نظام تخزين طاقة البطارية، من أين نبدأ بالتحكم في 'الضوضاء'؟

أصدر إيثان براش، الخبير الفني في شركة Acentech للخدمات الصوتية والضوضاء، تقريرًا بحثيًا مؤخرًا. وأشار في تقريره إلى أنه مع تزايد ندرة الأراضي، يتم نشر المزيد والمزيد من أنظمة تخزين طاقة البطاريات في المناطق السكنية ذات الكثافة السكانية العالية، مما أدى إلى زيادة الاهتمام بمشكلة الضوضاء في أنظمة تخزين طاقة البطاريات.

ومع تزايد شعبية أنظمة تخزين طاقة البطاريات والبدء في نشرها في المناطق ذات الكثافة السكانية العالية، فإن ندرة موارد الأراضي تجعل هذا الاتجاه لا مفر منه. ولذلك، أصبحت مشكلة الضوضاء في أنظمة تخزين طاقة البطارية وتدابير التحكم المقابلة لها أهمية متزايدة.

وفي المناطق ذات الكثافة السكانية العالية مثل أوروبا، تكون مشكلة الضوضاء في أنظمة تخزين طاقة البطاريات بارزة بشكل خاص، كما أنها تتفاقم تدريجياً في بلدان ومناطق مثل الولايات المتحدة وأستراليا. ومن أجل مواجهة هذا التحدي، يحتاج مصنعو أنظمة تخزين طاقة البطارية إلى إيلاء المزيد من الاهتمام للتصميم الصوتي لتوفير أنظمة تخزين طاقة البطارية التي تلبي الاحتياجات المعيشية للسكان.

مصدر الضوضاء

Ø نظام التبريد

تعمل أنظمة تخزين طاقة البطارية، مثل الأجهزة الإلكترونية الأخرى، بشكل أفضل وأكثر أمانًا عند درجات الحرارة والرطوبة المناسبة. ولتحقيق هذه الغاية، يلزم وجود أنظمة تبريد مختلفة بالهواء أو السائل. غالبًا ما تولد هذه الأنظمة ضوضاء، والتي تنشأ من الفتحات والمراوح والمضخات، وعادة ما تكون هذه الضوضاء ثابتة.

Ø أجهزة تخزين الطاقة

تعد أجهزة تخزين الطاقة مسؤولة عن تحويل طاقة التيار المستمر التي توفرها البطارية إلى طاقة التيار المتردد لإمدادات الطاقة. أثناء عملية الشحن، يقوم العاكس بتصحيح طاقة التيار المتردد إلى طاقة التيار المستمر. أثناء عملية تحويل الطاقة هذه، يتم تحويل درجة معينة من الطاقة إلى حرارة، لذلك يلزم التبريد لمنع ارتفاع درجة الحرارة، عادةً من خلال المراوح، مما يؤدي حتماً إلى توليد الضوضاء.

تتضمن عملية تحويل طاقة التيار المستمر إلى طاقة تيار متردد تبديلًا عالي السرعة لتغيير القطبية (أو اتجاه تدفق التيار). في الولايات المتحدة، يبلغ تردد طاقة التيار المتردد 60 هرتز، لذلك يتم تشغيل التبديل عالي السرعة مرتين في ثانية واحدة. تنتج هذه العملية صوتًا يبلغ ضعف تردد مصدر الطاقة (120 هرتز)، وتنتج أيضًا توافقيات أخرى (مثل 240 هرتز، أو 360 هرتز، أو 480 هرتز أو ترددات أعلى).

العديد من البلدان والمناطق لديها تردد تيار متردد يبلغ 50 هرتز، وبالتالي فإن التوافقيات التي تنتجها تختلف قليلاً (100 هرتز، 200 هرتز، 300 هرتز، 400 هرتز). عادة ما تكون لهذه الأصوات خاصية الطنين. غالبًا ما تكون هذه الضوضاء أكثر وضوحًا في البيئات ذات الضوضاء الخلفية العالية، مما يسبب إزعاجًا للأشخاص المحيطين بها.

هناك ثلاثة مصادر للضوضاء داخل المحول: الضوضاء الأساسية، وضوضاء الملف، وضوضاء المروحة. تحدث ضوضاء القلب والملف بسبب القوى المغناطيسية، وعلى غرار المحولات العاكسة، تنتج المحولات أيضًا أصواتًا بتردد 120 هرتز أو 100 هرتز وتوافقياتها. النوع الثالث من الضوضاء يأتي من مروحة التبريد الموجودة خارج المحول، على الرغم من أن بعض المحولات تستخدم المبددات الحرارية بدلاً من المراوح، وهو خيار أكثر هدوءًا.

تدابير التخفيف

Ø تعرف على المزيد حول معايير الضوضاء

على الصعيد العالمي، تتبع البلدان والمناطق بشكل عام لوائح واضحة تتعلق بالضوضاء تهدف إلى الحد من اضطرابات الضوضاء الصادرة من المنشآت الصناعية إلى المناطق السكنية. وتختلف هذه اللوائح من حيث التفاصيل والوضوح، حيث يحدد بعضها معايير وشروط محددة لانبعاث الضوضاء، بينما يحدد البعض الآخر حدود الديسيبل فقط.

في بعض المناطق، ربما لم يتم بعد وضع لوائح الضوضاء المتعلقة بأنظمة تخزين طاقة البطاريات. ومع ذلك، يجب على مطوري أنظمة تخزين طاقة البطاريات أيضًا أن يأخذوا في الاعتبار التأثير على البيئة المحيطة وردود الفعل السلبية المحتملة للسكان، حتى لو كان القانون لا يتطلب صراحةً تقليل الضوضاء.

على سبيل المثال، تحدد معايير الرابطة الوطنية لمصنعي الأجهزة الكهربائية (NEMA) في الولايات المتحدة بوضوح مستويات الضوضاء في المعدات الكهربائية عندما تستوفي تصنيف NEMA.

بالإضافة إلى ذلك، قامت اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) ومعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) أيضًا بتطوير معايير لإخراج الصوت لأنواع مختلفة من المعدات الكهربائية. وبالمثل، قام معهد تكييف الهواء والتدفئة والتبريد (AHRI)، والجمعية الأمريكية لمهندسي التدفئة والتبريد وتكييف الهواء (ASHRAE)، والمعهد الوطني الأمريكي للمعايير (ANSI)، ومنظمة المعايير الدولية (ISO) أيضًا بنشر معايير لأنظمة التبريد.

لا توفر هذه المعايير مواصفات لصناعة تخزين الطاقة فحسب، بل يمكن أيضًا دمجها مع بيانات قياس الصوت الفعلية لأنظمة تخزين طاقة البطارية لتقييم وإدارة ضوضاء أنظمة تخزين طاقة البطارية بشكل أكثر شمولاً.

Ø النمذجة الصوتية لأنظمة تخزين طاقة البطاريات

خلال مرحلة تصميم أنظمة تخزين طاقة البطارية، يحتاج المستشارون الصوتيون والخبراء الفنيون إلى تحديد مصادر الصوت الرئيسية في المعدات المختلفة وتحديدها بدقة. قد يقدم موردو المعدات بيانات تفصيلية عن انبعاثات الضوضاء الناتجة عن المنتج. وباستخدام هذه البيانات لبناء نموذج صوتي، يمكن محاكاة مستوى الصوت الناتج عن نظام تخزين طاقة البطارية في البيئة المحيطة به (مثل منطقة سكنية).

لا يتضمن النموذج الصوتي مصادر الصوت لكل جهاز من أجهزة نظام تخزين طاقة البطارية فحسب، بل يأخذ في الاعتبار أيضًا خصائص التضاريس المحيطة. سيتم مقارنة نتائج تقييم النمذجة النهائية مع معايير الحد من الضوضاء المطبقة على المشروع الهندسي.

لا توفر جميع الشركات المصنعة لمعدات نظام تخزين طاقة البطارية بيانات الضوضاء لمنتجاتها. في نظام تخزين طاقة البطارية، قد تأتي معدات مختلفة من عدة موردين مختلفين، ولا شك أن نقص معلومات معينة يزيد من صعوبة النمذجة الدقيقة لمستوى الضوضاء في نظام تخزين الطاقة.

Ø قياس مستويات الصوت المحيط

تنص العديد من لوائح الضوضاء (مثل تلك الخاصة بإدارة حماية البيئة في ماساتشوستس) على أن مستويات الصوت في المنشآت الصناعية يجب ألا تتجاوز عتبات معينة من الظروف البيئية. ويجب تحديد مستويات الصوت المحيطة هذه قبل تركيب المنشأة الصناعية أو عند إغلاق المنشأة بالكامل.

عادةً، يتم قياس الصوت المحيط لمدة أسبوع أو أكثر في ظروف مناخية هادئة نسبيًا للحصول على توصيف شامل للبيئة الصوتية في الموقع. ونظرًا لأن حدود الضوضاء ترتبط بالظروف البيئية في الموقع، فإن المناطق الهادئة تتطلب حدودًا أقل من المناطق الصاخبة.

غالبًا ما تنص لوائح الضوضاء في مناطق أخرى على وجود حد أعلى ثابت للضوضاء الناتجة عن أنظمة تخزين طاقة البطارية. قد لا يتطلب ذلك التحقق في الموقع، ولكن يوصى عادةً باستخدام طرق قياس الضوضاء المحيطة للمساعدة في دمج نتائج أعمال النمذجة مع السيناريوهات البيئية الحالية.

التحكم في الضوضاء

يعد التحكم في الضوضاء في أنظمة تخزين طاقة البطارية بمثابة عملية تحسين مستمرة. إذا تجاوز تصميم وتخطيط معدات توليد الضوضاء حدود الضوضاء المرتبطة بالمشروع الهندسي، يحتاج الاستشاري الصوتي إلى تصميم حلول جديدة لتقليل مستويات الضوضاء. ومن خلال النظر في نموذج المصدر/المسار/المستقبل، يمكن إيجاد حلول فعالة لمشاكل الضوضاء.

يمكن لمشغلي النظام دمج تدابير التخفيف المختلفة في النموذج الصوتي للمنشأة والمنطقة المحيطة بها. لا يمكن التحكم في الضوضاء بشكل فعال إلا إذا كانت مستويات الصوت المتوقعة تلبي معايير الضوضاء المرتبطة بنظام تخزين طاقة البطارية.

بمجرد تركيب نظام تخزين طاقة البطارية، يجب قياس مستويات الصوت للتحقق من الامتثال لمعايير الضوضاء الخاصة بالموقع. ويتم ذلك عادة في الليل عندما يكون مستوى الضوضاء في أدنى مستوياته في البيئة. قد يكون من الضروري تشغيل وإيقاف جميع معدات نظام تخزين طاقة البطارية لفترة من الوقت لتقييم خصائص الضوضاء الإجمالية بشكل كامل.

بالنسبة للمعدات المستخدمة لقياس الصوت البيئي، فإنها تحتاج إلى الامتثال للوائح القياسية الدولية بشأن دقة أجهزة القياس. يتم تصنيف هذه الأجهزة وفقًا لجوانب مثل دقتها وأدائها.