كيف تعمل البطارية الشمسية؟|شرح تخزين الطاقة

يمكن أن تكون البطارية الشمسية إضافة مهمة لنظام الطاقة الشمسية الخاص بك.فهو يساعدك على تخزين الكهرباء الزائدة التي يمكنك استخدامها عندما لا تولد الألواح الشمسية طاقة كافية، ويمنحك المزيد من الخيارات لكيفية تزويد منزلك بالطاقة.

إذا كنت تبحث عن إجابة لسؤال "كيف تعمل البطاريات الشمسية؟"، فإن هذا المقال سوف يشرح ما هي البطارية الشمسية، وعلم البطاريات الشمسية، وكيف تعمل البطاريات الشمسية مع نظام الطاقة الشمسية، والفوائد الشاملة لاستخدام الطاقة الشمسية تخزين البطارية.

ما هي البطارية الشمسية؟

لنبدأ بإجابة بسيطة على السؤال "ما هي البطارية الشمسية؟":

البطارية الشمسية هي جهاز يمكنك إضافته إلى نظام الطاقة الشمسية الخاص بك لتخزين الكهرباء الزائدة التي تولدها الألواح الشمسية.

يمكنك بعد ذلك استخدام تلك الطاقة المخزنة لتشغيل منزلك في الأوقات التي لا تولد فيها الألواح الشمسية ما يكفي من الكهرباء، بما في ذلك الليالي والأيام الغائمة وأثناء انقطاع التيار الكهربائي.

الهدف من البطارية الشمسية هو مساعدتك على استخدام المزيد من الطاقة الشمسية التي تنتجها.إذا لم يكن لديك بطارية تخزين، فإن أي كهرباء فائضة من الطاقة الشمسية تذهب إلى الشبكة، مما يعني أنك تولد الطاقة وتوفرها لأشخاص آخرين دون الاستفادة الكاملة من الكهرباء التي تولدها الألواح الخاصة بك أولاً.

لمزيد من المعلومات، تحقق من موقعنادليل البطارية الشمسية: الفوائد والميزات والتكلفة

علم البطاريات الشمسية

تعد بطاريات الليثيوم أيون الشكل الأكثر شيوعًا للبطاريات الشمسية المتوفرة حاليًا في السوق.وهذه هي نفس التقنية المستخدمة للهواتف الذكية والبطاريات الأخرى ذات التقنية العالية.

تعمل بطاريات الليثيوم أيون من خلال تفاعل كيميائي يقوم بتخزين الطاقة الكيميائية قبل تحويلها إلى طاقة كهربائية.يحدث التفاعل عندما تطلق أيونات الليثيوم إلكترونات حرة، وتتدفق تلك الإلكترونات من القطب الموجب الشحنة السالبة إلى الكاثود المشحون إيجابيا.

يتم تشجيع هذه الحركة وتعزيزها بواسطة إلكتروليت ملح الليثيوم، وهو سائل داخل البطارية يوازن التفاعل من خلال توفير الأيونات الموجبة اللازمة.هذا التدفق للإلكترونات الحرة يخلق التيار اللازم للناس لاستخدام الكهرباء.

عند سحب الكهرباء من البطارية، تتدفق أيونات الليثيوم عائدة عبر الإلكتروليت إلى القطب الموجب.وفي الوقت نفسه، تنتقل الإلكترونات من القطب السالب إلى القطب الموجب عبر الدائرة الخارجية، مما يؤدي إلى تشغيل الجهاز المتصل.

تجمع بطاريات تخزين الطاقة الشمسية المنزلية بين خلايا البطاريات الأيونية المتعددة والإلكترونيات المتطورة التي تنظم أداء وسلامة نظام البطاريات الشمسية بأكمله.وبالتالي، تعمل البطاريات الشمسية كبطاريات قابلة لإعادة الشحن تستخدم طاقة الشمس كمدخل أولي لبدء العملية بأكملها لإنشاء تيار كهربائي.

مقارنة تقنيات تخزين البطارية

عندما يتعلق الأمر بأنواع البطاريات الشمسية، هناك خياران شائعان: ليثيوم أيون وحمض الرصاص.تفضل شركات الألواح الشمسية بطاريات الليثيوم أيون لأنها تستطيع تخزين المزيد من الطاقة، والاحتفاظ بهذه الطاقة لفترة أطول من البطاريات الأخرى، ولها عمق تفريغ أعلى.

يُعرف أيضًا باسم DoD، عمق التفريغ هو النسبة المئوية التي يمكن استخدام البطارية بها، فيما يتعلق بسعتها الإجمالية.على سبيل المثال، إذا كانت البطارية تحتوي على DoD بنسبة 95%، فيمكنها استخدام ما يصل إلى 95% من سعة البطارية بأمان قبل الحاجة إلى إعادة شحنها.

بطارية ليثيوم أيون

كما ذكرنا سابقًا، تفضل الشركات المصنعة للبطاريات تقنية بطاريات الليثيوم أيون نظرًا لارتفاع مستوى DoD، وعمرها الموثوق، وقدرتها على الاحتفاظ بمزيد من الطاقة لفترة أطول، وحجمها الأصغر حجمًا.ومع ذلك، وبسبب هذه الفوائد العديدة، تعد بطاريات الليثيوم أيون أيضًا أكثر تكلفة مقارنة ببطاريات الرصاص الحمضية.

بطارية الرصاص الحمضية

بطاريات الرصاص الحمضية (نفس التقنية المستخدمة في معظم بطاريات السيارات) موجودة منذ سنوات، وقد تم استخدامها على نطاق واسع كأنظمة تخزين الطاقة في المنزل لخيارات الطاقة خارج الشبكة.على الرغم من أنها لا تزال في السوق بأسعار مناسبة للجيب، إلا أن شعبيتها تتلاشى بسبب انخفاض وزارة الدفاع وقصر العمر الافتراضي.

التخزين المقترن بالتيار المتردد مقابل التخزين المقترن بالتيار المستمر

يشير الاقتران إلى كيفية توصيل الألواح الشمسية بنظام تخزين البطارية لديك، وتكون الخيارات إما اقتران التيار المباشر (DC) أو اقتران التيار المتردد (AC).يكمن الاختلاف الرئيسي بين الاثنين في المسار الذي تسلكه الكهرباء التي تولدها الألواح الشمسية.

تقوم الخلايا الشمسية بإنشاء كهرباء التيار المستمر، ويجب تحويل كهرباء التيار المستمر إلى كهرباء تيار متردد قبل أن يتمكن منزلك من استخدامها.ومع ذلك، يمكن للبطاريات الشمسية تخزين الكهرباء التي تعمل بالتيار المستمر فقط، لذلك هناك طرق مختلفة لتوصيل البطارية الشمسية بنظام الطاقة الشمسية الخاص بك.

التخزين المقترن بالتيار المستمر

مع اقتران التيار المستمر، تتدفق كهرباء التيار المستمر الناتجة عن الألواح الشمسية عبر وحدة التحكم في الشحن ثم مباشرة إلى البطارية الشمسية.لا يوجد تغيير حالي قبل التخزين، ولا يحدث التحويل من التيار المستمر إلى التيار المتردد إلا عندما ترسل البطارية الكهرباء إلى منزلك، أو تعود إلى الشبكة.

تعتبر بطارية التخزين المقترنة بالتيار المستمر أكثر كفاءة، لأن الكهرباء تحتاج فقط إلى التغيير من التيار المستمر إلى التيار المتردد مرة واحدة.ومع ذلك، يتطلب التخزين المقترن بالتيار المستمر عادةً تثبيتًا أكثر تعقيدًا، مما قد يؤدي إلى زيادة التكلفة الأولية وإطالة الجدول الزمني الإجمالي للتثبيت.

تخزين مقترن بالتيار المتردد

مع اقتران التيار المتردد، تمر كهرباء التيار المستمر الناتجة عن الألواح الشمسية عبر عاكس أولاً ليتم تحويلها إلى كهرباء تيار متردد للاستخدام اليومي بواسطة الأجهزة في منزلك.يمكن أيضًا إرسال تيار التيار المتردد هذا إلى عاكس منفصل ليتم تحويله مرة أخرى إلى تيار مستمر لتخزينه في البطارية الشمسية.عندما يحين وقت استخدام الطاقة المخزنة، تتدفق الكهرباء من البطارية وتعود إلى العاكس ليتم تحويلها مرة أخرى إلى كهرباء تيار متردد لمنزلك.

مع وحدة التخزين المقترنة بالتيار المتردد، يتم عكس الكهرباء ثلاث مرات منفصلة: مرة واحدة عند الانتقال من الألواح الشمسية إلى المنزل، وأخرى عند الانتقال من المنزل إلى مخزن البطارية، ومرة ​​ثالثة عند الانتقال من مخزن البطارية مرة أخرى إلى المنزل.يؤدي كل انقلاب إلى بعض الخسائر في الكفاءة، لذا فإن التخزين المقترن بالتيار المتردد أقل كفاءة قليلاً من النظام المقترن بالتيار المستمر.

على عكس التخزين المقترن بالتيار المستمر الذي يخزن الطاقة من الألواح الشمسية فقط، فإن إحدى المزايا الكبيرة للتخزين المقترن بالتيار المتردد هي أنه يمكنه تخزين الطاقة من كل من الألواح الشمسية والشبكة.وهذا يعني أنه حتى لو كانت الألواح الشمسية الخاصة بك لا تولد ما يكفي من الكهرباء لشحن البطارية بالكامل، فلا يزال بإمكانك ملء البطارية بالكهرباء من الشبكة لتزويدك بالطاقة الاحتياطية، أو للاستفادة من موازنة معدل الكهرباء.

من الأسهل أيضًا ترقية نظام الطاقة الشمسية الحالي الخاص بك باستخدام بطارية تخزين مقترنة بالتيار المتردد، لأنه يمكن إضافتها فقط فوق تصميم النظام الحالي، بدلاً من الحاجة إلى دمجه فيه.وهذا يجعل تخزين البطارية المقترنة بالتيار المتردد خيارًا أكثر شيوعًا لعمليات التثبيت التحديثية.

كيف تعمل البطاريات الشمسية مع نظام الطاقة الشمسية

تبدأ العملية برمتها باستخدام الألواح الشمسية الموجودة على السطح لتوليد الطاقة.فيما يلي تفصيل خطوة بخطوة لما يحدث مع النظام المقترن بالتيار المستمر:

1. يضرب ضوء الشمس الألواح الشمسية ويتم تحويل الطاقة إلى كهرباء DC.
2. تدخل الكهرباء إلى البطارية ويتم تخزينها ككهرباء تيار مستمر.
3. تخرج كهرباء التيار المستمر من البطارية وتدخل في العاكس ليتم تحويلها إلى كهرباء تيار متردد يمكن للمنزل استخدامها.

تختلف العملية قليلاً مع النظام المقترن بالتيار المتردد.

1. يضرب ضوء الشمس الألواح الشمسية ويتم تحويل الطاقة إلى كهرباء DC.
2. تدخل الكهرباء إلى العاكس لتتحول إلى كهرباء تيار متردد يمكن للمنزل استخدامها.
3. تتدفق الكهرباء الزائدة من خلال عاكس آخر لتتحول مرة أخرى إلى كهرباء DC والتي يمكن تخزينها لوقت لاحق.
4. إذا كان المنزل يحتاج إلى استخدام الطاقة المخزنة في البطارية، فيجب أن تتدفق تلك الكهرباء عبر العاكس مرة أخرى لتصبح كهرباء تيار متردد.

كيف تعمل البطاريات الشمسية مع العاكس الهجين

إذا كان لديك عاكس هجين، فيمكن لجهاز واحد تحويل كهرباء التيار المستمر إلى كهرباء تيار متردد ويمكنه أيضًا تحويل كهرباء التيار المتردد إلى كهرباء تيار مستمر.ونتيجة لذلك، لا تحتاج إلى محولين في نظام الطاقة الكهروضوئية الخاص بك: أحدهما لتحويل الكهرباء من الألواح الشمسية (العاكس الشمسي) والآخر لتحويل الكهرباء من البطارية الشمسية (عاكس البطارية).

يُعرف أيضًا باسم العاكس المعتمد على البطارية أو العاكس الهجين المرتبط بالشبكة، يجمع العاكس الهجين بين عاكس البطارية وعاكس الطاقة الشمسية في قطعة واحدة من المعدات.إنه يلغي الحاجة إلى وجود عاكسين منفصلين في نفس الإعداد من خلال العمل كعاكس لكل من الكهرباء من البطارية الشمسية والكهرباء من الألواح الشمسية الخاصة بك.

تزداد شعبية المحولات الهجينة لأنها تعمل مع أو بدون تخزين البطارية.يمكنك تركيب عاكس هجين في نظام الطاقة الشمسية الذي لا يحتوي على بطارية أثناء التثبيت الأولي، مما يتيح لك خيار إضافة تخزين الطاقة الشمسية في المستقبل.

فوائد تخزين البطاريات الشمسية

تعد إضافة بطارية احتياطية للألواح الشمسية طريقة رائعة لضمان حصولك على أقصى استفادة من نظام الطاقة الشمسية لديك.فيما يلي بعض الفوائد الرئيسية لنظام تخزين البطاريات الشمسية المنزلية:

يخزن توليد الكهرباء الزائد

يمكن لنظام الألواح الشمسية الخاص بك في كثير من الأحيان إنتاج طاقة أكثر مما تحتاج إليه، خاصة في الأيام المشمسة عندما لا يكون أحد في المنزل.إذا لم يكن لديك بطارية لتخزين الطاقة الشمسية، فسيتم إرسال الطاقة الإضافية إلى الشبكة.إذا شاركت في أبرنامج صافي القياس، يمكنك الحصول على رصيد مقابل هذا التوليد الإضافي، ولكن عادةً لا تكون النسبة 1:1 للكهرباء التي تولدها.

مع تخزين البطارية، تقوم الكهرباء الإضافية بشحن البطارية لاستخدامها لاحقًا، بدلاً من الذهاب إلى الشبكة.يمكنك استخدام الطاقة المخزنة خلال أوقات انخفاض التوليد، مما يقلل من اعتمادك على الشبكة للحصول على الكهرباء.

يوفر الإغاثة من انقطاع التيار الكهربائي

نظرًا لأن بطارياتك يمكنها تخزين الطاقة الزائدة الناتجة عن الألواح الشمسية، فستتوفر الكهرباء في منزلك أثناء انقطاع التيار الكهربائي وفي أوقات أخرى عندما تنقطع الشبكة.

يقلل من البصمة الكربونية الخاصة بك

مع تخزين بطاريات الألواح الشمسية، يمكنك التحول إلى اللون الأخضر من خلال تحقيق أقصى استفادة من الطاقة النظيفة التي ينتجها نظام الألواح الشمسية الخاص بك.إذا لم يتم تخزين هذه الطاقة، فسوف تعتمد على الشبكة عندما لا تولد الألواح الشمسية ما يكفي لتلبية احتياجاتك.ومع ذلك، يتم إنتاج معظم كهرباء الشبكة باستخدام الوقود الأحفوري، لذلك من المحتمل أن تعمل بالطاقة القذرة عند السحب من الشبكة.

يوفر الكهرباء حتى بعد غروب الشمس

عندما تغرب الشمس ولا تقوم الألواح الشمسية بتوليد الكهرباء، تتدخل الشبكة لتوفير الطاقة التي تشتد الحاجة إليها إذا لم يكن لديك أي مخزن للبطارية.مع البطارية الشمسية، ستستخدم المزيد من الكهرباء الشمسية الخاصة بك في الليل، مما يمنحك المزيد من الاستقلالية في الطاقة ويساعدك على إبقاء فاتورة الكهرباء منخفضة.

حل هادئ لاحتياجات الطاقة الاحتياطية

تعد بطارية الطاقة الشمسية خيارًا لتخزين الطاقة الاحتياطية بدون ضوضاء بنسبة 100%.يمكنك الاستفادة من الطاقة النظيفة التي لا تحتاج إلى صيانة، ولن تضطر إلى التعامل مع الضوضاء الصادرة عن المولد الاحتياطي الذي يعمل بالغاز.

الماخذ الرئيسية

يعد فهم كيفية عمل البطارية الشمسية أمرًا مهمًا إذا كنت تفكر في إضافة تخزين طاقة الألواح الشمسية إلى نظام الطاقة الشمسية لديك.نظرًا لأنها تعمل كبطارية كبيرة قابلة لإعادة الشحن لمنزلك، يمكنك الاستفادة من أي طاقة شمسية زائدة تنتجها الألواح الشمسية، مما يمنحك مزيدًا من التحكم في وقت وكيفية استخدام الطاقة الشمسية.

تعد بطاريات الليثيوم أيون أشهر أنواع البطاريات الشمسية، وتعمل من خلال تفاعل كيميائي يقوم بتخزين الطاقة، ومن ثم إطلاقها كطاقة كهربائية لاستخدامها في منزلك.سواء اخترت نظامًا مقترنًا بالتيار المستمر أو بالتيار المتردد أو بنظام هجين، يمكنك زيادة عائد استثمار نظام الطاقة الشمسية الخاص بك دون الاعتماد على الشبكة.