يلعب العلم دورا هاما في تصميم إنارة الشوارع بالطاقة الشمسيةتعتمد الميزات التي تأتي مع وحدات الطاقة الشمسية على مفاهيم الكيمياء والفيزياء. وبالتالي، فإن كل مكون من مكونات النظام يحمل 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، كلها تعني نفس الشيء. هذه الخلايا هي المواد شبه الموصلةمثل السيليكون، الذي يعتمد على التأثير الكهروضوئي لتوليد وتوصيل التيار المستمر. ويحصل هذا التأثير على دفعة من المجال الكهربائي الذي تشكله الخلايا المشحونة إيجابًا (النوع p) والخلايا المشحونة سلبًا (النوع n).
عندما تسقط أشعة الشمس على الخلية الكهروضوئية، فإن الجسيمات غير المرئية، المعروفة أيضًا باسم الفوتونات، ستحل محل الإلكترون مما يجعله حرًا. يحرك المجال الكهربائي الناتج عن طبقات أشباه الموصلات المشحونة سلبًا وإيجابًا الناقلات الحرة لتكوين تيار طاقة. يولد التأثير الكهروضوئي تيارًا كهربائيًا مباشرًا (DC) يجب تخزينه في البطارية لاستخدامه لاحقًا في الليل.
لفهم العلم في الألواح الشمسية، تخيل ما يلي: تمتص مادة شبه موصلة الفوتونات من أشعة الشمس التي تثير الإلكترونات في المادة التي تقرر السفر عبر وحدة الخلية. يتم تثبيت قطب كهربائي في النهاية لالتقاط الإلكترونات المسافرة، وهذه هي الطريقة التي نولد بها الكهرباء. تخلق طبقات مادة شبه الموصل المشحونة مجالًا كهربائيًا يدفع الجسيمات المشحونة لتكوين تدفق تيار مباشر.
منذ اكتشاف وإثبات الطاقة الكهروضوئية ونتيجة لذلك، حدثت تحسينات في الخلايا الكهروضوئية. وقد أدى هذا التقدم في العلوم إلى إنتاج نوعين من الخلايا الكهروضوئية، الخلايا أحادية البلورة، والخلايا متعددة البلورات.
علم وحدات التحكم في الشحن
توجد وحدات التحكم في الشحن بين لوحة الطاقة الشمسية والبطارية، وتعمل على حماية البطارية من الشحن الزائد والسخونة الزائدة والتفريغ الزائد. وعندما تصل الوحدة إلى الحد الأقصى والأدنى لمستوى الجهد المحدد، تعمل وحدة التحكم على تنظيم عملية الشحن والتفريغ من خلال طرق قصر الدائرة والتبديل.
ستساعدك المعرفة الكهربائية، وخاصة معرفة الدائرة المفتوحة، على فهم عمليات التحكم في الشحن.
العلم وراء البطاريات الشمسية.
البطارية هي جهاز التخزين في نظام إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية. هناك ما يكفي من العلوم في شكل كيمياء وفيزياء يتم استخدامها في هذا المكون. باستخدام البطارية القابلة لإعادة الشحن المناسبة، يمكنك الحصول على ميزة إمداد سلس بالكهرباء في 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 أيونبطاريات الرصاص الحمضية، بطاريات الجل العميقة الصوديوم والكبريت، بطاريات الهواء المعدني، وبطاريات التدفق.
تعتمد هذه البطاريات على شحن سائل موصل مغلق (إلكتروليت) مفصول بخلايا متصلة بطرف قطبي سلبي أو إيجابي. إن كيفية شحن البطارية واستنزافها ستحدد عمرها الافتراضي: إن الإفراط في شحن بطاريات الطاقة الشمسية واستنفادها يقلل من فترة خدمة التصميم.
يتطلب اختيار البطارية المناسبة لتصميم مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية مقارنة مدروسة بين الكيمياء وخصائص مختلف الإلكتروليتات. ما تحتاج إلى فهمه هنا هو تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية.
العلم وراء العاكس
إن نوع الكهرباء التي تغذي مباني ومصابيح الطاقة الشمسية هو التيار المتناوب (AC)، ولكننا جميعًا نعلم أن الخلية الكهروضوئية لا يمكنها توليد سوى تيار مستمر (DC). وقد سهّل لنا العلم تحويل التيار المستمر عالي الجهد إلى تيار متردد باستخدام عاكس.
قد يستخدم العاكس الذي تختاره أجهزة إلكترونية أو ميكانيكية أو مزيجًا من الاثنين. في حالة التيارات والجهد المنخفضين للغاية، ستحتاج إلى مذبذبات وليس عاكسًا. ستحتاج إلى عاكس إذا كانت الألواح الشمسية الكهروضوئية الخاصة بك تنتج سعة طاقة تتراوح من 200 إلى 400 فولت تيار مستمر.
يعتمد علم العاكس على أشكال الموجات (الموجة الجيبية أو الموجة الجيبية المعدلة أو الموجة المربعة) اعتمادًا على تصميم دائرة أضواء الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية. يضمن العلم وراء تشغيل العاكسات أن يكون تردد الخرج والجهد والطاقة هو نفسه المعيار المطلوب. بالنسبة لتطبيقات الطاقة الشمسية، يمكنك استخدام العاكس في كل من الأنظمة غير المتصلة بالشبكة والمتصلة بالشبكة.
يتيح استخدام الأجهزة الكهرومغناطيسية (المفاتيح) والمكثفات والمحاثات تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد. في أغلب الوحدات المتكاملة، ستجد محولًا صغيرًا قيد الاستخدام في تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد.
تصميم إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية
العلوم في مصابيح LED الشمسية
بدون المعرفة الكهربائية والبصرية والحرارية، سيكون من الصعب عليك فهم العلم وراء مصابيح LED. يجب تنسيق كل هذه المجالات للتوصل إلى مصدر إضاءة فعال وموفر للطاقة. تركيبات الإضاءة هي مجرد دائرة كهربائية حيث يتم في النهاية تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية باستخدام الثنائيات الباعثة للضوء.
على عكس اللوحة الشمسية، فإن الجمع بين الإلكترونات المثارة في أشباه الموصلات والثقوب الإلكترونية يؤدي إلى إطلاق الفوتونات. لذلك، ستحتاج إلى التعرف على أشباه الموصلات والإلكترونات والثقوب لفهم العلم وراء مصابيح LED.
العلوم في أقطاب الطاقة الشمسية
المعرفة العلمية الأساسية المفيدة في الطاقة الشمسية تصميم أعمدة إنارة الشوارع هو علم المواد. يبحث هذا المجال في الخصائص الفيزيائية والميكانيكية والكيميائية لمجموعة من المواد لتطوير مقاومة الرياح. تعد عملية السبائك المعدنية والصباغة بالصب من أكثر التقنيات العلمية استخدامًا.
كما يمكن تطبيق علم المواد في تصميم أغلفة الأغطية للمكونات المختلفة لنظام إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية. والعلم هنا مسؤول عن خصائص مقاومة الماء والغبار في تركيبات الإضاءة.
تصميم إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية
تصميم إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية: الخاتمة
إن فهم العلم الكامن وراء تصميم مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية سيساعد في اختيار التكنولوجيا الفعّالة والموفرة للطاقة للنظام. وللتعرف على كيفية عمل هذه الأنظمة، ستحتاج إلى فهم كيفية تصنيعها. وعلاوة على ذلك، ستمكنك الابتكارات العلمية الجديدة من اختيار مكونات حديثة.
تتمتع شركة DEL ILLUMINATION بجذور عميقة في العلم، وهو الأساس والركيزة لتصاميم أنظمة إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية الفعالة والموفرة للطاقة.
قم بإلقاء نظرة على مقالتنا حول تحقيق المزيد من ساعات إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية في الليل.
