طراحی نور خیابان خورشیدی خارج از شبکه برای مناطق دور افتاده

مقدمه

روشنایی مطمئن در مناطق دورافتاده به چیزی بیش از اضافه کردن یک پنل خورشیدی به یک قطب بستگی دارد. یک چراغ خیابانی خورشیدی خارج از شبکه موثر  باید به عنوان یک سیستم مستقل طراحی شود که با شرایط نور خورشید محلی، نیازهای روشنایی شبانه، استقلال باتری و محدودیت های نگهداری طولانی مدت مطابقت داشته باشد. برای پروژه‌هایی که در جاده‌ها، کمپ‌ها، مرزها یا جوامع روستایی جدا شده‌اند، طراحی اشتباه می‌تواند منجر به روشنایی ضعیف، عمر باتری کوتاه و تعویض پرهزینه شود. این مقاله عوامل اصلی طراحی پشت یک چراغ خیابانی خورشیدی بدون شبکه قابل اعتماد، از جمله اندازه اجزا، تعادل انرژی، دوام محیطی، و معاوضه عملیاتی را توضیح می‌دهد، بنابراین خوانندگان می‌توانند راه‌حل‌ها را با اطمینان فنی و مالی واضح‌تر ارزیابی کنند. 

چرا طراحی نور خیابان خورشیدی خارج از شبکه در مناطق دورافتاده اهمیت دارد؟

استقرار زیرساخت روشنایی  در مناطق جدا شده از نظر جغرافیایی، نیاز به تغییر از الگوهای گره خورده به معماری مستقل انرژی است. یک چراغ خیابانی خورشیدی خارج از شبکه کاملاً جدا از شبکه‌های شهری متمرکز عمل می‌کند، و آن را به تنها راه‌حل قابل دوام تبدیل می‌کند که در آن ترانشه‌کردن کابل‌ها از نظر اقتصادی بازدارنده یا از نظر فیزیکی غیرممکن است. برای ذینفعان صنعتی و شهری که کمپ های معدنی، مسیرهای گشت مرزی یا اقامتگاه های زیست محیطی ایزوله را مدیریت می کنند، گسترش شبکه به راحتی می تواند بیش از 50000 دلار در هر مایل باشد. بهینه‌سازی سیستم‌های خارج از شبکه مستلزم متعادل کردن هزینه‌های سرمایه اولیه بالا در برابر وعده هزینه‌های انرژی عملیاتی نزدیک به صفر در طول یک چرخه عمر چند دهه است که مستلزم توجه جدی به قابلیت اطمینان قطعات است. 

چه چیزی نور خیابان خورشیدی خارج از شبکه را تعریف می کند

معماری بنیادی یک چراغ خیابان خورشیدی خارج از شبکه شامل  چهار زیر سیستم اصلی: یک ماژول فتوولتائیک (PV) برای برداشت انرژی، یک چراغ LED با کارایی بالا، یک بانک باتری چرخه عمیق برای ذخیره انرژی، و یک کنترل کننده شارژ هوشمند که بر جریان الکتریکی حاکم است. بر خلاف سیستم‌های متصل به شبکه که از شبکه ابزار به عنوان یک بافر بی‌نهایت استفاده می‌کنند، یک واحد خارج از شبکه باید کاملاً خودپایدار باشد. این استقلال با توانایی سیستم برای حفظ سطوح روشنایی قابل قبول در طول آب و هوای نامساعد مشخص می شود. سیستم‌های درجه صنعتی معمولاً برای سه تا پنج روز استقلال پشتیبان بدون هیچ ورودی مستقیم خورشیدی مهندسی می‌شوند و از تحمل شکست در نقطه صفر در طول دوره‌های ابری طولانی اطمینان می‌دهند. 

کدام منطقه از راه دور طراحی را محرک می کند

طراحی برای محیط های دور نیاز به کاهش محدودیت های شدید محیطی و لجستیکی دارد که سخت افزار تجاری استاندارد را تخریب می کند. افراط های حرارتی یک محرک اصلی هستند. سیستم‌هایی که در بیابان‌های خشک یا مناطق زیر قطبی مستقر می‌شوند باید از باتری‌ها و ریزپردازنده‌هایی استفاده کنند که درجه حرارت‌های عملیاتی آنها بین -20 تا +55 درجه سانتی‌گراد است. علاوه بر این، تاسیسات منزوی ساحلی یا کوهستانی اغلب بارهای عرضی بالایی را تجربه می کنند. طرح های پایه و پایه نصب باید از نظر آیرودینامیکی بهینه شده و از نظر ساختاری درجه بندی شوند تا در برابر سرعت باد تا 150 کیلومتر در ساعت مقاومت کنند. از آنجا که خدمه تعمیر و نگهداری نمی توانند به راحتی به این سایت ها دسترسی داشته باشند، میانگین زمان بین خرابی ها (MTBF) برای قطعات الکترونیکی باید بیش از 50000 ساعت باشد. این امر مستلزم محفظه های مهر و موم شده هرمتیک برای جلوگیری از ورود گرد و غبار ساینده و رطوبت رایج در زمین های توسعه نیافته است. 

چگونه یک چراغ خیابان خورشیدی خارج از شبکه را مهندسی کنیم

مهندسی سیستم نیاز به یک رویکرد دقیق و مبتنی بر داده برای ایجاد تعادل بین قابلیت‌های تولید انرژی با نیازهای روشنایی محلی دارد. بزرگ شدن قطعات منجر به نفخ غیر ضروری سرمایه و فشار ساختاری روی قطب ، در حالی که سایز کوچک باعث تخریب زودرس باتری و خاموشی موضعی در طول ماه های زمستان می شود. نرم افزار مدل سازی پیشرفته اغلب برای شبیه سازی این متغیرها قبل از شروع ساخت فیزیکی استفاده می شود. 

نحوه اندازه‌گیری اجزا و تنظیم استراتژی کنترل

اندازه مولفه با محاسبه بدترین ساعات اوج خورشید (PSH) یک مکان خاص و تراز کردن آن با خروجی لومن مورد نیاز شروع می شود. مهندسان باید کنترل‌کننده‌های شارژ حداکثر ردیابی نقطه قدرت (MPPT) را اجرا کنند که تا 99 درصد راندمان تبدیل DC-DC را به دست می‌آورند. این کنترلرها با استخراج 20 تا 30 درصد انرژی بیشتر در شرایط نوری غیربهینه، از جایگزین های قدیمی PWM بهتر عمل می کنند. برای به حداقل رساندن بیشتر ظرفیت باتری مورد نیاز، استراتژی های کنترل پیشرفته از پروفایل های کم نور مبتنی بر زمان یا حس حرکت استفاده می کنند. یک استاندارد پروفیل صنعتی برای یک چراغ ال‌ای‌دی 60 واتی ممکن است در چهار ساعت اول عصر با خروجی 100 درصد کار کند، برای صرفه‌جویی در مصرف برق تا 30 درصد خروجی پایه کاهش یابد و تنها زمانی که حسگرهای مادون قرمز غیرفعال (PIR) یا مایکروویو حرکت فیزیکی را تشخیص می‌دهند، به 100 درصد افزایش یابد. 

نحوه مقایسه گزینه های باتری و سیستم

بانک باتری حیاتی ترین و پرهزینه ترین جزء در چراغ های خیابانی خورشیدی خارج از شبکه است. این صنعت به دلیل چگالی انرژی برتر و پایداری حرارتی، تا حد زیادی از باتری‌های سرب اسیدی تنظیم‌شده با شیر (VRLA) یا باتری‌های ژل به مواد شیمیایی لیتیوم آهن فسفات (LiFePO4) تغییر کرده است. 

همانطور که در مقایسه نشان داده شد، LiFePO4 به مهندسان اجازه می دهد تا ظرفیت اسمی کمتری را به دلیل DoD قابل استفاده بالاتر آن مشخص کنند. در حالی که هزینه اولیه ذخیره سازی مبتنی بر لیتیوم دارای حق بیمه است، چرخه عمر طولانی به طور قابل توجهی هزینه کل مالکیت (TCO) را با حذف نیاز به جایگزینی باتری در هشت تا ده سال اول استفاده از راه دور کاهش می دهد. 

نحوه ارزیابی استقرار و تامین کنندگان

موفقیت نهایی یک پروژه روشنایی از راه دور نه تنها به مهندسی نظری بلکه به تدارکات استقرار عملی و بررسی دقیق تامین کننده بستگی دارد. انتقال تجهیزات سنگین و شکننده به مناطقی با زیرساخت ضعیف  زنجیره تامین و خطرات نصب قابل توجهی را معرفی می کند. کل هزینه مالکیت به شدت به انتخاب شرکای متکی است که بتوانند استراتژی استقرار را از کف کارخانه تا محل نصب نهایی پشتیبانی کنند. 

چگونه خطر نصب و تدارکات را کاهش دهیم

برای کاهش ریسک لجستیک، مدیران پروژه باید به دقت فاکتور فرم را ارزیابی کنند و بین طرح‌های تقسیم‌بندی شده و طرح‌های همه‌جانبه (یکپارچه) انتخاب شوند. واحدهای همه کاره پنل PV، باتری و LED را در یک شاسی آیرودینامیکی واحد محصور می کنند. این مدولار بودن زمان نصب را به کمتر از 30 دقیقه در هر قطب کاهش می دهد و تراکم حمل و نقل را به حداکثر می رساند. یک کانتینر مکعبی استاندارد 40 فوتی (40 اینچ HQ) می‌تواند تقریباً 150 تا 200 واحد یکپارچه را بسته به وات در خود جای دهد. برعکس، سیستم‌های اسپلیت به سیم‌کشی پیچیده در محل و تجهیزات بالابر سنگین برای جعبه‌های باتری جداگانه و آرایه‌های خورشیدی عظیم نیاز دارند. در مناطق دورافتاده که ریختن پایه های بتنی دشوار است، مهندسان اغلب به شمع های مارپیچ تکیه می کنند که وزن کمتر و کاهش باد واحدهای یکپارچه را بسیار سودمند می کند. 

نحوه مقایسه تامین کنندگان، ضمانت ها و گواهینامه ها

در حال ارزیابی سازندگان تجهیزات اصلی  (OEMs) مستلزم بررسی ادعاهای بازاریابی گذشته به گواهینامه های استاندارد و ساختارهای ضمانت است.

خوراکی های کلیدی

• مهمترین نتیجه گیری و منطق برای نور خیابان خورشیدی خارج از شبکه
• مشخصات، انطباق، و بررسی ریسک ارزش اعتبارسنجی را قبل از انجام تعهد دارد
• خوانندگان اقدامات عملی بعدی و هشدارها می توانند فوراً اعمال کنند

سوالات متداول

یک چراغ خیابانی خورشیدی خارج از شبکه چه استقلالی باید در مناطق دورافتاده داشته باشد؟

برای پروژه های از راه دور، برای 3 تا 5 روز استقلال پشتیبان بدون آفتاب طراحی کنید. این به حفظ نور در طول هوای ابری طولانی کمک می کند و خطر خاموشی را کاهش می دهد. 

چرا LiFePO4 معمولاً برای چراغ های خیابانی خورشیدی خارج از شبکه بهتر از GEL است؟ 

LiFePO4 تخلیه عمیق تر، عمر چرخه طولانی تر، وزن کمتر و تحمل دما بیشتر را ارائه می دهد. هزینه اولیه بیشتری دارد اما معمولاً هزینه کل مالکیت در سایت های راه دور را کاهش می دهد. 

چگونه یک چراغ خیابانی خورشیدی خارج از شبکه را به درستی اندازه گیری می کنید؟

با بدترین ساعات اوج خورشید، سطح لوکس یا لومن هدف، زمان اجرا در شب و داده های آب و هوای محلی شروع کنید. سپس پنل، باتری، کنترلر و قدرت قطب را با آن بار مطابقت دهید. 

چه ویژگی های قطب برای چراغ های خیابانی خورشیدی خارج از شبکه از راه دور بیشتر اهمیت دارد؟

از قطب‌هایی استفاده کنید که برای بار باد محلی، قرار گرفتن در معرض خوردگی و وزن تجهیزات رتبه‌بندی شده‌اند. Morelux می تواند پشتیبانی کند قطب فولادی یا آلومینیومی سفارشی  طرح ها با نقشه های فنی برای تایید پروژه. 

آیا Morelux می تواند از پروژه های سفارشی چراغ خیابانی خورشیدی خارج از شبکه پشتیبانی کند؟ 

بله. Morelux از خریداران پروژه با راه‌حل‌های قطب سفارشی، کمک‌های مهندسی، نقشه‌های فنی و نقل‌قول‌های سریع پشتیبانی می‌کند که به سرعت مشخصات و منبع‌یابی پروژه‌های زیرساختی کمک می‌کند.