هل سيفرض النظام الشمسي وضع "الشحن فقط" إذا كانت البطارية أقل من 10٪؟

لقد رأيت الكثير من الكاميرات خارج الشبكة تموت في الميدان. استنزفت البطارية طوال الليل. لم يعد النظام أبدًا. اتصل بي العميل غاضبًا. هذه مشكلة حقيقية.

نعم، ستفرض معظم أنظمة المراقبة الشمسية وضع “الشحن فقط” عندما تنخفض البطارية إلى أقل من 10٪. يقوم متحكم الشحن الشمسي بتشغيل قطع الجهد المنخفض (LVD) لقطع جميع الأحمال - الكاميرا، ومودم 4G، ومحرك PTZ - بحيث تذهب كل ملي أمبير من الطاقة الشمسية مباشرة إلى إعادة شحن البطارية. هذا يحمي البطارية من التلف الكيميائي الدائم الناجم عن التفريغ العميق.

وضع الشحن فقط لبطارية كاميرا PTZ الشمسية

يبدو هذا مخيفًا. تصبح الكاميرا مظلمة. يرى عميلك “الجهاز غير متصل” على هاتفه. ولكن هذا في الواقع هو النظام الذي يقوم بعمله. إنه ينقذ نفسه حتى يتمكن من العودة إلى الحياة لاحقًا. أدناه، سأفصل بالضبط ما يحدث في كل مرحلة - ما الذي يتم إيقافه أولاً، ومتى يعود 4G، وما إذا كان يمكنك تجاوز أي منها.

هل يقوم النظام بإيقاف تشغيل مودم 4G لحماية البطارية من التفريغ العميق؟

لقد فقد أحد عملائي في غرب تكساس ثلاث بطاريات في شتاء واحد. استمر مودم 4G في العمل طوال الليل، ساحبًا التيار من بطارية فارغة تقريبًا. كل صباح، كان الجهد منخفضًا جدًا لدرجة أن الخلايا تلفت بشكل دائم. كان ذلك درسًا مكلفًا.

نعم، يقوم النظام بإيقاف تشغيل مودم 4G مع جميع الأحمال الأخرى عندما تصل البطارية إلى عتبة LVD (عادةً 10٪ SOC). وحدة 4G هي في الواقع واحدة من أكبر مستهلكي الطاقة في النظام، خاصة أثناء انفجارات نقل البيانات، لذا فإن قطعها أولاً يحدث أكبر تأثير في الحفاظ على عمر البطارية المتبقي.

إيقاف تشغيل مودم 4G لكاميرا شمسية ببطارية منخفضة

لماذا يعد مودم 4G أكبر تهديد للبطارية المحتضرة

يعتقد معظم الناس أن مستشعر الكاميرا هو المستهلك الرئيسي للطاقة. ليس كذلك. وحدة 4G LTE هي القاتل الحقيقي. عندما تنقل الفيديو أو حتى مجرد الحفاظ على إشارة نبضات القلب مع خادم السحابة، يمكنها سحب 1.5 أمبير إلى 2.5 أمبير في انفجارات قصيرة. على بطارية منخفضة بالفعل بنسبة 10٪، يمكن لهذه الانفجارات أن تتسبب في انخفاض الجهد إلى ما دون العتبة الحرجة في ثوانٍ.

إليك ما يحدث داخل النظام عندما ينخفض ​​SOC إلى أقل من 10٪:

المرحلة	SOC البطارية	إجراء النظام	ما يبقى قيد التشغيل
التشغيل العادي	100% – 30%	جميع الأنظمة قيد التشغيل	الكاميرا، 4G، PTZ، مصابيح LED بالأشعة تحت الحمراء
منطقة التحذير	30% – 15%	اختياري: تقليل حركة PTZ، تخفيت الأشعة تحت الحمراء	الكاميرا، 4G (معدل بت مخفض)
تشغيل LVD	10%	يقوم MOSFET بقطع أطراف التحميل	وحدة التحكم الدقيقة لوحدة التحكم بالشحن فقط
حماية عميقة	أقل من 8%	قطع BMS القاسي (بطاريات الليثيوم)	لا شيء — فصل كامل

الكيمياء وراء القطع

بالنسبة لـ لي فيبو₄¹ البطاريات — النوع الأكثر شيوعًا في المراقبة الشمسية — الجهد الاسمي للخلية هو 3.2 فولت. الخلية المشحونة بالكامل تكون عند 3.65 فولت. عندما تنخفض إلى 2.5 فولت لكل خلية، تدخل منطقة الخطر. أقل من 2.0 فولت، يبدأ مجمع تيار النحاس على الأنود في الذوبان في الإلكتروليت. هذا غير قابل للعكس. تفقد الخلية سعتها إلى الأبد.

بالنسبة لـ بطاريات الرصاص الحمضية, ، آلية الضرر مختلفة ولكنها مدمرة بنفس القدر. عندما تكون بطارية الرصاص الحمضية في حالة تفريغ، تتشكل بلورات كبريتات الرصاص على الألواح. بمرور الوقت، تتصلب هذه البلورات وتصبح من المستحيل تفكيكها من خلال الشحن العادي. وهذا ما يسمى الكبرتة², وهو السبب الأول للوفاة المبكرة لبطاريات الرصاص الحمضية في التركيبات الشمسية.

ماذا تفعل وحدة التحكم بالشحن³ فعليًا

تحتوي وحدة التحكم بالشحن على وحدة معالجة دقيقة (MCU) صغيرة بالداخل. تعمل هذه الوحدة الدقيقة على الميكروأمبير - طاقة قليلة جدًا لدرجة أنها يمكنها مراقبة جهد البطارية لعدة أشهر دون أن تتأثر. عندما يرتفع جهد الألواح الشمسية فوق جهد البطارية (عادة عند شروق الشمس)، تقوم الوحدة الدقيقة بتنشيط MPPT⁴ أو تعديل عرض النبضة⁵ دائرة الشحن وتبدأ في دفع التيار إلى البطارية.

خلال مرحلة “الشحن فقط” هذه، تظل أطراف خرج الحمل مفصولة فعليًا. مفتاح⁶ MOSFET.

يظل مفتوحًا. بغض النظر عن كمية الطاقة الشمسية الواردة، تحصل الكاميرا ومودم 4G على صفر. كل إلكترون يذهب إلى البطارية.

هل ستستمر الكاميرا في التسجيل على بطاقة SD بينما يتم إيقاف تشغيل الشبكة قسراً؟

هذه ليست مشكلة. هذا هو النظام الذي يحمي المكون الأكثر تكلفة وصعوبة في الاستبدال - حزمة البطارية.

يطرح هذا السؤال في كل اجتماع مشروع تقريبًا. يريد العميل معرفة: "إذا انقطع اتصال 4G، هل أفقد اللقطات؟" أتفهم القلق. أنت تدفع مقابل مراقبة على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع. الفجوة في التسجيل تبدو وكأنها فشل.

لا، لن تسجل الكاميرا على بطاقة SD أثناء إيقاف تشغيل LVD القسري. عندما تقطع وحدة التحكم بالشحن أطراف الحمل، تفقد الكاميرا الطاقة تمامًا. لا يوجد تسجيل، ولا تخزين محلي، ولا اكتشاف للحركة. نظام الكاميرا بأكمله متوقف. ومع ذلك، بمجرد أن تتعافى البطارية ويعاد تشغيل النظام، تستأنف الكاميرا التسجيل تلقائيًا - بما في ذلك على بطاقة SD.

تسجيل بطاقة SD للكاميرا الشمسية في وضع عدم الاتصال“

فهم الفرق بين "عدم الاتصال بالشبكة" و "إيقاف التشغيل"

هذا هو المكان الذي يخطئ فيه الكثير من الناس. هناك سيناريوهان مختلفان تمامًا:. السيناريو أ: عدم الاتصال بالشبكة، الكاميرا لا تزال تعمل بالطاقة.

يمكن أن يحدث هذا إذا انخفضت إشارة 4G بسبب مشكلات في شركة الاتصالات، أو إذا قمت بتعطيل بطاقة SIM يدويًا. في هذه الحالة، لا تزال الكاميرا تعمل. لا تزال تسجل على بطاقة SD المحلية. لا تزال تكتشف الحركة. إنها ببساطة لا تستطيع إرسال تنبيهات أو بث فيديو إلى السحابة. عندما تعود الشبكة، يمكن لبعض الأنظمة حتى تحميل اللقطات المخزنة مؤقتًا. السيناريو ب: إيقاف تشغيل LVD - كل شيء متوقف.

هذا ما يحدث عند انخفاض البطارية إلى 10%. لا تقوم وحدة التحكم بالشحن بإيقاف تشغيل 4G بشكل انتقائي مع إبقاء الكاميرا قيد التشغيل. إنها تقطع جميع الأحمال دفعة واحدة. الكاميرا، مودم 4G، محرك PTZ، مصباح الأشعة تحت الحمراء - كل شيء ينطفئ.

هذا سؤال وجيه. من الناحية النظرية، يمكنك تصميم نظام يوقف تشغيل مودم 4G عند 10% ويحافظ على تسجيل الكاميرا محليًا حتى 5%. تقدم بعض الأنظمة المتقدمة هذا النوع من تقنين الأحمال المتدرج. ولكن هناك مشاكل عملية:

النهج	الإيجابيات	السلبيات
قطع كل شيء عند 10%	بسيط، موثوق، يحمي البطارية	لا يوجد تسجيل أثناء الإيقاف
تقنين متدرج (إيقاف تشغيل 4G عند 15%، إيقاف تشغيل الكاميرا عند 10%)	وقت تسجيل إضافي	برنامج ثابت أكثر تعقيدًا، خطر استنزاف البطارية إلى مستويات خطيرة بواسطة الكاميرا
إبقاء الكاميرا قيد التشغيل حتى 5%	أقصى تسجيل	خطر كبير للتفريغ العميق، تلف البطارية محتمل

تستخدم معظم وحدات التحكم في الشحن بالطاقة الشمسية ذات الدرجة الصناعية النهج الأول. إنها تقطع كل شيء دفعة واحدة. السبب بسيط: الموثوقية. كلما زاد تعقيد المنطق، زادت الأشياء التي يمكن أن تسوء. وفي النشر البعيد - موقع بناء في نيفادا، مزرعة في ساسكاتشوان، خط أنابيب نفط في الشرق الأوسط - لا يمكنك تحمل حدوث أخطاء.

ماذا يحدث لبيانات بطاقة SD؟

الخبر السار: تسجيلاتك الحالية على بطاقة SD آمنة. بطاقة SD هي وحدة تخزين غير متطايرة. لا تحتاج إلى طاقة للاحتفاظ بالبيانات. عند إعادة تشغيل النظام، تظل جميع التسجيلات السابقة موجودة.

الخبر السيئ: سيكون لديك فجوة في خطك الزمني. تبدأ الفجوة عندما يتم تشغيل LVD وتنتهي عندما تتعافى البطارية بما يكفي لإعادة تشغيل النظام. في الصيف، قد تكون هذه الفجوة 2-3 ساعات. في الشتاء، خلال الأيام الغائمة المتتالية، قد تكون 24-48 ساعة.

هذا هو السبب في أن تحديد حجم الألواح الشمسية المناسب وتخطيط سعة البطارية مهمان للغاية. إذا تم تصميم نظامك بشكل صحيح لأسوأ ظروف الطاقة الشمسية في الموقع، فيجب أن نادرًا ما تصل البطارية - إن حدث ذلك على الإطلاق - إلى 10%.

عند أي نسبة مئوية للبطارية سيقوم النظام تلقائيًا باستعادة اتصال 4G؟

أتلقى هذا السؤال من كل مدمج أعمل معه. يريدون رقمًا. “فقط أخبرني متى يعود عبر الإنترنت يا هان.” أتمنى لو كان الأمر بهذه البساطة. لكن الإجابة تتضمن مفهومًا حاسمًا يتجاهله معظم الناس.

لا يقوم النظام باستعادة الطاقة عند 10% - بل ينتظر حتى تصل البطارية إلى حوالي 20% إلى 30% من حالة الشحن (SOC) قبل إعادة توصيل الحمل. تسمى هذه الفجوة بين نقطة القطع (10%) ونقطة إعادة التشغيل (20-30%) التباطؤ⁷, ، وهو موجود لمنع النظام من التشغيل والإيقاف بشكل متكرر عند جهد العتبة.

عتبة استعادة تذبذب البطارية الشمسية

لماذا التذبذب أهم مما تعتقد

تخيل هذا: تصل البطارية إلى 10% عند منتصف الليل. يتوقف النظام. تشرق الشمس في الساعة 6 صباحًا. بحلول الساعة 7 صباحًا، تكون البطارية قد أعيد شحنها إلى 11%. إذا تم تشغيل النظام على الفور، فإن الكاميرا ومودم 4G سيستهلكان دفعة مفاجئة من التيار. تحتاج وحدة 4G وحدها إلى حوالي 2 أمبير أثناء تسجيل الشبكة الأولي. سيؤدي هذا الحمل المفاجئ إلى خفض جهد البطارية مرة أخرى إلى ما دون نقطة القطع. سيتوقف النظام مرة أخرى. ثم يشحن إلى 11%. ثم يعيد التشغيل. ثم يتوقف.

وهذا ما يسمى تذبذب أو اهتزاز المرحل, ، وهو أمر ضار للغاية. كل دورة إعادة تشغيل تضغط على البطارية بتيار اندفاع عالٍ. لا يتصل مودم 4G بالكامل أبدًا. لا تكمل الكاميرا تسلسل التمهيد الخاص بها أبدًا. يمكن أن يتلف نظام ملفات بطاقة SD بسبب عمليات الإغلاق المتكررة غير النظيفة.

يحل التذبذب هذه المشكلة عن طريق إنشاء منطقة عازلة. يقول النظام: “لقد توقفت عند 10%. لن أعود للعمل حتى أحصل على هامش مريح - لنقل 25%.”

إعدادات التذبذب النموذجية حسب نوع البطارية

نوع البطارية	قطع LVD (SOC)	قطع LVD (الجهد، نظام 12 فولت)	عتبة الاستعادة (SOC)	عتبة الاستعادة (الجهد)
لي فيبو₄	10%	11.2 فولت	25-30%	12.8 فولت
بطارية AGM الرصاص الحمضية	10%	11.5 فولت	20-25%	12.6 فولت
بطارية جل الرصاص الحمضية	10%	11.6 فولت	20-25%	12.7 فولت

ماذا يعني هذا لجدول مشروعك الزمني

إذا كنت تنشر في موقع به ضوء شمس قوي ومتسق - أريزونا، المملكة العربية السعودية، شمال أستراليا - فإن وقت الاستعادة قصير. قد تنتقل البطارية من 10% إلى 25% في 2-3 ساعات من شمس الصباح. يعود نظامك إلى العمل قبل الغداء.

ولكن إذا كنت في شمال غرب المحيط الهادئ، أو شمال أوروبا، أو أي موقع به فترات طويلة من الغيوم، فقد يستغرق الاسترداد وقتًا أطول بكثير. لقد رأيت أنظمة تظل غير متصلة بالإنترنت ليومين كاملين خلال عواصف الشتاء في كولومبيا البريطانية. كانت الألواح الشمسية تنتج أقل من 10% من إنتاجها المقدر بسبب الغطاء السحابي الكثيف وساعات النهار القصيرة.

كيفية التحقق من إعدادات الاسترداد الخاصة بك

تسمح لك معظم وحدات التحكم في الشحن عالية الجودة بعرض وتعديل إعدادات LVD والاسترداد من خلال شاشة LCD صغيرة على وحدة التحكم، أو من خلال تطبيق مصاحب عبر البلوتوث. ابحث عن هذه المعلمات:

• جهد LVD (يُطلق عليه أحيانًا “قطع الجهد المنخفض” أو “جهد إيقاف التفريغ”)
• جهد LVR (إعادة توصيل الجهد المنخفض، أو “جهد إعادة تشغيل التفريغ”)

إذا لم تسمح لك وحدة التحكم في الشحن بتعديل هذه القيم، فهي مبرمجة بشكل ثابت. هذا شائع في مجموعات المراقبة الشمسية المتكاملة. قام المصنع بالفعل بتعيينها بناءً على كيمياء البطارية المضمنة في المجموعة. في أنظمة المراقبة الشمسية PTZ الخاصة بنا من Loyalty-Secu، تم تكوين هذه القيم مسبقًا واختبارها خلال اختبار الشيخوخة لمدة 72 ساعة قبل الشحن. لا تحتاج إلى لمسها.

هل يمكنني تجاوز الإغلاق الطارئ لـ “نظرة أخيرة حرجة” أثناء الأزمة؟

هذا هو السؤال الذي يبقيني مستيقظًا في الليل. يتصل العميل أثناء وقوع حادث أمني. توقفت كاميرتهم عن العمل لأن البطارية وصلت إلى 10%. إنهم بحاجة إلى رؤية الموقع الآن. هل يمكنهم إجبار النظام على العمل مرة أخرى؟

في معظم أنظمة المراقبة الشمسية القياسية، لا يمكنك تجاوز إيقاف تشغيل LVD عن بُعد. يتم فرض القطع على مستوى الأجهزة بواسطة وحدة التحكم في الشحن و نظام إدارة البطارية (BMS)⁸, ، وليس بواسطة البرامج. ومع ذلك، تقدم بعض الأنظمة المتقدمة وضع “الحمل القسري” الذي يتجاوز مؤقتًا LVD لنافذة زمنية قصيرة - عادة من 5 إلى 15 دقيقة - قبل أن يقوم نظام إدارة البطارية بقطع الدائرة بشكل دائم لمنع تلف البطارية الذي لا يمكن إصلاحه.

تجاوز إيقاف التشغيل الطارئ للكاميرا الشمسية

طبقات الحماية التي تقاتل ضدها

عندما تحاول تجاوز الإيقاف، فإنك لا تقاتل نظامًا واحدًا فقط. أنت تقاتل طبقتي أمان مستقلتين:

الطبقة 1: وحدة تحكم الشحن الشمسي. هذا هو خط الدفاع الأول. تراقب جهد البطارية وتتحكم في مفتاح MOSFET على خرج الحمل. عندما ينخفض الجهد عن إعداد LVD، فإنها تفتح المفتاح. تحتوي بعض وحدات التحكم على زر “Force Load” أو أمر برمجي يمكنه إغلاق هذا المفتاح مؤقتًا. لكن وحدة التحكم ستستمر في المراقبة. إذا انخفض الجهد أكثر، فسوف تقطع الحمل مرة أخرى في غضون دقائق.

الطبقة 2: نظام إدارة البطارية (BMS). هذا هو خط الدفاع الثاني، وهو مدمج في حزمة البطارية نفسها. يمتلك نظام إدارة البطارية (BMS) دائرة مراقبة جهد خاصة به، مستقلة تمامًا عن وحدة التحكم في الشحن. إذا انخفض جهد الخلية عن حد الفصل الخاص بنظام إدارة البطارية (عادةً 2.5 فولت لكل خلية لبطاريات LiFePO₄)، فسيقوم نظام إدارة البطارية بفصل البطارية فعليًا باستخدام MOSFET أو مرحل داخلي خاص به. لا يمكنك تجاوز هذا من خارج البطارية. إنه حد فصل أمان صارم مصمم لمنع الهروب الحراري وتلف الخلية الدائم.

ماذا يحدث إذا أجبرته؟

لنفترض أنك تمكنت من تجاوز خاصية الكشف عن انخفاض الجهد (LVD) لوحدة التحكم في الشحن. إليك تسلسل الأحداث:

1. يتم تشغيل الكاميرا. يستغرق هذا من 30 إلى 60 ثانية. أثناء التشغيل، تسحب حوالي 0.8 أمبير.
2. يبدأ مودم 4G في البحث عن شبكة. يسحب 1.5-2.5 أمبير في دفعات.
3. يتسبب الحمل المدمج في انخفاض جهد البطارية بشكل حاد.
4. إذا انخفض الجهد عن عتبة نظام إدارة البطارية، يقوم نظام إدارة البطارية بالفصل. كل شيء ينطفئ فورًا - لا يوجد إيقاف تشغيل سلس، ولا حفظ للملفات.
5. قد تتعرض بطاقة SD لتلف نظام الملفات بسبب انقطاع التيار المفاجئ.
6. قد تكون خلايا البطارية قد تم دفعها إلى ما دون جهدها الآمن، مما يسبب فقدانًا دائمًا للسعة.

بديل أذكى: تصميم “الأنفاس الأخيرة”

بدلاً من محاولة تجاوز الإيقاف أثناء الأزمة، فإن النهج الأفضل هو تصميم النظام بميزة “الأنفاس الأخيرة” منذ البداية. إليك كيفية عملها:

عندما تصل البطارية إلى 20% (قبل وقت قصير من خاصية الكشف عن انخفاض الجهد عند 10%)، يلتقط النظام دفعة من اللقطات عالية الدقة - عادةً من 5 إلى 10 صور - وينقلها عبر 4G. كما يرسل تنبيهًا موسومًا بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) إلى منصة المراقبة مع الرسالة: “البطارية حرجة. سيتم قطع الاتصال. تم إرفاق الصور الأخيرة.”

هذا يمنح المشغل سجلًا مرئيًا أخيرًا للموقع قبل أن ينطفئ النظام. إنه ليس بثًا مباشرًا، ولكنه كافٍ لتقييم الوضع وتحديد ما إذا كان سيتم إرسال شخص إلى الموقع.

في Loyalty-Secu، نعمل مع المدمجين لتطبيق هذا النوع من المنطق في البرامج الثابتة لدينا. إنه نهج أكثر أمانًا بكثير من إجبار النظام على البقاء قيد التشغيل والمخاطرة بإتلاف البطارية بشكل دائم.

نصيحتي الصادقة

إذا كنت تنشر في موقع يكون فيه الأمان بالغ الأهمية حقًا - معبر حدودي، ساحة أصول عالية القيمة، موقع بنية تحتية بعيد - فلا تعتمد على تجاوز الإيقاف. بدلاً من ذلك، قم بقياس نظام الطاقة الشمسية والبطارية الخاص بك بهامش كافٍ بحيث لا تصل أبدًا إلى 10% في المقام الأول. أضف بطارية ثانية. أضف لوحة أكبر. تكلفة السعة الإضافية دائمًا أقل من تكلفة بطارية ميتة ورحلة شاحنة لاستبدالها.

الخاتمة

وضع “الشحن فقط” لنظام الطاقة الشمسية الخاص بك ليس عيبًا - إنه آلية بقاء. قم بقياس البطارية واللوحة بشكل صحيح، ولن تحتاج أبدًا إلى القلق بشأنها.

---

1. تعرف على كيمياء فوسفات حديد الليثيوم ومزاياها لتخزين الطاقة الشمسية. ︎↩︎ 2. اكتشف كيف يدمر الكبرتة بطاريات الرصاص الحمضية عند تركها فارغة. ︎↩︎ 3. نظرة عامة على كيفية إدارة وحدات تحكم شحن الطاقة الشمسية لشحن البطاريات والأحمال. ︎↩︎ 4. افهم كيف تزيد وحدات تحكم الشحن MPPT من حصاد الطاقة الشمسية. ︎↩︎ 5. قارن بين تقنيات وحدات تحكم الشحن PWM و MPPT. ︎↩︎ 6. شاهد كيف تُستخدم مفاتيح MOSFET في وحدات تحكم الشحن للتحكم في الحمل. ︎↩︎ 7. تعلم لماذا يمنع التباطؤ تذبذب البطارية في الأنظمة الشمسية. ︎↩︎ 8. افهم الدور الحاسم للسلامة الذي تلعبه BMS في بطاريات الليثيوم. ︎↩︎