ما هي أنواع البطاريات الأربعة التي تُستخدم عادةً في مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية؟

أصبحت مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية جزءًا أساسيًا من البنية التحتية الحضرية الحديثة، إذ توفر حلاً صديقًا للبيئة واقتصاديًا للإضاءة. وتعتمد هذه المصابيح على أنواع مختلفة من البطاريات لتخزين الطاقة التي تلتقطها الألواح الشمسية خلال النهار.

1. تستخدم مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية عادةً بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم:

ما هي بطارية فوسفات الحديد الليثيوم؟
بطارية فوسفات حديد الليثيوم هي نوع من بطاريات أيونات الليثيوم، تستخدم فوسفات حديد الليثيوم (LiFePO4) كمادة للكاثود والكربون كمادة للأنود. يبلغ الجهد الاسمي للخلية الواحدة 3.2 فولت، ويتراوح جهد قطع الشحن بين 3.6 و3.65 فولت. أثناء الشحن، تنفصل أيونات الليثيوم عن فوسفات حديد الليثيوم وتنتقل عبر الإلكتروليت إلى الأنود، حيث تستقر في الكربون. في الوقت نفسه، تنطلق الإلكترونات من الكاثود وتنتقل عبر الدائرة الخارجية إلى الأنود للحفاظ على توازن التفاعل الكيميائي. أثناء التفريغ، تنتقل أيونات الليثيوم من الأنود إلى الكاثود عبر الإلكتروليت، بينما تنتقل الإلكترونات من الأنود إلى الكاثود عبر الدائرة الخارجية، موفرةً الطاقة للعالم الخارجي.
تجمع بطارية فوسفات الحديد الليثيوم بين العديد من المزايا: كثافة طاقة عالية، حجم صغير، شحن سريع، متانة، واستقرار جيد. مع ذلك، فهي الأغلى بين جميع أنواع البطاريات. تدعم عادةً ما بين 1500 و2000 دورة شحن عميقة، ويمكن أن تدوم من 8 إلى 10 سنوات في ظل الاستخدام العادي. تعمل ضمن نطاق واسع من درجات الحرارة يتراوح بين -40 درجة مئوية و70 درجة مئوية.

2. البطاريات الغروية شائعة الاستخدام في مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية:
ما هي البطارية الغروية؟
البطارية الغروية هي نوع من بطاريات الرصاص الحمضية، حيث يُضاف عامل مُجلِّد إلى حمض الكبريتيك، مما يُحوِّل الإلكتروليت إلى حالة شبيهة بالهلام. تُسمى هذه البطاريات، بإلكتروليتها الهلامي، بالبطاريات الغروية. وعلى عكس بطاريات الرصاص الحمضية التقليدية، تُحسِّن البطاريات الغروية الخصائص الكهروكيميائية لبنية قاعدة الإلكتروليت.
تتميز البطاريات الغروية بأنها لا تحتاج إلى صيانة، متجاوزةً بذلك مشاكل الصيانة المتكررة المرتبطة ببطاريات الرصاص الحمضية. يستبدل تركيبها الداخلي محلول حمض الكبريتيك السائل بنسخة هلامية، مما يُحسّن بشكل ملحوظ من تخزين الطاقة، وسعة التفريغ، وأداء السلامة، والعمر الافتراضي، بل وتتفوق أحيانًا على بطاريات الليثيوم أيون الثلاثية من حيث السعر. تعمل البطاريات الغروية ضمن نطاق درجة حرارة يتراوح بين -40 درجة مئوية و65 درجة مئوية، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في المناطق الباردة. كما أنها مقاومة للصدمات ويمكن استخدامها بأمان في مختلف الظروف القاسية. ويبلغ عمرها الافتراضي ضعف عمر بطاريات الرصاص الحمضية العادية أو أكثر.

3. بطاريات الليثيوم أيون من نوع NMC شائعة الاستخدام في مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية:

تتميز بطاريات الليثيوم أيون من نوع NMC بالعديد من المزايا، منها: طاقة نوعية عالية، وحجم صغير، وشحن سريع. تدعم هذه البطاريات عادةً ما بين 500 و800 دورة شحن عميقة، مع عمر افتراضي مماثل للبطاريات الغروية. يتراوح نطاق درجة حرارة تشغيلها بين -15 درجة مئوية و45 درجة مئوية. مع ذلك، تعاني بطاريات الليثيوم أيون من نوع NMC من بعض العيوب، منها انخفاض استقرارها الداخلي. في حال إنتاجها من قبل جهات غير مؤهلة، يزداد خطر انفجارها عند الشحن الزائد أو في بيئات ذات درجات حرارة مرتفعة.

4. بطاريات الرصاص الحمضية شائعة الاستخدام في مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية:

تتكون بطاريات الرصاص الحمضية من أقطاب كهربائية مصنوعة من الرصاص وأكسيد الرصاص، مع محلول إلكتروليتي من حمض الكبريتيك. من أهم مزاياها استقرار جهدها نسبيًا وانخفاض تكلفتها. مع ذلك، تتميز بانخفاض سعتها النوعية، مما ينتج عنه حجم أكبر مقارنةً بالبطاريات الأخرى. عمرها الافتراضي قصير نسبيًا، حيث تدعم عادةً ما بين 300 و500 دورة شحن وتفريغ عميقة، كما أنها تتطلب صيانة دورية. على الرغم من هذه العيوب، لا تزال بطاريات الرصاص الحمضية شائعة الاستخدام في صناعة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية نظرًا لميزتها الاقتصادية.

يعتمد اختيار البطارية المناسبة لأعمدة إنارة الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية على عوامل مثل كفاءة الطاقة، والعمر الافتراضي، ومتطلبات الصيانة، والتكلفة. ولكل نوع من أنواع البطاريات مزاياه الفريدة، التي تلبي متطلبات وظروفًا مختلفة، مما يضمن بقاء أعمدة إنارة الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية حلاً موثوقًا ومستدامًا للإضاءة.