Knowledge

لقد شهدت إنارة الشوارع تحولاً ملحوظاً على مر العقود، حيث تطورت من مصابيح الغاز البسيطة إلى الأنظمة الإلكترونية المتطورة. وفي قلب هذا التطور يكمن علم إنتاج الضوء-مبادئ الإضاءة التي تحدد كيفية توليد المصابيح المختلفة للإضاءة. إن فهم هذه المبادئ لا يكشف فقط عن الأعجوبة الهندسية وراء الإضاءة الحضرية الحديثة، بل يسلط الضوء أيضًا على سبب سيطرة بعض التقنيات. تستكشف هذه المقالة الآليات الأساسية وراء تقنيات إضاءة الشوارع الأكثر شيوعًا، مع التركيز على كل من الأنظمة القديمة والابتكارات-المتطورة.

التحول إلى إضاءة أشباه الموصلات: تقنية LED

كان أهم تقدم في مجال الإضاءة الخارجية هو استخدام تقنية الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED). على عكس أنظمة إضاءة الشوارع التقليدية، التي تعتمد على تسخين فتيل أو غازات مثيرة، تنتج مصابيح LED الضوء من خلال عملية تسمى التألق الكهربائي في المواد شبه الموصلة.

يحتوي مصباح الشارع LED النموذجي 150 وات على شريحة شبه موصلة مكونة من طبقتين: طبقة من النوع P- (غنية "بالثقوب" المشحونة بشكل إيجابي) وطبقة من النوع N- (غنية بالإلكترونات سالبة الشحنة). تشكل هذه الطبقات تقاطع PN. عند تطبيق تيار كهربائي، تعبر الإلكترونات الوصلة وتتحد مرة أخرى مع الثقوب، مما يؤدي إلى إطلاق طاقة على شكل فوتونات-وهي الجسيمات الأساسية للضوء. يعتمد الطول الموجي (اللون) المحدد للضوء على مادة أشباه الموصلات. على سبيل المثال، ينتج نيتريد الغاليوم (GaN) ضوءًا أزرق، والذي يتم تحويله بعد ذلك إلى ضوء أبيض باستخدام طلاءات الفوسفور.

يعد هذا التحويل المباشر من الطاقة-إلى-الضوء فعالاً للغاية، مما يسمح لمصابيح LED بتحقيق كفاءة مضيئة تبلغ 100-160 لومن لكل واط. وهذا يجعلها أكثر كفاءة بشكل ملحوظ من مصابيح الشوارع ذات الطراز القديم مثل مصابيح الصوديوم عالية الضغط-. علاوة على ذلك، توفر مصابيح LED عمرًا استثنائيًا، حيث يصل عمرها إلى 50.000-100.000 ساعة. هذه المتانة، جنبًا إلى جنب مع تجسيد الألوان الممتاز (CRI 70–90)، جعلت مصابيح LED هي الخيار المفضل لأضواء الشوارع البلدية في جميع أنحاء العالم.

كما تتيح القدرة على التكيف مع تقنية LED الميزات الذكية. يمكن أن تشتمل مصابيح الشوارع الذكية على أجهزة استشعار وأنظمة تحكم لضبط السطوع بناءً على ظروف الوقت-الحقيقية، مما يزيد من تحسين كفاءة استخدام الطاقة. على سبيل المثال، خلال فترات انخفاض حركة المرور، قد يخفت ضوء الطريق في الشارع بنسبة 50% من الحد الأقصى لإنتاجه، مما يقلل من استهلاك الطاقة دون المساس بالسلامة.

تقنية تفريغ الغاز:-مصابيح الصوديوم عالية الضغط

قبل انتشار مصابيح LED، كانت مصابيح الصوديوم عالية الضغط (HPS)- بمثابة العمود الفقري للإضاءة العامة. تعمل أنظمة مصابيح الشوارع القديمة هذه على مبدأ مختلف تمامًا: إثارة تفريغ الغاز.

داخل لمبة HPS، يتم تمرير قوس كهربائي عبر خليط من الغازات، بما في ذلك بخار الصوديوم والزئبق. يقوم القوس بتسخين الزئبق الذي يتبخر ويزيد الضغط داخل أنبوب القوس. تعمل هذه الحرارة بعد ذلك على تبخير الصوديوم، مما يؤدي إلى تكوين بلازما تنبعث منها ضوء أصفر شديد اللون -برتقالي-بشكل أساسي عند أطوال موجية تبلغ 589 نانومتر.

في حين أن مصابيح HPS توفر فعالية جيدة (80-120 لومن/واط)، فإنها تعاني من ضعف تجسيد الألوان (CRI 20-30) وعمر افتراضي قصير نسبيًا (15000-24000 ساعة). يمكن أن يؤدي توهجها المصفر المميز، الذي لا يزال مرئيًا في بعض أضواء شوارع المدينة، إلى تشويه الألوان وتقليل الرؤية. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي مصابيح HPS على الزئبق، مما يشكل مخاوف بيئية. وقد أدت هذه القيود إلى تسريع عملية الانتقال إلى بدائل LED.

الأنظمة الهجينة: مصابيح الشوارع LED التي تعمل بالطاقة الشمسية-.

في المناطق التي يمثل فيها الاتصال بالشبكة تحديًا، ظهرت أنظمة LED التي تعمل بالطاقة الشمسية-كحل مبتكر. تجمع هذه الأنظمة بين كفاءة تقنية LED وحصاد الطاقة المتجددة.

خلال النهار، تقوم الألواح الكهروضوئية بتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء من خلال التأثير الكهروضوئي. يتم تخزين هذه الطاقة في البطاريات، التي تعمل على تشغيل مصابيح LED بعد حلول الظلام. تعمل وحدة إضاءة الشوارع LED في مثل هذا النظام على نفس مبدأ التألق الكهربي مثل مصابيح LED التي تعمل بالشبكة - ولكن مع استقلالية كاملة للطاقة.

تعتبر الأنظمة التي تعمل بالطاقة الشمسية- ذات قيمة خاصة لتطبيقات إضاءة الشوارع في الأماكن النائية أو الحساسة بيئيًا. فهي تلغي تكاليف الكهرباء وتقلل من انبعاثات الكربون، رغم أنها تتطلب استثمارات أولية أعلى. إن التقدم في تكنولوجيا البطاريات وإدارة الطاقة يجعل هذه الأنظمة موثوقة بشكل متزايد.

التقنيات المتخصصة: مصابيح الهاليد المعدنية والمصابيح الحثية

على الرغم من أنها أقل شيوعًا في إضاءة الشوارع العامة، إلا أن مصابيح الهاليد المعدنية والمصابيح الحثية تخدم مجالات معينة.

مصابيح الهاليد المعدنية، التي تستخدم أحيانًا في سياقات أضواء الشوارع التجارية، تنتج الضوء عن طريق تمرير قوس كهربائي عبر خليط من الزئبق وهاليدات معدنية. تبعث ذرات المعدن المثارة طيفًا واسعًا من الضوء، مما يؤدي إلى تجسيد ألوان ممتاز (CRI 65–90). ومع ذلك، فإن عمرها القصير (10.000-20.000 ساعة) وبطء وقت بدء التشغيل يحدان من اعتمادها على نطاق واسع.

تستخدم المصابيح الحثية، وهي خيار متخصص آخر، المجالات الكهرومغناطيسية لإثارة بخار الزئبق، والذي ينتج بعد ذلك ضوءًا فوق بنفسجي. يتم تحويل ضوء الأشعة فوق البنفسجية هذا إلى ضوء مرئي بواسطة طبقات الفوسفور. توفر أنظمة مصابيح الشوارع LED الحثية عمرًا طويلًا للغاية (100,000+ ساعة) ولكنها أقل كفاءة من مصابيح LED وعادةً ما تكون مخصصة للمواقع التي يصعب -الوصول إليها-.

المستقبل: أنظمة الإضاءة المتكيفة والمتصلة

يكمن مستقبل الإضاءة العامة في الأنظمة الذكية القابلة للتكيف. يمكن لمصابيح الشوارع الجديدة الحديثة التي تعمل بتقنية LED ضبط مخرجاتها ديناميكيًا استنادًا إلى ظروف الوقت الفعلي-. على سبيل المثال، في الطقس الضبابي، قد يتحول مصباح الشارع الحديث إلى درجات حرارة لونية أكثر دفئًا لتحسين التباين والرؤية. وبالمثل، خلال فترات النشاط المنخفض، يمكن تقليل السطوع لتوفير الطاقة.

وتعتمد هذه الأنظمة الذكية على أجهزة الاستشعار وشبكات الاتصال وخوارزميات التحكم المتقدمة. إنها تمثل التقارب بين تكنولوجيا الإضاءة والابتكار الرقمي، مما يؤدي إلى إنشاء شبكات من مصابيح الشوارع الذكية التي تستجيب لبيئتها وتتواصل مع أنظمة الإدارة المركزية.

خاتمة

تعكس المبادئ المضيئة وراء مصابيح إضاءة الشوارع رحلة رائعة من تفريغ الغاز البسيط إلى فيزياء أشباه الموصلات المتطورة. في حين أن تقنيات إضاءة الشوارع التقليدية مثل HPS لا تزال قيد الاستخدام، فقد أصبحت أنظمة LED هي المعيار الذهبي نظرًا لكفاءتها وطول عمرها وقدرتها على التكيف. سواء أكان ذلك مصباح شارع LED بقدرة 25 وات يضيء مسار المشاة أو مصباح شارع LED بقدرة 200 وات يضيء طريقًا رئيسيًا، فإن تقنية LED توفر حلاً مُرضيًا لإضاءة الشوارع لكل تطبيق تقريبًا.

ومع استمرار الأبحاث، تعد التقنيات الناشئة مثل مصابيح LED البيروفسكايت بقدر أكبر من الكفاءة والتنوع. في الوقت الحالي، تمثل مصابيح LED-خاصة عند دمجها مع الطاقة الشمسية أو عناصر التحكم الذكية-الاختيار الأكثر تقدمًا وعمليًا لمصابيح الشوارع البلدية. وهيمنتهم هي شهادة على قوة الابتكار والسعي الحثيث للحصول على حلول إضاءة أفضل وأكثر استدامة.

 

 

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