Knowledge

 

يمثل التحول من مصابيح الشوارع التقليدية، التي تعتمد على اتصال شبكي ثابت ومكثف بالكربون-في كثير من الأحيان، إلى مصابيح الشوارع المستقلة بالطاقة الشمسية قفزة كبيرة في تكنولوجيا الإضاءة الخارجية. ويضع هذا التحول أهمية كبيرة على البطارية، قلب النظام، التي تخزن الطاقة الشمسية نهارًا لاستخدامها ليلاً. على عكس الاستبدال البسيط للمصباح في نظام إضاءة الشوارع القديم، فإن أداء وطول عمر تركيبات إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية الحديثة التي تعمل بالطاقة الشمسية تمليها عمليات كهروكيميائية معقدة. من الأمور المركزية في هذه العمليات هي المعدلات التي يتم بها شحن البطارية وتفريغها. ولذلك، فإن فهم معدلات الشحن والتفريغ المثالية لبطاريات إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية يعد أمرًا أساسيًا لضمان أن هذه الأنظمة تفي بوعدها بتوفير إضاءة متينة- وفعالة من حيث التكلفة ومستدامة.

المفهوم الأساسي: إزالة الغموض عن معدل C-.

لفهم المعدلات المثالية، يجب أولاً فهم المقياس العالمي الذي يستخدمه المهندسون: معدل C-. إنه مقياس لتيار الشحن أو التفريغ بالنسبة للسعة الاسمية للبطارية.

1C هو تيار من شأنه نظريًا شحن البطارية بالكامل أو تفريغها خلال ساعة واحدة. بالنسبة لبطارية 100 أمبير-ساعة (Ah)، 1C يساوي تيار 100 أمبير.

●0.1C هو معدل أبطأ بكثير وألطف، ويستغرق 10 ساعات للدورة الكاملة. لنفس البطارية 100 أمبير، هذا تيار 10 أمبير.

إن إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية ليست -تطبيقًا عالي الأداء للسباقات؛ إنه ماراثون. وبالتالي، تركز المعدلات المثالية على معدلات C-إلى-متوسطة C-منخفضة (عادة من 0.1 درجة مئوية إلى 0.5 درجة مئوية) لتعزيز طول العمر والموثوقية على السرعة الأولية. يؤدي دفع البطارية بقوة شديدة بمعدلات C-عالية إلى توليد حرارة مفرطة ويسبب إجهادًا داخليًا، وهو السبب الرئيسي للشيخوخة المبكرة.

الأسعار المثالية لبطاريات الرصاص-الحمضية: الحاجة إلى أسلوب لطيف

لقد كانت بطاريات الرصاص الحمضية- (بما في ذلك أنواع الجل وAGM) بمثابة دعامة أساسية تقليدية لمشاريع مصابيح الشوارع ذات الطراز القديم نظرًا لانخفاض تكلفتها الأولية. ومع ذلك، فهي حساسة كهروكيميائيًا وتتطلب معالجة دقيقة. إن نافذة التشغيل المثالية الخاصة بهم ضيقة ويجب احترامها.

معدل الشحن: 0.1C إلى 0.2C
بالنسبة لبطارية الرصاص الحمضية- بقدرة 100 أمبير، فإن هذا يترجم إلى تيار شحن يتراوح من 10 أمبير إلى 20 أمبير. الأهم من الرقم الأولي هو ملف تعريف الشحن. تتطلب بطاريات الرصاص-الحمضية عملية شحن معقدة من ثلاث-مراحل لضمان عمر طويل:

1.المرحلة السائبة:توفر وحدة التحكم تيارًا ثابتًا بالمعدل المثالي (على سبيل المثال، 0.15C-0.2C) حتى يصل جهد البطارية إلى مستوى محدد مسبقًا، عادةً حوالي 80% من السعة.

2.مرحلة الامتصاص:يظل الجهد ثابتًا، ويتناقص التيار بشكل طبيعي إلى معدل أبطأ (حوالي 0.05 درجة مئوية - 0.1 درجة مئوية) لشحن البطارية بأمان إلى ما يقرب من 100٪ دون التسبب في ارتفاع درجة الحرارة أو الغاز.

3.مرحلة التعويم:بمجرد اكتماله، يتم تقليل الجهد الكهربي إلى مستوى "العائمة" أو مستوى الصيانة (شحن متتابع يبلغ ~0.01C-0.02C) الذي يعوض التفريغ الذاتي دون الإضرار بالبطارية.

يعد تجاوز معدل شحن 0.3C لبطارية الرصاص-الحمضية أمرًا ضارًا. إنه يسبب حرارة شديدة، مما يؤدي إلى تآكل متسارع للصفائح الموجبة وتبخر المنحل بالكهرباء، مما يؤدي إلى تقصير عمره بشكل كبير.

معدل التفريغ: 0.1C إلى 0.2C
يضمن معدل التفريغ ضمن هذا النطاق توصيل جهد ثابت للمصباح. بالنسبة لبطارية 100 أمبير، يمكن لمعدل 0.1 درجة مئوية (10 أمبير) تشغيل مصباح شارع يعمل بالطاقة الشمسية بقدرة 120 واط (والذي يسحب حوالي 10 أمبير عند 12 فولت) لعدة ساعات. يؤدي التفريغ بسرعة أكبر من 0.3 درجة مئوية إلى زيادة المقاومة الداخلية، مما يتسبب في "ترهل" الجهد الكهربي (مما يؤدي إلى التعتيم) وتوليد حرارة تعمل على تسريع تكوين بلورات كبريتات الرصاص الضارة على الألواح-وهي عملية تعرف باسم الكبريت.

رفيق حاسم: عمق التفريغ (DOD)
حتى مع معدل التفريغ المثالي، فإن استنزاف بطارية الرصاص الحمضية-عميقًا يعد أمرًا ضارًا. يتراوح عمق التفريغ الآمن (DOD) عادة من 50% إلى 70%. وهذا يعني أنه من بطارية 100 أمبير، يجب استخدام 50-70 أمبير فقط قبل إعادة الشحن. يؤدي تجاوز ذلك، حتى في بعض الأحيان، إلى كبريت لا رجعة فيه، مما قد يؤدي إلى تقليل عمر البطارية بنسبة 30-50%. وهذا هو القيد الرئيسي مقارنة بالتقنيات الحديثة.

الأسعار المثالية لبطاريات الليثيوم-الأيونية (LiFePO₄): الأداء الحديث والقوي

أصبحت كيمياء فوسفات حديد الليثيوم (LiFePO₄) هي المعيار -المتطور لمصابيح الشوارع الذكية التي تعمل بالطاقة الشمسية ومصابيح الشوارع التجارية التي تعمل بالطاقة الشمسية نظرًا لمتانتها ومرونتها الفائقة. فهو يتحمل معدلات أعلى وتصريفات أعمق، مما يوفر للمصممين المزيد من الحرية.

معدل الشحن: 0.2C إلى 0.3C
يتم شحن بطارية 100Ah LiFePO₄ بشكل مثالي بتيار من 20 أمبير إلى 30 أمبير، ويتم شحنها خلال 3-5 ساعات فقط مقارنة بـ 5-10 ساعات لحمض الرصاص. يعد هذا الشحن الأسرع ميزة كبيرة في المناطق ذات ذروة ضوء الشمس المحدودة. عادة ما يكون شحن LiFePO₄ عملية من مرحلتين:

1.التيار المستمر (CC):تطبق وحدة التحكم تيارًا ثابتًا بالمعدل المثالي حتى تصل البطارية إلى ذروة جهدها.

2.الجهد المستمر (السيرة الذاتية):يظل الجهد ثابتًا، ويتناقص التيار بسلاسة حتى يتم شحن البطارية بالكامل. ليست هناك حاجة لمرحلة التعويم، مما يبسط النظام.

في حين أن LiFePO₄ يمكنه التعامل مع الزيادات القصيرة التي تصل إلى 0.5 درجة مئوية، فإن الشحن المستمر عند درجة حرارة 0.2 درجة مئوية إلى 0.3 درجة مئوية هو الأمثل لطول العمر. يجب تجنب المعدلات التي تزيد عن 1 درجة مئوية لأنها تسبب إجهادًا حراريًا غير ضروري.

معدل التفريغ: 0.2C إلى 0.5C
يعد هذا التسامح العالي للتفريغ ميزة كبيرة. يمكن لبطارية LiFePO₄ بقدرة 100 أمبير في الساعة أن تزود بأمان من 20 أمبير إلى 50 أمبير، مما يجعلها مناسبة لمصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية الأكثر قوة، مثل مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية بقوة 80 وات أو حتى تركيبات الإخراج الأعلى- المستخدمة في المناطق ذات حركة المرور العالية. يعد معدل 0.5 درجة مئوية (50 أمبير) آمنًا بشكل عام للاستخدام اليومي، ولكن التشغيل عند درجة حرارة أكثر اعتدالًا تبلغ 0.3 درجة مئوية (30 أمبير) سيزيد من عمر الدورة إلى أقصى حد. على عكس مصابيح الشوارع القديمة التي كانت تعمل أو لا تعمل، فإن ميزات مثل -التعتيم القائم على الحركة في مصابيح الشوارع LED التي تعمل بالطاقة الشمسية تعمل على إنشاء معدلات تفريغ متغيرة، والتي يتعامل معها LiFePO₄ بسهولة نظرًا لافتقارها إلى "تأثير الذاكرة".

رفيق حاسم: عمق التفريغ (DOD)
هذا هو المكان الذي يتألق فيه LiFePO �4 حقًا. تبلغ نسبة DOD الآمنة 80% إلى 90%، مما يعني أنه يمكن استخدام 80-90 أمبير في الساعة من بطارية 100 أمبير في الساعة بشكل منتظم. وتعني هذه السعة العالية القابلة للاستخدام أن بطارية LiFePO₄ أصغر حجمًا وأخف وزنًا يمكن أن تحل محل وحدة أكبر من حمض الرصاص-. يمكن الحفاظ على مستوى DOD العالي لآلاف الدورات، مع احتفاظ البطارية بنسبة 80% من سعتها الأصلية بعد 2000 دورة-وهو مقياس أداء لا يمكن تحقيقه لحمض الرصاص في ظل استخدام مماثل.

ملخص مقارن: اختيار البطارية المناسبة للضوء المناسب

نوع البطارية	معدل الشحن المثالي	معدل التفريغ المثالي	وزارة الدفاع الآمنة	الأنسب ل
حمض الرصاص-(جل/AGM)	0.1C – 0.2C (بطيء)	0.1C – 0.2C	50-70%	ميزانية-المشروعات الواعية، أو مصابيح الشوارع الصغيرة التي تعمل بالطاقة الشمسية في المدن، أو التطبيقات التي يعطي فيها تصميم مصابيح الشوارع بالطاقة الشمسية الأولوية للتكلفة الأولية على-الصيانة طويلة المدى.
LiFePO₄ (ليثيوم-أيون)	0.2 درجة مئوية – 0.3 درجة مئوية (معتدل)	0.2C – 0.5C	80-90%	-مصابيح الشوارع الذكية التي تعمل بالطاقة الشمسية عالية الأداء، ومصابيح الشوارع التجارية التي تعمل بالطاقة الشمسية، وأي مصابيح شوارع حديثة حيث تعتبر الموثوقية والعمر الطويل والتسامح مع ركوب الدراجات العميقة أمرًا بالغ الأهمية.

لماذا يعد الالتزام بالأسعار المثالية أمرًا غير قابل للتفاوض؟-

إن الانحراف عن هذه الأسعار-الموصى بها له عواقب مباشرة وخطيرة:

● الشحن/التفريغ السريع: يولد حرارة زائدة، مما يؤدي إلى تدهور المواد الداخلية. بالنسبة لحمض الرصاص-، فهذا يعني تآكل الصفائح وفقدان الماء؛ بالنسبة لأيون الليثيوم-، فإنه يعمل على تسريع انهيار الكاثود. هذا يمكن أن يقلل بسهولة من العمر بنسبة 20-40٪.

●الشحن الزائد (بطيء جدًا): ضار بشكل خاص ببطاريات الرصاص-الحمضية، حيث يتركها في حالة كبريتية جزئيًا والتي تصبح دائمة بمرور الوقت. بالنسبة لـ LiFePO₄، يمكن أن يؤدي إلى خلل في توازن الخلايا إذا لم يتم شحن البطارية بالكامل بواسطة وحدة التحكم.

التنفيذ العملي: التأكد من أن نظامك يعمل بشكل مثالي

معرفة النظرية شيء واحد؛ وتطبيقه شيء آخر. فيما يلي كيفية التأكد من أن نظام إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية يعمل ضمن معدلاته المثالية:

1.استثمر في وحدة التحكم بالشحن MPPT:هذا هو عقل النظام. على عكس وحدات التحكم PWM الأساسية (التي تشبه مفاتيح التشغيل/الإيقاف البسيطة)، تقوم وحدات التحكم القصوى لتتبع نقطة الطاقة (MPPT) بضبط نقطة التشغيل الكهربائية للألواح الشمسية بذكاء لتوفير أقصى تيار ممكن عند الجهد والتيار المثاليين للبطارية. يؤدي ذلك إلى زيادة حصاد الطاقة إلى الحد الأقصى مع حماية البطارية، مما يؤدي بسهولة إلى إطالة عمرها بمقدار 1-2 سنوات.

2.الحجم الصحيح لجميع المكونات:هذه هي الخطوة الأكثر أهمية في التصميم. يجب أن تكون البطارية واللوحة الشمسية وحمل الضوء متطابقين.

●مثال: وحدة مصابيح الشوارع بالطاقة الشمسية القوية المزودة بمصباح LED بقدرة 60 وات (رسم 5A) مقترنة ببطارية LiFePO₄ بقدرة 50 أمبير/ساعة تؤدي إلى معدل تفريغ يبلغ 0.1 درجة مئوية، وهو معدل جيد ضمن النطاق المثالي. يجب أن يكون حجم اللوحة الشمسية مناسبًا لتوليد تيار شحن يقع ضمن معدل الشحن المثالي للبطارية (على سبيل المثال، لوحة تنتج 10-15 أمبير لبطارية 100 أمبير LiFePO₄).

3.حدود وحدة التحكم بالبرنامج:يجب أن تكون وحدة التحكم في الشحن مبرمجة بشكل صحيح لكيمياء البطارية المحددة. يتضمن ذلك تعيين جهد الشحن الكامل- الدقيق (على سبيل المثال، 14.4 فولت لحمض الرصاص- مقابل . 14.6V لـ LiFePO₄) وفصل الجهد المنخفض- (LVD) الذي يقطع الحمل قبل تفريغ البطارية بما يتجاوز DOD الآمن (على سبيل المثال، 10.5 فولت لـ حمض الرصاص-، 11 فولت لـ LiFePO₄).

خاتمة

إن السؤال حول ما هي معدلات الشحن والتفريغ المثالية لبطاريات إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية ليس له إجابة واحدة، بل مجموعة من الإجابات التي تحددها كيمياء البطارية. في حين تم تعريف مصابيح الشوارع الكلاسيكية أو مصابيح الشوارع ذات الطراز القديم ببساطتها، فإن التشغيل الفعال لمصابيح الشوارع الشمسية المعاصرة هو سيمفونية للتحكم الإلكتروني الدقيق. من خلال تحديد نوع البطارية المناسب-سواء كان حمض الرصاص-الفعال من حيث التكلفة-للتطبيقات الأقل تطلبًا أو LiFePO₄ القوي للإضاءة الخارجية المهمة-والتأكد من تصميم النظام والتحكم فيه للعمل ضمن معدل C-المثالي ومعلمات DOD، يمكن للمشغلين ضمان تحقيق حلول الإضاءة المستدامة هذه لتحقيق أهدافهم الحد الأقصى للعمر المحتمل والعائد على الاستثمار.

 

 

 

لمزيد من الاستفسارات، يرجى زيارة موقعنا على الانترنتwww.nszlamp.com

البريد الإلكتروني لsales@nszlamp.com

اتصل:+86 199 0658 5812 / +86 190 4568 8355 / +86(0574) 65358138

ما هو التطبيق:+86 199 0658 5812 / +86 190 4568 8355