فهم فجوة القدرات في أنظمة تخزين الطاقة الشمسية

يلاحظ عدد متزايد من الشركات ومالكي المنازل الذين يستثمرون في أنظمة الطاقة الشمسية مشكلة محيرة: فبطاريات الطاقة الشمسية الخاصة بهم توفر باستمرار حوالي 701 تيرابايت 3 تيرابايت فقط من سعة الطاقة المعلن عنها. فنظام 10 كيلوواط ساعة، على سبيل المثال، غالباً ما ينتج 7 كيلوواط ساعة فقط من الطاقة القابلة للاستخدام.

هل هذا عيب في المنتج؟ هل هو خطأ فني؟ في الواقع، إنه أحد القيود الطبيعية لتصميم البطارية وكفاءة النظام - وفهم هذه الفجوة أمر بالغ الأهمية لشركات الطاقة الشمسية والقائمين بالتركيب والمستخدمين النهائيين الذين يهدفون إلى تحسين استثماراتهم.

تستكشف هذه المقالة سبب حدوث ذلك، وكيف يؤثر ذلك على أدائك في مجال الطاقة الشمسية، وكيف أن رواد الصناعة مثل Sunpal تصميم أنظمة أكثر ذكاءً توفر طاقة أكثر قابلية للاستخدام.

السعة المقدرة مقابل السعة القابلة للاستخدام: ما هي'الفرق؟

تحتوي كل بطارية على سعة مقدرة يتم التعبير عنها عادةً بالكيلوواط/ساعة (kWh)، والتي تمثل إجمالي كمية الطاقة التي يمكن تخزينها نظرياً. ومع ذلك، لا يأخذ هذا الرقم في الحسبان الخسائر في العالم الحقيقي أو آليات السلامة التي تقلل من كمية الطاقة التي يمكن استخدامها فعلياً.

من الناحية العملية، هذا يعني أنه حتى حلول تخزين الطاقة المتطورة لن توفر أبدًا 1001 تيرابايت 3 تيرابايت من سعتها المقدرة للحمل.

السعة القابلة للاستخدام هي الجزء من البطارية الذي يمكن تفريغه بأمان وتحويله إلى طاقة تيار متردد (AC) قابلة للاستخدام. يعتمد التفاوت بين السعة المقدرة والقابلة للاستخدام على عدة متغيرات - بما في ذلك كيمياء البطارية ودرجة الحرارة ومعدلات التفريغ وكفاءة العاكس.

مسائل كيمياء البطاريات: نظرة مقارنة

توفر أنواع البطاريات الشمسية المختلفة مستويات متفاوتة من السعة القابلة للاستخدام. إليك نظرة مقارنة بين أنواع البطاريات الكيميائية الشائعة:

• بطاريات الرصاص الحمضية: تقتصر السعة القابلة للاستخدام عادةً على 501 تيرابايت 3 تيرابايت لتجنب التلف الدائم. هذه الأنظمة أقل شيوعًا في أجهزة الطاقة الشمسية الحديثة بسبب انخفاض الكفاءة وقصر العمر الافتراضي.
• بطاريات الليثيوم النيكل والمنغنيز والكوبالت (NMC): توفر كثافة طاقة أعلى وحوالي 701 تيرابايت 3 تيرابايت سعة قابلة للاستخدام في ظروف تفريغ آمنة.
• بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد (LiFePO₄ أو LFP): الكيمياء المفضلة لتخزين الطاقة الشمسية، حيث توفر سعة قابلة للاستخدام تصل إلى 851 تيرابايت 3 تيرابايت، واستقرار حراري أفضل، وعمر دورة أطول.

مع تحول المزيد من مزودي الطاقة الشمسية إلى تقنية LiFePO₄، تضيق الفجوة بين السعة المقدرة والقابلة للاستخدام - ولكنها لا تختفي.

تكسير الخسائر أين تذهب الطاقة

دعونا نلقي نظرة على الأسباب النموذجية لفقدان الطاقة في نظام بطارية شمسية بقدرة 10 كيلو وات في الساعة:

1. عمق التفريغ (DoD) الحماية (DoD)

يجب أن تحتفظ البطاريات بمخزن أمان لتجنب الإفراط في التفريغ. يتم تهيئة معظمها لإيقاف التفريغ عند حوالي 10-201 تيرابايت 3 تيرابايت من السعة المتبقية. وهذا يحافظ على سلامة البطارية ويطيل عمر الخدمة.

نطاق الخسارة 15% إلى 25%

2. كفاءة العاكس

لا يكون تحويل طاقة التيار المستمر المخزنة في البطاريات إلى تيار متردد للمنازل والشركات فعالاً أبداً 100%. حتى محولات من الدرجة الأولى تفقد 5-10% أثناء هذه العملية.

نطاق الخسارة 5% إلى 10%

3. تأثيرات درجة الحرارة

ينخفض أداء البطارية في درجات الحرارة القصوى. وبدون العزل الكافي أو التحكم في التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، تنخفض الطاقة القابلة للاستخدام بشكل كبير.

نطاق الخسارة 3% إلى 8%

4. أوجه القصور في النظام والتقادم

كما أن مقاومة الكابلات، وعمليات نظام إدارة البطارية (BMS)، وتأثيرات التقادم تقلل أيضًا من الطاقة القابلة للاستخدام بمرور الوقت.

نطاق الخسارة 5% إلى 8%

مثال واقعي: الناتج من نظام 10 كيلوواط/ساعة

السعة النهائية القابلة للاستخدام: حوالي 7.0 كيلوواط ساعة (أو 70%)

كيف يقلل خبراء الطاقة الشمسية من الخسارة

على الرغم من أن فجوة الطاقة لا يمكن تجنبها، إلا أن مزودي الطاقة الشمسية ومركبيها الأذكياء ينفذون استراتيجيات لتخفيف الخسائر وتحسين كفاءة النظام.

1. استخدام بطاريات LiFeFePO₄ عالية الكفاءة

بطاريات LiFePO₄ عرض متفوق كفاءة الرحلة ذهاباً وإياباً (حتى 95%)، وسلوك حراري أفضل، وعمر خدمة طويل - مما يجعلها مثالية لتطبيقات الطاقة الشمسية الصعبة.

2. زيادة حجم النظام من أجل مرونة وزارة الدفاع

يضمن تصميم النظام ليعمل بأقل من حمولة 100% عدم الحاجة إلى تفريغ البطاريات بعمق. وهذا يحسن كلاً من الكفاءة وطول العمر.

3. تركيب عاكسات عالية الكفاءة

تعمل المحولات الهجينة الحديثة ذات معدلات الكفاءة 97-98% على تقليل خسائر التحويل بشكل كبير. كما أنها تدعم الشحن الأسرع ومراقبة النظام بشكل أفضل.

4. مبيت البطارية المتحكم في مناخها

تعمل أنظمة التنظيم الحراري على حماية خلايا البطارية من التقلبات في درجات الحرارة البيئية التي تؤدي إلى تدهور الأداء وتقليل الطاقة المتاحة.

5. المراقبة الذكية وتكامل نظام إدارة المباني

يضمن نظام إدارة البطارية الذكي الاستخدام المتساوي للخلايا، ويكتشف الاختلالات، ويسمح بالكشف المبكر عن أوجه القصور. كما تعمل أنظمة إدارة الطاقة المتكاملة (EMS) على تحسين سلوك الإرسال والشحن.

الآثار التجارية والسكنية

للمستخدمين المقيمينفإن البطاريات ضعيفة الأداء غالباً ما تُترجم إلى فواتير كهرباء أعلى وعائد استثمار أقل. لأنظمة الطاقة الشمسية التجارية، خاصة في المناطق ذات تعريفة وقت الاستخدام أو رسوم ذروة الطلب المرتفعة، يمكن أن يؤدي انخفاض سعة البطارية القابلة للاستخدام بمقدار 20-301 تيرابايت إلى خسائر مالية كبيرة.

لهذا السبب تحتاج شركات الهندسة والمشتريات والبناء التجارية وعملاء خدمات الهندسة والمشتريات والإنشاءات التجارية ومشغلي الشبكات إلى تصميم دقيق للنظام وتوقعات السعة في العالم الحقيقي وشركاء موثوقين في مجال تخزين الطاقة.

سونبال'استراتيجية توصيل الطاقة عالية الاستخدام

في شركة Sunpal، لا ينتهي تصميم النظام عند التركيب - بل يبدأ من خلال نظرة عميقة في كيفية تصرف البطاريات في الظروف الحقيقية.

إليك كيفية ضمان الحصول على طاقة مثالية قابلة للاستخدام:

• تحجيم النظام المخصص: يتم تحديد حجم كل بنك للبطاريات بناءً على نمذجة حالة الاستخدام والتنبؤ بإنتاجية الطاقة الشمسية.
• بنية نظام إدارة المباني المتقدمة: تعمل الموازنة والتشخيصات المدمجة على إطالة عمر البطارية وتحسين إنتاج الطاقة القابلة للاستخدام.
• تصميم مقاوم لدرجات الحرارة: تشتمل أنظمتنا على العزل الحراري أو التدفئة والتهوية وتكييف الهواء للتركيبات في المناخات القاسية.
• المراقبة في الوقت الحقيقي: يمكن للعملاء والقائمين بالتركيب الوصول إلى مقاييس الأداء لاستكشاف أخطاء النظام وإصلاحها أو ضبط معلمات النظام عن بُعد.
• مكونات عالية الكفاءة: تُستخدم فقط المحولات والخلايا وأنظمة التحكم ذات تصنيفات الكفاءة من الدرجة الأولى.

من خلال عمليات النشر في جميع أنحاء أوروبا وجنوب شرق آسيا والأمريكتين، توفر أنظمة Sunpal باستمرار نسب طاقة قابلة للاستخدام أعلى من المتوسط في الصناعة.

الخاتمة: إعادة النظر في سعة البطارية الشمسية

قد تؤدي الخرافة القائلة بأن بطارية الطاقة الشمسية يجب أن توفر دائمًا سعتها المقدرة الكاملة إلى عدم تطابق التوقعات وعدم رضا العملاء. والحقيقة أكثر دقة - ولكن يمكن التحكم فيها أيضاً.

يتيح فهم عوامل فقدان الطاقة في أنظمة البطاريات ومعالجتها للشركات تقديم حلول محسّنة للطاقة الشمسية + التخزين التي تزيد من إنتاج الطاقة والعمر الافتراضي وعائد الاستثمار.

إذا كانت أنظمة تخزين الطاقة لديك لا توفر سوى 60-651 تيرابايت 3 تيرابايت قابلة للاستخدام، فقد يكون الوقت قد حان للترقية أو إعادة التصميم. أما بالنسبة للمشاريع الجديدة، فإن دمج أفضل التقنيات ومبادئ التصميم منذ البداية سيعود عليك بالفائدة على المدى الطويل.

هل تريد زيادة الطاقة القابلة للاستخدام من نظام التخزين الشمسي الخاص بك؟ اتصل بفريق سانبال التقني اليوم لبناء حل أكثر ذكاءً وفعالية مصمم خصيصاً لتحقيق أهدافك في مجال الطاقة.