SOLARTODO 6م مصباح الشارع الشمسي المتكامل 40 واط: نظرة فنية عميقة

1.0 المقدمة: إعادة تعريف الإضاءة الريفية والبلدية

يمثل مصباح الشارع الشمسي المتكامل 40 واط من SOLARTODO بارتفاع 6 أمتار تحولاً جذرياً في الإضاءة العامة غير المتصلة بالشبكة، حيث تم تصميمه خصيصاً لتحقيق الاعتمادية والأداء وتكلفة الملكية الإجمالية المنخفضة في التطبيقات القروية والطرق الريفية والمناطق الحضرية المحيطية. يجمع هذا النظام المتكامل بالكامل بين وحدة ضوئية شمسية (PV) عالية الكفاءة، وبطارية فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) طويلة العمر، ووحدة تحكم ذكية MPPT، ومصباح LED عالي الكفاءة في الإضاءة في وحدة واحدة مدمجة. مثبتة على عمود فولاذي مجلفن بارتفاع 6 أمتار، تم تصميم النموذج 40 واط لتوفير إضاءة متسقة وعالية الجودة مع حد أدنى من 4 أيام من الاستقلالية، مما يضمن تشغيل موثوق حتى خلال فترات طويلة من الطقس السيئ في المناخات المعتدلة.

يتوافق هذا المنتج مع معايير دولية صارمة، بما في ذلك IEC 62124 للأنظمة الشمسية المستقلة وIEC 60598 للمصابيح، مما يضمن السلامة والأداء والمتانة. مع تدفق ضوئي يتجاوز 6,800 لومن وميزات ذكية لتوفير الطاقة، فإنه يوفر إضاءة متفوقة مقارنة بمصابيح الصوديوم عالية الضغط التقليدية (HPS) بقدرة 100-150 واط، بينما يستهلك صفر طاقة من الشبكة. لا توفر الهندسة المعمارية المتكاملة مظهراً عصريًا ونظيفًا فحسب، بل تبسط أيضًا اللوجستيات، وتقلل من وقت التركيب إلى أقل من 30 دقيقة لكل عمود، وتوفر أمانًا فطريًا ضد السرقة والتخريب. يقدم هذا المستند نظرة فنية شاملة على مكونات النظام، ومقاييس الأداء، والذكاء التشغيلي.

2.0 هيكل النظام: قوة التصميم المتكامل

تتمثل الابتكارات الأساسية في مصباح الشارع الشمسي المتكامل 40 واط بارتفاع 6 أمتار في تصميمه المتكامل، الذي يجمع جميع الأنظمة الفرعية الحيوية في حاوية واحدة قوية ومحمية من الطقس (IP66). تلغي هذه الفلسفة التصميمية الأسلاك المعقدة بين المكونات المنفصلة، وهي نقطة فشل شائعة في أنظمة الإضاءة الشمسية التقليدية المنفصلة. تحتوي الوحدة المتكاملة، التي تزن حوالي 25 كجم، على لوحة شمسية بقدرة 80 واط، وحزمة بطارية بقدرة 300 واط ساعي، وإلكترونيات التحكم، ووحدة LED بقدرة 40 واط.

تؤدي هذه الدمج إلى عدة مزايا رئيسية:

1. تدفق الطاقة المحسن: القرب الشديد بين اللوحة ووحدة التحكم والبطارية يقلل من خسائر نقل التيار المستمر، والتي يمكن أن تصل إلى 5-10% في الأنظمة ذات الكابلات الطويلة. يحافظ تصميمنا المتكامل على هذه الخسائر تحت 1%.
2. إدارة حرارية محسنة: تم تصميم هيكل الألمنيوم مع مبردات حرارية مدمجة تقوم بتفريغ الطاقة الحرارية من كل من وحدة LED ونظام إدارة البطارية (BMS) بشكل فعال، مما يحافظ على درجات حرارة المكونات ضمن نطاق التشغيل الأمثل (-20 درجة مئوية إلى 60 درجة مئوية). هذا أمر حاسم للحفاظ على عمر LEDs الذي يتجاوز 50,000 ساعة وعمر دورة البطارية LFP الذي يتجاوز 2,000 دورة.
3. تركيب سهل: الوحدة موصلة مسبقًا ومختبرة في المصنع. يتضمن التركيب ببساطة تثبيت التركيب المتكامل على العمود وتأمينه بالبراغي المقدمة. يقلل هذا من تكاليف العمل في الموقع بنسبة تصل إلى 70% مقارنة بالأنظمة المنفصلة.
4. الجمالية والأمان: يقدم التصميم الأنيق والمغلق بصريًا بصمة بصرية أصغر ويزيل المكونات والأسلاك الخارجية التي تكون عرضة للسرقة أو التلف.

3.0 المحرك الضوئي: لوحة شمسية أحادية البلورة بقدرة 80 واط

تتم معالجة توليد الطاقة بواسطة لوحة شمسية أحادية البلورة بقدرة 80 واط تتميز بتقنية الخلايا الموصلة عبر أكسيد النفق (TOPCon). تقلل هذه البنية الخلوية المتقدمة بشكل كبير من خسائر إعادة التركيب، مما يعزز كفاءة الخلية إلى أكثر من 23%، وهو تحسن ملحوظ مقارنة بكفاءة خلايا PERC التقليدية التي تتراوح بين 18-20%. تتجاوز الكفاءة الإجمالية للوحة 21%، مما يسمح لها بتوليد أكثر من 320 واط ساعي من الطاقة في يوم متوسط مع 4 ساعات ذروة شمسية (PSH)، مما يعيد شحن البطارية بقدرة 300 واط ساعي من حالة فارغة.

تكون اللوحة محاطة بزجاج مقسى عالي الشفافية ومضاد للانعكاس (AR) الذي يعظم من التقاط الفوتونات ويوفر حماية قوية ضد المخاطر البيئية مثل البرد والحطام المتطاير بفعل الرياح، متوافقًا مع اختبارات مقاومة الصدمات IEC 61215. يتم تصنيف اللوحة لضمان إخراج طاقة خطية لمدة 25 عامًا، مما يضمن عدم تجاوز معدل التدهور السنوي 0.4% وضمان على الأقل 84.8% من إخراج الطاقة الاسمي بعد 25 عامًا من الخدمة.

4.0 تخزين الطاقة: نظام بطارية LiFePO4 (LFP) بقدرة 300 واط ساعي

في قلب استقلالية النظام توجد حزمة بطارية Lithium Iron Phosphate (LiFePO4 أو LFP) بقدرة 300 واط ساعي. تم اختيار كيمياء LFP لسلامتها الفائقة، واستقرارها الحراري، وعمرها الاستثنائي، حيث يمكنها تقديم أكثر من 2,000 دورة تفريغ عميق حتى عمق تفريغ 80% (DOD). وهذا يترجم إلى عمر خدمة يتراوح بين 5-7 سنوات، مما يتجاوز بكثير البدائل من حمض الرصاص.

تتم إدارة البطارية بواسطة نظام إدارة البطارية (BMS) المتطور الذي يوفر وظائف السلامة والأداء الحيوية:

• حماية من الشحن الزائد/التفريغ الزائد: يمنع تلف الخلايا عن طريق قطع التيار عندما يتجاوز الجهد أو ينخفض تحت الحدود الآمنة (عادةً 3.65 فولت و2.5 فولت لكل خلية، على التوالي).
• توازن الخلايا: يوازن بنشاط أو بشكل سلبي الشحن عبر جميع الخلايا في الحزمة، مما يزيد من السعة القابلة للاستخدام ويمتد العمر الافتراضي.
• حماية حرارية: يمنع قطع الشحن عند درجات حرارة منخفضة تحت 0 درجة مئوية، وهي ميزة حاسمة تفرضها معايير مثل UL 1973 لتجنب ترسيب الليثيوم وفقدان السعة غير القابل للإصلاح في بطاريات LFP.
• حماية من الدائرة القصيرة والزيادة في التيار: تحمي الفيوزات والمفاتيح الإلكترونية من ظروف الأعطال الخطرة.

تكون سعة 300 واط ساعي مصممة بدقة لتشغيل LED بقدرة 40 واط لأكثر من 7.5 ساعات عند السطوع الكامل. ومع ذلك، مع استراتيجية التعتيم الذكية، يتم تقليل استهلاك الطاقة الليلي إلى حوالي 75 واط ساعي، مما يوفر استقلالية قوية لمدة 4 أيام (300 واط ساعي / 75 واط ساعي) دون أي إدخال شمسي.

5.0 أداء المصباح: وحدة LED عالية الكفاءة بقدرة 40 واط

يتكون المصباح من وحدة LED بقدرة 40 واط مزودة بشريحة عالية الأداء من مصنّعين رائدين في الصناعة مثل Bridgelux أو Lumileds. تقدم هذه الشرائح كفاءة ضوئية استثنائية تتجاوز 170 لومن لكل واط، مما ينتج عنه إجمالي إخراج ضوئي يبلغ 6,800 لومن. هذا المستوى من السطوع مناسب لإضاءة الطرق الريفية بعرض يصل إلى 8 أمتار، حيث يتحقق متوسط إضاءة يزيد عن 15 لوكس ونسبة تجانس (Uo) تتجاوز 0.4، متوافقة مع متطلبات فئة الإضاءة EN 13201 M4/M5.

تتزاوج LEDs مع عدسة بصرية من النوع II مصممة بدقة، والتي تشكل توزيع الضوء في نمط مستطيل طويل مثالي لإضاءة الطرق. يقلل هذا من تسرب الضوء والتوهج في السماء، ويوجه الضوء بدقة إلى حيث يحتاجه، متوافقًا مع مبادئ السماء المظلمة. يحافظ المصباح على مؤشر تجسيد اللون (CRI) يزيد عن 70، مما يضمن إدراكًا جيدًا للألوان من أجل السلامة والراحة. العمر الافتراضي المصنف لوحدة LED هو أكثر من 50,000 ساعة، مما يعني أنها ستحتفظ بما لا يقل عن 70% من سطوعها الأولي بعد أكثر من 12 عامًا من التشغيل (بمعدل 12 ساعة/ليلة).

6.0 التحكم والذكاء: MPPT والتعتيم التكيفي

تتواجد ذكاء النظام في وحدة التحكم المتقدمة MPPT (تتبع نقطة الطاقة القصوى). تقوم خوارزمية MPPT بضبط جهد التشغيل والتيار للوحة بشكل مستمر لاستخراج أقصى طاقة ممكنة، بغض النظر عن الإشعاع الشمسي أو درجة الحرارة. ينتج عن ذلك كفاءة شحن تزيد عن 98%، وتحسين بنسبة 20-30% في حصاد الطاقة مقارنة بوحدات التحكم PWM الأبسط.

تدير وحدة التحكم أيضًا جدول الإضاءة وتنفذ استراتيجية تعتيم ذكية للحفاظ على الطاقة. يعمل الملف الشخصي الافتراضي كما يلي:

• من الغسق إلى الفجر: يقوم خلية ضوئية مدمجة بتفعيل الضوء تلقائيًا عند الغسق (<10 لوكس) وإيقافه عند الفجر.
• تعتيم قائم على الوقت: يعمل الضوء بسطوع 100% (40 واط) خلال الأربع ساعات الأولى من الليل، ثم يتناقص إلى 30% (12 واط) خلال ساعات الليل المتأخرة ذات الحركة المنخفضة، قبل أن يعود إلى 70% (28 واط) لمدة 1-2 ساعة قبل الفجر. يقلل هذا الملف الشخصي من استهلاك الطاقة الليلي بأكثر من 60%.
• استشعار الحركة PIR الاختياري: يمكن دمج مستشعر الأشعة تحت الحمراء السلبية (PIR) الاختياري. مع هذه الميزة، يبقى الضوء عند مستوى منخفض (مثل 20%) ويزداد فورًا إلى 100% عند اكتشاف الحركة، ثم يعود إلى الحالة المخفضة بعد فترة محددة مسبقًا (مثل 60 ثانية). يعزز هذا من توفير الطاقة واستقلالية النظام.

7.0 الهيكل الميكانيكي: عمود فولاذي مجلفن بارتفاع 6 أمتار

العمود الهيكلي للنظام هو عمود بارتفاع 6 أمتار مصنوع من فولاذ Q235، الذي يخضع لعملية جلفنة بالغمر الساخن وفقًا لمعيار ASTM A123. تطبق هذه العملية طلاء زنك وقائي بسمك لا يقل عن 85 ميكرون، مما يوفر مقاومة استثنائية للتآكل مع عمر تصميم يتجاوز 20 عامًا، حتى في البيئات المتآكلة بشكل معتدل. تم تصميم العمود لتحمل سرعات الرياح تصل إلى 150 كم/ساعة، مما يتوافق مع معايير تحميل الرياح الإقليمية. يسمح لوح قاعدة العمود بتثبيته بشكل آمن على أساس خرساني قياسي.

8.0 الأسئلة الشائعة (FAQ)

1. ما هو العمر المتوقع للنظام بالكامل؟
تم تصميم النظام لأداء طويل الأمد. يتمتع العمود الفولاذي المجلفن بعمر تصميم يتجاوز 20 عامًا. يتم ضمان اللوحة الشمسية الأحادية البلورة لمدة 25 عامًا من إخراج الطاقة. يتم تصنيف وحدة LED لأكثر من 50,000 ساعة (حوالي 12 عامًا). تعتبر بطارية LFP هي المكون الرئيسي للخدمة، مع فترة استبدال نموذجية تتراوح بين 5-7 سنوات، بعد ذلك يمكن استبدالها بسهولة لتمديد عمر النظام التشغيلي.

2. كيف يعمل الضوء خلال فترات طويلة من المطر أو الغيوم؟
تم تصميم النظام لاستقلالية لمدة 4 أيام. هذا يعني أن البطارية بقدرة 300 واط ساعي، عند شحنها بالكامل، يمكن أن تشغل الضوء لأربع ليالٍ متتالية دون أي إدخال شمسي. يعتمد هذا الحساب على ملف تعريف التعتيم الذكي، الذي يقلل من استهلاك الطاقة الليلي إلى حوالي 75 واط ساعي. يضمن هذا إضاءة موثوقة خلال جبهات العواصف متعددة الأيام أو الفترات الملبدة بالغيوم التي تحدث في المناخات المعتدلة، وهو مطلب رئيسي للإضاءة العامة الحرجة.

3. ما هي الصيانة المطلوبة لهذا المصباح الشمسي؟
تكون الصيانة بسيطة بسبب التصميم المتكامل والمكونات عالية الجودة. تتمثل المهمة الأساسية في تنظيف دوري لسطح اللوحة الشمسية لإزالة الغبار أو حبوب اللقاح أو فضلات الطيور التي قد تقلل من إنتاج الطاقة. نوصي بالتفتيش والتنظيف مرة أو مرتين في السنة. تساعد الخصائص الذاتية التنظيف للزجاج المقسى وزاوية اللوحة في التخلص من الحطام بشكل طبيعي، لكن التنظيف اليدوي يضمن الأداء الأمثل، خاصة في البيئات المغبرة.

4. هل يمكن تخصيص جدول الإضاءة؟
نعم. بينما يأتي النظام مع ملف تعريف تعتيم قائم على الوقت فعال للغاية، يمكن إعادة برمجته باستخدام جهاز تحكم عن بعد اختياري أو وحدة إدارة عن بعد تعتمد على 4G/LoRa. يتيح ذلك للبلديات أو المشغلين ضبط مستويات السطوع وفترات التعتيم لتتناسب مع أنماط الحركة المحلية المحددة، أو الأحداث، أو أهداف توفير الطاقة. تضمن هذه المرونة أن يتم تخصيص حل الإضاءة تمامًا لاحتياجات المجتمع طوال دورة حياته.

5. هل النظام صعب التركيب؟
لا، التركيب بسيط وسريع بشكل ملحوظ. يعني التصميم المتكامل أنه لا توجد أسلاك معقدة في الموقع بين اللوحة والبطارية والضوء. يمكن لفريق صغير عادةً إكمال التركيب في أقل من 30 دقيقة لكل عمود، بمجرد أن يتم علاج الأساس. تتضمن العملية تجميع العمود، ورفعه في مكانه، وتثبيت التركيب المتكامل باستخدام براغي آمنة، وهذا كل شيء. يقلل هذا بشكل كبير من تكاليف التركيب وجداول المشروع.

9.0 المراجع

[1] IEC 62124:2021 - الأنظمة الشمسية (PV) المستقلة - التحقق من التصميم
[2] IEC 60598-1:2020 - المصابيح - الجزء 1: المتطلبات العامة والاختبارات
[3] EN 13201-2:2015 - إضاءة الطرق - الجزء 2: متطلبات الأداء
[4] ASTM A123 / A123M - 17 - المواصفة القياسية لطلاءات الزنك (المجلفنة بالغمر الساخن) على منتجات الحديد والصلب
[5] UL 1973 - المعيار للبطاريات للاستخدام في التطبيقات الثابتة، وقوة المساعدة للمركبات، والسكك الحديدية الكهربائية الخفيفة (LER)