يلعب العلم دورا هاما في تصميم مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسيةتعتمد ميزات وحدات الطاقة الشمسية على مفاهيم الكيمياء والفيزياء. لذلك، يحمل كل مكون من مكونات النظام لمسة علمية.
معظم مستخدمي مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية على دراية فقط بالتقنيات والابتكارات المرئية، ولكن هناك شيء أكثر تفردًا وتعقيدًا يكمن وراء الميزات والوظائف الخاصة التي نراها.
دعونا الآن نلقي نظرة على الأدلة العلمية في كل مكون من مكونات نظام إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية.
العلم وراء الألواح الشمسية
الألواح الشمسية أو الخلايا الكهروضوئية، جميعها تعني الشيء نفسه. هذه الخلايا هي المواد شبه الموصلةمثل السيليكون، الذي يعتمد على التأثير الكهروضوئي لتوليد وتوصيل التيار المستمر. يستمد هذا التأثير دعمه من المجال الكهربائي الناتج عن الخلايا المشحونة إيجابًا (من النوع p) والخلايا المشحونة سلبًا (من النوع n).
عندما يسقط ضوء الشمس على الخلية الكهروضوئية، تُحل الجسيمات غير المرئية، المعروفة أيضًا باسم الفوتونات، محل الإلكترونات، مما يُحررها. يُحرك المجال الكهربائي الناتج عن طبقات أشباه الموصلات المشحونة سلبًا وإيجابًا، حاملات الطاقة الحرة، مُشكِّلًا تيارًا من الطاقة. يُولِّد التأثير الكهروضوئي تيارًا كهربائيًا مستمرًا (DC) يُخزَّن في البطارية لاستخدامه لاحقًا في الليل.
لفهم العلم في الألواح الشمسيةتخيل هذا: تمتص مادة شبه موصلة فوتونات من أشعة الشمس، مما يُثير الإلكترونات في المادة التي تقرر الانتقال عبر وحدة الخلية. يُثبّت قطب كهربائي في نهايته لالتقاط الإلكترونات المنتقلة، وهكذا نُولّد الكهرباء. تُنشئ طبقات شبه الموصل المشحونة مجالًا كهربائيًا يدفع الجسيمات المشحونة لتكوين تيار مستمر.
منذ اكتشاف وإظهار الضوئية نتيجةً لذلك، طرأ تحسنٌ على الخلايا الكهروضوئية. وقد أدى هذا التقدم العلمي إلى ظهور نوعين من الخلايا الكهروضوئية: أحادية البلورة، وألواح متعددة البلورات.
علم وحدات التحكم في الشحن
تقع وحدات التحكم بالشحن بين لوحة الطاقة الشمسية والبطارية، وتحميها من الشحن الزائد والسخونة الزائدة والتفريغ الزائد. عندما تصل الوحدة إلى الحد الأقصى والأدنى لمستوى الجهد المحدد، تُنظّم وحدة التحكم عملية الشحن والتفريغ من خلال دارة قصر كهربائية وطريقة تبديل.
ستساعدك المعرفة الكهربائية، وخاصةً فيما يتعلق بالدوائر المفتوحة، على فهم عمليات وحدات التحكم في الشحن.
العلم وراء البطاريات الشمسية.
البطارية هي وحدة التخزين في نظام إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية. ويعتمد هذا المكون على علوم الكيمياء والفيزياء. باستخدام البطارية القابلة لإعادة الشحن المناسبة، ستحصل على إمداد سلس بالكهرباء ليلاً.
هناك العديد من أنواع البطاريات القابلة لإعادة الشحن التي يمكنك استخدامها في نظام إضاءة الشوارع الذي يعمل بالطاقة الشمسية، بما في ذلك بطارية ليثيوم أيونبطاريات الرصاص الحمضية، بطاريات الجل العميقة الصوديوم والكبريت، والهواء المعدني، وبطاريات التدفق.
يعتمد علم هذه البطاريات على شحن سائل موصل (إلكتروليت) مغلق، مفصول بخلايا متصلة بطرف قطبي سالب أو موجب. طريقة شحن بطاريتك وتفريغها تحدد عمرها الافتراضي: فالشحن الزائد وتفريغ بطاريات الطاقة الشمسية يقلل من عمر تصميمها.
يتطلب اختيار البطارية المناسبة لتصميم مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية مقارنة دقيقة بين التركيب الكيميائي وخصائص مختلف الإلكتروليتات. ما تحتاج إلى فهمه هنا هو تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية.
العلم وراء العاكس
نوع الكهرباء الذي يُغذي مبانينا ومصابيحنا الشمسية هو التيار المتردد (AC)، ولكننا جميعًا نعلم أن الخلايا الكهروضوئية لا تُولّد سوى تيار مستمر (DC). وقد سهّل العلم تحويل التيار المستمر عالي الجهد إلى تيار متردد باستخدام عاكس.
قد يستخدم العاكس الذي تختاره أجهزة إلكترونية أو ميكانيكية أو مزيجًا منهما. في حالة انخفاض التيارات والجهد بشكل كبير، ستحتاج إلى مُذبذبات وليس عاكسًا. ستحتاج إلى عاكس إذا كانت ألواحك الشمسية الكهروضوئية تُنتج جهدًا يتراوح بين ٢٠٠ و٤٠٠ فولت تيار مستمر.
يعتمد علم العاكس على أشكال الموجات (الموجة الجيبية، أو الجيبية المعدلة، أو الموجة المربعة) حسب تصميم دائرة إنارة الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية. يضمن علم تشغيل العاكسات تطابق تردد الخرج والجهد والطاقة مع المعيار المطلوب. في تطبيقات الطاقة الشمسية، يمكنك استخدام العاكس في الأنظمة المتصلة بالشبكة وغير المتصلة بها.
يُمكّن استخدام الأجهزة الكهرومغناطيسية (المفاتيح) والمكثفات والمحاثات من تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد. في معظم الوحدات المتكاملة، ستجد عاكسًا دقيقًا يُستخدم في تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد.
تصميم مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية
العلوم في مصابيح LED الشمسية
بدون معرفة كهربائية وبصرية وحرارية، يصعب عليك فهم علم مصابيح LED. يجب تنسيق جميع هذه المجالات للتوصل إلى مصدر إضاءة فعال وموفر للطاقة. تركيبات الإضاءة ليست سوى دائرة كهربائية، حيث يتم في النهاية تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية باستخدام الثنائيات الباعثة للضوء.
بخلاف الألواح الشمسية، يُطلق اتحاد الإلكترونات المثارة في أشباه الموصلات مع فجوات الإلكترونات فوتونات. لذلك، ستحتاج إلى التعرف على أشباه الموصلات والإلكترونات والفجوات لفهم علم مصابيح LED.
العلوم في الأقطاب الشمسية
المعرفة العلمية الأساسية المفيدة في مجال الطاقة الشمسية أعمدة تصميم إنارة الشوارع هو علم المواد. يبحث هذا المجال في الخصائص الفيزيائية والميكانيكية والكيميائية لمزيج من المواد لتطوير مقاومة الرياح. تُعدُّ سبائك المعادن والصباغة بالصب من أكثر التقنيات العلمية استخدامًا.
يُستخدم علم المواد أيضًا في تصميم أغلفة وأغطية مختلف مكونات أنظمة إضاءة الشوارع الشمسية. ويُعدّ هذا العلم مسؤولًا عن خصائص مقاومة الماء والغبار في تركيبات الإضاءة.
تصميم مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية
تصميم مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية: الخاتمة
إن فهم الجوانب العلمية لتصميم إنارة الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية سيساعد في اختيار تقنية فعّالة وموفرة للطاقة للنظام. لمعرفة كيفية عمل هذه الأنظمة، عليك فهم كيفية تصنيعها. علاوة على ذلك، ستمكنك الابتكارات العلمية الحديثة من اختيار مكونات متطورة.
تتمتع شركة DEL ILLUMINATION بجذور عميقة في العلم، وهو الأساس والركيزة لتصاميم أنظمة إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية الفعالة والموفرة للطاقة.
تحقق من مقالتنا على تحقيق المزيد من ساعات إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية في الليل.