مقدمة
أصبحت مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية بنية تحتية أساسية في المناطق النائية والمناطق الحضرية على حد سواء. ومع ذلك، فإن بطاريات الرصاص الحمضية تعمل بالطاقة منذ فترة طويلة وتمثل تحديات معروفة جيداً:
- العمر الافتراضي القصير—they frequently need replacement after 1–3 years, which raises both cost and labor demands;
- أداء ضعيف في درجات الحرارة المنخفضة-تنخفض قدرتها بشكل كبير إلى ما دون درجة التجمد، مما يتسبب في كثير من الأحيان في انقطاع مفاجئ للتيار الكهربائي;
- أعباء الصيانة العالية—regular watering, cleaning, and equalizing charge cycles drain resources.
في عصر يدفع باتجاه الطاقة الخضراء والمدن الذكية، نسعى جاهدين لإيجاد حلول أفضل للبطاريات. إن بطارية صوديوم-أيون بجهد 12 فولت 100 أمبير/ساعة تبرز. نقاط قوتها الرئيسية-منحنى التفريغ المسطح في درجات الحرارة المنخفضة, عمر تدوير طويل (> 4,000 دورة)و وزن خفيف نسبيًا (حوالي 13.5 كجم)-جعلها ترقية قابلة للتطبيق للبنية التحتية للإضاءة الشمسية.
تتعمق هذه المقالة في سيناريوهات إنارة الشوارع بالطاقة الشمسيةاستكشاف كيف تلبي بطارية أيونات الصوديوم هذه المتطلبات الميدانية، وما الذي يحتاج إلى معرفته المتكاملون والتجار وصناع القرار.
خمسة متطلبات رئيسية للبطاريات ونقاط الألم في مصابيح الشوارع بالطاقة الشمسية
تفرض مصابيح الشوارع العاملة بالطاقة الشمسية متطلبات فريدة على أنظمة البطاريات الخاصة بها. فيما يلي أهم خمسة متطلبات وكيف يكافح حمض الرصاص لتلبيتها:
1. بدء التشغيل البارد واستقرار التفريغ
عند درجة حرارة -10 درجات مئوية تحت الصفر أو أقل، تنهار سعة حمض الرصاص بمقدار 30-50%، مما يؤدي إلى انقطاع متكرر للتيار ليلاً، خاصة في المناخات الشمالية أو المدن المرتفعة. تعمل بطارية أيونات الصوديوم بشكل موثوق به حتى -20 درجة حرارة التفريغ -20 درجة مئوية مع جهد كهربائي مستقرمما يساعد على تجنب الانخفاض المفاجئ في الطاقة.
2. دورة حياة طويلة (≥4,000 دورة)
تهدف العديد من المشاريع إلى 5-7 سنوات من الخدمة مع الحد الأدنى من الصيانة. يدوم حمض الرصاص عادةً من 500 إلى 1000 دورة، بينما توفر بطاريات أيونات الصوديوم عمر دورة طويلة تصل إلى 4,000 دورةمما يطيل الفترات الزمنية لاستبدال البطارية بشكل كبير.
3. صيانة منخفضة ومراقبة عن بُعد
المواقع البعيدة تجعل الصيانة المنتظمة مكلفة. تحتاج البطارية المثالية إلى صيانة منخفضة وتشخيص عن بُعد لمنع الرحلات في الموقع. البطارية المدمجة نظام إدارة المباني الذكي يحمي من الشحن الزائد، والإفراط في التفريغ، والإفراط في التيار، والإفراط في درجة الحرارة، ويدعم بروتوكولات الاتصال مثل CAN/RS485 للإدارة عن بُعد.
4. قيود حجم صندوق البطارية والوزن
توفر تصميمات وحدات الإنارة المختلفة مساحة داخلية محدودة. قد لا تتلاءم خلايا الرصاص الحمضية أو الليثيوم الضخمة دون إعادة التصميم. تحتوي بطارية أيون الصوديوم هذه على حجم صغير (363 × 212 × 230 مم) ويزن فقط حوالي 13.5 كجمتقريبًا 40% أخف وزنًا من بطاريات الرصاص الحمضية المكافئةمما يسهل عملية التركيب ويقلل من الحمل الهيكلي.
5. تصنيف الحماية (IP65 أو أعلى)
تعرض البيئات الخارجية البطارية للغبار والمطر وحتى العواصف. يجب أن تقاوم الدخول بشكل كامل وأن تكون محكمة الإغلاق ضد الطقس. ميزات بطاريتنا تصنيف IP65 المقاوم للماء والغبارمما يضمن أداءً موثوقاً في الظروف الخارجية القاسية.
الجدول 1: التطبيقات النموذجية لمصابيح الشوارع بالطاقة الشمسية ونقاط الألم في البطارية
| سيناريو التطبيق | ضعف البطارية الحالية | أداء البطارية الحرج المطلوب |
|---|
| المناطق الباردة شتاءً | فشل حمض الرصاص الحمضي تحت -10 درجة مئوية | بدء التشغيل البارد، التفريغ المستقر (قدرة -20 درجة مئوية تحت الصفر) |
| المواقع الجبلية النائية | صيانة متكررة، لا يوجد فنيون محليون | دورة حياة عالية (≥4000 دورة)، لا تحتاج إلى صيانة |
| الرطوبة العالية أو المناطق الساحلية | التآكل، تدهور مانع التسرب | غلاف مقاوم للماء والغبار IP65 |
| تركيبات مدمجة الكل في واحد | مساحة محدودة وبطاريات ثقيلة | كثافة طاقة عالية وحجم صغير (363×212×230 مم) |
| إضاءة طويلة المدى (أكثر من 10 ساعات في الليلة الواحدة) | بطء إعادة الشحن، انخفاض عمق التفريغ | شحن/تفريغ سريع (أقصى تيار شحن 50 أمبير)، استخدام فعال للطاقة |
محدودية حمض الرصاص وفوسفات حديد الليثيوم للإضاءة الشمسية
كل من بطاريات الرصاص الحمضية وبطاريات الليثيوم لها مكانها، ولكن لكل منهما عيوب عند استخدامها في إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية.
- حمض الرصاص:
- توفر سعة منخفضة في الطقس البارد.
- يتطلب الاستبدال المتكرر بسبب عمر الدورة المحدود.
- لا تزال ثقيلة وتعتمد على الصيانة، مما يزيد من النفقات التشغيلية.
- فوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO₄):
- يوفر عمر دورة أفضل (4,000-6,000 دورة) ونطاق درجة حرارة أفضل.
- ومع ذلك، يأتي أثقل وزناً وأغلى ثمناً بشكل ملحوظ.
- يضيف تعقيدًا إلى التصميم؛ فغالبًا ما يحتاج القائمون على التركيب إلى تغيير التركيب والإدارة الحرارية.
وهذا يترك مجالاً لأيون الصوديوم لتقديم بديل متوازن.
الجدول 2: مقارنة أداء نوع البطارية
| المعلمة | حمض الرصاص | لي فيبو₄ | 12 فولت 100 أمبير أيون صوديوم-صوديوم 12 فولت 100 أمبير |
|---|
| دورة الحياة | 500-1,000 | 4,000-6,000 | ≥ 4,000 |
| الأداء في درجات الحرارة المنخفضة | فقير | جيد | ممتاز (قدرة التفريغ -40 ℃) |
| الوزن | ثقيل | أثقل | خفيف (حوالي 13.5 كجم تقريبًا، أي أخف وزنًا من حمض الرصاص بحوالي 40%) |
| الصيانة | عالية | منخفضة | منخفضة جداً |
| التكلفة | منخفضة | عالية | معتدل |
| تصنيف الحماية | متفاوتة | متفاوتة | مقاوم للماء والغبار IP65 |
بطارية صوديوم-أيون بجهد 12 فولت 100 أمبير: السمات التقنية الأساسية والمزايا الخاصة بالموقع
نسلط الضوء هنا على الميزات الأكثر أهمية بالنسبة إلى شركات الدمج أو المواصفات:
- نظام إدارة المباني الذكي - وهو يعالج الحماية من الشحن الزائد/التفريغ الزائد ومراقبة درجة الحرارة والواجهات عبر CAN/RS485. وهي تتيح المراقبة عن بُعد وتنبيهات الأعطال - وهو أمر حيوي للتركيبات غير المراقبة.
- تصميم خفيف الوزن - يزن حوالي 13.5 كجمأخف وزنًا من بطاريات الرصاص الحمضية المكافئة بحوالي 401 تيرابايت 3 تيرابايت. وهذا مهم للتركيبات ذات الحمولة الضيقة المسموح بها.
- أداء ممتاز في درجات الحرارة المنخفضة - يعمل بسلاسة مع درجة حرارة التفريغ حتى -40 درجة مئوية تحت الصفر والشحن الموصى به إلى -20°Cلضمان الموثوقية في الأجواء المناخية القاسية.
- دورة حياة طويلة العمر الافتراضي - يوفر عمرًا متوقعًا يتجاوز 4,000 دورةمما يترجم إلى 7-10 سنوات أو أكثر من الاستخدام النموذجي، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف التشغيل والصيانة.
- حماية IP65 - محكمة الإغلاق بالكامل لمنع دخول الغبار والرطوبة - وهو أمر ضروري لأي مشروع إضاءة خارجية.
- أبعاد مدمجة - 363 × 212 × 230 مم يناسب معظم حجرات بطاريات المصابيح الشمسية بأقل تعديل أو بدون تعديل.
- قابلية التوسع المتوازي والمتسلسل - يدعم ما يصل إلى 4 على التوالي و4 على التوازي (4S4P) التكوينات. ويتيح ذلك إعدادات ذات جهد أو سعة أعلى دون المساس بالاستقرار، وهو أمر مفيد بشكل خاص لأنظمة الإضاءة المعيارية أو أنظمة الإضاءة عالية الطلب.
والأهم من ذلك أن هذا المزيج يعالج جميع نقاط الألم الخمسةمما يجعل الكيمياء القائمة على الصوديوم مطابقة مقنعة لمصابيح الشوارع الشمسية.
تحليل المطابقة العميقة: أنواع المصابيح الشمسية وبطاريات الصوديوم الأيونية
4.1 مصابيح الشوارع LED البلدية الجديدة (مع مبيت بطارية مثبتة في القاعدة)
السيناريو والقضايا:
- تقع في المناطق الباردة.
- تضم القاعدة الفسيحة البطارية، ولكن يمكن أن يؤثر الوزن الزائد على ثبات العمود وعمالة التركيب.
- تؤدي الصيانة المتكررة إلى أعمال ميدانية مكلفة وخطرة.
تناسب البطارية:
- أداء التفريغ البارد وصولاً إلى -40°C يحل مشاكل الموثوقية في فصل الشتاء.
- خفيف الوزن (~حوالي 13.5 كجم) يسهل التثبيت وموازنة التحميل.
- عمر طويل (≥ 4000 دورة) يقلل من الزيارات المتكررة.
- يضمن نظام إدارة المباني التشغيل الميداني الآمن والمراقب.
- تصنيف IP65 تحمي الإلكترونيات داخل القاعدة من دخول الغبار والماء.
4.2 المصابيح الشمسية التجارية/مواقف السيارات
السيناريو والقضايا:
- يتطلب مصباح LED عالي الطاقة تفريغاً مستمراً طوال الليل.
- تتوفر مساحة قاعدة كبيرة، ولكن يجب شحن البطارية بسرعة في ضوء النهار وتشغيلها باستمرار.
- يفضّل الحد الأدنى من الموظفين في الموقع التشخيص عن بُعد.
تناسب البطارية:
- شحن/تفريغ عالي المعدل يدعم أوقات تشغيل أطول؛ أقصى تيار شحن مستمر 50A عند درجة حرارة >0 درجة مئوية.
- يكتشف نظام إدارة المباني مع المراقبة عن بُعد الأعطال مبكراً.
- يقلل الحجم الصغير والتركيب السريع من وقت التوقف عن العمل والعمالة.
4.3 المصابيح الشمسية عالية الصاري المدمجة
السيناريو والقضايا:
- توجد مقصورات البطارية الرفيعة/الصغيرة الحجم داخل العمود.
- تتطلب قيود الارتفاع بطاريات ملائمة بشكل دقيق.
- السلامة أمر بالغ الأهمية - فالتسريبات أو الأعطال في قمة العمود غير مقبولة.
تناسب البطارية:
- 363 × 212 × 230 مم تناسب معظم الطوابق السفلية ذات الصواري العالية التي تدعم ≥ 360 × 210 × 230 مم.
- يقلل الوزن الخفيف من الضغط على الحامل.
- تحافظ المراقبة التلقائية لنظام إدارة البطارية BMS على سلامة البطارية.
- يمنع مانع التسرب IP65 دخول الرطوبة من المطر أو التنظيف.
4.4 جدول مطابقة حجم بطاريات مصابيح الشوارع الشمسية 4.4 جدول مطابقة حجم البطارية
| نوع الضوء | حجم حجرة البطارية (مم) | حجم بطارية الصوديوم (363×212×230 مم) | احتمالية الملاءمة | الملاحظات |
|---|
| مصابيح LED البلدية (مبيت القاعدة) | ≥ 380 × 220 × 240 | 363 × 212 × 230 | نعم، غرفة جيدة | سهولة التركيب |
| أضواء شمسية للساحة/المواقف | ≥ 370 × 215 × 230 | 363 × 212 × 230 | نعم | مثالية لإضاءة المساحات الكبيرة |
| أضواء مدمجة عالية السارية | ≥ 360 × 210 × 230 | 363 × 212 × 230 | على الأرجح، تحقق من الارتفاع | قد تكون هناك حاجة إلى تعديل طفيف |
| التركيبات المحمولة/التركيبات الصغيرة | < 350 × 200 × 200 | 363 × 212 × 230 | لا يوجد | كبيرة جداً بالنسبة للتصاميم المدمجة |
| مصابيح بلدية صغيرة من الطراز القديم | < 360 × 200 × 210 | 363 × 212 × 230 | لا يوجد | يتطلب تعديل البطارية أو التركيبات المخصصة |
نصائح التوافق مع التركيب والتكامل الميداني
عند التخطيط للنشر، انتبه إلى التفاصيل التالية:
5.1 تحسين مساحة مبيت البطارية
- إذا كانت المساحة ضيقة، أضف امتدادًا صغيرًا إلى القاعدة أو استخدم صندوق بطارية خارجي أو أعد تشكيل نقاط التركيب.
- خطط دائمًا لخلوص تدفق الهواء حول البطارية؛ حيث يؤثر تراكم الحرارة على عمر البطارية، على الرغم من أن بطاريات أيونات الصوديوم تتمتع بثبات حراري جيد نسبيًا.
5.2 توافق الأسلاك ووحدة التحكم
- يدعم نظام إدارة الأحماض الصوديوم-أيون الصوديوم كان, RS485و UART.
- تأكد من أن وحدة التحكم بالشحن بالطاقة الشمسية أو لوحة التحكم بإنارة الشوارع يمكنها قراءة بيانات نظام إدارة المباني أو تظل متوافقة.
- استخدم موصلات مثل M12 أو RJ45 أو أطراف التوصيل المقاومة للماء بشكل صحيح لتجنب مشاكل الرطوبة.
5.3 التعديل الميداني والممارسات الآمنة
- قم بالتوصيل بالتتابع: الأرضي، والموجب، وخطوط اتصال نظام إدارة المباني، ثم الخط الرئيسي.
- استيفاء مواصفات عزم الدوران للبراغي M8 لتجنب ارتخاء الاهتزاز.
- اختبر بحمل وهمي وراقب جهد البطارية ودرجة الحرارة والمقاومة الداخلية لمدة 24 ساعة قبل التشغيل الكامل.
الخاتمة
إن بطارية أيونات الصوديوم بجهد 12 فولت 100 أمبير يوفر أداءً عمليًا ومثبتًا ميدانيًا لأنظمة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية. وبفضل تشغيله المقاوم للبرودة حتى درجة حرارة تصل إلى -40 درجة مئوية، وعمر دورة طويل يزيد عن 4000 دورة، وبنية خفيفة الوزن وصغيرة الحجم، فإنه يتكامل بسلاسة مع مجموعة كبيرة من تركيبات الطاقة الشمسية. يتيح نظام إدارة المباني الذكي الخاص به إمكانية التشخيص عن بُعد، بينما يوفر دعم تهيئة 4S4P لمصممي النظام مرونة إضافية لمصممي الأنظمة فيما يتعلق بالقدرة أو زيادة الجهد.
كامادا باور هو أعلى الشركات المصنعة لبطاريات أيونات الصوديوم في الصين، تدعم حلول بطاريات أيونات الصوديوم الشمسية المخصصة لإنارة الشوارع بالطاقة الشمسية.
إذا كنت تتطلع إلى ترقية أو إنشاء مشاريع إضاءة بالطاقة الشمسية في البلديات أو مواقف السيارات أو المناطق خارج الشبكة, اتصل بكامادا باور فريق خبراء البطاريات لدينا اليوم لاستكشاف كيف يمكن محلول بطارية أيونات الصوديوم تناسب أهدافك