أخبار حول المحولات الشمسية والبطاريات | مينفون

قلب ومرعى تخزين الطاقة الشمسية

سمع الكثير من الناس مصطلح «الطاقة الشمسية مع التخزين»، لكن قلةً منهم تفهم بوضوح ما يفعله المحول والبطارية فعليًّا.

وببساطة: تلتقط الألواح الشمسية ضوء الشمس وتولِّد الكهرباء. أما المحول فهو «مركز قيادة الطاقة» للنظام بأكمله، والبطارية هي «مخزن الطاقة الكبير المدى».

ولا يمكن تحويل طاقة الشمس غير المستقرة إلى كهرباءٍ موثوقة وآمنة وقابلة للاستخدام المنزلي إلا عندما يعمل هذان العنصران معًا.

اليوم، سنشرح هذين المكونين الأساسيين بلغةٍ واضحة وبسيطة، ونوضح المنطق الكامن وراء أنظمة الطاقة الشمسية مع التخزين، ونساعدكم على تجنُّب أخطاء الاختيار الشائعة.

١. المحول: مركز قيادة الطاقة في أنظمة الطاقة الشمسية مع التخزين

توفر منافذ الكهرباء المنزلية تيارًا متناوبًا (AC). وتعمل جميع الأجهزة المنزلية مثل الثلاجات والمراوح والإضاءة والتلفزيونات على التيار المتناوب.

مع ذلك، تُنتج الألواح الشمسية وبطاريات التخزين التيار المستمر (DC) وتقوم بتخزينه. ولا يمكن استخدام التيار المستمر مباشرةً في الأجهزة المنزلية. ولذلك وُجد العاكس: فهو يحوّل التيار المستمر إلى تيار متناوب (AC)، والعكس عند الحاجة.

يظنّ كثير من الناس أن العاكس ما هو إلا «محوّل تيار» بسيط. لكن العواكس الهجينة الحديثة تقوم بأكثر من ذلك بكثير.

ما الذي يقوم به العاكس الهجين

• تتبُّع نقطة القدرة القصوى (MPPT) يتضمّن العاكس وحدة تتبُّع نقطة القدرة القصوى التي تراقب إنتاج الألواح الشمسية في الزمن الفعلي. وعندما يتغيّر شدة ضوء الشمس، فإنها تستوعب أقصى قدرٍ ممكنٍ من الطاقة المتاحة وتحسّن كفاءة استغلال الطاقة الشمسية.
• التحكم في تدفُّق الطاقة ثنائي الاتجاه أثناء النهار، تولِّد الألواح الشمسية طاقة تيار مستمر. ويتم استخدام جزء منها مباشرةً في تشغيل الأجهزة المنزلية. أما الفائض فيتم تنظيمه بواسطة العاكس وتخزينه في البطارية. وفي المساء أو في الأيام الغائمة، تُخرِج البطارية طاقة تيار مستمر، فيقوم العاكس بتحويلها مجددًا إلى تيار متناوب نظيف ومستقر لتغذية المنزل.
• الحماية الأمنية وتبديل الأنماط عند توفر الشبكة الكهربائية، يمكن للنظام العمل في الوضع المتصل بالشبكة. وإذا انقطعت الشبكة، فيمكن لعاكس هجين مؤهل التحول بسرعة إلى وضع النسخ الاحتياطي المنفصل عن الشبكة، بحيث تواصل البطارية تغذية الأحمال الحرجة.
• إخراج موجة جيبية نقية يوفّر عاكس عالي الجودة مخرجاً على شكل موجة جيبية نقية، مشابهة لتلك التي تُقدّمها الشبكة الكهربائية. وهذا يحمي الإلكترونيات الحساسة مثل أجهزة التلفزيون والحاسوب. أما العواكس الرديئة ذات الموجة الجيبية المُعدَّلة، فتسبّب على العكس تقلبات في الجهد وقد تؤدي إلى تلف المعدات.

الأنواع الرئيسية للعواكس

جدول

السوق عاكس هجين هو الخيار السائد حالياً لتخزين الطاقة الشمسية في المنازل.

٢. البطارية: مخزن الطاقة للطاقة الشمسية

إذا كانت العاكس هي قلب النظام، فإن البطارية هي مخزن الطاقة.

عادةً ما تصل توليد الطاقة الشمسية إلى ذروتها خلال النهار، لكن استهلاك المنازل غالبًا ما يبلغ ذروته في المساء والليل. وبغياب البطارية، ستضيع فائض الطاقة الشمسية هدرًا. وتقوم البطارية بتخزين هذه الطاقة الزائدة وإطلاقها عند الحاجة.

بطاريات ليثيوم حديد الفوسفات هي الخيار السائد حاليًّا

أكثر تقنية مستخدمة في أنظمة التخزين المنزلية الحديثة هي بطارية فوسفات حديد الليثيوم ليثيوم حديد الفوسفات LiFePO4 .

وبالمقارنة مع بطاريات الرصاص الحمضية الأقدم، تقدّم بطاريات ليثيوم حديد الفوسفات مزايا مهمة:

• استقرار كيميائي أفضل
• مقاومة أفضل للحرارة
• انخفاض خطر الانطلاق الحراري
• عمر دورة أطول، عادةً ٦٠٠٠ دورة أو أكثر
• عمق تفريغ أعلى
• كفاءة تحويل طاقة أعلى
• خسائر أقل في الشحن والتفريغ

وبالمقارنة، تمتلك بطاريات الرصاص-الحمض عمرًا افتراضيًّا أقصر، وعادةً ما يكون فقط من ٣ إلى ٥ سنوات، ولا تصلح جيدًا للدورات العميقة. ولذلك فهي نادرًا ما تُستخدم في مشاريع التخزين السكني الجديدة اليوم.

نظام إدارة البطارية: مدير سلامة البطارية

يتضمَّن كل نظام بطاريات تخزين نظام إدارة البطارية أو نظام إدارة البطارية. فكِّر فيه على أنه مدير سلامة البطارية.

تتكوَّن حزمة البطارية من العديد من الخلايا المتصلة على التوالي. والاختلافات الصغيرة في الجهد بين الخلايا أمرٌ طبيعي، لكن تركها دون موازنة قد يقلِّل الأداء ويخلق مخاطر أمنية.

يراقب نظام إدارة البطارية باستمرار:

• جهد الخلية
• حالي
• درجة الحرارة
• درجة شحن البطارية (SOC)

كما يقوم أيضًا بتوازن الخلايا إما بشكل نشط أو سلبي، ويوفر الحماية ضد:

• شحن مفرط
• تفريغ مفرط
• التيار الزائد
• درجة حرارة عالية
• درجة الحرارة المنخفضة

وإذا حدث أي خلل، يمكن لنظام إدارة البطارية فصل الدائرة لمنع التلف. وبغياب حماية نظام إدارة البطارية، قد تتعرَّض حزمة البطارية لعدم توازن الخلايا أو الانتفاخ أو حتى حوادث أمنية.

٣. يجب أن يكون العاكس والبطارية متوافقين بشكل مناسب

لا يتم توصيل العاكس والبطارية معًا ببساطة. بل يجب أن يتواصلان ويتعاونان بشكل صحيح.

يقرأ العاكس بيانات في الوقت الفعلي من نظام إدارة البطارية (BMS)، ومن بينها:

• سعة البطارية المتبقية، أو SOC
• درجة حرارة البطارية
• الحد الأقصى لتيار الشحن
• التيار الكهربائي الأقصى للتفريغ

وباستنادٍ إلى هذه المعلومات، يُعدِّل العاكس قوة الشحن ديناميكيًّا.

عند اكتمال شحن البطارية، يتوقف العاكس عن الشحن. وعندما تصل البطارية إلى حد الحماية الأدنى، يتوقف العاكس عن التفريغ. وهذا يحمي البطارية من التفريغ المفرط ويطيل عمرها الافتراضي.

أهمية التوافق في الاتصال

إذا لم يشترك العاكس والبطارية في بروتوكول اتصال متوافق، فقد تحدث مشكلات جسيمة، ومنها:

• الشحن غير الخاضع للرقابة
• فشل وظائف الحماية
• تقلص عمر البطارية الافتراضي
• زيادة المخاطر الأمنية

لهذا السبب، يُفضَّل عادةً اختيار نظامٍ كاملٍ متوافقٍ أصليًّا بدلًا من خلط علامات تجارية مختلفة بشكل عشوائي.

٤. الأخطاء الشائعة في الاختيار التي يجب تجنُّبها

الخطأ الأول: الافتراض بأن البطارية الأكبر حجمًا دائمًا ما تكون أفضل

يجب أن تتناسب سعة البطارية مع حجم المصفوفة الشمسية واستهلاك المنزل للطاقة الكهربائية.

إذا كانت المصفوفة الشمسية صغيرة نسبيًّا، فقد لا يتوفر خلال النهار طاقة فائضة كافية لشحن بطارية كبيرة. وفي هذه الحالة، فإن زيادة سعة البطارية لا تزيد التكلفة فحسب، بل ولا تقدِّم قيمةً مضافةً متناسبةً مع تلك الزيادة.

الخطأ الثاني: اختيار قدرة العاكس عشوائيًّا

تحدد القدرة الإخراجية المُعلَّنة للعاكس عدد الأجهزة التي يمكن تشغيلها في الوقت نفسه.

غالبًا ما تشهد الأجهزة عالية القدرة مثل مكيِّفات الهواء ومضخات المياه ارتفاعات مفاجئة في استهلاك الطاقة عند التشغيل. وإذا كانت قدرة العاكس صغيرة جدًّا، فقد تؤدي هذه الارتفاعات إلى إيقاف التشغيل تلقائيًّا لتفعيل وظائف الحماية.

الخطأ الثالث: إهمال بيئة التركيب

يحتاج كلٌّ من العاكس والبطارية إلى تهويةٍ جيدةٍ وتبريدٍ فعّالٍ.

ستؤدي البيئة المغلقة ذات الحرارة العالية إلى تسريع عملية التآكل وتقليل العمر الافتراضي. كما قد تتسبب البيئة الرطبة في تآكل الأسلاك والتأثير سلبًا على الموثوقية على المدى الطويل.

٥. ما القيمة التي يمكن أن يوفّرها نظام تخزين الطاقة الشمسية؟

يمكن لنظام الطاقة الشمسية المدمج مع التخزين، عند تصميمه جيدًا، أن يقدّم فوائد عملية:

• فواتير الكهرباء المنخفضة في المناطق التي تتميّز بأسعار مرتفعة للكهرباء من الشبكة
• طاقة احتياطية أثناء انقطاع التيار الكهربائي، لا سيما للإضاءة، والتبريد، ومعدات الاتصالات
• استخدام طاقة نظيفة على المدى الطويل من خلال زيادة استهلاك الطاقة الشمسية المُولَّدة ذاتيًّا
• الحد من الاعتماد على الوقود الأحفوري وخفض الانبعاثات المنزلية من غازات الكربون

ومع ذلك، فإن أنظمة التخزين الشمسية ليست خالية تمامًا من الصيانة.

تشمل الصيانة الأساسية:

• التحقق المنتظم من مؤشرات الحالة
• الانتباه إلى الأصوات غير المعتادة
• مراقبة ارتفاع درجة الحرارة
• فحص الطرفيات بشكل دوري
• الحفاظ على نظافة المعدات وجفافها وتهويتها
• يُمنع تمامًا فكّ العاكس أو البطارية دون تدريب مهني

وباختيار مناسب وتركيب احترافي وصيانة دورية، يمكن لأنظمة العاكس والبطارية أن تعمل بموثوقية لسنوات عديدة.

الخلاصة

يقوم العاكس بما يلي:

• تحويل التيار المستمر إلى تيار متناوب
• جدولة الطاقة
• تبديل الوضع
• حماية النظام

البطارية مسؤولة عن:

• تخزين فائض طاقة الطاقة الشمسية
• توصيل الكهرباء عند الحاجة
• حماية الخلايا عبر نظام إدارة البطارية (BMS)

معًا، يشكّلان نظامًا سكنيًّا كاملاً للطاقة الشمسية مع التخزين.

يُعد اختيار عاكس وبطارية متناسقين جيدًا أمرًا بالغ الأهمية لضمان السلامة والاستقرار وطول عمر الخدمة. وعندها فقط تصبح أشعة الشمس مصدر كهرباء منزليٍّ موثوقٍ به.

إذا كنت تخطط لمشروع تخزين منزلي، ابدأ بتقييم سعة الألواح الشمسية على سطح منزلك وملفّ استهلاكك اليومي من الكهرباء. ثم حدد قدرة العاكس والسعة المطلوبة للبطارية وفقًا لذلك.