يعيد أصحاب المنازل في جميع المناطق المناخية التفكير في كيفية وصول الكهرباء إلى منافذهم. إن تقلب الأسعار، وانقطاع التيار الكهربائي لفترات طويلة أثناء العواصف، وانخفاض تكاليف توليد الكهرباء على الأسطح، دفعت الأسر نحو سؤال بسيط: هل يستطيع المنزل إنتاج وتخزين وإدارة الطاقة الخاصة به دون الاعتماد على شبكة المرافق في كل ساعة من اليوم؟ تشتمل الإجابة على نحو متزايد على عنصرين يعملان معًا وليس بشكل منفصل: الألواح الشمسية التي تحصد ضوء النهار وبنك البطاريات الذي يحتفظ به للاستخدام بعد غروب الشمس.
إن استقلالية الطاقة لا تعني الانفصال عن الشبكة بالكامل، على الرغم من أن ذلك يظل خيارًا لبعض العقارات الريفية. بالنسبة لمعظم الأسر، يعني ذلك تغيير ميزان القوى: توليد حصة ذات معنى من الاستهلاك اليومي في الموقع، وتخزين الفائض، والاعتماد على القدرة المخزنة خلال نوافذ التسعير الذروة أو انقطاع التيار الكهربائي بدلا من دفع أسعار المرافق المتميزة.
ما الذي يفعله نظام تخزين الطاقة فعليًا في إعداد المنزل؟
سكني نظام تخزين الطاقة يقع بين المجموعة الشمسية واللوحة الكهربائية المنزلية ووصلة المرافق. وتتألف وظيفتها من ثلاثة جوانب: التقاط فائض إنتاج الطاقة الشمسية الذي لا يستخدمه المنزل في الوقت الحقيقي، والاحتفاظ بهذه القدرة بأمان، وإطلاقها عند الطلب عندما تغرب الشمس، أو عندما تمر سحابة فوق رؤوسنا، أو عندما تتعطل الشبكة نفسها.
بدون التخزين، تعمل المصفوفة الشمسية على تعويض الاستهلاك خلال ساعات النهار فقط. يتم إرسال أي توليد غير مستخدم مرة أخرى إلى الشبكة للحصول على رصيد (حيث تسمح سياسة القياس الصافي بذلك) أو يتم فقدانه. تؤدي إضافة وحدة تخزين إلى تحويل هذا الفائض إلى طاقة قابلة للاستخدام في المساء والليل، وهو ما يحدث عادةً عندما يصل الطلب المنزلي إلى ذروته - حيث يتم سحب إعداد العشاء والإضاءة وأنظمة الترفيه والتحكم في المناخ بشكل أكبر بعد الساعة 5 مساءً في معظم ملفات تعريف الأحمال السكنية.
مكون النظام
الوظيفة الأساسية
نافذة التشغيل النموذجية
المصفوفة الشمسية
يحول ضوء الشمس إلى كهرباء DC
ساعات النهار فقط
العاكس/جهاز التحكم بالشحن
يحول وينظم تدفق الطاقة
مستمر أثناء دورات التحميل أو الشحن النشطة
بنك البطاريات
يخزن الطاقة الفائضة لاستخدامها لاحقا
يتم الشحن نهارًا، ويتم تفريغه في المساء/الليل أو أثناء انقطاع التيار الكهربائي
مراقب إدارة الطاقة
يقرر متى يتم الشحن أو التفريغ أو السحب من الشبكة
مستمر، آلي
لماذا تهيمن بطاريات الليثيوم أيون على التخزين السكني؟
يحدد اختيار كيمياء البطارية كيفية أداء نظام التخزين طوال فترة خدمته. بطاريات ليثيوم أيون ، وعلى وجه التحديد متغير LiFePO4 (فوسفات الحديد الليثيوم) المستخدم في معظم الرفوف السكنية الحديثة، أصبح التوصية الافتراضية للتركيبات المنزلية لمجموعة من الأسباب العملية بدلاً من تفضيل التسويق.
تحمل التفريغ العميق - يمكن تدوير معظم عبوات LiFePO4 إلى عمق تفريغ يتراوح من 80 إلى 90 بالمائة بشكل متكرر دون تدهور متسارع.
الاستقرار الحراري - هيكل كاثود فوسفات الحديد أكثر مقاومة للهروب الحراري من كيميائيات الليثيوم والكوبالت القديمة.
دورة الحياة - يتم تصنيف رفوف أيونات الليثيوم السكنية النموذجية من 4000 إلى 6000 دورة كاملة عند عمق التفريغ المقدر، مما يترجم إلى أكثر من عقد من الاستخدام اليومي.
مساحة صغيرة - كثافة طاقة أعلى لكل وحدة حجم تعني أن الوحدة المثبتة على الحائط أو القائمة على حامل يمكن أن تحتوي على سعة كبيرة دون استهلاك مساحة المرآب.
الحد الأدنى من الصيانة - تعمل أنظمة إدارة البطاريات المختومة والمراقبة ذاتيًا على إزالة إجراءات الري والمساواة التي كانت تتطلبها بنوك الرصاص الحمضية القديمة.
يجب على الأسر التي تقارن الكيمياء أيضًا أن تزن بطاريات الرف LiFePO4 مقابل بنوك الرصاص الحمضية أو أكسيد الكوبالت الليثيوم القديمة على أساس التكلفة الإجمالية للملكية بدلاً من السعر الملصق وحده. غالبًا ما يكلف استبدال بنك الرصاص الحمضي كل ثلاث إلى خمس سنوات أكثر من خمسة عشر عامًا مقارنة بتركيب واحد من الليثيوم أيون.
مقارنة كيمياء التخزين للاستخدام المنزلي
يلخص الجدول أدناه كيف تختلف الكيمياء الثلاثة الأكثر شيوعًا التي تمت مناقشتها للتخزين السكني عبر العوامل التي تهم مالك المنزل الذي يخطط للنظام.
عامل
LiFePO4 (ليثيوم أيون)
حمض الرصاص (المغمور / AGM)
NMC (ليثيوم أيون)
دورة الحياة النموذجية
4000 إلى 6000 دورة
500 إلى 1200 دورة
2000 إلى 3000 دورة
عمق التفريغ القابل للاستخدام
80 إلى 90 بالمائة
40 إلى 50 بالمائة
80 إلى 90 بالمائة
ملف المخاطر الحرارية
منخفض
منخفض, but off-gassing risk
معتدل
احتياجات الصيانة
الحد الأدنى
منتظم للأنواع التي غمرتها المياه
الحد الأدنى
البصمة لكل كيلوواط ساعة
مدمج
كبير
مدمج
توفر كيمياء NMC كثافة طاقة أعلى قليلاً من LiFePO4، لكن المفاضلة في الهامش الحراري وطول عمر الدورة هي السبب وراء توحيد معظم أنظمة الرفوف السكنية المبنية اليوم على خلايا فوسفات الحديد بدلاً من ذلك.
كيف تعمل الألواح الشمسية وتخزين البطاريات معًا خلال يوم واحد
تصبح قيمة الاقتران بين التوليد والتخزين واضحة عند تعيينها مقابل منحنى الحمل اليومي الفعلي. يتتبع الرسم البياني أدناه دورة سكنية نموذجية من شروق الشمس إلى شروق الشمس التالي، موضحًا مكان شحن البطارية، ومكان احتجازها، ومكان تفريغها لتغطية المنزل.
الصباح: تبدأ المصفوفة في الإنتاج مع ارتفاع الإشعاع؛ يغطي الإنتاج المبكر الأحمال الأساسية أولاً.
منتصف النهار: يتجاوز توليد الطاقة عادة الطلب الأسري؛ المسارات الفائضة إلى بنك البطارية حتى تصل إلى حالة الشحن الكاملة.
بعد الظهر وحتى المساء: مع تناقص إنتاج الطاقة الشمسية، يستمد المنزل من السعة المخزنة بدلاً من الشبكة.
طوال الليل: تستمر البطارية في توفير الأحمال الأساسية حتى تصل حالة الشحن إلى الحد الأدنى المحدد مسبقًا، وعند هذه النقطة يمكن للنظام الرجوع إلى طاقة الشبكة إذا تم تكوينه بهذه الطريقة.
تحديد حجم النظام لتحقيق استقلالية الطاقة المنزلية بشكل واقعي
إن التضخيم يهدر رأس المال؛ يؤدي الحجم الصغير إلى ترك فجوات أثناء الامتدادات الغائمة أو الانقطاعات. وينبغي أن يبدأ تحديد الحجم من بيانات الاستهلاك الفعلي بدلاً من الافتراضات، التي يتم استخلاصها بشكل مثالي من اثني عشر شهراً من فواتير المرافق لالتقاط التقلبات الموسمية في التدفئة والتبريد وساعات النهار.
ملف تعريف الأسرة
متوسط الاستخدام اليومي
نطاق التخزين المقترح
حجم الصفيف المقترح
أجهزة منزلية صغيرة وفعالة
10 إلى 15 كيلووات ساعة
10 إلى 13 كيلو واط ساعة
4 إلى 6 كيلو واط
منزل عائلي متوسط
20 إلى 30 كيلو واط ساعة
13 إلى 20 كيلوواط ساعة
6 إلى 9 كيلو واط
كبيرr home with EV charging
35 إلى 50 كيلو واط ساعة
20 إلى 30 كيلو واط ساعة
9 إلى 13 كيلو واط
الهدف المشترك للاستقلالية الجزئية هو تحديد حجم التخزين لتغطية نافذة التحميل المسائية والليلية - عادةً من ست إلى عشر ساعات - مع تغيير حجم المصفوفة لإعادة شحن تلك السعة بالكامل بالإضافة إلى الاستهلاك أثناء النهار في يوم شمسي متوسط للمنطقة المناخية المحلية.
النسخ الاحتياطي المرتبط بالشبكة مقابل التكوينات الكاملة خارج الشبكة
لا تحتاج كل أسرة أو ترغب في ترك شبكة المرافق بالكامل. يهيمن تكوينان على التخطيط السكني، ويعتمد الاختيار الصحيح على تكرار الانقطاع، وقواعد القياس الصافي المحلية، والميزانية.
مربوط بالشبكة مع بطارية احتياطية
يظل المصفوفة والبطارية متصلين بالأداة المساعدة. يقوم النظام بالسحب من وحدة التخزين أولاً، ثم الشبكة، ويمكنه عزل المنزل تلقائيًا أثناء انقطاع المرافق. هذا هو التكوين السكني الأكثر شيوعًا لأنه يوازن بين التكلفة والمرونة.
حلول تخزين الطاقة خارج الشبكة
يتم فصل المنزل تمامًا عن المرافق، ويعتمد على المصفوفة وبنك البطارية بنسبة مائة بالمائة من الاستهلاك، وغالبًا ما يتم استكماله بمولد احتياطي لفترات طويلة من انخفاض الشمس. يتطلب هذا المسار سعة تخزين أكبر وإدارة أكثر تحفظًا للأحمال ولكنه يلغي رسوم المرافق الشهرية تمامًا.
عادةً ما تستعيد أجهزة النسخ الاحتياطي للبطاريات الشمسية السكنية التي تظل مرتبطة بالشبكة استثماراتها بشكل أسرع لأنها تتجنب هوامش التوليد والتخزين الضخمة التي تتطلبها الأنظمة النقية خارج الشبكة للبقاء على قيد الحياة خلال أحداث انخفاض الشمس لعدة أيام.
الحفاظ على موثوقية النظام المدمج طوال عمره الافتراضي
لا يزال النظام المحدد جيدًا يحتاج إلى عناية دورية للوصول إلى عمر الخدمة المقدر له. تغطي قائمة التحقق التالية العناصر التي تؤثر بشكل مباشر على الأداء على المدى الطويل.
تأكد من بقاء البرنامج الثابت لنظام إدارة البطارية محدثًا، نظرًا لأن التحديثات غالبًا ما تعمل على تحسين كفاءة خوارزمية الشحن.
افحص أسطح الألواح بشكل موسمي بحثًا عن الحطام أو تراكم الغبار أو التظليل الناتج عن نمو الأشجار الجديدة.
تأكد من أن فتحات التبريد العاكسة تبقى دون عائق، خاصة في غرف المرافق المغلقة.
قم بمراجعة سجلات حالة الشحن التاريخية سنويًا للتعرف على التلاشي التدريجي للسعة قبل أن يؤثر ذلك على مدة النسخ الاحتياطي.
اختبر وظيفة الجزر التلقائية مرة واحدة على الأقل سنويًا بدلاً من انتظار انقطاع الخدمة الفعلي لمعرفة ما إذا كانت تعمل أم لا.
الأسئلة المتداولة
س 1: ما هي المدة التي يمكن لبنك البطارية المنزلية فيها تشغيل المنزل أثناء انقطاع التيار الكهربائي؟
تعتمد المدة بشكل كامل على السعة المخزنة مقابل الحمل النشط. يمكن لبنك سكني متوسط الحجم يغطي الدوائر الأساسية فقط، مثل التبريد والإضاءة ومعدات الشبكات، أن يعمل في كثير من الأحيان من يوم إلى ثلاثة أيام. سيؤدي تشغيل منزل بأكمله بما في ذلك أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) إلى استنزاف نفس البنك في غضون ساعات.
س2: هل ما زالت الألواح الشمسية تولد الطاقة بدون تركيب بطارية؟
نعم. يمكن أن تعمل اللوحات على عاكس مرتبط بالشبكة وحده، مما يؤدي إلى تصدير الفائض إلى المرافق للحصول على الائتمان. تعتبر البطارية بمثابة إضافة تلتقط هذا الفائض محليًا بدلاً من إرساله للخارج، وهو ما يصبح ذا قيمة عندما يتكرر انقطاع الخدمة أو تكون أرصدة التصدير محدودة.
س3: ما هي مساحة السطح المطلوبة لتعويض استخدام المنزل للكهرباء بشكل مفيد؟
ويختلف هذا حسب كفاءة اللوحة والإشعاع المحلي، ولكن كمرجع عام، فإن تغطية 60 إلى 80 بالمائة من متوسط استهلاك الأسرة تتطلب عادة ما بين 300 إلى 500 قدم مربع من مساحة السطح القابلة للاستخدام وغير المظللة.
س 4: هل يمكن تحديث تركيب الطاقة الشمسية الموجود باستخدام بطارية تخزين لاحقًا؟
في معظم الحالات، نعم، بشرط أن يكون العاكس الحالي متوافقًا مع تكامل البطارية أو يتم إضافة عاكس متوافق جاهز للبطارية بجانبه. يجب أن يقوم المثبت المؤهل بتقييم نوع عاكس النظام الحالي قبل تحديد وحدة تخزين متوافقة.
س5: ما هو العمر الافتراضي لبنك بطاريات الليثيوم أيون السكنية؟
يتم عادةً تصنيف الأنظمة المعتمدة على LiFePO4 لمدة تتراوح بين عشرة إلى خمسة عشر عامًا من التدوير اليومي قبل أن تتلاشى السعة إلى ما دون الحد الأدنى المفيد، على الرغم من أن العمر الفعلي يعتمد بشكل كبير على عمق عادات التفريغ ودرجة حرارة التشغيل المحيطة.
س6: هل الاستقلال الكامل خارج الشبكة أمر واقعي بالنسبة لمعظم المنازل؟
إنه أمر قابل للتحقيق ولكنه يتطلب سعة تخزين وتوليد أكبر بكثير من نظام النسخ الاحتياطي المرتبط بالشبكة، إلى جانب إدارة متحفظة للأحمال خلال فترات انخفاض الشمس الممتدة. تجد معظم الأسر أن تكوين النسخ الاحتياطي المرتبط بالشبكة يوفر مرونة مماثلة يومًا بعد يوم بتكلفة أولية أقل.
English
Français
Español
عربى
Український
