כאשר אסונות טבע מכה או מקרי חירום הומניטריים מתרחשים, העדיפות הראשונה היא תמיד סיוע מציל חיים - טיפול רפואי, מים נקיים, מקלט ותקשורת. ובכל זאת כל אלה דורשים חשמל.בתחומים שבהם הרשת קרסה או מעולם לא התקיימה, אספקת דלק משבשת, וגנרטורים בורחים מדחיסות דיזל, מערך סולארי נייד הפך קו חיים.

מאמר זה חוקר את עקרונות העיצוב הקריטיים, טכנולוגיות, ומסחריים המעורבים ביצירת מערך סולארי נייד להקלת חירום ואסון, ציור על דוגמאות בעולם האמיתי ואת החידושים האחרונים ב photovoltaics ו אחסון אנרגיה.

למה דווקא סורקים את השמש באסון

הכוח הוא עמוד השדרה הנסתר של כל תגובה אסון.ללא חשמל, בתי חולים שדה לא יכולים להפעיל אוורור או למנוע מכשירים. צוותי חיפוש והצלה מאבדים מגע רדיו.מערכת טיהור מים נסגרים. אפילו תאורה בסיסית הופכת לסיכון בטיחות וביטחון.

בין השנים 2000 ל-2020 גדל מספר אסונות הקשורים למזג האוויר בכמעט 50%, על פי תוכנית הסביבה של האו"ם:0.10.10.10.10.1 באותו הזמן, העלות והמשקל של לוחות סולאריים ירדו באופן דרמטי, מה שהופך את השמש הניידת לאופציה מעשית לארגונים כמו הצלב האדום הבינלאומי, Médecins Sans Frontières, וסוכנויות ניהול חירום לאומיות.

תכונות מפתח של קרינת השמש של Portable Solar Arrays for Emergencies

מערך סולארי נייד מעוצב היטב חייב לספק מערכת תובענית של דרישות.התכונות הבאות אינן ניתנות להשגה ברוב תרחישי השדה.

משקל אור ו-קומפקטית Form Factor

כל קילוגרם משנה כאשר המשיבים יוצאים לכפר הרים מרוחק או מטען אספקה על מסוק.הערכים המודרניים משתמשים בלוחות דקים או מונוקריסטלליין עם חומרים מגיבוי קל משקל במקום זכוכית כבדה או עיצובים מגלגלים לתוך מיכל בגודל מזוודה.לדוגמה, ה-FLT:0Renogy 100W FitFLT:1 (דוגמה צרכנית) בגודל של פחמן כבד משקל נמוך יותר מגובה של 8 ק"מ נמוך.

המונחים: against Harsh Conditions

אתרי אסון אינם סביבות עדינות.פאנלים חייבים לשרוד גשם, רוח, אבק, חול, חום קיצוני, ואפילו השפעה מזדמנת מדי פעם. הסטנדרטים של ה-IEC (IEC) חייבים לשרוד גשם, כגון IEC 61215 עבור לוחות סיליקון גבישיים - לספק בדיקות בסיס עבור עמידות ברד, רכיבה על אופניים תרמיים, וקפאה.עבור יחידות ניידות נוספות (הגנה על התקפה) הם חיוניים: לפחות IP עבור צינורות חמצן ו-ידי פחמן זמניים (מחץ) כדי לחץ אווירי תיבות של פחמן ו-ידי שימוש ב-ידי דחוסים.

המונחים: Efficiency

חלל הוא בדמיום בתיק או ערכת חירום. לוחות מונוקליים גבוהים (24% יעילות) לייצר יותר כוח למ"ר מאשר פוליקריסטלליין (17-19%) או סרט דק (10-15%) למרות שאפשרויות פיל-סרט דק הן קלות וגמישות יותר, יעילותן הנמוכה יותר עבור אותם וואטאז'רים חייב לשקול את המסחר הזה: W2 יכול להיות מפולג'י עם לוחות קלים ביותר, בעוד ש-1.5-מטר יכול להיות בעל משקל גבוה יותר.

אחסון אנרגיה משולבת

אור השמש הוא לסירוגין. מערך סולארי נייד ללא אחסון הוא חסר תועלת בלילה או מתחת לכיסוי ענן.עיצובים מודרניים משלבים ליתיום או ליתיום ברזל פוספט ( סוללות ליפPO4) כי הם קלים, יותר זמן, ובטוח יותר מאשר מוביל-חומצה.קיבולת הסוללה צריכה להיות בגודל כדי לכסות לפחות יום שלם של עומסים קריטיים (למשל, 1–3 קילוואט עבור שדה רפואי קטן עכשיו).

וודאות של סודיות ושימוש

המשיבים הראשונים אינם טכנאים סולאריים.המערך חייב להיות פורוס בתוך פחות מחמישה דקות ללא כלים. כבלים צבעוניים, מחברים לפני מקודמים, וטהה עומדת כי ה-עצמי לתוך זווית אופטימלית הם אפשרויות עיצוב נפוצות.חלק יחידות כוללות רגליים מהירות-שחרור כי להסתגל ללחיות ולעונה.

שיקולים עבור ביצועי המשימה-Critical Performance

מעבר לרשימה המאפיין, מערך סולארי נייד מוצלח הוא תוצאה של שינויים בהנדסת הנדסה זהירה.כאן השיקולים העיקריים עיצוביים שמבדילים מערכות מוכנות שדה חזקות מטיפוסי אבטיפוס שבריריים.

משקל לעומת כוח מסחר-Off

מערך 300W עשוי להיות האידיאלי התיאורטי עבור בית חולים בגודל בינוני, אבל אם הוא שוקל 25 ק"ג, זה כבד מדי עבור אדם אחד לשאת.מהנדסים לעתים קרובות להשתמש מדד של וואט לקילוגרם (W / ק"ג) , מערךים ניידים נוכחיים גבוהים יותר להשיג 12-18 W / ק"ג, כלומר יחידת 200W שוקלת בערך 11-17 ק"ג. כדי לשפר את זה, להשתמש בצורות משקל או מגנזיום, גמישות, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, מחזורי משקל גמיש, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, מ"מ, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, מ"מ, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, מחזורי משקל נמוך יותר מ"מ, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, מחזורי משקל גמיש של פחמן גמיש, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, מחזור של משקל נמוך יותר מ"מ-ידי מתכתי משקל נמוך יותר מ"מ-2.5

אנרגיה זקוקה להערכה: הטמעת המערכת

לפני תכנון מערך נייד, חשוב לפרופיל את העומס הצפוי.עומס להקלת אסון טיפוסי עשוי לכלול:

  • ציוד אלקטריק:0 (Medical Equipment:FLT:1 ventilator (30-60 W), משאבת אינפוזיה (15 W), מתווך חמצן (300–500 W).
  • (FLT:0) תקשורת: לוויינים (10–20 W), רדיו VHF (20-50 W), סמארטפון/לוחם טעינה (5-10 W).
  • (ב) ויקרא י"א): "האורות" (ב"ד:ב)
  • (ב) טיהור מים:0) פילטרים (UV מסנן 1–100 W).

ביצוע שעות יומיות וואט וחלוקת שעות השמש של שיא מקומי (בדרך כלל 4-5 שעות ברוב אזורי האסון מחוץ לקווי הרוח הקיצוניים) נותן את הפאנל הנדרש וואטג'.הוספת חשבונות של 50% בטיחות עבור ימים מעוננים ופאנלים מחוסנים.

שקיפות ו Scalability

גודל אחד אינו מתאים לכל. צוות חיפוש קטן צריך 100-200 W; בית חולים שדה עשוי לדרוש 2 קילוואט או יותר.עיצוב מערך כמערכת מודולרית - עם כל יחידת פאנל המכילה בקר MPPT שלה ומתחבר אוטובוס סטנדרטי DC - מאפשר להגיב ל- daisy-שרשרת יחידות מרובות.זה גם תיקונים סימולציות: מודול פגומים יכול להיות מחובר ללא סגירת 24 יצרני מתחים שונים, או מערכת ההפעלה של אנדרסון.

עמידות סביבתית: טמפרטורה ואלימות

לוחות סולאריים מאבדים יעילות ככל שהטמפרטורה עולה (בדרך כלל -0.4% ל -0.5% לדרגה Celsius מעל 25 מעלות צלזיוס) באסונות המדבר, טמפרטורות פאנל יכולות לעלות על 70 מעלות צלזיוס, צמצום התפוקה ב-20% או יותר. מעצבים יכולים להפחית זאת על ידי בחירת לוחות עם טמפרטורות נמוכות יותר coefficients, הוספת פערים של ventilation מאחורי הלוחות, או באמצעות ציפוי רפויטיבי ומלח הם חששות מלוחים באזורי ערפל; חומרים מטבוליים רבים.

זווית והליכה

פריסה אופקית קבועה היא פשוטה אך יעילה; לוחות העומדים בפני השמש יכולים לייצר באופן ישיר 30–50% יותר אנרגיה. ⁇ ⁇ ⁇ לעתים קרובות לשלב רגליים הטיה ניתנות להתאמה, המאפשרים ללוח להיות מזווית לכיוון קו המשווה (למשל, זווית = רוחב בקיץ, רוחב +15 מעלות בחורף), כמה יחידות מתקדמות כוללות מסלול סולארי ידני או אוטומטי (של צירים), אם כי זה מוסיף משקל, ומורכבות מספקת, שני תרחישים חירום.

טכנולוגיות חדשניות שעושות את הדור הבא

שוק השמש הנייד מתפתח במהירות, מונע על ידי פריצות דרך בחומרים מדע ואלקטרוניקה כוח. כמה טכנולוגיות רלוונטיות במיוחד להקלת אסון.

פאנלים גמישים ויפים

ניתן להדפיס נחושת על תת-שכבות גמישות, המאפשר לוחות מתגלגלים כמו כריית שינה או לקפל ליחידה בגודל הכיס (OPV) אורגני (OPV) מודפסים על תת-שכבות גמישות, המאפשרים לוחות מתגלגלים כמו כריית שינה או מתקפלים ליחידה בגודל הכיס.

סוללה משולבת ואינסטיסטר ב-Finel Frame

במקום תיבות נפרדות, "פאנלים חכמים" יש תא בתוך המסגרת שבו בתים סוללה LiFePO4 ו- 300W מופנם.המערך כולו משולב עם שתי מטפלות בלבד.לדוגמה, ה-FLT:0Goal Zeroi LinkFLT:1 מערכת אקולוגית מאפשרת לפאנלים לגבות את הסוללה באמצעות MP משולב, וסוללות, AC, ו- DC, ונבנה לתוך לוחות זמנים משוחררים כדי להפחית את רכיבי ההתקנה.

כוח ורשת צפופים

כמה מערכים ניידים כוללים כיום חומרים דו-צדדיים שיכולים לטעון סוללות מהרשת (כאשר זמינים) או לפעול במצב אי.באסון, אם רשת חלשה חוזרת, המערך יכול לעבור כדי להאכיל עודף חשמל לתוך הרשת או לפעול כאספקת חשמל בלתי-מפריע לעומסים קריטיים. גמישות זו היא בעלת ערך בשלבים מעבר של ניתוח הקלה.

מעקב אלחוטי ואבחון

טלגרף בזמן אמת עוזר מפעילי שדה ומעבדת מעקב אחר בריאות מערכת האינטרנט או LoRaWAN מודולים משובצים בבקר המטען לשלוח נתונים על מתח פאנל, מצב סוללה של מטען, וטמפרטורה לאפליקציית טלפונים חכמים.זה מאפשר אזהרות יזום על שפיח, חימום יתר, או תקלות חיבור.המשרד האמריקני של אנרגיה של רכזת:0Solar Energy OfficeFLT 1 ממומן בדיוק תוכניות GPS, שבו הוא בדיוק מתואם GPS, כל אחד מהם הוא בדיוק רכז את ה- GPS.

יישומים אמיתיים ושיעורים לומדים

מערך השמש הקובע באסונות גדולים רבים לאחר רעידת האדמה של האיטי 2010, הארגון (FLT:0 Solar Electric Light Fund (SELF) ,SIRFLT:1) הביא ערכות סולאריות ניידות לחיסון כוח ולתאורה במרפאה.השיעור המרכזי היה כי לוחות צריכים להיות חזקים מספיק כדי לעמוד בלחות טרופית וכי סוללות היו נקודת הכשל השכיחה ביותר - חתומות לעתים קרובות נכשלות כמה חודשים לאחר מכן.

לאחר שהוריקן מריה הרס את פורטו ריקו בשנת 2017, ללא מטרות רווח:0 SunForallFLT:1 חילק אלפי lanterns סולאריים ניידים עם נמלי טעינה USB קטנים, בעוד לא מלא מערךים, אלה סיפקו הקלה מיידית לתקשורת תאורה.ה משוב הדגיש את הצורך בתפוקה רב וולטית (V USB), 12V, 12V, 12V, ו-120V) לעוצמה שונה ללא התאמה, במהלך לוח המחומים של כדור הארץ, תוך כדי צמצום כלי סולמות, תוך כדי צמצום של כלי הפחתת כלי הפחתת כלי הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת כלי הפחתת הפחתת המקרר, תוך כדי הגבלת זמן, תוך כדי הגבלת זמן, תוך כדי הגבלת זמן, תוך כדי הגבלת זמן, החלמה, תוך כדי הגבלת זמן, החלמה, החל מטווח של מערכת ההפעלה, החל מטווח של מערכת ההפעלה, תוך כדי הגבלת זמן, החל מטווח של מערכת ההפעלה, החל מטווח של מערכת ההפעלה, החל מטווח של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה, תוך כדי הגבלת זמן של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה, תוך כדי הגבלת זמן, החל מטווח של מערכת ההפעלה, תוך כדי הגבלת זמן, תוך כדי הגבלת זמן של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת

הצבא גם הוביל חדשנות.תוכנית חיל האוויר האמריקאי פיתחה מערכת אנרגיה מתחדשת של 300W:0.Ground Renewable Expeditionary Energy Network System (GREENS)GREENS)IRLT:1 (GREENS) פיתחה מערכת סולארית / לוחית של 300W שמש/בתים שמתאימה ל-Fishlet וניתן לפרוס על ידי שני חיילים.הלקחים מ-GREENS - כגון החשיבות של כבלים מהירים ומקרי אחסון - יש לזרז מוצרים אזרחיים.

אתגרים ופתרונות מעשיים

למרות ההבטחה, מערך השמש הנייד ניצב בפני אתגרים מתמידים שמתכננים חייבים לטפל בהם.

גניבה ואבטחה

בסביבות כאוטיות, לוחות סולאריים לא מעודכנים ניתן נגנב. Solutions כוללים חומרה מבוססת טמפר, מעקב GPS, ואזעקות משולבות. חלק מהעיצובים משלבים תכונה "נעלמת" שמבטלת את המערכת אם הפאנל הוסר ללא קוד גישה.עבור אזורים בסיכון גבוה, לוחות קלים שניתן לנסח במהירות בתוך רכב או אוהל מועדפים.

תחזוקה בשדה

אבק, צניחה ציפורים, שלג יכול להפחית את התפוקה על ידי 30% או יותר. ⁇ צריך להיות משטחים מגבונים (כוס סמוית או ציפוי הידרופובי) וכולל בד קטן ניקוי במקרה. תיבות צומת פאנל ומחברים חייבים להיות חתומה נגד לחות ingress; דיאלקטרי על אנשי קשר מסייע למנוע קורוזיה.

עלויות לעומת ביצועים

לוחות מונוקליים בעלי יעילות גבוהה עם סוללות LiFePO4 משולבות ובקרי MPPT יכולים לעלות 2–$4 לוואט, או $ 400-800 עבור מערכת 200W.זה לעתים קרובות מעבר לתקציב של ארגונים לא ממשלתיים קטנים. חלופות בעלות נמוכה יותר באמצעות לוחות פוליקליים וסוללות מובילות הן זולות יותר ויותר עמידות.

מגמות עתידיות ב- Portable Sun for Emergency

העשור הבא יראה מערך סולארי נייד הופך אפילו יותר מסוגל וזמין.

תאי Tandem Perovskite Tandem Cells

Perovskite-on-silicon שיזוף תאים השיגו יותר מ -33% יעילות במעבדה.אם אלה הופכים להיות בעלי יכולת מסחרית, פאנל 200W יכול לכווץ עד מחצית השטח של לוחות מונוקריסטלליין הנוכחי, שיפור דרמטי של יכולת ההיווצרות של פרסקט הוא גם תואם עם בעיות קלות משקל, גמישות, פוטנציאל שילוב יעילות גבוהה עם גמישות של חוקרים דקים-סרטים ב-Falrated: 1.

מערכות היברידיות עם Wind or Microhydro

באזורים מסוימים אסון, אור השמש עשוי להיות נדיר (כיסוי ענן שלילי, חורף בכבדות גבוהה) מערכות אלקטרוניקה המשלבות טורבינות רוח אנכית קטנה או גנרטור מיקרו-hydro עם השמש יכול לספק כוח אמין יותר. היברידיות אלה לעתים קרובות לחלוק בנק סוללות משותף ומולטר, עם בקר אחד ניהול שני מקורות. בעוד משקל ומורכבות, עלייה של עלייה באמינות עשוי להיות שווה עבור משימות ארוכות.

עיצוב קוד פתוח ו-Open Source

(הארגונים ההומניטריים דוחקים לתקינה של מחברים, רמות מתח, וממשקים עולים כך שפאנלים מיצרנים שונים יכולים לעבוד יחד.ה-FLT:0IEEE 2030.7IRLT:1 סטנדרטיים עבור בקרים מיקרוגרידים ו-FLT:2USB-C Power DeliveryFLT 3 לאלקטרוניקה הם דוגמאות של איך סימולציות סטנדרטיות לתבניות מיקרו-FLT (R) מאפשרות אלקטרוניקה.

מסקנה

תכנון מערך סולארי נייד להקלת חירום ואסון הוא אתגר רב תחומי הדורש יותר מקטלוג של לוחות סולאריים.זה דורש הבנה עמוקה של הסביבה המבצעית, משתמשי הקצה שיש להם הכשרה טכנית מינימלית, והתנאים הפיזיים הקשים שידגישו כל מרכיב.העיצובים המצליחים ביותר הם קלים אך עדיין לא נוחים, יעילים אך קלים מספיק כדי לפרוס תחת לחץ של משבר הם משלבים אנרגיה, כוח, ו ניטור אחד יכול להיות מופעל על ידי חבילה אחת או שתיים.

ככל שהתדירות העולמית של האסונות ממשיכה לעלות, ההשקעה בטכנולוגיה סולארית ניידת טובה יותר אינה מותרות – זהו צורך.בין אם באמצעות שימוש בתאים של הדור הבא של perovskite, ארכיטקטורות מודולריות, או שיתוף פעולה בקוד פתוח, המטרה נשארת זהה: לספק כוח אמין, נקי שבו יש צורך ביותר.עבור ארגונים מעורבים בהכנות אסון ותגובה, הערכה ואימוץ של מערך השמש המתקדם הזה ישפר את המהירות של פעולות איכות חיים ומהירות.