ما هي البطاريات المستخدمة في مصابيح الشوارع الشمسية؟ دليل الخبراء من مصنع صيني لأضواء الشوارع بالطاقة الشمسية

ما هي البطاريات المستخدمة في مصابيح الشوارع بالطاقة الشمسية؟

1. بطارية LiFePO₄ (فوسفات الحديد الليثيوم) - الخيار المهيمن في السوق في أمريكا اللاتينية وأفريقيا وجنوب شرق آسيا

هذا النوع من البطاريات هو الأكثر استخدامًا حاليًا ويوصى به بشدة في مجال حلول إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية، خاصةً للمشاريع في البرازيل، نيجيريا، إندونيسيا والأسواق النامية الأخرى.

• كيف تعمل: هي نوع فرعي من بطاريات الليثيوم أيون مع فوسفات حديد الليثيوم كمادة كاثود.
• المزايا الرئيسية:
  • سلامة استثنائية: تركيبها الكيميائي مستقر، ومقاوم جدًا للهروب الحراري؛ ونادرًا ما تتسبب اختبارات الثقب أو التكسير في حدوث احتراق أو انفجار. وهذا أمر حيوي بالنسبة لأضواء الشوارع المركبة في الأماكن العامة عبر المدن الأفريقية وبلدات جنوب شرق آسيا وبلديات أمريكا اللاتينية.
  • دورة حياة طويلة: عادةً ما بين 2,000 و5,000 دورة كاملة، مما يعطي عمر خدمة يتراوح بين 8 و12 سنة أو أكثر - وهو ما يتماشى تمامًا مع عمر الألواح الشمسية في المناخات الحارة.
  • أداء جيد في درجات الحرارة العالية: يحافظ على التشغيل المستقر حتى في درجات الحرارة المحيطة العالية الموجودة في مناطق مثل شمال البرازيل، أو غرب أفريقيا، أو جنوب شرق آسيا.
  • صديقة للبيئة: لا يحتوي على رصاص أو كادميوم أو معادن ثقيلة.
• العيوب الرئيسية:
  • كثافة طاقة أقل مقارنة ببطاريات الليثيوم الثلاثية، لذلك قد تكون أكبر قليلاً مقابل السعة نفسها (ولكنها مقبولة في أنظمة إضاءة الشوارع).
  • الأداء في درجات الحرارة الباردة: في حين أنه أفضل من حمض الرصاص، فإن LiFeFePO₄ أقل شأناً إلى حد ما من الليثيوم الثلاثي في درجات الحرارة الباردة الشديدة (على الرغم من أنه مناسب في معظم الأسواق التي تزيد عن -20 درجة مئوية).
  • تكلفة أولية أعلى: أغلى مقدماً من أنواع الهلام أو حمض الرصاص.
• عامل الشكل: عادةً ما يكون مغلقًا داخل عمود الإنارة أو في حزمة بطارية مدمجة (الكل في واحد)، مما يجعل التركيب أكثر إتقانًا وسهولة لموردي إضاءة الشوارع الذين يقدمون الخدمة عملاء أمريكا اللاتينية وأفريقيا وجنوب شرق آسيا.

2. بطارية LiMn₂O₄₄ (بطارية ليثيوم منغنيز)

• مادة الكاثود: أكسيد منجنيز الليثيوم (LMO). يتيح هيكله الإسبنيل انتشار أيونات الليثيوم بسرعة.
• السمات الأساسية: معروف بالفعالية من حيث التكلفة والأداء الجيد للأسعار، وهو خيار متوازن.
  • المزايا:
    1. تكلفة أقل: المنغنيز وفير ورخيص، لذا فإن تكلفة التصنيع أقل بكثير من البطاريات الغنية بالكوبالت.
    2. قدرة عالية المعدل: أداء جيد في تيارات التفريغ العالية - مفيدة لطلبات التحميل المفاجئة في مشاريع الإضاءة الخارجية في أفريقيا أو جنوب شرق آسيا.
    3. سلامة معقولة: أكثر أمانًا من بعض متغيرات الليثيوم الثلاثي، على الرغم من أنها ليست قوية مثل LiFePO₄.
    4. أداء بارد أفضل من أداء LiFePO₄: يحتفظ بسعة أكبر عند درجة حرارة -20 درجة مئوية تقريباً.
    5. صديقة للبيئة: غير سامة ولا تحتوي على معادن ثقيلة.
  • العيوب:
    1. عمر دورة أقصر: تتلاشى السعة بشكل أسرع، خاصةً في درجات الحرارة المرتفعة، حيث تتلاشى السعة بشكل أسرع، أي 500-800 دورة في العادة.
    2. تحمل ضعيف لدرجات الحرارة العالية: فوق درجة حرارة أعلى من 55 درجة مئوية تقريبًا، يمكن أن تذوب أيونات المنجنيز، مما يتسبب في فقدان دائم للقدرة.
    3. كثافة طاقة معتدلة: أعلى من LiFePO₄ LiFePO₄ ولكن أقل من أنواع الليثيوم الثلاثي.
• الاستخدام النموذجي: المشاريع الحساسة من حيث التكلفة (مثل الإضاءة الريفية في أفريقيا، والإضاءة المجتمعية في جنوب شرق آسيا) حيث لا يتطلب الأمر عمرًا طويلًا للغاية.

3. بطارية ليثيوم ثلاثية (NCM / NCA) - لحالات استخدام محددة في المناخات القاسية

كانت بطاريات الليثيوم الثلاثية أكثر شيوعًا، على الرغم من أن استخدامها الآن يقتصر أكثر على سيناريوهات خاصة في مناطق المرتفعات الباردة في أمريكا اللاتينية، أو أفريقيا الجبلية، أو المرتفعات الاستوائية في جنوب شرق آسيا.

• كيف يعمل: يشمل الكاثود النيكل والكوبالت والمنجنيز (NCM) أو النيكل والكوبالت والألومنيوم (NCA).
• المزايا الرئيسية:
  • كثافة طاقة عالية: تخزين المزيد من الطاقة لكل حجم/وزن - مفيدة عندما يكون تصميم العمود أو قيود الوزن حرجة في المنشآت الحضرية.
  • أداء ممتاز في درجات الحرارة المنخفضة: عند درجة حرارة -25 درجة مئوية تحت الصفر أو أقل، لا يزال بإمكانه تقديم مخرجات جيدة - مفيدة في مناطق الأنديز أو المرتفعات في شرق أفريقيا أو فيتنام الجبلية.
• العيوب الأساسية:
  • هامش أمان أقل: أقل استقراراً من الناحية الحرارية؛ يزيد ارتفاع درجة الحرارة أو الشحن الزائد أو التلف من مخاطر الهروب الحراري. يتطلب نظام إدارة بطارية قوي (BMS).
  • عمر دورة أقصر: عادةً من 1,000 إلى 2,000 دورة.
  • أعلى تكلفة: أكثر تكلفة بسبب محتوى الكوبالت والنيكل.
• حالات الاستخدام: بشكل رئيسي للمشاريع التي تتطلب كثافة طاقة عالية أو العمل في المناخات الباردة، في ظل تدابير سلامة مشددة.

4. بطاريات جل حمض الرصاص الهلامية - الخيار القديم، التخلص التدريجي في أمريكا اللاتينية وأفريقيا وجنوب شرق آسيا

بعد أن كانت شائعة في السابق، تم استبدالها الآن إلى حد كبير في إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية الجديدة على نطاق واسع.

• كيف يعمل: يتم تثبيت الإلكتروليت في شكل هلام، على عكس السائل في حمض الرصاص التقليدي.
• المزايا الرئيسية:
  • أقل تكلفة: الاستثمار الأولي أقل بكثير من أنواع الليثيوم.
  • تكنولوجيا ناضجة: تم إنشاء أنظمة الإنتاج والصيانة وإعادة التدوير على مستوى العالم.
• العوائق الحرجة:
  • دورة حياة قصيرة جداً: عادةً ما يتراوح بين 500 و800 دورة فقط، وتدوم من سنتين إلى 3 سنوات فقط - مما يتطلب استبدالها بشكل متكرر.
  • ثقيل وضخم: غالبًا ما يتطلب التركيب تحت الأرض، مما يعقد التركيب في المواقع النائية في ريف البرازيل، أو القرى الأفريقية النائية، أو المجتمعات الجزرية في جنوب شرق آسيا.
  • أداء بارد ضعيف: تنخفض السعة بشكل حاد في الظروف الباردة، مما يؤثر على الأداء في فصل الشتاء في خطوط العرض الأعلى.
  • مخاطر بيئية: يحتوي على الرصاص وحمض الكبريتيك؛ التخلص غير السليم يسبب التلوث.
  • قدرة تحمل منخفضة لعمق التفريغ: تتسبب التفريغات العميقة المتكررة في تلف لا يمكن إصلاحه.
• الوضع الحالي: نادرًا ما تُستخدم في المشاريع الجديدة؛ وتقتصر في الغالب على المشاريع ذات الميزانيات المنخفضة جدًا أو قصيرة الأجل.

جدول مقارنة البطاريات

البُعد	لي فيبو₄	ليمن₂O₄	الليثيوم الثلاثي	جل حمض الرصاص الهلامي
دورة الحياة	2000-5000+ دورة	500-800 دورة	1000-2,000 دورة إلى 2,000 دورة	500-800 دورة
عمر الخدمة (بالسنوات)	5-12+	2-4	3-5	2-3
السلامة	الأعلى	معتدل	أقل	آمن من الناحية الهيكلية ولكن خطر كيميائي
كثافة الطاقة	معتدل	معتدل	عالية	منخفضة جداً
معدل التفريغ الذاتي	منخفض جدًا (أقل من 31 تيرابايت 3 تيرابايت/شهر)	منخفض (<5%)	منخفض جدًا (<3%)	أعلى (3-10%)
الصيانة	لا تحتاج إلى صيانة	لا تحتاج إلى صيانة	لا تحتاج إلى صيانة	يتطلب شيكات
توصية التخزين	حتى 6 أشهر، دورة مرة واحدة	3-6 أشهر، دورة مرة واحدة	حتى 6 أشهر، دورة مرة واحدة	اشحنه بالكامل قبل التخزين؛ دورة شهرية
التكلفة	معتدلة (أفضل تكلفة لدورة الحياة)	منخفضة	عالية	الأقل مقدمًا
أداء بارد	جيد (-20 درجة مئوية إلى 65 درجة مئوية)	جيد (-20 درجة مئوية إلى 55 درجة مئوية)	ممتاز (حتى -25 درجة مئوية تحت الصفر)	ضعيف جداً في البرد
الاستقرار في درجات الحرارة العالية	ممتاز	ضعيف فوق 55 درجة مئوية	فقير	المتوسط
الأثر البيئي	ممتاز	ممتاز	معتدل	فقير
التركيب	مرن (عمود/داخلي)	مرنة	مرنة	ضخم / تحت الأرض
الضعف	كثافة أقل، حد البرودة	عمر قصير، حساسية للحرارة	السلامة والتكلفة	العمر القصير، الحجم الكبير، الصيانة، البرودة

ما هو أفضل خيار بطارية لأضواء الشوارع بالطاقة الشمسية في أمريكا اللاتينية وأفريقيا وجنوب شرق آسيا

الخلاصة: بالنسبة للغالبية العظمى من مشاريع إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية في البرازيل، والأرجنتين، ونيجيريا، وكينيا، وإندونيسيا، والفلبين، وفيتناموما إلى ذلك، تظل بطاريات فوسفات حديد الليثيوم (LiFePO₄) هي الأعلى، السائد والموثوق الاختيار.

لماذا يعتبر LiFePO₄ "المعيار الذهبي" لأضواء الشوارع بالطاقة الشمسية:

1. دورة حياة رائعة، تتماشى مع أعمار المشاريع الطويلة
   إنارة الشوارع هي بنية تحتية طويلة الأجل. وتستهدف العديد من المشروعات في أمريكا اللاتينية وأفريقيا وجنوب شرق آسيا عمر افتراضي يتراوح بين 5 و8 سنوات أو أكثر. يضمن عمر بطارية LiFePO₄ الذي يزيد عن 3000 دورة حياة عدم الحاجة إلى استبدال البطارية خلال تلك الفترة - مما يوفر "التركيب مرة واحدة والاستفادة على المدى الطويل".
   في المقابل، تتحلل بطاريات المنغنيز أو الهلام بسرعة في المناخات الاستوائية، مما يزيد من أعباء الصيانة.
2. سلامة استثنائية - حيوية للمنشآت العامة
   يتم تركيب مصابيح إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية على جوانب الطرق والحدائق والأحياء. السلامة غير قابلة للتفاوض. إن كيمياء LiFePO₄ المستقرة ومقاومتها للهروب الحراري تحت الضغوطات الشديدة (الحرارة العالية، والثقب، والشحن الزائد) تجعلها مثالية - حتى في المنشآت الريفية أو الحضرية غير المراقبة في أفريقيا أو جنوب شرق آسيا.
   تشكل بطاريات الليثيوم الثلاثية مخاطر حرارية أعلى، مما يجعلها أقل مثالية لهذه السيناريوهات.
3. ثبات حراري للمناخات الحارة
   غالبًا ما تصل البطاريات في أنظمة إنارة الشوارع إلى درجات حرارة عالية تحت أشعة الشمس القوية. وتساعد قدرة LiFePO₄ القوية على التحمل الحراري في الحفاظ على الأداء والحد من تدهور القدرة في المناطق الحارة مثل شمال البرازيل أو أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى أو جنوب شرق آسيا الاستوائية.
   تتحلل الخلايا القائمة على المنجنيز بسرعة في الحرارة، وتنطوي الخلايا الثلاثية على مخاطر في درجات الحرارة العالية.
4. التكلفة الإجمالية المثلى للملكية (TCO)
   على الرغم من أن التكلفة الأولية لـ LiFePO₄ أعلى مقارنةً بالهلام أو المنجنيز، إلا أن طول عمره يوزع التكلفة على مدى سنوات عديدة. وبالنظر إلى الاستبدال والعمالة ووقت التوقف عن العمل والصيانة، غالبًا ما يوفر LiFePO₄ أقل تكلفة لدورة الحياة. يتجنب التكاليف الخفية التي تثقل كاهل أنظمة الجل أو المنجنيز.

لماذا تعتبر الكيميائيات الأخرى أقل ملاءمة؟

• الليثيوم الثلاثي: كثافة الطاقة العالية والأداء الجيد على البارد أمران جذابان، ولكن مخاطر السلامة وارتفاع التكلفة الحد من استخدامه في إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية السائدة في الأسواق النامية. فهي لا تزال متخصصة.
• منجنيز الليثيوم: التكلفة الأولية الأقل جذابة، ولكن عمر افتراضي قصير وضعف تحمل الحرارة مما يجعلها غير مناسبة لمشاريع الإضاءة العامة الصعبة.
• حمض الرصاص الهلامي: في حين أن تكلفته الأولية ضئيلة، إلا أن عيوبه (قصر عمره، وكبر حجمه، وضعف أدائه في البرودة، والصيانة، والمخاطر البيئية) أدت إلى التخلص التدريجي منه في تصميمات إنارة الشوارع الجديدة بالطاقة الشمسية.

لماذا بطاريات الحالة الصلبة قد يكون خيار المستقبل

تتطلب أنظمة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية بطاريات آمنة، وطويلة الأمد، ولا تحتاج إلى صيانة، وقوية بيئياً.

تعد بطاريات الحالة الصلبة بتحقيق كل هذه الأبعاد:

1. السلامة المطلقة (الميزة الأساسية)
   • اليوم: يعتبر LiFeFePO₄ آمنًا للغاية، ولكنه لا يزال يستخدم إلكتروليتات سائلة قابلة للاشتعال.
   • الحالة الصلبة: تستخدم إلكتروليتات صلبة غير قابلة للاشتعال، مما يقضي على مخاطر التسرب أو الاحتراق - وهو أمر مهم للغاية بالنسبة للمنشآت العامة غير الخاضعة للإشراف في المناطق النائية في أمريكا اللاتينية أو أفريقيا أو جنوب شرق آسيا.
2. دورة حياة طويلة جداً
   • اليوم: يدوم LiFeFePO₄ لآلاف الدورات.
   • الحالة الصلبة: قد تصل إلى عشرات الآلاف، مما قد يجعل استبدال البطارية غير ضروري - مما يجعل استبدال البطارية غير ضروري - مما يجعل عمر الألواح الشمسية (أكثر من 25 سنة).
3. كثافة طاقة أعلى
   • قد تكون تصاميم الحالة الصلبة أخف وزناً وأصغر حجماً، مما يتيح أعمدة أقل حجماً أو سعة أكبر لفترات غيوم متعددة الأيام.
4. نطاق درجة حرارة أوسع
   • قد يكون أداء الإلكتروليتات الصلبة أفضل في البرودة الشديدة (-30 درجة مئوية أو أقل)، مما يوسع نطاق الانتشار في مناطق المرتفعات أو الهضاب الأكثر برودة.

التحديات الحالية لاعتماد الحالة الصلبة:

1. تكلفة عالية جداً
   • العائق الرئيسي. إن تكاليف بطاريات الحالة الصلبة الحالية أعلى بعدة مرات من بطاريات LiFePO₄، مما يجعلها غير عملية لنشر مصابيح الشوارع الشمسية على نطاق واسع.
2. مشاكل النضج التقني وتوسيع النطاق
   • لا تزال الموصلية الأيونية، والواجهات الصلبة الصلبة، والشحن السريع، واتساق التصنيع تمثل تحديًا. الإنتاج الضخم قيد التطوير.
3. سلسلة توريد غير مكتملة
   • يتمحور النظام البيئي حول البطاريات السائلة؛ ويتطلب الانتقال إلى الحالة الصلبة إعادة تجهيز سلسلة التوريد بأكملها، وهو ما يستغرق وقتاً ورأس مال.

التوقعات والجدول الزمني لأمريكا اللاتينية وأفريقيا وجنوب شرق آسيا

• قصير الأجل (3-5 سنوات)
  لا تزال تقنية LiFePO₄ تهيمن على أسواق إنارة الشوارع في البرازيل ونيجيريا وإندونيسيا وغيرها. وستزداد تقنيتها نضجًا وستستمر التكاليف في الانخفاض. قد تظهر تصميمات البطاريات الهجينة في القطاعات المتطورة.
• المدى المتوسط (5-10 سنوات)
  قد تؤدي اختراقات الحالة الصلبة في المركبات الكهربائية إلى خفض التكلفة. وقد تعتمد بعض المشاريع التجريبية لإنارة الشوارع بالطاقة الشمسية في البرازيل أو جنوب أفريقيا أو فيتنام حلول الحالة الصلبة للتحقق من صلاحيتها.
• طويل الأجل (10 سنوات فأكثر)
  ومع توسع نطاق التصنيع وانخفاض التكاليف، يمكن أن تصبح بطاريات الحالة الصلبة قياسية في مصابيح الشوارع الشمسية، لتحل تدريجياً محل بطاريات LiFePO₄ في العديد من التطبيقات.

الخلاصة -بطارية LiFeFePO4 هي الخيار الأفضل.

تمثل بطاريات الحالة الصلبة مستقبلًا واعدًا لإضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية - ولكن في أسواق اليوم في أمريكا اللاتينية وأفريقيا وجنوب شرق آسيا, لي فيبو₄ تظل كيمياء البطاريات الأكثر عملية وأمانًا وموثوقية وفعالية من حيث التكلفة لبطاريات مصابيح إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية، وأنظمة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية المتكاملة، وتركيبات إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية المنفصلة، ومشاريع الإنارة خارج الشبكة. يوفر أفضل توازن بين السلامة وطول العمر والتكلفة الإجمالية.

إذا كنت تخطط لمشروع إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية في بيرو,البرازيل، ونيجيريا، وكينيا، وإندونيسيا، والفلبين، وفيتنامأو أي دولة أخرى, اتصل بنا الآن. بصفتنا مصنعًا في الصين متخصصًا في الهندسة وتوريد مصابيح الشوارع الشمسية بالجملة، فإننا نقدم التخصيص الكامل والدعم الفني ومحاكاة IES / Dialux والتسليم العالمي. دعنا نساعدك على اختيار البطارية ومخطط الإضاءة الأمثل لمشروعك - اطلب عرض أسعار أو استشارة اليوم!