تأثیر آب و هوا بر چراغ‌های خیابانی خورشیدی

چراغ های خیابان خورشیدی به عنوان یک راه حل پایدار و مقرون به صرفه برای روشنایی شهری و روستایی به وجود آمده است که به پانل های خورشیدی (PV) برای تبدیل نور خورشید به برق متکی است.عملکرد و قابلیت اطمینان آنها به شدت تحت تاثیر شرایط آب و هوایی است.درک این اثرات مربوط به آب و هوا برای طراحی سیستم های روشنایی خورشیدی کارآمد، برنامه ریزی برنامه های تعمیر و نگهداری،و اطمینان از روشنایی ثابتدر این مقاله بررسی می شود که چگونه عوامل مختلف آب و هوایی، از جمله شدت نور خورشید، دمای هوا، بارش و حوادث شدید آب و هوایی، بر چراغ های خیابان خورشیدی تاثیر می گذارند.همراه با استراتژی های عملی برای کاهش خطرات احتمالی.

نور خورشید منبع اصلی انرژی برای چراغ های خیابانی خورشیدی است، بنابراین شدت و مدت زمان آن مستقیماً تعیین می کند که پانل های PV چقدر برق تولید می کنند.

در مناطقی که نور خورشید فراوان و بدون مانع وجود دارد (به عنوان مثال، روزهای آفتابی در مناطق خشک یا معتدل) ، پانل های خورشیدی تقریباً با حداکثر کارایی کار می کنند.یک پنل خورشیدی استاندارد 100 وات می تواند 400-500Wh برق در روز تحت 4-5 ساعت نور مستقیم خورشید تولید کند، به طور کامل شارژ باتری برای تغذیهچراغ LEDبرای 8 تا 12 ساعت در شب. این شرایط روشنایی ثابت را تضمین می کند و از مصرف باتری جلوگیری می کند.

روز هاي ابري يا ابر آلود:نور خورشیدی منتشر شده تولید پنل PV را 30٪ تا 70٪ کاهش می دهد. در روزهای بسیار ابر آلود، یک پنل 100 وات ممکن است فقط 100-200Wh تولید کند، که منجر به شارژ باتری ناکافی می شود.این امر می تواند باعث شود که چراغ LED زود زود کم شود یا در نیمه شب خاموش شود، امنیت در مناطقی مانند جاده ها یا پارکینگ ها را به خطر می اندازد.

ساعات کوتاه روز:در مناطق زمستانی یا عرض جغرافیایی بالا (به عنوان مثال، شمال اروپا، کانادا) ، دوره های کوتاه تر نور روز زمان شارژ را محدود می کند.برخی از مناطق تنها 6 تا 7 ساعت نور روز دارند که بسیار کمتر از 8 تا 10 ساعت برای شارژ کامل باتری استبا گذشت زمان، این امر می تواند منجر به "افزایش عمیق" باتری ها شود و طول عمر آنها را 20 تا 30 درصد کاهش دهد.

سایه گذاری:حتی سایه گذاری جزئی (از درختان، ساختمان ها یا گردآوری گرد و غبار) باعث ایجاد "نقطه های داغ" در پانل های خورشیدی می شود، که باعث کاهش بهره وری کلی و به طور بالقوه آسیب به سلول ها می شود.یک مطالعه توسط آژانس بین المللی انرژی (IEA) نشان داد که 10% سایه گذاری در یک پانل می تواند تولید را تا 50% کاهش دهد.

در حالی که پنل های خورشیدی به نور خورشید متکی هستند، دمای شدید - هم بالا و هم پایین - تاثیر منفی بر عملکرد آنها و عمر باتری ها دارد.

اکثر پنل های خورشیدی دارای طیف مطلوبی از دمای کار 25 ° C-35 ° C (77 ° F-95 ° F) هستند. هنگامی که دمای بیش از 40 ° C (104 ° F) است، کارایی پنل با 0.3٪ -0.5٪ در هر درجه سانتیگراد کاهش می یابد. به عنوان مثال،یک پانل با بهره وری ۲۰٪ در ۲۵ درجه سانتیگراد ممکن است به ۱۷٪ تا ۱۸٪ در ۴۵ درجه سانتیگراد کاهش یابد.این به این دلیل است که دمای بالا مقاومت الکترون در مواد نیمه هادی پنل را افزایش می دهد و تبدیل انرژی را کاهش می دهد.

علاوه بر این، گرما زیاد تخریب باتری را تسریع می کند. باتری های لیتیوم یون (که معمولاً در چراغ های خیابان خورشیدی استفاده می شوند) در صورت قرار گرفتن در معرض دماهای طولانی مدت بالاتر از 35 درجه سانتیگراد، ظرفیت خود را سریعتر از دست می دهند.یک مطالعه در سال 2023 توسط آزمایشگاه ملی انرژی های تجدید پذیر (NREL) نشان داد که باتری های لیتیوم یون در آب و هوای گرم (e.به عنوان مثال، مناطق بیابان) طول عمر 3-4 سال در مقایسه با 5-7 سال در آب و هوای معتدل دارند.

دمای سرد (کمتر از 0 ° C / 32 ° F) به طور مستقیم به پانل های PV آسیب نمی رساند، اما می تواند عملکرد باتری را کاهش دهد.به عنوان مثال باتری های لیتیوم یون ظرفیت شارژ و تخلیه را در سرما کاهش می دهند، در -10 °C (14 °F) ، یک باتری ممکن است فقط 70٪ -80٪ از ظرفیت نامی خود را نگه دارد. این بدان معنی است که حتی اگر پنل PV در طول روز برق کافی تولید کند،باتری ممکن است به اندازه کافی برای روشن کردن چراغ تمام شب ذخیره نشود.

دمای سرد نیز برای محفظه باتری خطراتی ایجاد می کند. اگر رطوبت به محفظه نفوذ کند و یخ بزند، می تواند محفظه باتری را شکسته یا اتصالات الکتریکی را آسیب برساند.که منجر به شکست سیستم می شود.

باران، برف و مه نه تنها نور خورشید را کاهش می دهند، بلکه خطرات فیزیکی و الکتریکی را برای چراغ های خیابانی خورشیدی ایجاد می کنند.

باران های سبک تا متوسط می توانند به تمیز کردن گرد و غبار و زباله های پنل های خورشیدی کمک کنند و به طور موقت بهره وری را بهبود می بخشند.

نفوذ آب:جعبه های اتصال ضعیف بسته شده، محفظه های باتری، یالامپ های LED این یکی از دلایل اصلی خرابی سیستم است.بر اساس گزارش صنعت سال 2024، 35 درصد از خرابی های چراغ های خیابان خورشیدی به دلیل آسیب آب است.

صاعقه زدن:سیستم های خورشیدی در برابر رعد و برق آسیب پذیر هستند، زیرا پنل های PV به عنوان سطوح رسانا بزرگ عمل می کنند. ضربه مستقیم یا نزدیک رعد و برق می تواند به اینورتر، کنترل کننده شارژ یا باتری آسیب برساند.نیاز به تعویض های گران قیمت.

جمع آوری برف بر روی پنل های PV نور خورشید را به طور کامل مسدود می کند و تولید انرژی را متوقف می کند. حتی یک لایه نازک برف (1-2 سانتی متر) می تواند تولید را 80 تا 90 درصد کاهش دهد. اگر برف ذوب شود و دوباره یخ زده شود، یخ ایجاد می کند.که سنگین تر و سخت تر برای حذف ✅ یخ می تواند پانل های PV را ترک کند یا ساختارهای نصب را تحت وزن خود خم کند.

در مناطق برفی، زاویه پانل PV بسیار مهم است. پانل های نصب شده در زاویه شیب دارتر (30 °-45 °) اجازه می دهد تا برف به راحتی از آن لغزود و زمان توقف را به حداقل برساند. با این حال، در مناطقی که برف بارانی زیاد است،پاک کردن برف دستی یا خودکار (e(به عنوان مثال، پنل های گرم) ممکن است لازم باشد.

مه نور خورشید را پراکنده می کند و شدت آن را به طور مشابه در روزهای ابری کاهش می دهد. علاوه بر این، مه می تواند یک لایه رطوبت را بر روی پنل های PV باقی بگذارد که در ترکیب با گرد و غبار، باعث می شودیک فیلم را تشکیل می دهد که بهره وری را بیشتر کاهش می دهددر مناطق ساحلی، مه مملو از نمک می تواند اجزای فلزی (به عنوان مثال، براکت های نصب، سیم کشی) را خورد و عمر سیستم را کوتاه کند.

شرایط آب و هوایی شدید مانند طوفان، طوفان، طوفان های شن و عطر و طوفان برفی می تواند باعث آسیب شدید و طولانی مدت به چراغ های خیابانی خورشیدی شود.

باد قوي:طوفان یا طوفان با سرعت بادی بیش از 100 کیلومتر در ساعت (62 مایل در ساعت) می تواند ستون های نور را از بین ببرد، پانل های PV را آسیب برساند یا سیم کشی را پاره کند. در سال 2022، طوفان Ian بیش از 5،000 نفر را از بین برد.000 چراغ خیابانی خورشیدی در فلوریدا،ايالات متحده، به خاطر باد هاي قوي و زباله هاي پرنده.

طوفان برقي:سنگ باران (به ویژه سنگ های بزرگتر از 2 سانتی متر / 0.8 اینچ) می تواند پانل های PV را ترک کند یا شکسته کند. پانل های PV استاندارد دارای یک لایه شیشه ای سخت شده هستند، اما در برابر سنگ باران بزرگ مصون نیستند.یک طوفان برفی در سال 2021 در کلورادو، ایالات متحده، 12 درصد از چراغ های خیابان خورشیدی در منطقه آسیب دیده را آسیب دید.

طوفان شن:در مناطق خشک (به عنوان مثال، خاورمیانه، آسیای مرکزی) ، طوفان های شن لایه ضخیم شن را بر روی پنل های خورشیدی قرار می دهند، نور خورشید را مسدود می کنند و سطح شیشه را خراش می دهند.این باعث کاهش بهره وری تا 40 تا 60 درصد می شود و اگر به سرعت تمیز نشود می تواند به طور دائمی به پنل آسیب برساند..

برای به حداقل رساندن تأثیر آب و هوا بر چراغ های خورشیدی، استراتژی های زیر توصیه می شود:

• از پنل های با کارایی بالا (به عنوان مثال سیلیکون تک کریستال) استفاده کنید که در نور کم و دمای بالا عملکرد بهتری دارند.
• پانل ها را در زاویه شیب مطلوب (20°-45°، بسته به عرض جغرافیایی) نصب کنید تا جذب نور خورشید را به حداکثر برسانید و تخلیه برف / باران را تسهیل کنید.
• از سایه گذاری با برش درختان یا تنظیم موقعیت پانل نسبت به ساختمان ها اجتناب کنید.

• استفاده از باتری های مقاوم در برابر سرما یا گرما (به عنوان مثال، باتری های لیتیوم فوسفات آهن) برای آب و هوای شدید.
• برای حفظ دمای مطلوب، محفظه های باتری را با عایق (برای آب و هوای سرد) یا تهویه مطبوع (برای آب و هوای گرم) نصب کنید.
• یک سیستم مدیریت باتری (BMS) برای جلوگیری از شارژ بیش از حد، تخلیه عمیق و آسیب های مربوط به درجه حرارت اضافه کنید.

• استفادهلامپ های دارای درجه بندی IP65 یا IP67برای جلوگیری از نفوذ آب.
• برای محافظت از سیستم در برابر صاعقه زدن، گیرنده های رعد و برق و محافظ های افزایش قدرت نصب کنید.

• پانل های خورشیدی را به طور منظم تمیز کنید (هر ماه در مناطق پر گرد و غبار، هر سه ماه در آب و هوای معتدل) تا خاک، برف یا یخ را از بین ببرید.
• بعد از رویدادهای شدید آب و هوایی، سیم کشی ها، محفظه ها و سازه های نصب شده را بررسی کنید تا آسیب ها را شناسایی و تعمیر کنید.

• برای مناطق بحرانی (به عنوان مثال، بیمارستان ها، بزرگراه ها) ، یک منبع برق پشتیبان (به عنوان مثال، یک توربین بادی کوچک یا اتصال شبکه) را برای اطمینان از روشنایی مداوم در طول دوره های طولانی کم نور ادغام کنید.

آب و هوا نقش محوری در عملکرد، قابلیت اطمینان و طول عمر چراغ های خیابانی خورشیدی دارد.هر عامل آب و هوایی چالش های منحصر به فردی را به همراه داردبا این حال، با درک این اثرات و اجرای استراتژی های کاهش هدفمند، مانند استفاده از اجزای مقاوم در برابر آب و هوا، بهینه سازی طراحی سیستم،و انجام تعمیرات منظم سیستم های چراغ های خیابانی خورشیدی می تواند انعطاف پذیرتر شوددر حالی که جهان به سمت انرژی های تجدید پذیر تغییر می کند، مقابله با خطرات مربوط به آب و هوا برای باز کردن تمام پتانسیل نوردهی خورشیدی در اقلیم های مختلف کلیدی خواهد بود.تضمین روشنایی پایدار و قابل اعتماد برای جوامع در سراسر جهان.