العلم وراء تصميم أضواء الشوارع بالطاقة الشمسية

يلعب العلم دوراً هاماً في تصميم أضواء الشوارع بالطاقة الشمسية. تعتمد الميزات التي تأتي مع الوحدات الشمسية على مفاهيم الكيمياء والفيزياء. ولذلك، فإن كل مكون يتكون منه النظام يحمل لمسة علمية فيه.

معظم مستخدمي مصابيح الشوارع بالطاقة الشمسية على دراية بالتقنيات والابتكارات المرئية فقط، ولكن هناك شيء أكثر فريدة وتعقيدًا يكمن تحت 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، كلها تعني نفس الشيء. هذه الخلايا مواد شبه موصلةمثل السيليكون الذي يعتمد على التأثير الكهروضوئي لتوليد وتوصيل التيار المباشر. يحصل هذا التأثير على دفعة من المجال الكهربائي الذي يتكون من الخلايا المشحونة بشكل إيجابي (من النوع p) وسالبة (من النوع n).

عندما يسقط ضوء الشمس على الخلية الكهروضوئية، فإن الجسيمات غير المرئية، المعروفة أيضًا باسم الفوتونات، ستحل محل الإلكترون مما يجعله حرًا. يقوم المجال الكهربائي الناتج عن طبقات أشباه الموصلات المشحونة سلبيًا وإيجابيًا بتحريك الناقلات الحرة لتكوين تيار طاقة. يعمل التأثير الكهروضوئي على توليد كهرباء التيار المباشر (DC) التي يجب تخزينها في البطارية لاستخدامها في وقت لاحق من الليل.

لفهم العلم المتعلق بالألواح الشمسية، تصور هذا: تمتص مادة شبه موصلة الفوتونات من أشعة الشمس التي تثير الإلكترونات الموجودة في المادة التي تقرر السفر عبر وحدة الخلية. يتم تثبيت قطب كهربائي في النهاية لالتقاط الإلكترونات المتحركة، وهذه هي الطريقة التي ننتج بها الكهرباء. تخلق طبقات مادة أشباه الموصلات المشحونة مجالًا كهربائيًا يدفع الجزيئات المشحونة لتكوين تدفق تيار مباشر.

منذ اكتشاف وإظهار الكهروضوئية تأثير، كانت هناك تحسينات في الخلايا الكهروضوئية. أدى هذا التقدم في العلوم إلى إنتاج نوعين من الخلايا الكهروضوئية، أحادية البلورية، وألواح متعددة أو متعددة البلورات.

علم التحكم بالشحن

تقف وحدات التحكم في الشحن بين اللوحة الكهروضوئية والبطارية، وتعمل على حماية البطارية من الشحن الزائد، وارتفاع درجة الحرارة، والإفراط في التفريغ. عندما تصل الوحدة إلى الحد الأقصى والحد الأدنى لمستوى الجهد المحدد، ستقوم وحدة التحكم بتنظيم عملية الشحن والتفريغ من خلال طرق الدائرة القصيرة والتبديل.

ستساعدك المعرفة الكهربائية، وخاصة تلك الخاصة بالدوائر المفتوحة، على فهم عمليات وحدات التحكم بالشحن.

العلم وراء البطاريات الشمسية.

البطارية هي معدات التخزين في نظام إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية. هناك ما يكفي من العلوم في شكل الكيمياء والفيزياء التي تتعلق بهذا المكون. باستخدام البطارية المناسبة القابلة لإعادة الشحن، يمكنك الاستفادة من الإمداد السلس بالكهرباء أثناء الليل.

هناك العديد من الأنواع المختلفة من البطاريات القابلة لإعادة الشحن التي يمكنك استخدامها في نظام إضاءة الشوارع الذي يعمل بالطاقة الشمسية، بما في ذلك ليثيوم أيون، بطاريات الرصاص الحمضية، جل الصوديوم العميق دورة، الهواء المعدني، وبطارية التدفق.

يتمثل العلم وراء هذه البطاريات في شحن سائل موصل مغلق (إلكتروليت) مفصول بخلايا تتصل بنهاية قطبية سالبة أو موجبة. ستحدد كيفية شحن البطارية واستنزافها عمرها الافتراضي: يؤدي الشحن الزائد واستنفاد البطاريات الشمسية إلى تقليل فترة خدمة التصميم.

يتطلب اختيار البطارية المناسبة لتصميم مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية إجراء مقارنة مدروسة بين كيمياء وخصائص الإلكتروليتات المختلفة. ما عليك أن تفهمه هنا هو تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية.

العلم وراء العاكس

إن نوع الكهرباء الذي يتم تشغيله في مبانينا ووحدات الإنارة الشمسية هو تيار التيار المتردد (AC)، لكننا نعلم جميعًا أن الخلايا الكهروضوئية يمكنها توليد كهرباء التيار المباشر (DC) فقط. لقد سهّل علينا العلم تحويل الجهد العالي من التيار المستمر إلى تيار متردد باستخدام العاكس.

قد يستخدم العاكس الذي تختاره أجهزة إلكترونية أو ميكانيكية أو مزيجًا من الاثنين معًا. في حالة التيارات والفولتية المنخفضة جدًا، ستحتاج إلى مذبذبات وليس عاكسًا. ستحتاج إلى عاكس إذا كانت الألواح الشمسية الكهروضوئية تنتج طاقة تتراوح من 200 إلى 400 فولت تيار مستمر.

يدور علم العاكس حول الأشكال الموجية (موجة جيبية، أو موجة جيبية معدلة، أو موجة مربعة) اعتمادًا على تصميم أضواء الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية. يضمن العلم الكامن وراء تشغيل العاكسات أن تردد الخرج والجهد والطاقة هو نفس المعيار المطلوب. بالنسبة لتطبيقات الطاقة الشمسية، يمكنك استخدام العاكس في كل من الأنظمة المتصلة بالشبكة وخارجها.

يتيح استخدام الأجهزة الكهرومغناطيسية (المفاتيح) والمكثفات والمحاثات تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد. في معظم الوحدات المتكاملة، ستجد عاكسًا صغيرًا يُستخدم في تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد.

تصميم أضواء الشوارع بالطاقة الشمسية

العلوم في مصابيح LED الشمسية

بدون المعرفة الكهربائية والبصرية والحرارية، سيكون من الصعب عليك فهم العلم وراء مصابيح LED. ويجب تنسيق جميع هذه المجالات للتوصل إلى مصدر ضوء فعال وموفر للطاقة. إن تجهيزات الإضاءة هي مجرد دائرة حيث، في النهاية، يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية عن طريق استخدام الثنائيات الباعثة للضوء.

وخلافًا للألواح الشمسية، فإن مزيج الإلكترونات المثارة في أشباه الموصلات وفتحات الإلكترون يطلق الفوتونات. لذلك، سوف تحتاج إلى التعرف على أشباه الموصلات والإلكترونات والثقوب لفهم العلم وراء مصابيح LED.

العلوم في أقطاب الطاقة الشمسية

المعرفة العلمية الأولية المفيدة في الطاقة الشمسية أعمدة تصميم أضواء الشوارع هو علم المواد. يبحث هذا المجال في الخصائص الفيزيائية والميكانيكية والكيميائية لمجموعة من المواد لتطوير مقاومة الرياح. تعد صناعة سبائك المعادن والصباغة من أكثر التقنيات العلمية استخدامًا.

ينطبق علم المواد أيضًا على تصميم أغطية الأغطية للمكونات المختلفة لنظام إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية. العلم هنا هو المسؤول عن خصائص مقاومة الماء والغبار في تجهيزات الإضاءة.

تصميم أضواء الشوارع بالطاقة الشمسية

تصميم أضواء الشوارع بالطاقة الشمسية: الخلاصة 

إن فهم العلوم وراء تصميم أضواء الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية سيساعد في اختيار التكنولوجيا الفعالة والموفرة للطاقة للنظام. لمعرفة كيفية عمل هذه الأنظمة، ستحتاج إلى فهم كيفية صنعها. علاوة على ذلك، ستمكنك الابتكارات العلمية الجديدة من اختيار أحدث المكونات.

إن شركة DEL ILLUMINATION متجذرة بعمق في العلوم، وهي الأساس والركيزة لتصميمات أنظمة إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية الفعالة والموفرة للطاقة.

تحقق من مقالتنا على تحقيق المزيد من ساعات إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية في الليل.