الصيغ الرئيسية لتصميم إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية

تلخص هذه المقالة الصيغ الأساسية المستخدمة بشكل شائع في تصميم مصابيح الشوارع الشمسية، من خلال دمج المعايير الوطنية ودراسات الحالة العملية من أوراق بحثية مختلفة:

1. حساب متوسط إضاءة الطريق

صيغة:
المتوسط = (ن × Φ × U × ك) / أ

• وصف المعلمة:
  • ن: عدد التركيبات
  • Φ: إجمالي التدفق الضوئي لكل مصباح (لومن)
  • U: معامل الاستخدام (0.4-0.6)
  • ك: عامل الصيانة (0.7-0.8)
  • أ: مساحة الطريق (م2) = عرض الطريق × مسافة المصابيح

مثال:
طريق بعرض 6 أمتار، ومسافة المصابيح 30 مترًا، باستخدام مصباح LED بقوة 10000 لومن، وإضاءة من جانب واحد:
متوسط ≈ (1 × 10,000 × 0.5 × 0.75) / (6 × 30) ≈ 20.8 ليكس

2. حساب طاقة الألواح الشمسية

صيغة:
الدفع لكل عرض = يوم / (Hpeak × ηsys)

• وصف المعلمة:
  • Qday = PLED × Twork (استهلاك الطاقة اليومي، وات ساعة)
  • Hpeak: متوسط ساعات ذروة ضوء الشمس السنوية المحلية (تحقق من البيانات الجوية، على سبيل المثال، بكين 4.5 ساعة)
  • ηsys: كفاءة النظام (0.6-0.75، بما في ذلك خسائر الخطوط وخسائر وحدة التحكم)

مثال:
قوة التحميل 80 واط، التشغيل اليومي 10 ساعات، ذروة شنغهاي = 3.8 ساعة:
الدفع مقابل المشاهدة ≈ (80 × 10) / (3.8 × 0.65) ≈ 324 واط

3. حساب سعة البطارية

صيغة:
ج = (Qday × D) / (DOD × ηbat × Vsys)

• وصف المعلمة:
  • د: عدد الأيام الغائمة المتتالية (عادةً 3-5 أيام)
  • DOD: عمق التفريغ (0.5 لبطاريات الرصاص الحمضية، 0.8 لبطاريات الليثيوم)
  • ηbat: كفاءة الشحن/التفريغ (0.85-0.95)
  • Vsys: جهد النظام (12 فولت/24 فولت)

مثال:
الاستهلاك اليومي 800 وات في الساعة، نظام 24 فولت، 3 أيام احتياطية، بطارية ليثيوم:
ج ≈ (800 × 3) / (0.8 × 0.9 × 24) ≈ 138.9 أمبير → اختر بطارية 150 أمبير

4. زاوية تركيب الألواح الشمسية

صيغة:
θ = φ + (5° إلى 15°)

• وصف المعلمة:
  • φ: خط العرض الجغرافي المحلي
  • تحسين الشتاء: خط العرض +10°~15°، تحسين الصيف: خط العرض -5°

مثال:
خط عرض نانجينغ 32 درجة، وزاوية إمالة القوس الثابتة مضبوطة على 37 درجة (32 درجة + 5 درجات) لتحسين توليد الطاقة في فصل الشتاء.

5. ضغط الرياح على الألواح الشمسية

صيغة:
ف = 0.61 × ف2 × أ

• وصف المعلمة:
  • v: أقصى سرعة للرياح (م/ث)
  • أ: مساحة اللوحة الكهروضوئية المواجهة للرياح (م2)

مثال:
مساحة اللوحة 2 متر مربع، سرعة الرياح التصميمية 30 متر/ثانية:
ف = 0.61 × (30)2 × 2 = 1098 نيوتن
يجب التحقق من مقاومة الرياح لعمود المصباح والأساس.

6. تصحيح جهد التشغيل للمكون (تأثير درجة الحرارة)

صيغة:
في ام بي = Vmp(STC) × [1 + α × (T – 25)]

• وصف المعلمة:
  • α: معامل درجة الحرارة (حوالي -0.35%/°C للسيليكون أحادي البلورة)
  • T: درجة حرارة التشغيل الفعلية (درجة مئوية)

مثال:
الجهد الاسمي للمكون 18 فولت، درجة حرارة التشغيل 60 درجة:
في ام بي ≈ 18 × [1 – 0.0035 × (60-25)] ≈ 15.3 فولت

7. تعويض انخفاض الجهد بسبب درجة الحرارة

صيغة:
ΔV = سلسلة N × α × ΔT × Vmp(STC)

مثال:
3 مكونات متصلة على التوالي، كل منها Vmp=30V، فرق درجة الحرارة 35 درجة:
ΔV ≈ 3 × (-0.0035) × 35 × 30 ≈ -11 فولت
يجب ضبط نطاق جهد MPPT.

8. تصميم تحسين سعة الألواح الشمسية

الصيغة التجريبية:
Ppv(اختياري) = 1.2 × الدفع مقابل المشاهدة

• ضع في اعتبارك التظليل وفقدان الغبار (انخفاض كفاءة 10-20%)
• عند توصيل مكونات متعددة بالتوازي، قم بزيادة الثنائيات الالتفافية لتقليل تأثيرات النقطة الساخنة.

9. جدول مقارنة معلمات التصميم النموذجية

ملحوظة: ينبغي دمج التصميم الفعلي مع عمليات محاكاة PVsyst ومحاكاة الإضاءة DIALux، والتحقق من صحتها من خلال الاختبارات الميدانية.