ما هو نظام بطاريات الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟ دليلك الشامل لتخزين الطاقة الشمسية

تعزيز مستقبلك: أهمية تخزين الطاقة الشمسية

أحدثت الألواح الشمسية (أنظمة الطاقة الكهروضوئية) ثورةً في كيفية توليد الكهرباء، حيث توفر مصدرًا نظيفًا ومتجددًا للطاقة مباشرةً من أسطح منازلنا. ومع ذلك، تواجه الطاقة الشمسية تحديًا جوهريًا: فهي لا تنتج الكهرباء إلا عندما تكون الشمس ساطعة. ماذا يحدث في الليل، أو في الأيام الملبدة بالغيوم؟ وماذا عن انقطاعات التيار الكهربائي عن الشبكة؟ غالبًا ما يعني هذا الانقطاع الاعتماد على الشبكة التقليدية، مما يحد من كامل إمكانات استثمارك في الطاقة الشمسية.

هنا يأتي دور نظام بطاريات الخلايا الكهروضوئية. تخيّل تجميع الطاقة الشمسية الفائضة غير المستخدمة التي تُولّدها ألواحك خلال ساعات الذروة وحفظها للاستخدام لاحقًا. هذا بالضبط ما يُتيحه لك نظام تخزين الطاقة الشمسية. إنه يُحدث نقلة نوعية في مجال استقلالية الطاقة وكفاءتها. سيُرشدك هذا الدليل إلى كل ما تحتاج لمعرفته حول أنظمة بطاريات الخلايا الكهروضوئية: ماهيتها، وكيفية عملها، ومكوناتها، وفوائدها، والاعتبارات الرئيسية.

تعريف نظام بطاريات الطاقة الكهروضوئية: أكثر من مجرد الألواح الشمسية

ما هو بالضبط؟

ببساطة، يجمع نظام بطاريات الطاقة الكهروضوئية بين الألواح الشمسية القياسية ووحدة تخزين الطاقة في البطارية. بينما تُحوّل الألواح الشمسية ضوء الشمس إلى كهرباء (تيار مستمر)، تُخزّن البطارية أي فائض من الكهرباء لا يستخدمه منزلك فورًا. يمكن استخدام هذه الطاقة المُخزّنة لاحقًا، مثل المساء أو الليل، أو كطاقة احتياطية عند انقطاع التيار الكهربائي.

يختلف هذا اختلافًا جوهريًا عن نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية القياسي المتصل بالشبكة دون تخزين. في هذه الأنظمة، عادةً ما تُعاد أي طاقة شمسية فائضة مُولّدة إلى شبكة المرافق (غالبًا مقابل رصيد، وهو ما يُعرف باسم القياس الصافي). يُعطي نظام بطارية الطاقة الكهروضوئية الأولوية لتخزين هذه الطاقة الفائضة لاستخدامك الشخصي أولًا، مما يُعزز اعتمادك على نفسك.

فهم المصطلحات الرئيسية

الطاقة الكهروضوئية (PV):التكنولوجيا المستخدمة في الألواح الشمسية لتحويل ضوء الشمس مباشرة إلى كهرباء.
تخزين البطارية:المكون الذي يخزن الكهرباء المستمرة التي تولدها الألواح الشمسية لاستخدامها لاحقًا.
أنواع النظام والبطاريات:

• مرتبط بالشبكة:متصل بشبكة الكهرباء. يخزن نظام بطاريات الطاقة الكهروضوئية الطاقة لاستخدامها لاحقًا، مما يقلل الاعتماد على الشبكة، ويوفر احتياطيًا محتملًا.
• خارج الشبكة:مستقل تمامًا عن شبكة الكهرباء. البطاريات ضرورية لتخزين الطاقة للاستخدام المستمر.
• هجين:متصل بالشبكة ولكن مع إمكانية النسخ الاحتياطي للبطارية، مما يوفر الأفضل من العالمين.

كيف يعمل نظام بطاريات الطاقة الشمسية؟ (نهارًا، ليلًا، وانقطاعات)

المبدأ الأساسي: دورات الشحن والتفريغ

يُدير النظام تدفق الطاقة بذكاء بناءً على إنتاج الطاقة الشمسية، واحتياجات الطاقة المنزلية، وحالة شحن البطارية. ويعمل النظام في دورات شحن وتفريغ مُحددة.

السيناريو 1: يوم مشمس – إنتاجية عالية

تولد الألواح الشمسية الكهرباء المستمرة.
تقوم هذه الكهرباء أولاً بتشغيل الأجهزة المنزلية والأحمال بشكل مباشر (بعد تحويلها إلى تيار متردد بواسطة العاكس).
يتم بعد ذلك استخدام أي فائض من الكهرباء الشمسية لشحن البطارية.
إذا كانت البطارية مشحونة بالكامل وتم تلبية احتياجات منزلك، فقد يتم تصدير المزيد من الطاقة الزائدة إلى الشبكة (اعتمادًا على إعدادات النظام واتفاقيات المرافق).

السيناريو 2: ضوء الشمس في الليل أو في ضوء الشمس المنخفض

تنتج الألواح الشمسية طاقة قليلة أو معدومة.
يتم تفريغ الطاقة المخزنة في البطارية (تحويلها إلى تيار متردد) لتشغيل أحمال منزلك.
إذا نفدت طاقة البطارية أو تجاوز الطلب على الطاقة سعة خرج البطارية، يقوم النظام تلقائيًا بسحب الطاقة اللازمة من شبكة المرافق.

السيناريو 3: انقطاع التيار الكهربائي عن الشبكة

يكتشف النظام فشل الشبكة.
إذا تم تصميمه كطاقة احتياطية، فإنه ينفصل تلقائيًا عن الشبكة (الجزيرة) لأسباب تتعلق بالسلامة.
ثم يستخدم طاقة البطارية المُخزّنة لتشغيل دوائر/أحمال أساسية مُختارة مُسبقًا في منزلك (مثل الإضاءة، والثلاجة، وشبكة Wi-Fi). تعتمد المدة على سعة البطارية وحجم الحمل.

تشريح نظام بطارية الطاقة الكهروضوئية: شرح المكونات الرئيسية

يتكون نظام بطارية الطاقة الكهروضوئية من عدة مكونات أساسية تعمل معًا:

الألواح الشمسية (وحدات الطاقة الكهروضوئية):التقاط ضوء الشمس وتحويله إلى كهرباء تيار مستمر.
البطارية الشمسية:يخزن طاقة التيار المستمر. هذا هو جوهر نظام التخزين. تتوفر تركيبات كيميائية وسعات مختلفة.
العاكس(ات):يُحوّل التيار المستمر (من الألواح/البطاريات) إلى تيار متردد (تُستخدمه الأجهزة المنزلية). تُعدّ العاكسات الهجينة شائعة في أنظمة البطاريات، إذ تُمكّنها من إدارة تدفق الطاقة من الألواح والبطاريات والشبكة الكهربائية في آنٍ واحد. قد تستخدم بعض الأنظمة عاكسات منفصلة للألواح والبطاريات (اقتران التيار المتردد). (اقتراح رابط داخلي: رابط لصفحة تشرح العاكسات الشمسية)
نظام إدارة البطارية (BMS):نظام إلكتروني متكامل داخل مجموعة البطارية يراقب حالتها (درجة الحرارة، الجهد، الشحن)، ويحميها من الشحن الزائد/التفريغ، ويحسن الأداء وعمر البطارية.
وحدة التحكم في الشحن (غالبًا ما تكون متكاملة، وهي ضرورية لبعض الأنظمة):يُنظّم طاقة التيار المستمر من الألواح لشحن البطارية بأمان، ويمنع الشحن الزائد، وهو أمر بالغ الأهمية خاصةً في الأنظمة المتصلة بالتيار المستمر أو غير المتصلة بالشبكة. غالبًا ما يُدمج في العاكسات الهجينة.
نظام المراقبة:برنامج (عادةً ما يكون تطبيقًا أو بوابة ويب) يسمح لأصحاب المنازل بتتبع إنتاج الطاقة واستهلاكها وحالة البطارية وأداء النظام في الوقت الفعلي.

ما هي أنواع البطاريات الأكثر شيوعًا في أنظمة الطاقة الكهروضوئية؟

البطارية خيارٌ بالغ الأهمية. النوعان الرئيسيان المستخدمان اليوم هما:

ليثيوم أيون (Li-ion): الخيار الشائع

الأنواع الفرعية:بشكل عام، يُعرف فوسفات الحديد الليثيوم (LFP أو LiFePO4) بالسلامة وطول العمر، والمعروف بالنيكل والمنجنيز والكوبالت (NMC) بكثافة الطاقة.
الايجابيات:كثافة طاقة عالية (مساحة تخزين أكبر في مساحة أقل)، عمر افتراضي أطول (دورات شحن أكثر)، عمق تفريغ أعلى (DoD - استخدام المزيد من الطاقة المخزنة)، كفاءة عالية، خالية من الصيانة بشكل عام.
السلبيات:تكلفة أولية أعلى مقارنة بالرصاص الحمضي.

الرصاص الحمضي: الخيار التقليدي

الأنواع:مغمورة (تتطلب الصيانة - إضافة الماء المقطر) ومختومة (AGM/Gel - خالية من الصيانة).
الايجابيات:تكلفة أولية أقل، وتكنولوجيا مجربة.
السلبيات:عمر افتراضي أقصر، وDoD أقل (لا يمكن استخدام قدر كبير من السعة المخزنة دون حدوث ضرر)، وأثقل وزنًا/أكبر حجمًا، وكفاءة أقل، وقد تتطلب تهوية (مغمورة).

تعتمد بطاريات BSLBATT الشمسية بشكل أساسي على حلول تخزين LiFePO4 من أفضل 5 مصنعي LiFePO4 في العالم مثل EVE وREPT.

العوامل الرئيسية للمقارنة:

القدرة (كيلوواط ساعة):كمية الطاقة التي يمكن للبطارية تخزينها.
تصنيف الطاقة (كيلوواط):كمية الطاقة التي تستطيع البطارية توصيلها في وقت واحد (تحدد عدد الأجهزة أو الأجهزة التي يمكنها تشغيلها في وقت واحد).
عمق التفريغ (DoD):النسبة المئوية من إجمالي السعة التي يمكن استخدامها بأمان (على سبيل المثال، ٩٠٪ من سعة التحميل تعني إمكانية استخدام ٩ كيلوواط/ساعة من بطارية ١٠ كيلوواط/ساعة). كلما زادت النسبة، كان ذلك أفضل.
كفاءة الذهاب والإياب (%):الطاقة الخارجة مقابل الطاقة الداخلة. كلما زادت الطاقة الخارجة، كلما كان ذلك أفضل. يعني ذلك فقدانًا أقل للطاقة أثناء الشحن/التفريغ.
عمر (دورات / سنوات):عدد مرات شحن/تفريغ البطارية قبل أن تنخفض سعتها بشكل ملحوظ. غالبًا ما تكون مضمونة لعدد محدد من السنوات أو الدورات.
ضمان:ضروري لحماية استثمارك. اطلع على سنوات التغطية، ودورات الضمان، وسعة الضمان بعد انتهاء الضمان.
أمان:ابحث عن الشهادات (مثلUL / اللجنة الكهروتقنية الدوليةيعتبر LFP آمنًا جدًا بشكل عام.
يكلف:خذ في الاعتبار التكلفة الأولية مقابل القيمة مدى الحياة (دولار/كيلوواط/ساعة مخزنة طوال عمرها).

ما هو جهد بطارية الطاقة الشمسية؟

عند مناقشة بطاريات الطاقة الكهروضوئية، فإن "الجهد" ليس رقمًا ثابتًا واحدًا.يعتمد ذلك على التركيب الكيميائي للبطارية، وكيفية تكوين خلايا البطارية الفردية ضمن كل حزمة، والأهداف التصميمية العامة لنظام تخزين الطاقة الشمسية. إليك ما تحتاج إلى معرفته:

الجهد الاسمي: هو الجهد المرجعي المستخدم غالبًا لتصنيف البطاريات أو الأنظمة.

أنظمة الجهد المنخفض (الشائعة تاريخيًا):غالبًا ما تستخدم الأنظمة التقليدية غير المتصلة بالشبكة أو الأنظمة الأصغر جهدًا اسميًا مثل 12 فولت، أو 24 فولت، أو 48 فولت تيار مستمر. تتوفر بطاريات الرصاص الحمضية عادةً بهذه التكوينات من الجهد. تعمل بعض أنظمة أيونات الليثيوم المعيارية أيضًا في51.2 فولتمجموعة معروفة بسلامتها النسبية وتوافقها مع العديد من العاكسات خارج الشبكة.

أنظمة الجهد العالي (الاتجاه الحديث):تعمل معظم أنظمة بطاريات الليثيوم أيون المتصلة بالشبكة السكنية الحديثة بجهد تيار مستمر أعلى بكثير، وغالبًا ما يتراوح من 200 إلى 800 فولت تيار مستمر، مع كون حوالي 400 فولت تيار مستمر أمرًا شائعًا جدًا.

جهد الخلية مقابل جهد النظام:

تتمتع خلايا البطارية الفردية بجهد أقل بكثير (على سبيل المثال، خلية LiFePO4 تبلغ قيمتها اسميًا 3.2 فولت).
لتحقيق جهد النظام المطلوب (مثل 48 فولت أو 400 فولت)، تُوصَل العديد من الخلايا على التوالي (يتراكم الجهد) داخل وحدة أو حزمة بطارية. يؤدي توصيل الوحدات على التوازي إلى زيادة السعة الإجمالية (آه/كيلوواط/ساعة) مع الحفاظ على ثبات الجهد.

لماذا يعتبر الجهد الكهربي مهمًا؟

كفاءة:عادةً ما تشهد أنظمة الجهد العالي خسائر طاقة مقاومة أقل في الأسلاك عند نقل نفس كمية الطاقة (الطاقة = الجهد × التيار). وهذا قد يعني كفاءة إجمالية أفضل للنظام بشكل طفيف.
تكاليف الأسلاك:يسمح الجهد العالي باستخدام تيار أقل، مما يعني أنه يمكن استخدام أسلاك نحاسية أرق (وغالبًا أقل تكلفة) بين البطارية والعاكس الهجين.
توافق العاكس:يجب أن يتوافق جهد البطارية مع نطاق جهد دخل التيار المستمر للمحول الهجين المتصل. تتوافق بطاريات الجهد العالي مع محولات الجهد العالي.بطاريات 51.2 فولتزوج مع عاكسات 51.2 فولت.
السلامة والتركيب:تتطلب أنظمة الجهد العالي (عادةً ما تكون أكثر من 60 فولت تيار مستمر) بروتوكولات سلامة وإجراءات مناولة أكثر صرامة أثناء التركيب والصيانة، وفقًا لما تنص عليه القوانين الكهربائية. يجب أن يُعهد إلى فنيين مؤهلين فقط بالتعامل معها.

ما هو الجهد الصحيح؟

بالنسبة للمنازل الحديثة المتصلة بالشبكة والتي تسعى إلى تخزين الطاقة والنسخ الاحتياطي بكفاءة،أنظمة ليثيوم أيون عالية الجهد (على سبيل المثال، ~400 فولت)أصبحت هذه الأنظمة هي المعيار بشكل متزايد، حيث تتوافق بشكل جيد مع العاكسات الهجينة الفعالة.
بالنسبة للتطبيقات الأصغر خارج الشبكة، أو المركبات الترفيهية، أو ترقيات الأنظمة القديمة المحددة، تظل أنظمة 48 فولت (كل من الليثيوم والرصاص الحمضي) ذات صلة ومدعومة على نطاق واسع.
في النهاية، يُحدد الجهد النوعي لنظام بطارية الطاقة الكهروضوئية لديك بناءً على تصميم الشركة المصنعة وتوافقه مع العاكس المُختار والبنية العامة للنظام. عند مقارنة الأنظمة، يُساعد فهم ما إذا كان النظام "منخفض الجهد" (عادةً 48 فولت) أو "عالي الجهد" في تقييم خصائصه وتوافقه.

قم بالاطلاع على المقال حول البطاريات ذات الجهد العالي مقابل البطاريات ذات الجهد المنخفض.

التخطيط لاستثمارك: الاعتبارات الرئيسية قبل الشراء

يتطلب الاستثمار في نظام بطارية الطاقة الكهروضوئية تخطيطًا دقيقًا:

تحديد حجم نظامك:تجنب زيادة أو نقصان حجم البطارية. يعتمد حجم البطارية (كيلوواط/ساعة) على متوسط ​​استهلاكك اليومي للطاقة، وحجم نظام الطاقة الشمسية (كيلوواط/ساعة)، وما ترغب في تخزينه احتياطيًا أثناء انقطاع التيار، وأهدافك (أقصى توفير مقابل النسخ الاحتياطي الأساسي). يمكن لفني تركيب محترف مساعدتك في حساب ذلك.
فهم التكاليف:ضع في اعتبارك تكلفة البطارية نفسها، والعاكس (في حال الترقية/النظام الهجين)، وأجور التركيب، وتحديثات اللوحة الكهربائية المحتملة، والتصاريح. استفسر عن التكلفة الإجمالية للتركيب والوفورات المحتملة على المدى الطويل (عائد الاستثمار).
العثور على المثبتين المؤهلين:هذا أمر بالغ الأهمية للسلامة والأداء. ابحث عن فنيين ذوي خبرة ومعتمدين (مثلاً، حاصلين على شهادة NABCEP في الولايات المتحدة) يتمتعون بتقييمات جيدة وخبرة متخصصة في أنظمة تخزين البطاريات.
الضمانات مهمة:اقرأ الشروط والأحكام. افهم مدة الضمان (بالسنوات)، ومدة دورة الضمان، ونسبة السعة المضمونة بعد انتهاء الضمان. غالبًا ما توجد ضمانات منفصلة للبطارية، والعاكس، وجودة التركيب.
موقع التثبيت والصيانة:تحتاج البطاريات إلى درجات حرارة تشغيل ومساحة محددة. فكّر في مكانها (كراج، غرفة خدمات، خارج المنزل). معظم بطاريات الليثيوم أيون الحديثة لا تحتاج إلى صيانة تُذكر، على عكس بطاريات الرصاص الحمضية المغمورة.
التنقل بين اللوائح والحوافز:تحقق من قوانين البناء المحلية، ومتطلبات ربط المرافق (إذن التوصيل)، والحوافز المالية المتاحة. قد يؤثر ذلك بشكل كبير على التكلفة (مثل:الائتمان الضريبي الفيدرالي الأمريكي للاستثمار في الطاقة الشمسية (ITC)ينطبق هذا غالبًا على البطاريات التي يتم شحنها بالطاقة الشمسية، بالإضافة إلى الخصومات الحكومية/المحلية.

نظام بطارية الطاقة الكهروضوئية مقابل الطاقة الشمسية القياسية المرتبطة بالشبكة: ما الفرق؟

الأسئلة الشائعة حول أنظمة بطاريات الطاقة الكهروضوئية

س1: هل يمكنني إضافة بطارية إلى نظام الطاقة الشمسية الحالي الخاص بي؟

ج: نعم، غالبًا ما يُمكنك ذلك من خلال "اقتران التيار المتردد"، حيث تُضاف بطارية وعاكس خاص بها إلى نظام الطاقة الشمسية الحالي. يجب التحقق من التوافق بواسطة فني متخصص. قد يتطلب اقتران التيار المستمر (مشاركة عاكس) استبدال العاكس الحالي بنموذج هجين.

س2: ما هي المدة التي تدوم فيها البطاريات الشمسية عادةً؟

ج: يعتمد عمر البطارية على نوعها واستخدامها وظروفها. عادةً ما تكون بطاريات الليثيوم أيون الحديثة (وخاصةً LFP) مضمونة لمدة تتراوح بين 10 و15 عامًا أو لعدد محدد من الدورات (مثلًا، من 6000 إلى 10000 دورة)، وقد تدوم لفترة أطول. أما بطاريات الرصاص الحمضية، فتدوم عادةً من 3 إلى 7 سنوات.

س3: ما هي التكلفة المتوسطة لنظام بطارية الطاقة الشمسية المنزلية؟

ج: تتفاوت التكاليف بشكل كبير بناءً على الحجم (كيلوواط/ساعة)، والعلامة التجارية، والنوع، وتعقيد التركيب. مع التركيب، يُتوقع أن تتراوح التكاليف تقريبًا بين 800 و1500 دولار أمريكي لكل كيلوواط/ساعة من سعة التخزين (اطلع على الأسعار الحالية في أوائل عام 2024). يمكن للحوافز أن تُخفّض هذه التكلفة بشكل كبير.

س4: هل البطارية الشمسية تستحق العناء إذا كان لدي صافي قياس؟

ج: يعتمد ذلك على نوع البطارية. إذا كانت أرصدة صافي القياس سخية (بقيمة 1:1)، فقد تقل فائدة توفير الفواتير. مع ذلك، لا تزال البطاريات توفر طاقة احتياطية، وتساعد على تجنب رسوم الاستخدام المرتفعة، وتزيد من الاستهلاك الذاتي، وهي أمور تتجاوز قيمة أرصدة صافي القياس. تزداد القيمة المقترحة إذا أصبحت سياسات صافي القياس أقل ملاءمة.

س5: ما مقدار الصيانة التي تتطلبها البطاريات الشمسية؟

ج: بطاريات الليثيوم أيون الحديثة لا تحتاج إلى صيانة تقريبًا. أما بطاريات الرصاص الحمضية (وخاصةً الأنواع المغمورة) فتتطلب فحوصات دورية وتنظيفًا وتعبئة بالماء المقطر. يمكن للمركّبين تقديم المشورة بشأن أي توصيات خاصة من الشركة المصنعة.

س6: هل أنظمة بطاريات الطاقة الشمسية آمنة؟

ج: عند تركيبها بشكل صحيح من قبل متخصصين مؤهلين باستخدام معدات معتمدة (مثل البطاريات والمحولات المعتمدة من UL)، تُعتبر أنظمة بطاريات الطاقة الكهروضوئية آمنة للغاية. تتميز كيمياء فوسفات حديد الليثيوم (LFP) بثباتها الحراري ومستوى سلامتها. يُعد التركيب السليم والالتزام باللوائح أمرًا بالغ الأهمية.

النتيجة: هل نظام بطارية الطاقة الكهروضوئية هو الخيار الصحيح بالنسبة لك؟

يمثل نظام بطاريات الطاقة الكهروضوئية خطوةً هامةً نحو التحكم في الطاقة وتوفير التكاليف وتعزيز المرونة. بتخزين الطاقة المجانية التي تولدها ألواحك الشمسية، يمكنك تشغيل منزلك لفترة طويلة بعد غروب الشمس، وتقليل اعتمادك على الشبكة بشكل كبير، والحفاظ على تشغيل المصابيح أثناء انقطاع التيار الكهربائي.

في حين أن الاستثمار الأولي أعلى من نظام الطاقة الشمسية القياسي، فإن الفوائد - وخاصة الاستقلال في مجال الطاقة، والمدخرات الكبيرة على المدى الطويل (وخاصة مع ارتفاع تكاليف المرافق أو معدلات الاستخدام طوال الوقت)، والطاقة الاحتياطية التي لا تقدر بثمن - تجعله خيارًا مقنعًا للعديد من أصحاب المنازل.

قم بتقييم أنماط استخدام الطاقة لديك (اطلع على حاسبة البطارية الشمسية لديناإذا كنت ترغب في الحصول على طاقة احتياطية، وأسعار وسياسات المرافق المحلية، والحوافز المتاحة، فربما يكون نظام بطاريات الطاقة الكهروضوئية خيارًا ممتازًا لمستقبلك في مجال الطاقة.