أنظمة الطاقة الشمسية وبطاريات التخزين في سطور

​بقلم المهندس: فراس جمعة بشارات

مع تزايد الاعتماد على أنظمة الطاقة الشمسية، أصح تخزين الطاقة أمرا ضروريا لتقليل الاعتماد على الشبكات الكهربائية العامة ورفع مساهمة الطاقة الشمسية في استهلاك الطاقة الكلي.

 ومن بين الخيارات المتاحة لأنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات، تأتي بطاريات الجهد المنخفض (Low Voltage Batteries) وبطاريات الجهد المرتفع (High Voltage Batteries) حيث يلعب اختيار النوع المناسب دورا أساسيا في كفاءة وأداء النظام.

فما الفرق بينهما؟

وأيهما يعتبر الخيار الأفضل لأنظمة تخزين الطاقة في المنزل؟

ما الفرق بين بطاريات الجهد المنخفض والجهد المرتفع؟

1. مستوى الجهد الكهربائي

• بطاريات الجهد المرتفع: تعمل عادة بجهد يتجاوز ال48V , وقد يصل الى 300V-500V, مما يسمح بشحن أسرع للطاقة.
• بطاريات الجهد المنخفض: تعمل عادة بجهد أقل أو يساوي 48V, مثل 12,24,48V مما يجعلها أكثر استخداما في الأنظمة الصغيرة والمنزلية البسيطة.

2. القدرة على توفير الطاقة

• بطاريات الجهد المرتفع: تعتبر بطاريات الجهد المرتفع مثالية للاستخدام في حال وجود أحمال بقدرات عالية مثل تشغيل أجهزة التكييف والمعدات الكهربائية ذات الاستهلاك العالي.
• بطاريات الجهد المنخفض: للحصول على نفس القدرة التي توفرها بطاريات الجهد المرتفع، تحتاج أنظمة الجهد المنخفض الى العمل بتيار أعلى، مما يستلزم استخدام ملحقات أنظمة (Balance of System) مثل الكابلات والقواطع بمواصفات اعلى وأكبر، وبالتالي بتكاليف أعلى.

3. كفاءة النظام

• بطاريات الجهد المرتفع أكثر كفاءة في تحويل الطاقة، حيث يؤدي الجهد العالي الى تقليل التيار الكهربائي المطلوب، مما يقلل خسائر الطاقة خلال عملية الشحن والتفريغ وخلال عملية نقل الطاقة.
• بطاريات الجهد المنخفض أقل كفاءة في تحويل الطاقة، حيث تحتاج الى تيارات تشغيلية أعلى، مما يؤدي الى زيادة فقدان الطاقة وزيادة سماكة الاسلاك المطلوبة.

4. السلامة العامة والموثوقية

• بطاريات الجهد المرتفع تحتاج الى أنظمة أمان متطورة لمنع حدوث أعطال كهربائية أو ارتفاع الحرارة، نظرا لارتفاع الجهد.
• بطاريات الجهد المنخفض أكثر أمانا وأسهل في التعامل معها، مما يجعلها خياراً شائعاً في الأنظمة المنزلية.

5. التكلفة

• بطاريات الجهد المرتفع: أعل تكلفة أولية بسبب التكنولوجيا المتقدمة المستخدمة فيها، لكنها توفر كفاءة أعلى وعمراً أطول، مما قد يعوض تكلفتها الأولية.
• بطاريات الجهد المنخفض: أقل تكلفة أولية، لكنها تحتاج الى عدد أكبر من الوحدات وكابلات أسمك، مما قد يزيد من التكلفة الاجمالية.

6. التطبيقات المناسبة

• بطاريات الجهد المرتفع: ومثالية للمنازل الكبيرة أو الأنظمة الهجينة المرتبطة مع الشبكة، أو المشاريع التجارية التي تتطلب أداءً عالياً وكفاءة تشغيلية أكبر.
• بطاريات الجهد المنخفض: مناسبة للأنظمة الصغيرة، مثل المنازل ذات الاحمال المحدودة، والمرافق الصغيرة التي تحتاج الى قدرة كهربائية عالية.

لماذا تعتبر بطاريات الجهد المرتفع خياراً متطوراً لتخزين الطاقة؟

1. كثافة طاقة أعلى: حيث يتم قياس كثافة الطاقة وفقا للعلاقة:

الطاقة المخزنة = الجهد * التيار

وبما ان الجهد في البطاريات المرتفعة أعلى، فإنها تستطيع تخزين طاقة أكبر في حجم أقل، مما يجعلها أكثر كفاءة من حيث المساحة والاستخدام.

2. معدلات شحن وتفريغ أسرع: بفضل ارتفاع الجهد، تستطيع البطاريات المرتفعة التفريغ والشحن أسرع، مما يتيح التعامل مع ذروات الطلب وتوفير طاقة فورية عند الحاجة.
3. كفاءة تشغيلية أعلى: وفقا للعلاقة P=V*I فإن زيادة الجهد تقلل من التيار المطلوب، مما يؤدي الى:

• تقليل فقدان الطاقة في الاسلاك.
• تحسين كفاءة التحويل بين التيار المستمر والمتردد.
• تقليل الحاجة الى تحويلات الفولتية في أنظمة الطاقة الشمسية.

4. عمر افتراضي أطول: البطاريات المرتفعة الجهد تمتلك دورات شحن وتفريغ أطول، حيث تؤدي عمليات الشحن السلسة الى تقليل التأثير الحراري، مما يقلل من تآكل البطارية ويطيل عمرها.
6. تقليل تكلفة الكابلات والتوصيلات: نظرا لأن الجهد العالي يتطلب تيارات أقل، يمكن استخدام كابلات أقل سماكة وأقل تكلفة، مما يقلل من تكاليف التركيب والصيانة على المدى الطويل.

أي البطاريات تناسب احتياجك؟؟؟

السؤال المهم خصوصا لأصحاب المنازل ما حجم النظام من الخلايا والانفيرتر والبطاريات التي تحتاج؟

للأسف المعظم يعتمد على فاتورة الاستهلاك الشهري للإجابة عن السؤال أعلاه لكن قد يستهلك منزلين نفس الفاتورة شهريا ولكن النظام من حيث الخلايا وحجم الانفيرتر وسعة البطاريات يختلف!!!!

لأنه نظام الشمسي المستقل والهجين يعتمد على سلوك أهل المنزل وعدد افراده

مثلا إذا كانت ربة البيت تعمل نحتاج الى بطاريات اعلى لأنها تقوم بأعمال المنزل في وقت المساء بعد انتهاء الدوام

وكذلك انفيرتر اعلى لأنها تشغل أجهزة كهربائية في نفس الوقت لإنهاء اعمال البيت في أقصر وقت.

عدد الأبناء وعمرهم مهم جدا أيضا، المنطقة الجغرافية التي فيها المنزل مهم جدا مثل مناطق شديدة الحرارة ومناطق معتدلة

ومعاير كثيرة..

لذلك لا تدفع ثمن نظام أنت لا تحتاجه استشر خبير أفضل لمصلحتك من حيث الجودة والتوفير. وأيضا هذا النظام يحتاج الى إدارة الطاقة داخل المنزل او المؤسسة لتقليل تكاليف النظام عند التركيب.