نظم الإضاءة الذكية ذاتية التشغيل للفضاء الداخلي والخارجي

التشغيل الآلي للمناخ وإدارة التطهير عن بعد

ويمكن للمستعملين أن يتحكموا في الأضواء عن طريق أجهزة الهاتف الذكية أو أن يدمجوها في منابر منزلية ذكية مثل آبل هومكيت أو أمازون أليكسا، ويمكن أن تشمل قواعد التلقائية الهندسة، وأجهزة إطفاء الشروق/التركيب، ومشاهد قائمة على شغل الأماكن، وبالنسبة للنشر التجاري أو البلدي، فإن لوحات الدبابيس القائمة على الغيوم تسمح برصد توليد الطاقة، وصحة البطاريات، ووضع المصابيحات في آلاف الوحدات.

التطبيقات في الفضاء الداخلي

وبينما يُعرف الإضاءة الشمسية الخارجية جيدا، فإن التطبيقات الداخلية تتزايد بسرعة مع تحسن تكنولوجيا جمع الطاقة.

المباني السكنية

ويمكن أن تضيء الأضواء ذات الطاقة الذاتية الممرات، والخزانات، والسلالم، والطابق السفلي دون أن تخترق أسلاك الأسر المعيشية، وتضع الألواح الشمسية الصغيرة على زجاجات النوافذ أو مفاتيح التكتل بالقرب من الأبواب توفر الطاقة الكافية للضوء الليلي للضوء، أو لإضاءة اللهجات، ويمكن للمستشعرات الذكية أن تشرق تدريجياً مساراً عندما يستيقظ شخص ما ليلاً، ويحسن السلامة والراحة.

المكاتب التجارية

وتستفيد المكاتب المفتوحة، وغرف الاجتماعات، ودورات الاستراحة من المراقبة القائمة على الشغل، وتستفيد الأضواء التي تعمل بالبطارية والتي تجني الطاقة من إضاءة المكاتب المحيطة (التي تستخدم الخلايا الشمسية الداخلية) من عبء المبنى الإجمالي، ويتيح التكامل مع نظم إدارة المباني استراتيجيات الاستجابة للطلبات حيث تنخفض الأضواء خلال ساعات الذروة.

البيئة الصناعية والمستودعية

وكثيرا ما تشهد المستودعات العالية الاستسلام استخداما حركيا - يمكن أن تعمل وحدات ذاتية الدفع العالي مع أجهزة استشعار PIR بشكل مستقل، مما يقلل من تكاليف الأسلاك، وفي المناطق التي بها أجهزة كهرباء أو آلية متحركة، يمكن لمنتجي الفطائر أن يلتقطوا الطاقة الميكانيكية لتكملة الألواح الشمسية.

التطبيقات في الفضاء الخارجي

البيئات الخارجية هي الأكثر طبيعية للإضاءة الذكية ذاتية القوة بسبب كثرة ضوء الشمس وارتفاع تكلفة خطوط القوة الشرسة.

المتنزهات العامة والطرق

- إن الأضواء ذات الطاقة الشمسية المتطورة التي تبثها أجهزة الاستنشاق بالأشعة المميتة، تؤدي إلى إيجاد ممر آمن، ودعوة إلى السير، ويمكن للضوابط الذكية أن ترتفع إلى مستوى اللمعان عندما تقترب من المشاة، ثم تهبط إلى 10 في المائة بعد مرورها، وتحافظ على البطارية وتخفض من تجاوزات الضوء، وقد نشرت العديد من البلديات هذه النظم في الحدائق، وتنقذ أموال دافعي الضرائب، وتعزز السلامة.

شوارع الإضاءة وقوارب السيارات

إن أضواء الشوارع الشمسية التي تحتوي على بطاريات الليثيوم والرصد عن بعد هي الآن تقنية ناضجة، كما أن المدن مثل لوس أنجلوس وكوبنهاجن لديها برامج تجريبية تستخدم أعمدة الذكية ذات الطاقة الشمسية وتشمل أيضا نقاط الشحن بالأشعة السينية، ومفاتيح الفي، ومجسات بيئية، ولا يمكن برمجة أضواء وقوف السيارات إلا عندما تدخل المركبات، وتخفض نفايات الطاقة.

الأمن والإضاءة المحيطة

إن أضواء الفيضانات ذات الطاقة الذاتية التي تحتوي على كاميرات حركة متكاملة ممتازة بالنسبة للبوابات النائية أو مواقع البناء أو المناطق الزراعية، ويمكن تشكيل الأضواء على نحو يضيء إلى أجهزة الكشف وردع المتسللين بينما تسجل الفيديو، حيث أنها تعمل بشكل مستقل عن الشبكة، فإنها تظل عاملة أثناء انقطاع الكهرباء.

أماكن إقامة عن بعد وخارج نطاق القانون

وفي المناطق النامية، توفر الحدائق الوطنية، أو المسارات الجبلية، الضوء ذاتي الطاقة الضوء الأساسي دون مولدات الديزل، وتقوم المنظمات الإنسانية بنشر هذه النظم في مخيمات اللاجئين ومناطق الإغاثة في حالات الكوارث، وقد وثقت E عدة دراسات حالة حيث تحسنت درجة الذكاء من التعليم والسلامة في المجتمعات المحلية خارج الشبكة.

الاعتبارات التقنية المتعلقة بالتصميم والنشر

ويتطلب التنفيذ الناجح اهتماماً دقيقاً بتجهيز النظام، وكيمياء البطاريات، وبروتوكولات الاتصال.

Sizing the Solar Panel and Battery

ويحسب رصيد الطاقة بتكثيف الحمولة اليومية (الساعات المغلقة) بعامل أمان (من 1 إلى 1.5 إلى 1 من 1 إلى 1) لحساب أيام الغيوم، فعلى سبيل المثال، يستهلك جهاز توليد الطاقة الشمسية الذي يمتد 10 واط ويشغل 12 ساعة في الليل 120 واط. ويمكن أن يولد في موقع يبلغ فيه 4 ساعات ذروة من الشمس 160 و/يوماً، بما يكفي لـ 200 بطارية ماء.

البطارية

وتزداد أسعار الفوسفات الحديدي الليثيوم (LiFePO4) التي تستخدمها البطاريات في الإضاءة الخارجية بسبب سلامتها، وعمرها الطويل (2000+دورات)، ودرجة حرارة التشغيل الواسعة، والبطاريات ذات الجرعة الثقيلة أرخص ولكنها أشد كثافة وتتطلب المزيد من الصيانة، وقد تستخدم في نظم تصريف مياه النيكل الباردة أو النيكل المميتة السطحية.

LED Efficacy and Thermal Management

اختيار الأجهزة المتفجرة المرتجلة ذات الكفاءة التي تزيد على 150 لتراً/ساعة من أجل أفضل عودة للطاقة، والغرق السليم للحرارة أمر أساسي لأن الحرارة تقلل من العمر المتوقع والناتج الخفيف، وفي النظم ذات الطاقة، كل واط ينقذ يعني لوح شمسي صغير وبطاريات، لذا فإن الأجهزة المزودة بأجهزة مدرة عالية الفعالية لها فوائد مباشرة من حيث التكلفة.

بروتوكولات الاتصال

وبالنسبة للنظم التي تحتاج إلى تبادل البيانات مع مركز مركزي، فإن زيغبي (Msh) وLaWAN (طوال طويل، منخفض الطاقة) خيارات شعبية، وينيفي مناسب للإقامة الداخلية، ولكنه يستهلك طاقة أكبر، أما بالنسبة للشبكات الخارجية التي تغطي مناطق كبيرة، فإن لو راواان تسمح بوابات واحدة برصد مئات الأضواء عبر عدة كيلومترات.

التحديات والحدود

ورغم العديد من المزايا، فإن الإضاءة الذكية ذاتية القوى لا تُوجد بدون عقبات.

الاستثمار الأولي العالي

ويمكن أن تكلّف اللوحة الشمسية المتكاملة والبطارية ومراقب الذكاء أكثر من 2-3 مرات من تركيبة ربط الشبكة التقليدية، غير أن الحوافز مثل Energy Star] يمكن أن تقابل الشهادات وإعادة استخدام المرافق المحلية بعض التكلفة، وكثيرا ما يدل تحليل تكاليف دورة الحياة على عائد للاستثمار في غضون 3-5 سنوات.

الإعالة الطبيعية والبحارية

وتتوقف النظم ذات الطاقة الشمسية على ضوء الشمس، ففي المناطق التي تدوم فيها فترات الشتاء أو تكثر فيها معدلات التكاثر، يجب زيادة تكلفة البطاريات، وزيادة التكاليف، والحلول الهجينة التي تجمع بين الشمس وبين دعم الشبكة الصغيرة أو توربين الرياح يمكن أن تخفف من ذلك، فالجنيق داخل المباني محدود بسبب حركة المرور على الأقدام - المناطق المرتفعة - المتقلبة - تعمل جيدا، ولكن ممرات الاستخدام المنخفضة قد لا تولد طاقة كافية.

الاحتياجات من الصيانة

وتحتاج البطاريات إلى استبدال دوري، ويجب إبقاء الألواح الشمسية نظيفة ومتحررة من الثلج أو الحطام، وفي البيئات الغبارية، يمكن أن تكون تنظيف الألواح كثيفة اليد العاملة، ويمكن للتشخيص الذكي أن يخطر المشغلين بالقضايا، ولكن المواقع النائية قد لا تزال بحاجة إلى زيارات الخدمات.

التكامل مع النظم القائمة

وقد تنطوي إعادة تجهيزات الضوء القديمة ذات القدرات الذاتية على استبدال جميع المثقفين، ويمكن أن تشكل قابلية التشغيل المتبادل بين مختلف العلامات والبروتوكولات تحديا؛ وضمان أن يدعم المتحكم الذكي المعايير المفتوحة مثل زيغبي أو DALI لتجنب قفل البائعين.

الاتجاهات والابتكارات في المستقبل

ويتطور الميدان بسرعة، مدفوعا بانخفاض التكاليف المكوِّنة وتزايد ولايات الاستدامة.

AI and Machine Learning

وسيستخدم المتحكمون في المستقبل خوارزميات تنبؤية ] لتوقع أنماط الشغل وظروف الطقس، وتعديل مستويات الضوء بصورة استباقية، فعلى سبيل المثال، قد يتعلم ضوء الشارع أن ذروة حركة مرور المشاة في الساعة 8:30 صباحاً و6:00 مساءً، لذا يخزن طاقة إضافية خلال ساعات العمل المتناهية لدعم تلك الاضطرابات اللامعة.

شبكة إنترنت للأمور (IoT)

وستصبح الأضواء ذات الطاقة الذاتية مكوّنة في شبكة أكبر من أجهزة الاستشعار الذكية، ويمكنها رصد نوعية الهواء، ودرجة الحرارة، ومستويات الضوضاء، وتدفق حركة المرور، وسيعمل نظام الحوسبة على تجهيز البيانات محليا، ويقلل من احتياجات النطاق الترددي، وسيسمح الربط الشبكي بين الشبكات بإضاءة التحديثات حتى لو كانت بعض النوافذ غير مكتملة.

تحسين تكنولوجيات تسخير الطاقة

وتعود المواد الجديدة مثل " الخلايا الشمسية ] بزيادة الكفاءة (أكثر من 25 في المائة) والقدرة على العمل تحت ضوء الديّن الداخلي.() ويمكن للمسببات النانوية التريبية أن تجني الطاقة من الرياح أو الأمطار أو حتى من لمس البشر.() وستمكن المحصولات الهجينة التي تجمع بين الطاقة الشمسية والهتزوية والمصادر الحرارية من التشغيل الذاتي في بيئة أكثر صعوبة.

تدفق الطاقة الإقتصادية

وفي النظم المتشابكة، يمكن أن تغذي الأضواء ذات الطاقة الذاتية الطاقة الزائدة في الشبكة خلال فترة الذروة في الإنتاج الشمسي، وذلك كأجهزة مصغرة، وهذا يتطلب منافير ملائمة وأطرا تنظيمية، ولكن المشاريع الرائدة في أوروبا تبرهن بالفعل على التفاعلات بين أسلوب المركبات والشبكة (V2G) مع بطاريات أضواء الشوارع.

خاتمة

فنظم الإضاءة الذكية ذاتية القدرة تُسد الفجوة بين الطاقة المتجددة والتحكم الذكي، إذ إن توليد الكهرباء في الموقع وتكييفها في الوقت الحقيقي مع أنماط الاستخدام، يتيحان تخفيضات كبيرة في استهلاك الطاقة، وتكاليف التشغيل الذاتية، والأثر البيئي، ويُظهر التقدم في الخلايا الشمسية، وكيمياء البطاريات، وأجهزة الاستشعار، وبروتوكولات الاتصال هذه النظم أكثر قدرة وإمكانية من أي وقت مضى.

For further reading, consult the U.S. Department of Energy’s lighting resources], the ]Energy Star certification light fixtures page], and technical standards from the IEE onelli grid and IoT interoper