إنارة LED أو الخرج الضوئي كافية للوفاء بمعايير إضاءة الطريق الحالية المعمول بها في موقع التثبيت، مما يعني أن الاستبدال سيكون مطلوبًا بغض النظر عن الإصلاح
• يُظهر هيكل العمود اختراقًا كبيرًا للتآكل من خلال سمك الجدار، أو أن لوحة القاعدة معرضة للخطر من الناحية الهيكلية إلى النقطة التي لا يمكن فيها التحقق من قدرة الحمل الآمنة
• لقد فشلت مكونات متعددة في وقت واحد أو في تتابع سريع، مما يشير إلى أن النظام كان في الأصل غير محدد لمورد الطاقة الشمسية للموقع، أو نطاق درجة الحرارة، أو نمط الاستخدام، وسيكون الاستبدال بمكونات ذات حجم صحيح أكثر موثوقية بشكل ملحوظ

أنظمة الجودة أكثر قابلية للإصلاح

واحدة من المزايا العملية لاختيار الجودة المصنعة أعمدة الإنارة الشمسية عند نقطة الشراء الأولية، فإن أنظمة الجودة عادة ما تكون أكثر قابلية للإصلاح - حيث تتوفر المكونات كقطع غيار من الشركة المصنعة، وتكون وثائق النظام كاملة ودقيقة، ويتم تحديد المكونات بهوامش كافية فوق الحد الأدنى من الأداء بحيث تتحلل بشكل أبطأ وتعطي المزيد من التحذيرات قبل الفشل الكامل. يمكن لأنظمة الميزانية، حيث تكون المكونات في كثير من الأحيان بدون علامات تجارية أو من سلاسل التوريد ذات هامش الربح المنخفض مع وثائق سيئة، أن تجعل الإصلاح غير اقتصادي لأن قطع الغيار غير متوفرة، أو غير قابلة للتحديد، أو غير متوافقة مع البدائل المتاحة حاليًا.

أدوات الإصلاح وقطع الغيار التي يجب الاحتفاظ بها في متناول اليد

يمكن لفرق الصيانة المسؤولة عن أسطول من أعمدة الإنارة الشمسية أن تقلل بشكل كبير من وقت وتكلفة كل مكالمة إصلاح عن طريق تخزين الأدوات المناسبة وقطع الغيار التي يتم استبدالها بشكل شائع، بدلاً من الحصول على قطع الغيار بشكل فردي بعد تشخيص كل فشل.

الأدوات الأساسية

• مقياس رقمي متعدد (DMM) قادر على قياس جهد التيار المستمر إلى 30 فولت، والتيار المستمر إلى 20 أمبير، والمقاومة - وهي أداة التشخيص الأكثر أهمية
• جهاز قياس التيار المستمر لوحة قياس وشحن التيار دون كسر الدائرة
• مفتاح عزم الدوران معايرة لفحص مسمار التثبيت وإعادة الدوران
• أداة العقص الموصل الصحيح لنوع موصل قفل الدفع المثبت في النظام
• غطاء الألواح الشمسية (ورقة بوليثين سوداء أو غطاء لوحة مخصص) لإلغاء تنشيط اللوحة بأمان أثناء العمل
• المفكات والمفكات المعزولة تم تصنيفها للعمل بتيار مستمر منخفض الجهد
• كمبيوتر محمول أو مبرمج مخصص للوصول إلى إعدادات وحدة التحكم بالشحن وتكوينها (مطلوبة لمعظم وحدات تحكم MPPT)
• كاميرا للتصوير الحراري (حيثما تسمح الميزانية) لتحديد النقاط الساخنة في الألواح الشمسية والوصلات عالية المقاومة دون إجراء اختبارات غازية

مخزون قطع الغيار الموصى به

• البطاريات البديلة المطابقة لمواصفات النظام المثبت (واحدة لكل 20 إلى 30 عمودًا في الأسطول كمستوى تخزين معقول)
• أجهزة التحكم بالشحن الاحتياطية لكل نوع طراز مثبتة في الأسطول
• استبدال موصلات قفل الدفع وتجميعات كابلات الموصلات المعدة مسبقًا بالأطوال المطلوبة عادةً
• حشيات مبيت بديلة وحشوات كابلات لكل طراز عمود في الأسطول
• طلاء أساس غني بالزنك وطلاء علوي بألوان الأعمدة المستخدمة في التركيب
• استبدال صواميل المرساة والغسالات والمسامير بالأحجام المستخدمة في أساسات الأسطول