إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية الموثوقة: متصلة بالشبكة، أو خارج الشبكة، أو هجينة؟

عند وصف مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية، قد تفكر أولاً في تصميمها أو مظهرها. ولكن يمكنك أيضًا التمييز بين مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية من الناحية الفنية من خلال النظر في اتصالها بشبكة الطاقة. يساعدك فهم نوع اتصال الشبكة في تحديد نظام مصابيح الشوارع الذي يعمل بالطاقة الشمسية الأكثر ملاءمة للبيئات والاحتياجات المحددة.

وفقا لهذا المعيار، اضواء الشوارع بالطاقة الشمسية يمكن تقسيمها إلى ثلاثة أنواع رئيسية: الأنظمة المرتبطة بالشبكة (على الشبكة)، والأنظمة غير المرتبطة بالشبكة، والأنظمة الهجينة. في النهاية، يتمتع كل نظام بخصائص مختلفة ومزايا مختلفة في التطبيق. ديلنحن نصنع أفضل أنظمة إنارة الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية LED. في هذه المقالة سوف نتناول المزيد من التفاصيل حول هذه الأنظمة.

3 أنواع من أنظمة إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية

1. مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية والمتصلة بالشبكة

ترتبط مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية بالشبكة الكهربائية الرئيسية. تستمد هذه الأنظمة الطاقة من الطاقة الشمسية أثناء النهار لاستخدامها في إضاءة مصابيح الشوارع هذه وإعادة الطاقة الزائدة إلى الشبكة. وفي حالة عدم وجود الطاقة الشمسية في الليل، يتم تشغيل مصابيح الشوارع من خلال إمدادات الشبكة.

كيف يعمل:

ترتبط مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية بالشبكة الكهربائية الرئيسية. لذا، تستخدم هذه الأنظمة الطاقة الشمسية أثناء النهار لتشغيل مصابيح الشوارع وإعادة الطاقة الزائدة إلى الشبكة. وفي الليل، عندما لا تتوفر الطاقة الشمسية، تستمد مصابيح الشوارع الطاقة من الشبكة.

• الألواح الشمسية: تحول الألواح الشمسية ضوء الشمس إلى كهرباء، والتي تستخدم بدورها لتشغيل أضواء الشوارع أثناء الليل. وبالتالي، يمكن تغذية الشبكة بأي كهرباء تعتبر فائضة عن الحاجة، مما سيساعد في تقليل فاتورتك السنوية للطاقة الصادرة.
• اتصال الشبكة: تستمد مصابيح الشوارع الطاقة تلقائيًا من الشبكة للحفاظ على الإضاءة في الليل أو خلال الأيام الملبدة بالغيوم عندما يكون توليد الطاقة الشمسية غير كافٍ،
• فاتورة الكهرباء: على الرغم من أن مصابيح الشوارع هذه تعمل بالطاقة الشمسية، إلا أنها لا تزال متصلة بالشبكة. وهذا يعني أنه سيكون هناك فاتورة كهرباء. ومع ذلك، تكون الفاتورة أقل عادةً من مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الكاملة من الشبكة بسبب مساهمة الطاقة الشمسية.

فوائد:

1. توفير التكاليف: يمكن للأنظمة المرتبطة بالشبكة تقليل فواتير الكهرباء عن طريق تغذية الشبكة بالطاقة الشمسية الزائدة، مما يعوض تكلفة استهلاك الطاقة ليلاً.
2. مصداقية: وبما أن مصابيح الشوارع قادرة على توفير الطاقة من الشبكة، فيمكنها أن تتوهج بشكل مستمر حتى في فترة غائمة ممتدة أيضًا.
3. انخفاض الاستثمار الأولي: تعتبر الأنظمة المرتبطة بالشبكة أكثر فعالية من حيث التكلفة من الأنظمة غير المتصلة بالشبكة، مع انخفاض التكاليف الأولية بسبب عدم الحاجة إلى بطاريات كبيرة.

التحديات:

1. الاعتماد على الشبكة: والحقيقة أن اعتماد هذه الأنظمة على طاقة الشبكة يجعلها عرضة للتعطل أثناء فشل الشبكة الرئيسية، مما يحرم مصابيح الشوارع من الإضاءة المستمرة.
2. استقلالية محدودة: في المناطق المعرضة لانقطاعات متكررة للتيار الكهربائي، قد لا تكون الأنظمة المرتبطة بالشبكة هي الخيار الأفضل لأنها تفتقر إلى الاستقلالية التي توفرها الأنظمة غير المتصلة بالشبكة.

التطبيقات:

إن مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية والمرتبطة بالشبكة الكهربائية ستكون خياراً أفضل في المناطق الحضرية حيث تكون الطاقة غير مستقرة دائماً ويصعب تكييفها مع تكاليف الكهرباء الصلبة بسبب التعديلات الاقتصادية. كما أنها مفيدة في المناطق حيث تكون خطوط التوزيع إلى المنازل والمباني باهظة الثمن أو صعبة. على سبيل المثال، يمكن للمدينة أن تنشئ ألواحاً شمسية على أسطح المنازل أو الأراضي الشاغرة وتوليد الطاقة من هناك والتي سيتم توصيلها بالشبكة من أجل إضاءة مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية باستخدام نفس الطاقة أثناء الليل.

في بعض الحالات، يمكن استخدام أنظمة الربط بالشبكة للتخلص من الحاجة إلى تركيب الألواح الشمسية على كل عمود إنارة في الشارع. وبدلاً من ذلك، يتم جمع الطاقة الشمسية في موقع مركزي ثم توصيلها في شكل كهرباء عبر الشبكة بحيث يتم تبسيط التصميم لتحقيق جاذبية جمالية أكبر مع تقليل التأثير البصري على البنية الأساسية لإنارة الشوارع بالطاقة الشمسية.

2. مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية المستقلة (خارج الشبكة)

تعمل مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية بشكل مستقل عن الشبكة الكهربائية. وهي مكتفية ذاتيًا تمامًا، حيث تستخدم الطاقة الشمسية لتوليد وتخزين الكهرباء لاستخدامها في الليل أو خلال فترات الغيوم. هذا النوع من مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية مفيد بشكل خاص في المناطق النائية أو الريفية حيث يكون الوصول إلى الشبكة محدودًا أو غير موجود.

كيف يعمل:

• الألواح الشمسية: تُستخدم الألواح الشمسية بشكل أساسي في توليد الطاقة؛ فهي تحول ضوء الشمس إلى كهرباء أثناء النهار. تُخزَّن الطاقة المولدة في بطاريات أساسية لاستخدامها عندما لا تشرق الشمس.
• البطاريات: تخزن هذه البطاريات الطاقة المولدة بواسطة الألواح الشمسية لضمان إضاءة الشوارع ليلاً أو عندما تكون السماء غائمة. تعد سعة البطارية معيارًا أساسيًا لطول فترة التشغيل عندما لا يكون هناك ضوء شمس على مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية.
• مصدر الضوء: باستخدام الطاقة اللازمة لتشغيل مصابيح الشوارع أو مصادر الإضاءة الأخرى المدمجة مع معدات الطاقة الشمسية، يعمل الضوء بشكل مستقل، حيث يضيء عند الغسق وينطفئ عند الفجر.

فوائد:

1. الاستقلال الكامل: تعتبر الأنظمة المستقلة عن الشبكة مستقلة تمامًا عن الشبكة الكهربائية الرئيسية مما يجعلها مثالية للمواقع النائية حيث لا يكون الوصول إلى الشبكة ممكنًا.
2. لا توجد فواتير كهرباء: وبما أن النظام غير متصل بالشبكة، فهذا هو السبب في عدم وجود تكاليف كهرباء مستمرة، مما يجعله حلاً فعالاً من حيث التكلفة على المدى الطويل.
3. قابلية التوسع: يمكن توسيع نطاق الأنظمة خارج الشبكة بسهولة لتلبية احتياجات المواقع المختلفة والتي تأتي من مصابيح الشوارع LED التي تعمل بالطاقة الشمسية إلى مناطق بأكملها.

التحديات:

1. تكلفة أولية أعلى: تحتاج الأنظمة المستقلة عن الشبكة إلى استثمار أولي أكبر بسبب الحاجة إلى البطاريات وعوامل أخرى ضرورية للتشغيل المستقل.
2. صيانة البطارية: تتطلب البطاريات المستخدمة في الأنظمة غير المتصلة بالشبكة صيانة منتظمة واستبدالًا في نهاية المطاف، مما يزيد من تكاليف التشغيل.
3. حدود تخزين الطاقة: إن سعة البطاريات تحد من كمية الطاقة التي يمكن تخزينها أيضًا، وهو ما قد يشكل تحديًا أثناء فترات طويلة من انخفاض ضوء الشمس.

التطبيقات:

في المناطق التي يصعب فيها تمديد الشبكة الكهربائية أو تكون مكلفة، تخدم أضواء الشوارع الشمسية المناطق الريفية والنائية بشكل أفضل. كما تُستخدم أيضًا بشكل شائع في شاشات العرض الإلكترونية LED، حيث توفر مصدر إضاءة طويل العمر وعالي الاستقرار للاهتزاز. التطبيقات النموذجية لهذه الأنظمة هي القرى وإضاءة مواقف السيارات والحدائق والطرق السريعة مما يجعلها خيارًا مثاليًا حيث تكون الإضاءة المستمرة مطلوبة دون الوصول إلى الشبكة.

على سبيل المثال، يمكن استخدام مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية والتي تعمل خارج الشبكة لإضاءة الطرق والممرات في المناطق النائية في أفريقيا أو آسيا لتحسين السلامة والأمان للسكان. كما تُستخدم هذه المصابيح في المناطق التي من المرجح أن تؤدي الكوارث الطبيعية إلى تدمير البنية الأساسية فيها، بحيث يمكن تشغيل الإضاءة الخارجية بأقل قدر من الطاقة أثناء انقطاع التيار الكهربائي.

3. مصابيح الشوارع الهجينة التي تعمل بالطاقة الشمسية

وظيفة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية الهجينة مع أنظمة متصلة بالشبكة وخارجها. يمكن لكل منها العمل بشكل مستقل على طاقة البطارية المخزنة والطاقة الشمسية أو السحب من الشبكة حسب الحاجة. يمكن أن تكون الأفضل والأكثر موثوقية بسبب عملها المزدوج حيث أنها جيدة بشكل خاص في مناطق الترددات الكرزية.

كيف يعمل:

• الألواح الشمسية: تعمل الألواح الشمسية على توليد الكهرباء خلال النهار (والتي يمكن تخزينها في البطاريات)، ثم تعمل على تشغيل أضواء الشوارع في الليل.
• البطاريات: تحتفظ البطاريات بالطاقة الشمسية الإضافية بحيث يمكن توفيرها عندما لا يتوفر ضوء الشمس لشحن أضواء الشوارع. ولكن إذا نفدت البطارية (وهذا سيحدث بالتأكيد)، يمكن للنظام بدلاً من ذلك الاستفادة من طاقة الشبكة كنسخة احتياطية.
• اتصال الشبكة: تتصل الأنظمة الهجينة بالشبكة الكهربائية ولكنها لا تستهلك الطاقة إلا عندما تنفد البطاريات. وهذا يسمح بالعمليات المستمرة حتى في فترات ممتدة مع قلة أو انعدام ضوء الشمس أو ارتفاع الطلب على الطاقة.

فوائد:

1. مصداقية: يتمتع النظام الهجين أيضًا بخصائص موثوقة للأنظمة المرتبطة بالشبكة وخصائص الاستقلال عن النظام خارج الشبكة للتأكد من عدم إطفاء أضواء الشوارع تحت أي ظرف من الظروف
2. كفاءة الطاقة: تقوم الأنظمة الهجينة بتوجيه الطاقة الشمسية لاستخدامها أولاً والشبكة ثانياً، مما يوفر لك المال في إجمالي استخدام الكهرباء.
3. القدرة على التكيف: يمكن لهذه الأنظمة التكيف في بيئات مختلفة، مثل المناطق الثلجية حيث يتغير الطقس بسرعة كبيرة أو احتياجات الطاقة المتقلبة

التحديات:

1. تعقيد: تعتبر الأنظمة الهجينة أكثر تعقيدًا من الطاقة الشمسية الأساسية المرتبطة بالشبكة أو غير المتصلة بالشبكة لأنها تتطلب عناصر تحكم متقدمة للتبديل بين الطاقة التي تغذيها العاكس من المصفوفة، وبيع أي فائض إلى الشركة باستخدام محركات التردد المتغير (VFD) بالإضافة إلى مطابقة تدفق التيار مع عاكسات جانب الحمل بناءً على الظروف المحلية.
2. التكلفة الأعلى: تتطلب الأنظمة الهجينة تكلفة أولية وتشغيلية أعلى بسبب تضمين كل من البطاريات والبنية الأساسية لتوصيل الشبكة.
3. صيانة: تتطلب مكونات الطاقة الشمسية وشبكات الطاقة في الأنظمة الهجينة صيانة مناسبة على أساس منتظم مما يزيد من تكلفتها.

التطبيقات:

في المناخات الإقليمية الحرجة وغير المتوقعة أو المناطق التي لا تتمتع بشبكة موثوقة، يعد استخدام مصابيح الشوارع الهجينة التي تعمل بالطاقة الشمسية إنجازًا يجب التغلب عليه. وهذا يعني أنه في المناطق التي تنقطع فيها الكهرباء بشكل منتظم، يمكن للأنظمة الهجينة توفير إضاءة خارجية مستمرة باستخدام بطارية احتياطية أثناء فترة التوقف وشبكة احتياطية أيضًا إذا لزم الأمر.

الأنظمة الهجينة ــ حتى في البيئات الحضرية، تستطيع الأنظمة الهجينة خفض فواتير الكهرباء وخلق مصدر ضوء مستقر. وفي مدينة ذات إضاءة بلوتونية، يمكن أتمتة هذا التبديل بسهولة ــ على سبيل المثال إضاءة أعمدة الإنارة في الشوارع بالطاقة الشمسية في المساء والصباح عندما يكون هناك ازدحام مروري أقل، ولكن التحول إلى الإضاءة من الشبكة الكهربائية خلال أوقات الذروة المرورية إذا كانت هناك حاجة إلى مزيد من الإضاءة.

التطبيقات العملية ودراسات الحالة

إن فهم مكان وكيفية تطبيق أنظمة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية يمكن أن يساعد في اتخاذ قرارات مستنيرة. وفيما يلي بعض الأمثلة العملية ودراسات الحالة:

1. التطبيقات الحضرية

• الأنظمة المرتبطة بالشبكة في المدن الذكية: في مدن مثل برشلونة وسنغافورة، يتم دمج مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية والمتصلة بالشبكة في البنية التحتية للمدن الذكية. ولا تعمل هذه الأنظمة على خفض تكاليف الكهرباء فحسب، بل تساهم أيضًا في تحقيق أهداف كفاءة الطاقة الإجمالية للمدينة. كما تدعم القدرة على تغذية الطاقة الشمسية الزائدة إلى الشبكة مبادرات الطاقة المتجددة في المدينة.
• الأنظمة الهجينة في المناطق الحضرية:  في المناطق الحضرية حيث انقطاع التيار الكهربائي شائع حيث تعمل الأنظمة الهجينة بشكل أفضل هنا. في مدينة نيويورك، تضيء مصابيح الشوارع الهجينة الشمسية مناطق الطوارئ مثل الزوايا أثناء انقطاع التيار الكهربائي بعد العاصفة. في حالات الطوارئ مثل هذه، قد يكون من المريح معرفة أن النقاط الرئيسية مثل المستشفيات والطرق لا تزال مضاءة بسبب قدرتها على التبديل بين الطاقة الشمسية وطاقة الشبكة.

2. التطبيقات الريفية والنائية

• الأنظمة المستقلة عن الشبكة في البلدان النامية: إن مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية ضرورية للإضاءة التي يمكن الوصول إليها ونظيفة حيث لا توجد تغطية للشبكة المحلية. يتم تطبيقها في القرى والطرق الريفية والمخيمات لتحسين استقرار السلامة وجودة الحياة الاقتصادية المحلية. لقد أدى توظيف مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية خارج الشبكة في المناطق الريفية في كينيا إلى خفض معدلات الجريمة وجعل المجتمعات بيئات أكثر أمانًا للأنشطة المسائية.
• الأنظمة المستقلة في المناطق المحمية: تستخدم الأنظمة المستقلة في المحميات الطبيعية والحدائق الوطنية، وهي تعمل بالطاقة الشمسية خارج الشبكة. كما تستخدم في المناطق المحمية والحدائق الوطنية، حيث تقلل من البصمة البيئية. فهي توفر إضاءة معتدلة مع كونها صديقة للبيئة ولا تسبب إزعاجًا للبيئة الطبيعية. وتجد حديقة كروجر الوطنية في جنوب أفريقيا حلاً أكثر مثالية لإضاءة الممرات والمخيمات باستخدام مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية؛ مما يوفر الأمن للمخيمات ولكن لا يعيق جمالها المميز.

3. التطبيقات الصناعية والتجارية

• الأنظمة الهجينة في المناطق الصناعية: في المناطق الصناعية، حيث تشتد الحاجة إلى الكهرباء، يتم تنفيذ أنظمة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية من أجل تقليل تكاليف الطاقة وتوفير إضاءة موثوقة في أي ساعة. لا تزال الأنظمة الهجينة تجد تطبيقات أوسع في بعض البلدان، بما في ذلك المتنزهات الصناعية التي تستخدم نظامًا هجينًا (مثل الهند)، والذي يمكنه التعامل مع احتياجات المستخدمين المحليين المتغيرة بشكل دوري وتزويدهم باستمرارية الإمداد عند إيقاف تشغيل الشبكة. ونتيجة لذلك، تسمح هذه الأنظمة للشركات بتحقيق أهداف الاستقرار وتقليل تكلفة التشغيل.
• الأنظمة المرتبطة بالشبكة في المشاريع التجارية: إنارة الشوارع التجارية التي تعمل بالطاقة الشمسية لمراكز التسوق والمجمعات المكتبية، باستخدام الطاقة الشمسية المرتبطة بالشبكة. هنا، في دبي، تدمج العديد من المشاريع التجارية أنظمة مرتبطة بالشبكة كجزء من مواصفات المباني الخضراء الخاصة بها، مما يؤدي إلى تعزيز مكانة المدينة بين المدن المتقدمة.

الاتجاهات والابتكارات المستقبلية

مجال إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية LED يتطور قطاع الاتصالات بشكل سريع، مع وجود ابتكارات مستمرة تهدف إلى تحسين الكفاءة وخفض التكاليف وتوسيع التطبيقات. وفيما يلي بعض الاتجاهات المستقبلية التي يجب مراقبتها:

1. تكنولوجيا البطارية المتقدمة

• البطاريات ذات الحالة الصلبة: يمكن لتقنيات البطاريات المتقدمة مثل البطاريات ذات الحالة الصلبة أن تعمل على تحسين كفاءة ومتانة مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية. على وجه التحديد، تم تصميم هذه البطاريات بشكل أكثر أمانًا وقوة من بطاريات الليثيوم أيون السائدة ذات كثافة الطاقة المنخفضة مما جعلها مثالية للاستخدام في الأنظمة غير المتصلة بالشبكة وكذلك الأنظمة الهجينة.
• المكثفات الفائقة: هناك تقنية أخرى يتم استكشافها لمصابيح الشوارع الشمسية، وهي تتمتع بفترة شحن أقصر وتدوم لفترة أطول مقارنة بالبطاريات العادية الأخرى، مما يجعلها تدوم لفترة طويلة قبل أن تتطلب تغييرات أو تغيير.

2. التكامل مع البنية التحتية للمدينة الذكية

• أضواء الشوارع الممكّنة بتقنية إنترنت الأشياء: يتيح دمج مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية مع إنترنت الأشياء (IoT) مراقبة أنظمة الإضاءة والتحكم فيها في الوقت الفعلي. تمكن هذه التكنولوجيا المدن من تحسين استخدام الطاقة والاستجابة السريعة لاحتياجات الصيانة وتعزيز السلامة العامة من خلال ميزات مثل التعتيم عن بعد واكتشاف الحركة.
• التوافق مع الشبكة الذكية: ستصبح مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية في المستقبل متوافقة بشكل متزايد مع أنظمة الشبكة الذكية، مما يسمح بتوزيع وإدارة الطاقة بكفاءة أكبر. وسيمكن هذا التكامل المدن من موازنة أحمال الطاقة، وتقليل الطلب في أوقات الذروة، وتحسين موثوقية الإضاءة العامة.

3. المواد المستدامة والتصنيع

• مواد صديقة للبيئة: ومن المتوقع أن يزداد استخدام المواد المستدامة في تصنيع مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية. وسوف تعمل الابتكارات في مجال علم المواد، مثل المركبات القابلة للتحلل البيولوجي والمعادن المعاد تدويرها، على تقليل التأثير البيئي للإنتاج والتخلص منها.
• نماذج الاقتصاد الدائري: في السنوات القادمة، ستستمر نماذج الاقتصاد الدائري في اكتساب المزيد والمزيد من القبول في صناعة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية والتي ستركز على إعادة تدوير المواد في مرحلة نهاية عمرها.

إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية: الخاتمة

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية: متصلة بالشبكة، وغير متصلة بالشبكة، وهجينة والتي لها هياكل مختلفة عندما اختيار الشخص المناسب اعتمادًا على مجموعة من العوامل مثل المتطلبات الخاصة بالموقع الخاص بك ميزانية المناخ. هناك إيجابيات وسلبيات مختلفة لكل نظام، لذا من الأفضل التفكير بعناية.

توفر مصابيح الشوارع الشمسية المتصلة بالشبكة فائدة خفض تكاليف الكهرباء مع الحفاظ على اتصال موثوق به بالشبكة. توفر الأنظمة غير المتصلة بالشبكة استقلالية كاملة وهي مثالية للمناطق النائية التي لا تتوفر فيها إمكانية الوصول إلى الشبكة. تجمع الأنظمة الهجينة بين أفضل ما في العالمين، حيث توفر الموثوقية والمرونة في المناطق ذات الظروف الجوية المتقلبة أو الوصول غير الموثوق إلى الشبكة.

على المدى الطويل، يعمل شراء إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية على تقليل التكاليف الوظيفية والتلوث البيئي الوقائي بالإضافة إلى المساهمة في الابتكار الطبيعي للمدن. اختر الأفضل مصابيح الشوارع LED بالطاقة الشمسية لتلبية احتياجاتك وتحقيق أقصى قدر من المدخرات، وتعزيز السلامة العامة، ودعم الانتقال إلى مستقبل أكثر نظافة واستدامة.

التعليمات