بطاريات الصوديوم أيون (سيبس) ، حل تخزين الطاقة الناشئة ، هي نوع من البطاريات القابلة لإعادة الشحن التي تعتمد على حركة أيونات الصوديوم بين الأقطاب الموجبة والسالبة أثناء عمليات الشحن والتفريغ. وهي تعمل على أساس آلية "الكرسي الهزاز" المشابهة لبطاريات الليثيوم أيون. أثناء الشحن ، يتم استخراج أيونات الصوديوم (نا+) من القطب الموجب (الكاثود) ، والهجرة من خلال المنحل بالكهرباء ، وإدراجها في القطب السالب (الأنود). في الوقت نفسه ، تتدفق الإلكترونات عبر دائرة خارجية من الكاثود إلى الأنود للحفاظ على حيادية الشحنة. عند التفريغ ، تتحرك أيونات الصوديوم مرة أخرى من الأنود إلى الكاثود ، وتتدفق الإلكترونات في الاتجاه المعاكس عبر الدائرة الخارجية ، مما يوفر الطاقة الكهربائية. على سبيل المثال ، في نظام بطارية أيون الصوديوم النموذجي ، قد يكون الكاثود مصنوعا من انتقال غني بالصوديوم - أكسيد فلز مثل ثاني أكسيد الناكو ، ويمكن أن يكون الأنود مادة صلبة تعتمد على الكربون. أثناء شحن البطارية ، تترك أيونات الصوديوم كاثود ثاني أكسيد الكربون وتجد طريقها إلى أنود الكربون الصلب ، وتخزن الطاقة في هذه العملية.
تركز هذه المقالة على اتجاهات التطبيق ومزايا بطاريات أيونات الصوديوم في مجالين محددين: مصابيح الشوارع الشمسية وبطاريات بدء تشغيل الدراجات النارية. إن الأداء الرائع في درجات الحرارة العالية والمنخفضة لبطاريات أيونات الصوديوم يمنحها القدرة على العمل بفعالية في مجموعة واسعة من درجات الحرارة البيئية ، من المناطق شديدة البرودة إلى المناطق الساخنة الشديدة الحرارة. إن خصائصها الفريدة المتمثلة في القدرة على التخزين والنقل عند 0 فولت لا تبسط العملية اللوجستية فحسب ، بل تعزز أيضا السلامة أثناء المناولة. هذه الميزات ذات أهمية كبيرة في سياق أضواء الشوارع الشمسية وبطاريات بدء تشغيل الدراجات النارية ، حيث يمكنها التغلب على التحديات التي تفرضها بيئات الاستخدام المختلفة وظروف التخزين ، ومن المتوقع أن تجلب فرص تطوير جديدة لهذين المجالين التطبيقيين.
شهد سوق إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية نموا ملحوظا في السنوات الأخيرة. وفقا لأبحاث السوق ، تم تقييم حجم سوق إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية العالمية بمبلغ كبير في السنوات القليلة الماضية ومن المتوقع أن ينمو بمعدل نمو سنوي مركب بنسبة 15 ٪ خلال فترة التوقعات. في عام 2023 ، بلغ حجم السوق 150 مليار دولار ، ومن المتوقع أن يتوسع أكثر بسبب زيادة الاستثمارات في البنية التحتية للطاقة المتجددة ، وخاصة في البلدان النامية. على سبيل المثال ، في بلدان مثل الهند وبعض الدول الأفريقية ، تقود المبادرات التي تقودها الحكومة لكهربة الريف ومشاريع المدن الذكية الطلب على أضواء الشوارع الشمسية.
ومع ذلك ، فإن تقنيات البطاريات الحالية المستخدمة في مصابيح الشوارع الشمسية لها العديد من القيود. بطاريات الرصاص الحمضية التقليدية ، والتي لا تزال شائعة الاستخدام في بعض أنظمة إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية ، لها دورة حياة قصيرة نسبيا ، تتراوح عادة من 300 إلى 500 دورة. لديهم أيضا كثافة طاقة منخفضة ، مما يعني أنهم يحتاجون إلى حزم بطارية أكبر وأثقل لتخزين نفس الكمية من الطاقة مقارنة بكيمياء البطاريات الأكثر تقدما. هذا لا يزيد من تكاليف التركيب والصيانة فحسب ، بل يحد أيضا من الكفاءة الإجمالية لنظام إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية. على الرغم من أن بطاريات الليثيوم أيون أكثر تقدما ، إلا أنها تواجه مشكلات مثل التكلفة العالية ، خاصة بسبب ندرة موارد الليثيوم وارتفاع سعرها. علاوة على ذلك ، يتدهور أدائها بشكل كبير في درجات الحرارة القصوى ، العالية والمنخفضة. في المناطق الباردة ، يمكن أن تنخفض سعة بطاريات الليثيوم أيون بنسبة تصل إلى 30-50 ٪ عند درجات حرارة أقل من 20 درجة مئوية ، مما يقلل من وقت الإضاءة وموثوقية مصابيح الشوارع الشمسية.
تظهر بطاريات أيونات الصوديوم أداء ممتازا في درجات الحرارة العالية والمنخفضة ، وهو أمر بالغ الأهمية لأضواء الشوارع الشمسية التي تعمل في ظروف مناخية متنوعة. يمكن أن تعمل هذه البطاريات بشكل فعال في نطاق درجات حرارة واسع ، من المناطق شديدة البرودة مع درجات حرارة منخفضة تصل إلى -40 درجة مئوية إلى المناطق الساخنة مع درجات حرارة تصل إلى 80 درجة مئوية.في المناخات الباردة ، تكون حركة أيونات الصوديوم داخل هيكل البطارية أقل تأثرا مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون. نتيجة لذلك ، يظل الاحتفاظ بسعة البطارية مرتفعا نسبيا. على سبيل المثال ، عند درجة حرارة 20 درجة مئوية ، يمكن لبطارية أيون الصوديوم المصممة جيدا الحفاظ على أكثر من 85 ٪ من سعتها في درجة حرارة الغرفة ، مما يضمن أن مصابيح الشوارع الشمسية يمكن أن توفر إضاءة متسقة حتى خلال فصول الشتاء القاسية.
في البيئات ذات درجات الحرارة العالية ، تظهر بطاريات أيونات الصوديوم أيضا ثباتا أفضل. فهي أقل عرضة للهروب الحراري ، وهي حالة خطيرة حيث ترتفع درجة حرارة البطارية ويمكن أن تشتعل فيها النيران أو تنفجر ، وهو ما يمثل مصدر قلق لبطاريات الليثيوم أيون في درجات حرارة عالية. تضمن هذه المرونة في درجات الحرارة العالية والمنخفضة أن مصابيح الشوارع الشمسية المجهزة ببطاريات أيون الصوديوم يمكن أن تعمل بشكل موثوق على مدار العام ، بغض النظر عن المناخ المحلي ، وبالتالي تعزيز الكفاءة الشاملة وعمر الخدمة لنظام الإضاءة.
الميزة الفريدة لبطاريات أيون الصوديوم التي يمكن تخزينها ونقلها عند 0 فولت تجلب مزايا كبيرة لصناعة إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية. في تخزين البطارية التقليدية ونقل أضواء الشوارع الشمسية ، وخاصة بالنسبة لبطاريات الليثيوم أيون ، فإنها تحتاج إلى تخزينها في حالة معينة من تهمة (شركة نفط الجنوب) لمنع الأضرار التي لحقت خلايا البطارية. وهذا يتطلب مراقبة وإدارة دقيقة أثناء التخزين والنقل ، مما يزيد من التعقيد والتكلفة.
ومع ذلك ، يمكن تخزين بطاريات أيون الصوديوم ونقلها عند 0 فولت ، مما يبسط العملية اللوجستية. ليست هناك حاجة لإدارة الشحن والتفريغ المعقدة قبل التخزين أو بعد النقل. هذا لا يقلل فقط من خطر تدهور البطارية أثناء التخزين والنقل ولكن أيضا يقلل من التكاليف المرتبطة بها ، مثل الحاجة إلى مرافق التخزين المتخصصة ومعدات النقل للحفاظ على شركة نفط الجنوب للبطارية. بالنسبة لمشاريع تركيب مصابيح الشوارع الشمسية على نطاق واسع ، حيث يلزم نقل عدد كبير من البطاريات إلى مواقع مختلفة ، يمكن أن تؤدي ميزة التخزين والنقل 0 فولت هذه إلى توفير كبير في الوقت والمال.
الفعالية من حيث التكلفة هي واحدة من المزايا الرئيسية لبطاريات الصوديوم أيون لأضواء الشوارع الشمسية. الصوديوم عنصر وفير ، موزع على نطاق واسع في قشرة الأرض ، وتكاليف استخراجه وإنتاجه منخفضة نسبيا مقارنة بالليثيوم. كما أن عملية إنتاج بطاريات أيونات الصوديوم لديها القدرة على أن تكون أكثر فعالية من حيث التكلفة بسبب بساطتها. نتيجة لذلك ، يمكن أن تكون التكلفة الإجمالية لبطاريات أيونات الصوديوم أقل بكثير من بطاريات الليثيوم أيون ، وهو عامل حاسم لسوق إضاءة الشوارع الشمسية الحساسة من حيث التكلفة. يمكن أن يؤدي انخفاض تكاليف البطارية إلى انخفاض التكلفة الإجمالية لأنظمة إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية ، مما يجعلها في متناول الجميع لاعتمادها على نطاق واسع ، خاصة في المناطق النامية التي تعاني من قيود الميزانية.
من حيث دورة الحياة ، يمكن لبطاريات أيون الصوديوم تحقيق دورة حياة طويلة نسبيا ، تصل عادة إلى 1000-2000 دورة. هذا أطول بكثير من بطاريات الرصاص الحمضية التقليدية. تعني دورة الحياة الأطول أن مصابيح الشوارع الشمسية تحتاج إلى استبدال أقل للبطارية ، مما يقلل من تكلفة الصيانة ووقت تعطل نظام الإضاءة. على سبيل المثال ، إذا كان من المتوقع أن يعمل نظام إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية لمدة 10-15 عاما ، فإن بطارية أيون الصوديوم ذات دورة حياة طويلة يمكن أن تضمن أداء مستقرا طوال هذه الفترة دون الحاجة إلى استبدال البطارية بشكل متكرر ، وهذا ليس هو الحال مع بطاريات ذات دورة حياة أقصر مثل حمض الرصاص.
وعلاوة على ذلك ، بطاريات الصوديوم أيون هي أكثر ملاءمة للبيئة. المواد المستخدمة في إنتاجها غير سامة بشكل عام وأقل ضررا بالبيئة مقارنة ببعض المعادن الثقيلة والمواد السامة الموجودة في البطاريات التقليدية. يتماشى هذا مع التركيز العالمي المتزايد على حلول الطاقة المستدامة والخضراء ، مما يجعل بطاريات أيونات الصوديوم خيارا جذابا لتطبيقات إضاءة الشوارع الشمسية من منظور بيئي.
من المتوقع أن يشهد تطبيق بطاريات أيونات الصوديوم في سوق إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية اتجاها تصاعديا كبيرا في السنوات القادمة. مع استمرار نضج التكنولوجيا وتحسن الفعالية من حيث التكلفة ، من المتوقع أن تزداد الحصة السوقية لأضواء الشوارع الشمسية المجهزة ببطاريات أيون الصوديوم بشكل مطرد. تشير التقديرات إلى أنه في السنوات القادمة من 5 إلى 10 ، يمكن أن تصل حصة السوق من مصابيح الشوارع الشمسية التي تعمل ببطارية الصوديوم إلى 30 ٪ لتحل تدريجيا محل بعض مصابيح الشوارع الشمسية التقليدية القائمة على البطاريات.
من المرجح أيضا أن يتوسع نطاق تطبيق مصابيح الشوارع الشمسية مع بطاريات أيونات الصوديوم. حاليا ، تستخدم مصابيح الشوارع الشمسية بشكل أساسي في الطرق الحضرية والحدائق وبعض المناطق الريفية. في المستقبل ، مع تطور مفاهيم المدينة الذكية ، يمكن دمج مصابيح الشوارع الشمسية التي تعمل ببطارية أيون الصوديوم في أنظمة البنية التحتية الحضرية الأكثر تعقيدا. قد تكون مجهزة بأجهزة استشعار للمراقبة البيئية ومراقبة تدفق حركة المرور ووظائف أخرى ، لتصبح جزءا مهما من إنترنت الأشياء (إنترنت الأشياء) في المدن. بالإضافة إلى ذلك ، في المناطق النائية ذات الوصول المحدود إلى شبكات الكهرباء ، مثل الصحاري والجبال والجزر ، فإن الأداء الموثوق لبطاريات أيونات الصوديوم في بيئات مختلفة يجعل مصابيح الشوارع الشمسية مع هذه البطاريات خيارا مثاليا لتوفير حلول الإضاءة ، مما يزيد من توسيع إمكانات السوق.
