كيف يعمل التخزين، وما هي الكيميائيات وبنية النظام المهمة، وكيفية تحديد حجم البطارية واختيارها للحصول على طاقة منزلية موثوقة وفعالة من حيث التكلفة

مع تزايد اعتماد الطاقة الشمسية على أسطح المنازل، انتقلت البطاريات من مجرد إضافة متخصصة إلى اعتبارات سائدة. تعمل البطارية المحددة بشكل صحيح على تحويل التوليد المتقطع على السطح إلى طاقة يمكن الاعتماد عليها وقابلة للاستخدام، وتحويل الاستهلاك بعيداً عن نوافذ ذروة الأسعار، والحماية من انقطاع التيار الكهربائي، وزيادة الاستهلاك الذاتي. تشرح هذه المقالة الأساسيات التقنية ونقاط القرار العملية التي يحتاجها صاحب المنزل أو عامل التركيب لاختيار نظام تخزين آمن وفعال من حيث التكلفة.

ما الذي تفعله البطارية الشمسية في الواقع

A بطارية شمسية تخزن فائض الطاقة الكهربائية التي تنتجها المصفوفة الكهروضوئية (PV) وتطلقها عند الحاجة - في الليل أو أثناء فترات الغيوم أو أثناء انقطاع الشبكة. ويتكون النظام الذي يحقق ذلك من الألواح الكهروضوئية، وعاكس (أو عاكس هجين)، ووحدات البطارية، ونظام إدارة البطارية (BMS)، وأدوات التحكم في المراقبة. وتحدد كيفية تفاعل هذه المكونات الكفاءة في الرحلة ذهاباً وإياباً والقدرة القابلة للاستخدام والموثوقية والسلامة.

بنيتان شائعتان: المقترنة بالتيار المستمر والمقترنة بالتيار المتردد

هناك طريقتان عمليتان لدمج التخزين مع مصفوفة الطاقة الشمسية:

• الأنظمة المقترنة بالتيار المستمر ضع البطارية على جانب التيار المستمر، بين اللوحات والعاكس. وهذا يقلل من عدد تحويلات الطاقة ويمكن أن يحسن من كفاءة الرحلة ذهابًا وإيابًا. وغالبًا ما يكون اقتران التيار المستمر هو الخيار الأكثر كفاءة للتركيبات الجديدة من الأرض.

• الأنظمة المقترنة بالتيار المتردد إضافة التخزين على جانب التيار المتردد، بعد العاكس. هذا النهج أسهل في التعديل التحديثي للأنظمة الكهروضوئية الحالية وغالبًا ما يقلل من تعطل التركيب. وتتمثل المفاضلة في خسائر تحويل أعلى قليلاً أثناء دورات الشحن/التفريغ.

إذا كنت تقوم باستبدال كل من اللوحات والعاكس أو تصميم نظام جديد، فإن اقتران التيار المستمر غالباً ما يحقق أداءً أفضل. إذا كنت تقوم بتعديل التخزين إلى عاكس موجود، فإن اقتران التيار المتردد عادةً ما يوفر مسارًا أسرع وأقل تكلفة.

كيمياء البطاريات والمفاضلات العملية

تتحكم الكيمياء التي تختارها في الأداء والعمر الافتراضي والسلامة والتكلفة.

• فوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO4): المعيار المتزايد للتخزين السكني. يوفر LiFePO4 دورة حياة عالية وثبات حراري ممتاز وتدهور منخفض بمرور الوقت. وتتجاوز الكفاءة النموذجية للدورة الواحدة 90%، وتحقق الأنظمة المصممة بشكل جيد عادةً ما بين 3000 و6000 دورة مفيدة اعتمادًا على عمق التفريغ (DoD) وظروف التشغيل. يجعل ملف أمان LiFePO4 وعمر التقويم الطويل من LiFePO4 عرضًا ذا قيمة قوية لمعظم مالكي المنازل.

• متغيرات أيونات الليثيوم الأخرى: توفر بعض كيماويات الليثيوم كثافة طاقة أعلى ولكنها تقايض عمر الدورة أو الاستقرار الحراري. وبالنسبة للتخزين السكني الثابت، يُفضل عادةً التوازن بين السلامة وطول العمر في LiFePO4.

• حمض الرصاص (حمض الرصاص (AGM، هلام، مغمور بالمياه): هذه الكيميائيات القديمة ذات تكاليف أولية أقل ولكن قدرتها القابلة للاستخدام أقل بكثير، وعمرها الإنتاجي أقصر، ومتطلبات صيانة أعلى. وهي تظل مستخدمة في الأنظمة ذات الميزانية المحدودة أو الصغيرة جداً خارج الشبكة ولكنها أقل جاذبية للاستثمار المنزلي طويل الأجل.

• بطاريات التدفق والبطاريات الكيميائية الناشئة: تتفوق بطاريات التدفق في المدة الطويلة والعمر الطويل للدورة في المنشآت الكبيرة ولكنها عادة ما تكون كبيرة جداً ومكلفة للغاية بالنسبة لأسطح المنازل السكنية العادية. وقد تقدم الكيميائيات الناشئة مزايا بيئية ولكنها لم تعتمد بعد على نطاق واسع في التركيبات العامة التخزين المنزلي.

مقاييس الأداء الرئيسية للتقييم

• السعة القابلة للاستخدام (كيلوواط ساعة): سعة البطارية المتاحة للاستخدام اليومي بعد احتساب حدود DoD. توفر البطارية المقدرة بـ 10 كيلوواط/ساعة مع 90% DoD الموصى به طاقة قابلة للاستخدام عملياً أقل مما تشير إليه السعة الاسمية - تأكد من الكيلوواط/ساعة القابلة للاستخدام مع البائع.

• كفاءة رحلة الذهاب والإياب (%): النسبة المئوية للطاقة المخزنة التي يمكنك استرجاعها بالفعل. يزيد ارتفاع الكفاءة من القيمة الاقتصادية لتحويل الوقت ويزيد من الاستهلاك الذاتي.

• دورة الحياة والضمان: فهم شروط الضمان (السنوات والإنتاجية). يضمن العديد من البائعين كلاً من الوقت والحد الأدنى من السعة المحتفظ بها (على سبيل المثال، سعة 70% بعد عدد محدد من الدورات).

• تصنيف الطاقة (كيلوواط): الحد الأقصى للطاقة المستمرة التي يمكن أن يوفرها العاكس والبطارية؛ وهو أمر بالغ الأهمية عند تحديد الحجم لتشغيل الأجهزة عالية السحب أثناء انقطاع التيار الكهربائي.

• الميزات الحرارية وميزات السلامة: من الضروري وجود نظام قوي لإدارة المباني، والإدارة الحرارية، وشهادات السلامة.

كيفية قياس حجم البطارية المنزلية

يجب أن يكون التحجيم موضوعياً ومحدد الهدف:

1. تحديد الهدف الأساسي:: الدعم الاحتياطي في حالات الطوارئ، أو تجنب سعر الذروة (مراجحة وقت الذروة)، أو تعظيم الاستهلاك الذاتي للطاقة الشمسية. ويؤدي كل هدف من هذه الأهداف إلى اختيارات مختلفة للتحجيم والعاكس.

2. حساب الاستخدام اليومي النموذجي: انظر إلى الاستخدام الشهري واشتق متوسط الاستهلاك اليومي للكيلوواط ساعة. بالنسبة للنسخ الاحتياطي للانقطاع، قم بنمذجة الأحمال الحرجة المحددة واستهلاكها مجتمعة.

3. عامل القدرة والكفاءة القابلة للاستخدام: إذا كنت تحتاج إلى X كيلوواط/ساعة قابلة للاستخدام، فاختر بطارية ذات سعة اسمية تأخذ في الحسبان خسائر وزارة الدفاع والرحلات ذهاباً وإياباً.

4. ضع في اعتبارك حدود العاكس واحتياجات الزيادة في التيار الكهربائي: بالنسبة لتشغيل المحركات (التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والمضخات)، تأكد من قدرة العاكس والبطارية على التعامل مع التيارات الزائدة.

مثال: يمكن للمنزل الذي يبلغ استهلاكه اليومي 25 كيلوواط/ساعة ويريد ليلة واحدة من النسخ الاحتياطي الجزئي للأحمال الحرجة أن يختار بطارية قابلة للاستخدام بقدرة 10-15 كيلوواط/ساعة تستهدف الدوائر ذات الأولوية بدلاً من تغطية المنزل بالكامل.

التركيب والتصاريح والسلامة

تتطلب تركيبات البطاريات تصميمًا كهربائيًا احترافيًا وتصاريح محلية والالتزام بقوانين البناء والحريق. اختر مُركِّبًا على دراية بمتطلبات التوصيل البيني للولاية القضائية ولديه خبرة في تشغيل أنظمة البطاريات. تشمل عناصر السلامة الحرجة تنفيذ نظام إدارة المباني، والتهوية (إذا كانت الكيمياء تتطلب ذلك)، والتركيب المناسب والخلوص، والمراقبة التي يمكن الوصول إليها لتحديثات البرامج الثابتة والتشخيصات.

التكلفة والحوافز والاسترداد

تختلف التكاليف الأولية للبطارية حسب الكيمياء والسعة والمورّد. قم بتقييم إجمالي تكلفة التركيب لكل كيلوواط ساعي قابل للاستخدام، وتغطية الضمان، والإنتاجية المتوقعة مدى الحياة. يمكن للحوافز المحلية وبرامج خصم المرافق والائتمانات الضريبية الفيدرالية أن تغير الاقتصاديات بشكل جوهري - قم بتضمين الحوافز المتاحة في نموذجك المالي عند تقدير الاسترداد. بالنسبة للعديد من مالكي المنازل، تتحسن القيمة المقترحة عند دمجها مع هياكل أسعار وقت الاستخدام أو التعرض المتكرر للانقطاع.

كيفية اختيار مورد موثوق به

اختر الموردين الذين يقدمون مواصفات فنية شفافة، ولغة ضمان واضحة مرتبطة بالأداء، وشهادات سلامة موثقة. الدعم المحلي مهم - يفضل المورد الذي يمكنه تقديم خدمة التشغيل والخدمة في الوقت المناسب. أسماء الموردين النموذجية أقل أهمية من تقديم دليل على إجراء اختبارات مستقلة، وشهادات UL/IEC حيثما أمكن، وخدمة محلية سريعة الاستجابة.

الصيانة والاعتبارات طويلة الأجل

عادةً ما تكون أنظمة البطاريات الثابتة منخفضة الصيانة بشكل عام، ولكن المراقبة وتحديثات البرامج الثابتة تحافظ على أداء الأنظمة. كما أن الفحوصات الدورية لاتصالات العاكس، وتنبيهات نظام إدارة المباني، والفحص الاحترافي كل بضع سنوات سيطيل عمر الخدمة. التخطيط للاستبدال النهائي أو تلاشي السعة: يساعد فهم شروط الضمان على إدارة التكلفة الإجمالية للملكية.

خاتمة

تعمل البطارية ذات الحجم الجيد والمثبتة بشكل جيد على تحويل البطارية المثبتة بشكل جيد من مصدر توليد الطاقة الشمسية على السطح من مصدر توليد نهاري إلى مصدر طاقة مرن يمكن التحكم فيه. أعط الأولوية لهندسة النظام التي تتوافق مع أهدافك، وفضل الكيميائيات المستقرة ذات السلامة الموثقة ودورة الحياة، واختر البائعين الذين يقدمون مواصفات شفافة ودعمًا محليًا. مع التخطيط الدقيق, تخزين البطاريات يمكن أن يقلل من الفواتير ويزيد من استقلالية الطاقة ويوفر راحة البال عندما تنطفئ الأنوار.