پنل خورشیدی در سیستم‌های روشنایی

پنل خورشیدی در سیستم‌های روشنایی امروزه نه‌ تنها یک گزینه جایگزین برای شبکه برق سنتی بلکه راه‌حلی کاملا قابل اتکا برای تامین نور پایدار در فضاهای مختلف به شمار می‌آید. خانه‌ها، کوچه‌ها، پیاده‌روها، پارک‌ها، محوطه ساختمان‌های عمومی، مراکز صنعتی و حتی مناطق بی‌برق همه و همه می‌توانند با استفاده از پنل خورشیدی بدون وابستگی به شبکه برق روشن باقی بمانند.

در خانه‌ها این سیستم‌ها معمولا برای روشنایی باغچه، حیاط، راهروهای بیرونی و پشت ‌بام‌ها استفاده می‌شوند. در این حالت پنل‌ها در طول روز انرژی خورشیدی را جذب می‌کنند و آن را در باتری ذخیره می‌نمایند. هنگام غروب این انرژی به شکل نور در اختیار ساکنان قرار می‌گیرد بدون هیچ قبض برق اضافی بدون نگرانی از قطع برق و با هزینه نگهداری بسیار پایین.

در فضاهای عمومی مانند پارک‌ها و معابر شهری پنل‌های خورشیدی می‌توانند نقش تعیین ‌کننده‌ای در امنیت شبانه داشته باشند. نصب سیستم روشنایی خورشیدی در خیابان‌ها یا مسیرهای پیاده‌روی علاوه بر کاهش هزینه‌های انرژی برای شهرداری‌ها باعث افزایش دید و کاهش جرایم شبانه خواهد شد. در واقع روشنایی بدون وقفه آن هم بدون مصرف برق شهری یک تحول واقعی در مدیریت شهری به حساب می‌آید.

در مناطق روستایی یا دورافتاده نیز پنل خورشیدی در سیستم‌های روشنایی جایگزینی عالی برای خطوط انتقال برق پرهزینه و پرعیب به شمار می‌آیند. خانواده‌هایی که قبلا با استفاده از چراغ‌های نفتی یا ژنراتورهای گازوئیلی روشنایی دریافت می‌کردند حالا می‌توانند با نصب پنل‌های خورشیدی از نوری تمیز، پایدار و بی‌صدا بهره‌مند شوند. به‌طور خلاصه کاربرد ماژول پنل خورشیدی در روشنایی فضاهای مختلف نه ‌فقط اقتصادی است بلکه از نظر زیست‌ محیطی، فرهنگی و حتی روانی نیز تاثیر مثبتی بر زندگی انسان‌ها دارد.

 

اجزای اصلی سیستم روشنایی خورشیدی و نحوه عملکرد آنها

برای اینکه سیستم روشنایی خورشیدی واقعا کار کند باید اجزای آن به ‌درستی انتخاب، نصب و هماهنگ شوند. برخلاف تصور عمومی این سیستم فقط یک پنل خورشیدی و یک لامپ نیست. مجموعه‌ای از قطعات در کنار هم کار می‌کنند تا انرژی خورشید را بگیرند، ذخیره کنند و در زمان مناسب آن را به نور تبدیل نمایند. اگر یکی از این اجزا عملکرد درستی نداشته باشد کل سیستم دچار اختلال خواهد شد.در ادامه اجزای کلیدی این سیستم را مرحله‌ به ‌مرحله بررسی می‌کنیم:

 

۱.پنل خورشیدی (ماژول خورشیدی)

اولین و اصلی‌ترین عضو سیستم همان چیزی‌ است که همه می‌شناسند. ماژول پنل خورشیدی این ماژول‌ها وظیفه دارند نور خورشید را به برق جریان مستقیم یا DC تبدیل کنند. کیفیت ساخت، جنس سلول‌ها و زاویه نصب پنل تاثیر مستقیمی بر بازدهی نهایی دارد. اگر پنل خورشیدی به درستی انتخاب نشود کل سیستم حتی در آفتابی‌ترین روزها هم نمی‌تواند به اندازه کافی برق تولید کند.

۲.باتری ذخیره ‌سازی

در سیستم‌های مستقل یا ترکیبی انرژی تولید شده باید در جایی ذخیره شود تا در زمان‌هایی که نور خورشید وجود ندارد مصرف شود. اینجاست که باتری وارد میدان می‌شود. باتری‌ها باید ظرفیت مناسبی داشته باشند و برای کار با سیکل‌های شارژ و دشارژ مداوم طراحی شده باشند. یکی از چالش‌های مهم در سیستم‌های روشنایی خورشیدی انتخاب باتری‌هایی با طول عمر بالا و قابلیت تحمل دمای محیطی متغیر است.

۳. کنترلر شارژ (Charge Controller)

این قطعه مغز متفکر سیستم است. کنترلر شارژ، ولتاژ و جریان ورودی از پنل به باتری را کنترل می‌کند تا از شارژ بیش‌ازحد یا تخلیه بیش‌ازحد جلوگیری کند. اگر این قطعه به ‌درستی تنظیم نشده باشد باتری خیلی سریع از کار می‌افتد. کنترلرهای پیشرفته حتی می‌توانند به سیستم روشنایی زمان ‌بندی دهند یا مصرف را در ساعات مشخصی کاهش دهند.

۴. اینورتر در صورت نیاز به جریان AC

در مواقعی که روشنایی مورد نظر به برق متناوب (AC) نیاز داشته باشد مثلا لامپ‌های خانگی یا چراغ‌های معابر شهری اینورترهای خورشیدی وارد عمل می‌شوند. اینورتر برق DC تولید شده توسط پنل را به برق AC تبدیل می‌کند تا قابل استفاده برای مصرف‌ کننده‌های عمومی باشد. نکته مهم اینجاست که انتخاب اشتباه در ظرفیت یا نوع اینورتر می‌تواند باعث نوسان در روشنایی یا حتی آسیب به تجهیزات برقی شود. در سیستم‌هایی که فقط از لامپ‌های DC استفاده می‌کنند اینورتر حذف می‌شود اما در فضاهای عمومی یا ساختمان‌ها حضور آن حیاتی‌ است.

۵. استراکچر پنل خورشیدی (سازه نصب)

پنل‌ها اگر روی زمین یا پشت ‌بام فقط گذاشته شوند عملا نیمی از توانشان را از دست می‌دهند. اینجاست که استراکچر پنل خورشیدی وارد عمل می‌شود . یک سازه فلزی که پنل‌ها را با زاویه و جهت درست محکم نگه می‌دارد. جنس استراکچر مقاومت در برابر باد و خوردگی و قابلیت تنظیم زاویه از عوامل تاثیرگذار در عملکرد نهایی سیستم هستند.

۶. کابل‌ها و اتصالات

شاید ساده به نظر برسند اما کابل‌ کشی نادرست دلیل رایج بسیاری از خرابی‌ها در سیستم‌های خورشیدی است. استفاده از کابل‌های ضد UV با مقطع مناسب و اتصال‌های آب‌ بندی‌شده تضمین‌ کننده عملکرد پایدار در طول زمان است. گاهی ‌اوقات سیستم به ‌درستی طراحی شده اما به ‌خاطر یک کابل معیوب کل سیستم از کار می‌افتد.

در مجموع همه این اجزا کنار هم یک سیستم هماهنگ و دقیق را تشکیل می‌دهند. هیچ ‌کدام به‌ تنهایی کار نمی‌کنند و هیچ‌ کدام نباید نادیده گرفته شوند. حالا که تصویر روشنی از ساختار سیستم روشنایی خورشیدی داریم وقت آن است که بررسی کنیم این سیستم‌ها چه مزایای فنی و اقتصادی دارند و چرا این‌ همه مورد توجه قرار گرفته‌اند؟

ابطت

مزایای فنی و اقتصادی پنل خورشیدی در سیستم‌های روشنایی مناطق شهری و روستایی

استفاده از پنل خورشیدی در سیستم‌های روشنایی صرفا یک انتخاب سبز و دوست‌دار محیط ‌زیست نیست این تصمیم یک حرکت کاملا هوشمندانه از نظر فنی و اقتصادی هم هست. به‌ خصوص وقتی صحبت از مناطق شهری با مصرف بالا یا مناطق روستایی با دسترسی محدود به شبکه برق می‌شود سیستم‌های روشنایی خورشیدی به راه‌ حلی کم ‌هزینه، کم‌ نگهداری و کاملا کاربردی تبدیل می‌شوند.در ادامه مزایای کلیدی این سیستم‌ها را زیر ذره‌بین می‌بریم:

 

صرفه‌جویی در هزینه‌های انرژی

سیستم روشنایی خورشیدی بعد از نصب عملا هزینه جاری ندارد. یعنی برخلاف سیستم‌های متصل به برق شهری نه قبض برق دارید نه سوختی برای تامین نه تعمیرات مکرر. همین باعث می‌شود که بازگشت سرمایه در پنل خورشیدی در کمتر از چند سال اتفاق بیفتد. در مناطق روستایی یا فضاهای باز این صرفه‌جویی حتی محسوس‌تر است چون هزینه انتقال برق از شبکه اصلی به این مناطق بسیار بالاست.

کاهش نیاز به زیرساخت سنگین

در شهرها ایجاد زیرساخت برای روشنایی معابر یا پروژه‌های جدید اغلب مستلزم حفاری، کابل ‌کشی و تامین برق با ولتاژ مناسب است. اما با سیستم خورشیدی نیازی به این‌ همه زیرساخت پیچیده نیست. فقط کافی است پنل و تجهیزات در محل نصب شوند بدون مزاحمت برای شهروندان، بدون پروژه‌های زمان‌بر و مهمتر از همه با کمترین اختلال.

پایداری در برابر قطعی برق

در مناطقی که قطعی برق مکرر دارند یا به شبکه ضعیف متصل هستند سیستم‌های روشنایی خورشیدی یک نجات ‌بخش واقعی‌ هستند. چه در معابر شهری، چه در روستاهای کوهستانی، چه در حیاط خانه‌ای در دل بیابان این سیستم‌ها حتی در شب‌های بدون برق هم روشن می‌مانند. روشنایی بدون وقفه یعنی امنیت بیشتر، آسایش بیشتر و کاهش هزینه‌های ناشی از خاموشی.

کاهش هزینه نگهداری و تعمیرات

لامپ‌های LED که در کنار سیستم‌های خورشیدی استفاده می‌شوند عمر طولانی و مصرف بسیار پایینی دارند. از طرفی خود پنل‌های خورشیدی تا ۲۵ سال بدون نیاز به تعویض قابل استفاده‌ هستند. یعنی برخلاف سیستم‌های سنتی اینجا خبری از هزینه‌های ماهانه برای تعویض قطعات یا تعمیرات نیست.

کمک به توسعه پایدار در مناطق محروم

در بسیاری از نقاط روستایی درآمد از پنل خورشیدی حتی به شکل غیرمستقیم هم ممکن شده است. روشنایی پایدار امکان فعالیت اقتصادی شبانه، کلاس‌های آموزشی شبانه یا حتی برگزاری بازارهای شبانه را فراهم می‌کند. جایی که قبلا بعد از غروب، همه ‌چیز تعطیل میشد حالا به ‌لطف نور خورشیدی زنده می‌ماند.

 

چالش‌ها و محدودیت‌های سیستم‌های روشنایی خورشیدی

درست است که پنل خورشیدی در سیستم‌های روشنایی مزایای زیادی دارد اما مثل هر تکنولوژی دیگری چالش‌ها و محدودیت‌هایی هم با خودش می‌آورد. شناخت این موانع نه ‌تنها باعث انتخاب بهتر تجهیزات می‌شود بلکه از دوباره‌ کاری‌ها، هدر رفت منابع و اختلال در عملکرد سیستم جلوگیری می‌کند.در ادامه مهمترین چالش‌ها را بررسی می‌کنیم:

 

وابستگی به شرایط محیطی

این سیستم‌ها برای تامین انرژی به نور خورشید نیاز دارند. پس در مناطقی با آفتاب محدود هوای ابری مداوم یا زمستان‌های طولانی عملکرد آنها کاهش می‌یابد. در چنین شرایطی باید طراحی سیستم به ‌گونه‌ای باشد که باتری‌ها توانایی تامین چند روز پیاپی را داشته باشند . موضوعی که هم روی هزینه نهایی اثر می‌گذارد و هم روی ابعاد تجهیزات.

هزینه اولیه بالا

هرچند بازگشت سرمایه سریع اتفاق می‌افتد اما هزینه اولیه خرید ماژول پنل خورشیدی ، باتری‌ها، استراکچر و نصب حرفه‌ای می‌تواند برای برخی پروژه‌ها چالش ‌برانگیز باشد. به‌ ویژه در پروژه‌های گسترده‌ شهری یا طرح‌های توسعه روستایی بدون حمایت دولتی یا سرمایه‌گذار تامین بودجه اولیه آسان نیست.

نیاز به نگهداری دوره‌ای

برخلاف تصور رایج سیستم‌های خورشیدی کاملا بی‌نیاز از نگهداری نیستند. گردوغبار، فضولات پرندگان، برف یا برگ‌ ریزی می‌توانند بازدهی پنل را کاهش دهند. همچنین کنترلر شارژ، باتری‌ها و اتصالات نیاز به بررسی دوره‌ای دارند تا از بروز اختلال جلوگیری شود.

خطر سرقت یا تخریب در فضاهای عمومی

در مناطقی که نظارت کافی وجود ندارد پنل‌های خورشیدی، باتری‌ها یا حتی تجهیزات کنترلی ممکن است مورد سرقت یا تخریب قرار گیرند. برای حل این مشکل استفاده از طراحی‌های ضدسرقت، جانمایی امن و حتی پوشش‌های ضد تخریب پیشنهاد می‌شود. اما این راهکارها هم هزینه ‌بر هستند و باید از ابتدا در طراحی لحاظ شوند.

محدودیت در توان خروجی

برخلاف سیستم‌های متصل به شبکه ظرفیت خروجی سیستم‌های روشنایی خورشیدی محدود است. اگر طراحی نادرست باشد یا میزان مصرف بیشتر از ظرفیت تولید و ذخیره‌ سازی باشد سیستم به‌ سرعت دچار افت عملکرد می‌شود. این مسئله در مناطقی که به مرور به مصرف بیشتر نیاز پیدا می‌کنند چالش‌ برانگیز می‌شود.

 

استانداردها و الزامات طراحی سیستم روشنایی خورشیدی در فضاهای باز

طراحی سیستم‌های روشنایی خورشیدی برای فضاهای باز مثل پارک‌ها، معابر، محوطه کارخانه‌ها یا محیط‌های روستایی تنها به انتخاب پنل مناسب محدود نمی‌شود. اینجا پای مجموعه‌ای از استانداردهای فنی، الزامات ایمنی، شرایط اقلیمی و حتی زیبایی‌شناسی وسط است. طراحی بدون رعایت این موارد در بهترین حالت باعث کاهش راندمان می‌شود و در بدترین حالت سیستم را کاملا ناکارآمد می‌کند. در ادامه بخش‌های کلیدی این طراحی را به ‌صورت جزئی بررسی می‌کنیم:

 

تعیین دقیق بار مصرفی

اولین قدم محاسبه‌ دقیق میزان انرژی مورد نیاز است. چه تعداد لامپ؟ با چه توان مصرفی؟ چند ساعت در شب روشن می‌مانند؟ این محاسبه مشخص می‌کند چه ظرفیتی از ماژول پنل خورشیدی، باتری و کنترلر نیاز داریم. اشتباه در این مرحله یعنی سرمایه‌گذاری بر پایه اطلاعات اشتباه.

تحلیل موقعیت جغرافیایی و زاویه نصب

زاویه تابش خورشید میزان تابش در فصول مختلف و جهت جغرافیایی نصب پنل‌ها مستقیما بر عملکرد سیستم تاثیر می‌گذارد. در مناطقی با زاویه تابش پایین‌تر استفاده از استراکچرهای قابل تنظیم توصیه می‌شود تا پنل‌ها همیشه در بیشترین دریافت نور قرار بگیرند. اینجاست که کیفیت استراکچر پنل خورشیدی نقش مهمی پیدا می‌کند.

رعایت استانداردهای حفاظتی و ایمنی

در فضاهای عمومی تجهیزات در معرض رطوبت، باد، گردوغبار و حتی دخالت انسانی قرار دارند. بنابراین رعایت استانداردهای IP  برای تابلوها، استفاده از پایه‌های مقاوم در برابر خوردگی و طراحی سیستم سیم‌ کشی ضد آب کاملا ضروری‌ است. همچنین محافظت از باتری‌ها در محفظه‌های ایزوله و تهویه ‌شده یکی از الزامات ignored شده‌ متداول است که باید جدی گرفته شود.

در نظر گرفتن تاثیر زیبایی‌ شناسی

در پروژه‌های شهری موضوع فقط روشنایی نیست. زیبایی هم مهم است. مثلا استفاده از پایه‌های تزئینی با پنل خورشیدی یکپارچه یا نصب پنل‌ها در زوایایی که دید بصری فضا را مخدوش نکنند همگی بخشی از طراحی استاندارد محسوب می‌شوند . به ‌ویژه در پارک‌ها یا مراکز گردشگری.

امکان توسعه‌ پذیری در آینده

در طراحی‌های حرفه‌ای همیشه ظرفیتی برای ارتقاء یا توسعه‌ آتی در نظر گرفته می‌شود. مثلا نصب کنترلرهای قابل توسعه، فضای خالی برای افزودن باتری یا قابلیت تعویض آسان ماژول‌ها. سیستم‌هایی که فقط با دید امروز طراحی می‌شوند فردا باید از ابتدا بازطراحی شوند. پس آینده‌ نگری بخش مهمی از استاندارد حرفه‌ای است.

 

نگاهی به آینده روشنایی خورشیدی ، از بهینه‌سازی مصرف تا سیستم‌های هوشمند

پنل خورشیدی در سیستم‌های روشنایی فقط یک انتخاب برای امروز نیست. این تکنولوژی دارد به سمت آینده‌ای پیش می‌رود که در آن فقط روشنایی تامین نمی‌شود بلکه سیستم محیط اطراف  را می‌فهمد، رفتار مصرفی را تحلیل می‌کند و خودش تصمیم می‌گیرد چه زمانی، چطور و چقدر انرژی مصرف شود. آینده روشنایی خورشیدی جایی است که علم، هوش مصنوعی و طراحی پایدار دست به دست هم دادند تا مفهوم نور را از نو تعریف کنند.در ادامه چند چشم ‌انداز کلیدی از این مسیر را با هم مرور می‌کنیم:

 

روشنایی تطبیقی با سنسورهای هوشمند

در سیستم‌های نسل جدید نور ثابت و یکنواخت جای خودش را به روشنایی تطبیقی می‌دهد. سنسورهای حرکتی، سنجش نور محیط و حتی داده‌های اقلیمی لحظه‌ای وارد بازی می‌شوند. مثلا وقتی هیچکس در یک مسیر پارک حضور ندارد سیستم به ‌طور خودکار شدت نور رو کم می‌کند. این یعنی کاهش مصرف، افزایش عمر باتری و یک گام بزرگ به‌ سوی پایداری واقعی.

مدیریت انرژی با هوش مصنوعی

با ورود الگوریتم‌های یادگیری ماشین، سیستم‌های روشنایی خورشیدی می‌توانند الگوی مصرف روزانه، فصلی و حتی رفتاری انسان‌ها رو تحلیل کنند و بر اساس آنها، چرخه شارژ و تخلیه باتری را بهینه‌ سازی کنند. مثلا اگر روزهای ابری پشت‌ سرهم پیش‌بینی شود سیستم به‌ صورت خودکار در شب بعدی روشنایی رو محدود می‌کند تا باتری خالی نشود.

اتصال به اینترنت اشیا (IoT)

روشنایی خورشیدی آینده جزیره‌ای جدا نیست. این سیستم‌ها به شبکه‌ هوشمند شهری متصل می‌شوند اطلاعات مصرف، تولید، سلامت باتری، وضعیت آب ‌و هوا و حتی ترافیک را به ‌صورت زنده ارسال و دریافت می‌کنند. این یعنی یک شهر واقعا هوشمند، با نورهایی که فقط روشن نمی‌شوند بلکه فکر می‌کنند و با محیط تعامل دارند.

طراحی‌های ماژولار و قابل‌ تعویض

ماژولار شدن طراحی‌ها باعث می‌شود هر بخش از سیستم از پنل تا کنترلر و باتری به ‌راحتی تعویض یا ارتقاء داده شود. این یعنی طول عمر سیستم به ‌طور چشم‌ گیری افزایش پیدا می‌کند و هزینه‌های تعویض کامل به حداقل می‌رسد. در واقع سیستم‌های آینده برای تغییر ساخته می‌شوند نه برای ثبات مطلق.

تولید انرژی مشارکتی

در آینده ممکنه روشنایی یک خیابان نه از یک پنل بلکه از یک شبکه‌ کوچک تشکیل ‌شده از چند پنل هرکدام روی ساختمان‌های اطراف تامین شود. یعنی شهروندها با پنل‌های خودشون در روشنایی شهر نقش داشته باشند و از طریق درآمد از پنل خورشیدی هم سود ببرند هم مشارکت کنند. این یعنی دموکراتیزه شدن انرژی.

 

معرفی شرکت شمیم اندیشه و راه‌های ارتباط با ما

در دنیای در حال تغییر انرژی شرکت شمیم اندیشه فراتر از یک تامین‌ کننده عمل می‌کند. اینجا تخصص مهندسی، تعهد حرفه‌ای و شناخت عمیق از ساختارهای قانونی و اجرایی همه در کنار هم قرار گرفته‌اند تا مسیر راه‌اندازی و اجرای پروژه‌های خورشیدی را برای شما هموار و شفاف کنند. ما در شمیم اندیشه فقط محصول ارائه نمی‌دهیم بلکه از اولین مرحله طراحی و مشاوره تا فروش تجهیزات، اجرای دقیق پروژه و حتی پیگیری کامل مراحل قانونی و اخذ مجوزهای لازم در کنار شما هستیم.چه در فکر احداث سیستم‌های روشنایی خورشیدی باشید و چه به دنبال یک راهکار جامع برای بهره‌برداری از انرژی پایدار در مقیاس بزرگ‌تر ما تمام نیازهای شما را با دیدی علمی، دقیق و واقع‌ گرایانه پاسخ می‌دهیم بی‌نیاز از واسطه و سردرگمی‌های مرسوم اداری.

 

برای ارتباط با شمیم اندیشه و دریافت مشاوره‌های فنی اطلاعات بیشتر یا سفارش تجهیزات می‌توانید از طریق راه‌های زیر اقدام کنید:

∴شماره تماس: ۱۲-۴۴۰۷۱۰۱۱(۰۲۱)

∴ایمیل: shamim@shamimco.com

∴وب سایت :www.shamimco.com

∴شبکه های اجتماعی : از طریق شماره ۰۹۳۹۴۱۲۱۰۰۲ با ما در ارتباط باشید.