يتضمن تصميم نظام إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية عدة عناصر. ومن الأهمية بمكان قياس القيم المطلوبة لجميع هذه العناصر بدقة لضمان التشغيل السلس للنظام. يُعدّ كل من البطارية واللوحة الشمسية أهم عنصرين في تصميم أنظمة إنارة الشوارع التي تعمل بالبطاريات. وتعتمد قدرة هذه الألواح على نوع إنارة الشوارع التي ستعمل عليها. وللتعرف على أساسيات هذا النظام، يُمكنكم الاطلاع على دليلنا حول مبدأ عمل إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية كنقطة انطلاق مفيدة.
لذا، ينبغي على الناس أولاً شراء مصباح إنارة شوارع يعمل بالطاقة الشمسية يلبي احتياجاتهم من الإضاءة. ننصح قرائنا بإجراء بحث شامل قبل شراء مصباح الإنارة الشمسية، لأنه سيؤثر على خصائص جميع عناصر النظام الأخرى. يمكنكم التحقق من شدة إضاءة مصابيح الإنارة الشمسية ومعدلات استهلاكها للطاقة قبل الشراء. ستساعدكم قائمتنا التي تضم عشرة أمور مهمة حول أفضل مصابيح إنارة الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية في اتخاذ هذا القرار.
بعد شراء مصباح الشارع، يمكنهم البدء بتصميم بطارية ولوحة شمسية مناسبة لاحتياجاتهم. في هذه المقالة، سنشرح كيفية حساب سعة البطارية لمصابيح الشوارع التي تعمل بالبطاريات.
مفاهيم مهمة يجب فهمها
سعة البطارية والطاقة
سعة البطارية هي مقياس لأقصى كمية من الطاقة التي يمكنها تخزينها. البطاريات ذات السعة الكبيرة تستطيع تخزين طاقة أكبر مقارنةً بالبطاريات ذات السعة الأقل. تُقاس سعة البطارية بالكيلوواط ساعة (kWh). ببساطة، هي كمية الطاقة التي يمكن للبطارية توفيرها في ساعة واحدة.
وبالمثل، تُقاس قدرة البطارية بالواط، وتُعرف باسم معدل قدرة البطارية. ويُمثل معدل القدرة مقياسًا لمجموع الجهد (V) والتيار (I) اللذين تُزود بهما البطارية الحمل. ويُعد فهم هذه القيم أمرًا بالغ الأهمية عند تحديد حجم مصابيح الشوارع التي تعمل بالبطاريات.
أمبير ساعة (آه)
يُعدّ هذا أيضًا مقياسًا لسعة البطارية. مع ذلك، وفقًا لهذا المعيار، تُحسب سعة البطارية بضرب التيار الكلي الذي تُزوّده خلال عدد من الساعات. على سبيل المثال، إذا زوّدت بطارية 12 فولت تيارًا مقداره 5 أمبير لمدة 5 ساعات، فإن سعة البطارية ستكون 25 أمبير ساعة.
سعة البطارية = 5 أمبير × 5 ساعات = 25 أمبير ساعة.
يُعد هذا التمثيل للسعة ضروريًا لأن مواصفات البطاريات عادة ما تُعطى بوحدة أمبير ساعة.
عمق التفريغ أو DoD
يوضح هذا مقدار الطاقة المخزنة في البطارية والتي يمكن استخدامها فعليًا من قِبل الجهاز. من الممكن ألا تتمكن البطارية من استخدام كل الطاقة المخزنة فيها. لذلك، يُعبَّر عن مقدار الطاقة المتاحة للاستخدام في البطارية من خلال عمق تفريغها. بعبارة أخرى، هي الطاقة التي توفرها البطارية عند تفريغها من سعتها الكاملة إلى أدنى سعة آمنة.
على سبيل المثال، إذا كانت سعة بطارية ما 80%، فإن 80% فقط من الطاقة ستكون متاحة للحمل، بينما لن تكون 20% منها متاحة. وبعبارة أخرى، إذا كانت سعة بطارية ما 50 كيلوواط ساعة وسعة تفريغها 60%، فإن 30 كيلوواط ساعة فقط من الطاقة ستكون منتجة.
درجة حرارة عمل البطارية
يُعدّ هذا أيضًا من أهم العوامل المؤثرة على أداء البطارية وخصائصها. يجب أن تعمل البطارية عند درجة حرارة مثالية تبلغ حوالي 27 درجة مئوية، إذ قد لا تعمل بكفاءة عند تجاوز هذه الدرجة أو انخفاضها عنها. يُعدّ الحفاظ على الظروف المناسبة أمرًا أساسيًا لإطالة عمر مصابيح الشوارع التي تعمل بالبطاريات، كما هو موضح في نصائحنا العشر للحفاظ على بطارية مصابيح الشوارع الشمسية.
حسابات متطلبات البطارية لأعمدة إنارة الشوارع التي تعمل بالبطارية
في هذا القسم من المقال، سنشرح عملية خطوة بخطوة تمكن الناس من حساب متطلبات البطارية لأعمدة الإنارة التي تعمل بالبطارية.
الخطوة 1:
تتمثل الخطوة الأولى في حساب متطلبات البطارية في جمع البيانات ذات الصلة اللازمة لهذه العملية. وتشمل هذه البيانات القدرة الكهربائية لمصباح الشارع الذي سيتم تشغيله باستخدام البطارية، وجهد تشغيل المصباح، ومتطلبات السطوع، وعدد الأيام الممطرة التي يمكن تشغيل المصباح خلالها، وعمق تفريغ البطارية.
تتوفر القدرة والجهد المقدرين لمصباح الشارع في ورقة المواصفات الخاصة به.
يجب على المستخدم تحديد متطلبات سطوع مصباح الشارع. ومن المحتمل أن يقرر تشغيل المصباح بنسبة 60% أو 70% أو 80% من سطوعه بدلاً من تشغيله بنسبة 100%.
سيحدد المستخدمون أيضاً مدى الحاجة إلى عدد أيام الدعم في حالات الطوارئ.
ستتوفر معلومات عمق تفريغ البطارية أيضًا في ورقة المواصفات الخاصة بها. نوصي المستخدمين بمراعاة عمق تفريغ بنسبة 80%.
الخطوة 2:
في الخطوة الثانية، يتعين على المستخدمين حساب الاستهلاك اليومي لمصباح الشارع الذي يعمل بالبطارية. ويُقاس الاستهلاك اليومي بوحدة أمبير ساعة (Ah). وفيما يلي صيغة حساب استهلاك الطاقة:
معدل استهلاك الطاقة = (معدل الطاقة / الجهد) × الزمن
الخطوة 3:
في الخطوة التالية، ينبغي على المستخدمين مراعاة احتياجاتهم من الطاقة خلال الأيام الممطرة، والتي تتطلب من البطارية تزويد الأحمال بالطاقة. على سبيل المثال، إذا احتاج المستخدمون إلى دعم الطاقة خلال الأيام الممطرة لمدة تصل إلى ثلاثة أيام، فسيتعين عليهم ضرب استهلاك الطاقة للأحمال في هذا العامل. وبالتالي، فإن صيغة حساب الطاقة اللازمة خلال الأيام الممطرة في حسابات البطارية هي كما يلي:
استهلاك الطاقة (كمبيوتر شخصي) × عدد الأيام الممطرة
هذا هو تصنيف البطارية التي سيحتاجها المستخدمون لدعم الحمل. ومع ذلك، لا يزال من الضروري مراعاة عمق التفريغ، مما يعني أنه سيلزم استخدام بطارية ذات تصنيف أعلى اعتمادًا على نسبة عمق التفريغ.
الخطوة 4:
تتمثل الخطوة التالية في حساب عمق التفريغ (DoD) للبطارية، والذي قد يقلل من سعتها الإجمالية القابلة للاستخدام. لحساب عمق التفريغ، يجب على المستخدمين قسمة القيمة المُستخرجة من الخطوة 3 على نسبة عمق التفريغ. على سبيل المثال، إذا كان استهلاك الطاقة للحمل لمدة ثلاثة أيام 100 أمبير/ساعة، ويرغب المستخدمون في مراعاة عمق تفريغ بنسبة 80%، فإن متطلبات البطارية ستكون 100 / 80% = 125 أمبير/ساعة.
لذلك، من أجل دعم الحمل، سيحتاج المستخدمون إلى بطارية بسعة 125 أمبير/ساعة لمصابيح الشوارع التي تعمل بالبطارية.
البطارية شحنت أضواء الشوارع: استنتاج
لقد ناقشنا سابقًا أن تصنيفات البطاريات المستخدمة في إنارة الشوارع التي تعمل بالبطاريات تعتمد على عدة عوامل، ويجب مراعاة جميع هذه العوامل لإجراء حسابات دقيقة. تشمل بعض هذه العوامل سعة/تصنيف الحمل المطلوب، ومعدل التفريغ، ودرجة حرارة تشغيل البطارية. يمكن اتباع الخطوات المذكورة أعلاه لحساب متطلبات إنارة الشوارع التي تعمل بالبطاريات. أما بالنسبة للمهتمين بالجوانب التقنية، فيمكنهم الاطلاع على دليلنا حول كيفية تصميم دائرة إنارة شوارع ذكية تعمل بالطاقة الشمسية، والذي يشرح الجوانب الإلكترونية بالتفصيل.
الأسئلة الشائعة (FAQs)
1. كيف يمكنني حساب حجم البطارية اللازمة لأعمدة الإنارة التي تعمل بالبطارية؟
لتحديد حجم البطارية المناسبة لأعمدة إنارة الشوارع التي تعمل بالبطاريات، ابدأ بجمع بيانات قدرة المصباح، والجهد، ومستوى السطوع، ومدة التشغيل الاحتياطية المطلوبة في الأيام الممطرة، وسعة البطارية. احسب الاستهلاك اليومي (القدرة ÷ الجهد × الساعات)، واضرب الناتج في عدد أيام التشغيل الاحتياطية، ثم اقسمه على نسبة سعة البطارية للحصول على سعة الأمبير/ساعة المطلوبة.
2. ما هو عمق التفريغ (DoD) الذي يجب أن أستخدمه لأعمدة الإنارة التي تعمل بالبطاريات؟
بالنسبة لأعمدة إنارة الشوارع التي تعمل بالبطاريات، يُنصح عمومًا بتفريغ البطارية بنسبة 80%. هذا يُوازن بين الطاقة المُتاحة وعمر البطارية، حيث أن التفريغ المفرط يُقصر عمر البطارية، لذا فإن الاحتفاظ بنحو 20% من سعتها يُساعد على إطالة عمرها بشكل ملحوظ.
3. لماذا تعتبر الأيام الممطرة مهمة عند تحديد حجم البطاريات اللازمة لأعمدة الإنارة التي تعمل بالبطاريات؟
تُقلل الأيام الممطرة أو الغائمة من شحن الطاقة الشمسية، لذا تحتاج مصابيح الشوارع التي تعمل بالبطاريات إلى طاقة مخزنة إضافية للاستمرار في العمل دون شمس. ويضمن اختيار سعة البطارية لتوفير طاقة احتياطية لمدة يومين إلى ثلاثة أيام استمرار إضاءة المصابيح خلال فترات الغيوم دون انقطاع.
4. ما هي درجة حرارة التشغيل المثالية للبطاريات في مصابيح الشوارع التي تعمل بالبطاريات؟
تُعدّ درجة حرارة التشغيل المثالية للبطاريات في مصابيح الشوارع التي تعمل بالبطاريات حوالي 27 درجة مئوية (حوالي 80 درجة فهرنهايت). ينخفض الأداء عند ارتفاع درجات الحرارة بشكل كبير أو انخفاضها بشكل كبير، لذا يُعدّ اختيار بطارية مناسبة لمناخ منطقتك أمرًا بالغ الأهمية لضمان تشغيل موثوق على مدار العام.
5. ما هو نوع البطارية الأفضل لأضواء الشوارع التي تعمل بالبطارية؟
تعتبر بطاريات الليثيوم أيون بشكل عام الخيار الأفضل لأعمدة الإنارة التي تعمل بالبطاريات نظرًا لكثافة الطاقة العالية، وعمر الدورة الأطول، وكفاءة الشحن والتفريغ الأعلى، ومعدل التفريغ الذاتي المنخفض مقارنة ببطاريات الرصاص الحمضية التقليدية، مما يجعلها أكثر إحكاما وموثوقية.
