أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية ومولد تخزين الطاقة

سيكون عام 2021 عاماً سيئاً للعديد من البلدان والمناطق، ولكنه سيكون عاماً أفضل حالاً بالنسبة لـ توليد الطاقة الشمسية و تخزين الطاقة   في هذا القطاع، هناك طلب كبير من المستخدمين على المنتجات والخدمات.

ببساطة، تخزين الطاقة هو تخزين الطاقة وتوفير الطاقة الزائدة عند عدم الحاجة إليها، لتجنب هدرها. هذا هو التعريف الأساسي لتخزين الطاقة، ولكن ما العلاقة بين تخزين الطاقة والخلايا الكهروضوئية؟ هل تحتاج الخلايا الكهروضوئية إلى تخزين الطاقة؟

لعقود طويلة، كان تخزين الطاقة جزءًا لا يتجزأ من توليد ونقل وتوزيع واستخدام الكهرباء. واليوم، مع تزايد إمدادات مصادر الطاقة المتجددة باستمرار، يشهد قطاع الطاقة تحولات جذرية. فالطاقة المتجددة هي مستقبل الطاقة، مما يجعل توفير الكهرباء عند الطلب في أي وقت وأي مكان تحديًا أكبر.

توفر أنظمة تخزين الطاقة وفورات في التكاليف لشركات المرافق والمستهلكين من خلال توفير مجموعة من الوسائل التكنولوجية لإدارة العرض والطلب وإنشاء بنية تحتية أكثر مرونة للطاقة.

يتكون نظام تخزين الطاقة من جزأين رئيسيين. يقوم نظام تحويل الطاقة بتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر والعكس، حيث تُضخ الطاقة الكهربائية إلى البطارية لشحنها، أو تُحوّل الطاقة المخزنة في البطارية إلى تيار متردد وتُعاد إلى الشبكة. يعتمد الحل الأمثل لمحطة الطاقة على الجهد الكهربائي وظروف تدفق الطاقة المتاحة.

بحسب الأنواع المختلفة، يتكون النظام بشكل عام من مصفوفة الخلايا الكهروضوئية، ووحدة التحكم الشمسية والعاكس (العاكس المتصل بالشبكة وعاكس تخزين الطاقة)، ​​وحزمة البطاريات وجهاز إدارة البطاريات (BMS)، ونظام مراقبة وإدارة الطاقة (EMS) والحمل، وما إلى ذلك.

يمكن استخدام وحدة التحكم الشمسية، المتصلة بالألواح الشمسية والبطاريات، بشكل مستقل لتزويد الحمل الكهربائي المستمر بالطاقة؛ كما يمكن استخدامها مع العاكس، أو مع وحدة التحكم والعاكس المدمجة لزيادة مرونة النظام. تحتوي وحدة التحكم حاليًا على نظامين: تعديل عرض النبضة (PWM) وتتبع نقطة القدرة القصوى (MPPT)، ويُستخدم كل منهما في ظروف مختلفة.

يربط العاكس خارج الشبكة البطارية بالحمل. وتتمثل وظيفته الرئيسية في تحويل طاقة التيار المستمر من البطارية إلى طاقة تيار متردد. في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية خارج الشبكة، يُستخدم عادةً مع وحدة تحكم. حاليًا، تُصنع معظم أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الصغيرة والمتوسطة الحجم كوحدة تحكم متكاملة، تجمع بين وحدة التحكم الكهروضوئية والعاكس في جهاز واحد، مما يُسهّل عملية التركيب. توجد حاليًا ثلاثة أنواع من العواكس خارج الشبكة: عاكس الموجة المعدلة، وعاكس الموجة الجيبية عالية التردد، وعاكس الموجة الجيبية بتردد الطاقة، وهي مناسبة لتطبيقات مختلفة.

يربط عاكس تخزين الطاقة البطارية بشبكة الكهرباء (أو الحمل). تتشابه الدائرة الكهربائية فيه مع عاكس الطاقة المستقل، حيث يحول التيار المستمر من البطارية إلى تيار متردد. إلا أن عاكس تخزين الطاقة يتميز بقدرة أكبر، إذ يسمح بتدفق الطاقة في كلا الاتجاهين، مما يتيح تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد، والذي يمكن إرساله إلى شبكة الكهرباء. عند استخدام حمل تيار متردد، يقوم العاكس بتقويم التيار المتردد إلى تيار مستمر، مما يسمح بشحن البطارية عبر الشبكة. ولذلك يُطلق على عاكس تخزين الطاقة أيضًا اسم نظام تحويل الطاقة ثنائي الاتجاه (PCS).

بالمقارنة مع أنظمة توليد الطاقة التقليدية المتصلة بالشبكة، ارتفعت تكلفة أنظمة تخزين الطاقة المنزلية وأصبحت عملية تركيبها أكثر تعقيدًا، إلا أن نطاق استخدامها أوسع ووظائفها أكثر فعالية. ومع استمرار انخفاض تكلفة أنظمة تخزين الطاقة، بات من المجدي اقتصاديًا استبدال تقنيات توليد الطاقة التقليدية بأنظمة تخزين الطاقة الشمسية. ومن المتوقع أن يشهد مجال تخزين الطاقة المنزلية في المستقبل القريب حقبة جديدة من المنافسة.