حتى في عام 2022، سيظل تخزين الطاقة الكهروضوئية الموضوع الأكثر سخونة، كما أن النسخ الاحتياطي للبطاريات السكنية هو أسرع قطاعات الطاقة الشمسية نمواً، مما يخلق أسواقاً جديدة وفرصاً لتوسيع نطاق تحديث الطاقة الشمسية للمنازل والشركات الكبيرة والصغيرة في جميع أنحاء العالم.بطارية احتياطية سكنيةيُعدّ تخزين الطاقة الشمسية أمرًا بالغ الأهمية لأي منزل يعمل بالطاقة الشمسية، خاصةً في حالات العواصف أو حالات الطوارئ الأخرى. فبدلًا من تصدير فائض الطاقة الشمسية إلى الشبكة، ماذا عن تخزينها في بطاريات لحالات الطوارئ؟ ولكن كيف يُمكن أن تكون الطاقة الشمسية المُخزّنة مُربحة؟ سنُطلعك على تكلفة وربحية نظام تخزين الطاقة الشمسية المنزلي، ونُحدد النقاط الرئيسية التي يجب مراعاتها عند شراء نظام التخزين المُناسب. ما هو نظام تخزين البطارية السكنية؟ كيف يعمل؟ يُعدّ نظام تخزين الطاقة الشمسية الكهروضوئية المنزلي إضافةً قيّمةً للنظام الكهروضوئي للاستفادة من مزايا النظام الشمسي، وسيلعب دورًا متزايد الأهمية في تسريع استبدال الوقود الأحفوري بالطاقة المتجددة. تخزّن بطارية الطاقة الشمسية المنزلية الكهرباء المُولّدة من الطاقة الشمسية وتُرسلها إلى المُشغّل في الوقت المطلوب. تُعد طاقة البطارية الاحتياطية بديلاً صديقًا للبيئة وفعّالًا من حيث التكلفة لمولدات الغاز. أولئك الذين يستخدمون أنظمة الطاقة الكهروضوئية لإنتاج الكهرباء بأنفسهم سيصلون سريعًا إلى حدودها القصوى. عند الظهيرة، يُوفر النظام كمية وفيرة من الطاقة الشمسية، وعندها فقط لا يكون هناك أحد في المنزل يستخدمها. أما في المساء، فتُطلب كمية وفيرة من الكهرباء، ولكن بعد ذلك تغيب الشمس. ولتعويض هذا النقص في الإمداد، يُشترى الكهرباء، وهو أغلى بكثير، من مُشغّل الشبكة. 
في هذه الحالة، يُعدّ وجود بطارية احتياطية للمنزل أمرًا شبه حتمي. هذا يعني أن الكهرباء غير المستخدمة خلال النهار متاحة في المساء والليل. وبالتالي، تتوفر الكهرباء المولدة ذاتيًا على مدار الساعة وبغض النظر عن حالة الطقس. وبهذه الطريقة، يرتفع استخدام الطاقة الشمسية المُنتجة ذاتيًا إلى 80%. وترتفع نسبة الاكتفاء الذاتي، أي نسبة استهلاك الكهرباء التي يغطيها النظام الشمسي، إلى 60%. بطارية احتياطية منزلية أصغر بكثير من الثلاجة، ويمكن تركيبها على جدار غرفة المرافق. تتميز أنظمة التخزين الحديثة بذكاء فائق، حيث يمكنها استخدام توقعات الطقس وخوارزميات التعلم الذاتي لضبط استهلاك المنزل إلى أقصى حد. لم يكن تحقيق استقلال الطاقة أسهل من أي وقت مضى، حتى مع بقاء المنزل متصلاً بالشبكة الكهربائية. هل نظام تخزين الطاقة المنزلي بالبطاريات مُجدٍ؟ ما هي العوامل التي تعتمد عليه؟ يُعد تخزين البطاريات المنزلية ضروريًا لضمان استمرار تشغيل المنازل التي تعمل بالطاقة الشمسية خلال انقطاعات الشبكة، كما أنه يعمل ليلًا. كما تُحسّن البطاريات الشمسية من كفاءة النظام من خلال توفير الطاقة الكهربائية الشمسية، التي كانت ستُعاد إلى الشبكة لولا ذلك، لإعادة توزيعها في أوقات ارتفاع تكلفة الطاقة. يحمي تخزين البطاريات المنزلية مالك الطاقة الشمسية من انقطاعات الشبكة، ويحمي كفاءة النظام من التغيرات في أنظمة تسعير الطاقة. إن كان الأمر يستحق الاستثمار أم لا يعتمد على عدة عوامل: مستوى تكاليف الاستثمار. كلما انخفضت التكلفة لكل كيلوواط/ساعة من القدرة، كلما تمكن نظام التخزين من سداد تكاليفه في وقت أقرب. عمربطارية الطاقة الشمسية المنزلية من المعتاد في هذا المجال أن يقدم المصنع ضمانًا لمدة عشر سنوات. ومع ذلك، يُفترض أن يكون عمر الخدمة أطول. تعمل معظم بطاريات الطاقة الشمسية المنزلية المزودة بتقنية أيونات الليثيوم بكفاءة لمدة لا تقل عن عشرين عامًا. حصة الكهرباء المستهلكة ذاتيًا كلما زاد تخزين الطاقة الشمسية من الاستهلاك الذاتي، زادت احتمالية أن يكون الأمر يستحق العناء. تكاليف الكهرباء عند شرائها من الشبكة عندما ترتفع أسعار الكهرباء، يوفر مالكو الأنظمة الكهروضوئية المال باستهلاك الكهرباء المولدة ذاتيًا. ومن المتوقع أن تستمر أسعار الكهرباء في الارتفاع خلال السنوات القليلة القادمة، لذا يعتبر الكثيرون بطاريات الطاقة الشمسية استثمارًا حكيمًا. التعريفات المتصلة بالشبكة كلما انخفضت تكلفة الكيلوواط/ساعة التي يحصل عليها مالكو أنظمة الطاقة الشمسية، زادت تكلفة تخزين الكهرباء بدلاً من إمدادها بالشبكة. على مدار العشرين عامًا الماضية، انخفضت تعريفات الكهرباء المتصلة بالشبكة بشكل مطرد، وسيستمر هذا الانخفاض. ما هي أنواع أنظمة تخزين طاقة البطاريات المنزلية المتوفرة؟? توفر أنظمة بطاريات المنازل الاحتياطية مزايا عديدة، منها المرونة، وتوفير التكاليف، وإنتاج الكهرباء اللامركزي (المعروف أيضًا باسم "أنظمة الطاقة المنزلية الموزعة"). فما هي فئات بطاريات الطاقة الشمسية المنزلية؟ وكيف نختار؟ التصنيف الوظيفي حسب وظيفة النسخ الاحتياطي: 1. مصدر طاقة UPS المنزلي هذه خدمة صناعية لتوفير الطاقة الاحتياطية التي تحتاجها المستشفيات، وغرف البيانات، والجهات الحكومية، والعسكرية عادةً للتشغيل المستمر لأجهزتها الأساسية والحساسة. مع مصدر طاقة UPS منزلي، قد لا تومض أضواء منزلك حتى في حال انقطاع التيار الكهربائي. معظم المنازل لا تحتاج، ولا تنوي، دفع ثمن هذه الدرجة من الموثوقية - إلا إذا كانت تُشغّل معدات طبية أساسية في منزلك. 2. مصدر طاقة "قابل للانقطاع" (نسخة احتياطية للمنزل بالكامل). الخطوة التالية بعد نظام UPS هي ما نسميه "مزود الطاقة المنقطع" (IPS). يُمكّن نظام IPS منزلك بالكامل من العمل بالطاقة الشمسية والبطاريات في حال انقطاع التيار الكهربائي، ولكنك ستواجه فترة قصيرة (بضع ثوانٍ) يتحول فيها كل شيء في منزلك إلى اللون الأسود أو الرمادي عند دخول نظام الطاقة الاحتياطية إلى الأجهزة. قد تحتاج إلى إعادة ضبط ساعاتك الإلكترونية الوامضة، ولكن بخلاف ذلك، ستتمكن من استخدام جميع أجهزتك المنزلية كالمعتاد طالما استمرت البطاريات. 3. إمدادات الطاقة في حالات الطوارئ (النسخ الاحتياطي الجزئي). تعمل بعض وظائف الطاقة الاحتياطية عن طريق تفعيل دائرة طوارئ عند اكتشاف انخفاض في جهد الشبكة. يسمح هذا لأجهزة الطاقة المنزلية المتصلة بهذه الدائرة - عادةً الثلاجات والمصابيح وبعض منافذ الطاقة المخصصة - بمواصلة تشغيل البطاريات و/أو الألواح الكهروضوئية طوال فترة انقطاع التيار. يُعد هذا النوع من الطاقة الاحتياطية من أكثر الخيارات شيوعًا واقتصادية واقتصادية للمنازل حول العالم، حيث إن تشغيل منزل كامل على مجموعة بطاريات سيؤدي إلى استنزافها بسرعة. 4. نظام الطاقة الشمسية والتخزين المستقل جزئيًا عن الشبكة. خيار أخير قد يكون جذابًا هو "نظام الطاقة المستقل جزئيًا عن الشبكة". يقوم هذا النظام على تخصيص مساحة مخصصة للمنزل مستقلة عن الشبكة، تعمل باستمرار بنظام طاقة شمسية وبطاريات كبير بما يكفي لتشغيلها دون الحاجة إلى سحب الكهرباء من الشبكة. بهذه الطريقة، تبقى قطع الأراضي المنزلية الضرورية (الثلاجات، والإضاءة، وغيرها) قيد التشغيل حتى في حال انقطاع التيار الكهربائي عن الشبكة، دون أي انقطاع. بالإضافة إلى ذلك، بما أن الطاقة الشمسية والبطاريات مصممة للعمل بشكل مستقل دون الحاجة إلى الشبكة، فلن تكون هناك حاجة لتخصيص استهلاك الطاقة إلا إذا تم توصيل أجهزة إضافية بدائرة الطاقة المستقلة عن الشبكة. التصنيف من تكنولوجيا كيمياء البطاريات: بطاريات الرصاص الحمضية كبطارية احتياطية للمنزل 
بطاريات الرصاص الحمضيةتُعد البطاريات القابلة لإعادة الشحن أقدم البطاريات القابلة لإعادة الشحن وأقلها تكلفةً في السوق لتخزين الطاقة. ظهرت في بداية القرن الماضي، وتحديدًا في القرن العشرين، ولا تزال حتى يومنا هذا البطاريات المفضلة في العديد من التطبيقات نظرًا لمتانتها وانخفاض تكلفتها. من عيوبها الرئيسية انخفاض كثافة الطاقة (ثقيلة وكبيرة الحجم) وقصر عمرها الافتراضي، وعدم قبولها لعدد كبير من دورات التحميل والتفريغ، وتتطلب بطاريات الرصاص الحمضية صيانة منتظمة لموازنة الكيمياء في البطارية، لذا فإن خصائصها تجعلها غير مناسبة للتفريغ بتردد متوسط إلى عالي أو التطبيقات التي تدوم 10 سنوات أو أكثر. كما أن لها عيبًا يتمثل في انخفاض عمق التفريغ، والذي يقتصر عادةً على 80% في الحالات القصوى أو 20% في التشغيل العادي، مما يُطيل عمرها. يؤدي التفريغ الزائد إلى تدهور أقطاب البطارية، مما يُقلل من قدرتها على تخزين الطاقة ويُقلل من عمرها الافتراضي. تتطلب بطاريات الرصاص الحمضية صيانة مستمرة لحالة شحنها ويجب تخزينها دائمًا في أقصى حالة شحن لها من خلال تقنية التعويم (الحفاظ على الشحن بتيار كهربائي صغير يكفي لإلغاء تأثير التفريغ الذاتي). تتوفر هذه البطاريات بأنواع متعددة. أكثرها شيوعًا هي البطاريات المهواة التي تستخدم إلكتروليتًا سائلًا، وبطاريات الجل المُنظَّمة بالصمامات (VRLA)، والبطاريات المُدمج فيها إلكتروليت في حصيرة من الألياف الزجاجية (المعروفة باسم AGM - حصيرة زجاجية ماصة)، والتي تتميز بأداء متوسط وتكلفة أقل مقارنةً ببطاريات الجل. البطاريات المُنظَّمة بالصمامات مُحكمة الإغلاق، مما يمنع تسرب وجفاف الإلكتروليت. يعمل الصمام على إطلاق الغازات في حالات الشحن الزائد. بعض بطاريات الرصاص الحمضية مُصممة للتطبيقات الصناعية الثابتة، وتتحمل دورات تفريغ أطول. هناك أيضًا نسخة أحدث، وهي بطارية الرصاص والكربون. تُوفر المواد الكربونية المُضافة إلى الأقطاب الكهربائية تيارات شحن وتفريغ أعلى، وكثافة طاقة أعلى، وعمرًا أطول. من مزايا بطاريات الرصاص الحمضية (بجميع أنواعها) أنها لا تحتاج إلى نظام إدارة شحن متطور (كما هو الحال في بطاريات الليثيوم، والتي سنتناولها لاحقًا). بطاريات الرصاص أقل عرضة للاشتعال والانفجار عند الشحن الزائد، لأن إلكتروليتها غير قابل للاشتعال مثل إلكتروليت بطاريات الليثيوم. كذلك، لا يُشكل الشحن الزائد البسيط خطرًا في هذه الأنواع من البطاريات. حتى أن بعض وحدات التحكم بالشحن مزودة بوظيفة معادلة تُشحن البطارية أو مجموعة البطاريات بشكل زائد قليلًا، مما يُؤدي إلى وصول جميع البطاريات إلى حالة الشحن الكامل. خلال عملية المعادلة، يرتفع جهد البطاريات التي تُشحن بالكامل قبل غيرها قليلاً، دون أي خطر، بينما يتدفق التيار بشكل طبيعي عبر التوصيل التسلسلي للعناصر. بهذه الطريقة، يُمكن القول إن بطاريات الرصاص قادرة على المعادلة بشكل طبيعي، وأن أي اختلال طفيف بين بطاريات البطارية أو بين بطاريات المجموعة لا يُشكل أي خطر. أداء:كفاءة بطاريات الرصاص الحمضية أقل بكثير من كفاءة بطاريات الليثيوم. وبينما تعتمد الكفاءة على معدل الشحن، يُفترض عادةً أن تكون كفاءة الشحن ذهابًا وإيابًا 85%. سعة التخزين:تأتي بطاريات الرصاص الحمضية في مجموعة من الفولتية والأحجام، لكن وزنها يزيد بمقدار 2-3 مرات لكل كيلوواط/ساعة عن بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم، اعتمادًا على جودة البطارية. تكلفة البطارية:بطاريات الرصاص الحمضية أقل تكلفةً بنسبة 75% من بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم، ولكن لا تنخدع بهذا السعر المنخفض. فهذه البطاريات لا تُشحن ولا تُفرغ بسرعة، وعمرها الافتراضي أقصر بكثير، ولا تحتوي على نظام حماية لإدارة البطاريات، وقد تتطلب أيضًا صيانة أسبوعية. وهذا يؤدي إلى تكلفة إجمالية أعلى لكل دورة تشغيل مما هو معقول لخفض تكاليف الطاقة أو دعم الأجهزة الثقيلة. بطاريات الليثيوم كبطارية احتياطية للمنزل 
حاليًا، تُعدّ بطاريات أيونات الليثيوم أكثر البطاريات نجاحًا تجاريًا. بعد تطبيق تقنية أيونات الليثيوم في الأجهزة الإلكترونية المحمولة، دخلت مجالات التطبيقات الصناعية، وأنظمة الطاقة، وتخزين الطاقة الكهروضوئية، والمركبات الكهربائية. بطاريات ليثيوم أيونتتفوق هذه البطاريات على العديد من أنواع البطاريات القابلة لإعادة الشحن الأخرى في جوانب عديدة، بما في ذلك سعة تخزين الطاقة، وعدد دورات العمل، وسرعة الشحن، والفعالية من حيث التكلفة. حاليًا، تكمن المشكلة الوحيدة في السلامة، إذ يمكن أن تشتعل الإلكتروليتات القابلة للاشتعال عند درجات حرارة عالية، مما يتطلب استخدام أنظمة تحكم ومراقبة إلكترونية. الليثيوم هو أخف المعادن على الإطلاق، ولديه أعلى إمكانات كهروكيميائية، ويوفر كثافات طاقة حجمية وكتلية أعلى من تقنيات البطاريات الأخرى المعروفة. لقد أتاحت تقنية أيونات الليثيوم دفع استخدام أنظمة تخزين الطاقة، المرتبطة بشكل أساسي بمصادر الطاقة المتجددة المتقطعة (الطاقة الشمسية وطاقة الرياح)، كما دفعت أيضًا إلى اعتماد المركبات الكهربائية. بطاريات أيون الليثيوم المستخدمة في أنظمة الطاقة والمركبات الكهربائية هي من النوع السائل. تعتمد هذه البطاريات على البنية التقليدية للبطارية الكهروكيميائية، حيث يُغمر قطبان كهربائيان في محلول إلكتروليت سائل. يتم استخدام الفواصل (المواد العازلة المسامية) لفصل الأقطاب ميكانيكيًا مع السماح بالحركة الحرة للأيونات عبر الإلكتروليت السائل. الميزة الرئيسية للإلكتروليت هي السماح بتوصيل التيار الأيوني (المُكوّن من الأيونات، وهي ذرات تحتوي على فائض أو نقص في الإلكترونات)، مع منع مرور الإلكترونات (كما هو الحال في المواد الموصلة). ويُعد تبادل الأيونات بين الأقطاب الموجبة والسالبة أساس عمل البطاريات الكهروكيميائية. يعود تاريخ الأبحاث المتعلقة ببطاريات الليثيوم إلى سبعينيات القرن العشرين، وقد نضجت التكنولوجيا وبدأ استخدامها التجاري في تسعينيات القرن العشرين. تُستخدم بطاريات ليثيوم بوليمر (مع إلكتروليتات بوليمر) الآن في الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر ومختلف الأجهزة المحمولة، لتحل محل بطاريات النيكل والكادميوم القديمة، والتي تتمثل مشكلتها الرئيسية في "تأثير الذاكرة" الذي يقلل تدريجيًا من سعة التخزين. يحدث ذلك عند شحن البطارية قبل تفريغها بالكامل. بالمقارنة مع بطاريات النيكل والكادميوم القديمة، وخاصة بطاريات الرصاص الحمضية، تتمتع بطاريات الليثيوم أيون بكثافة طاقة أعلى (تخزن المزيد من الطاقة لكل حجم)، ولها معامل تفريغ ذاتي أقل، ويمكنها تحمل المزيد من الشحن وعدد دورات التفريغ، مما يعني عمر خدمة طويل. في أوائل القرن الحادي والعشرين، بدأ استخدام بطاريات الليثيوم في صناعة السيارات. وفي عام ٢٠١٠ تقريبًا، اكتسبت بطاريات أيون الليثيوم اهتمامًا في تخزين الطاقة الكهربائية في التطبيقات السكنية.أنظمة تخزين الطاقة (ESS) واسعة النطاق، ويرجع ذلك أساسًا إلى زيادة استخدام مصادر الطاقة عالميًا. الطاقة المتجددة المتقطعة (الشمسية وطاقة الرياح). تختلف بطاريات أيون الليثيوم في أدائها وأعمارها وتكاليفها، حسب طريقة تصنيعها. وقد طُرحت عدة مواد، خاصةً للأقطاب الكهربائية. تتكون بطارية الليثيوم عادةً من قطب كهربائي معدني قائم على الليثيوم يشكل الطرف الموجب للبطارية وقطب كهربائي من الكربون (الجرافيت) يشكل الطرف السالب. تختلف هياكل أقطاب الليثيوم باختلاف التقنية المستخدمة. المواد الأكثر استخدامًا في تصنيع بطاريات الليثيوم، وخصائصها الرئيسية، هي كما يلي: أكاسيد الليثيوم والكوبالت (LCO):طاقة نوعية عالية (واط/كجم)، سعة تخزين جيدة وعمر مرضي (عدد الدورات)، مناسبة للأجهزة الإلكترونية، العيب هو الطاقة النوعية (واط/كجم) صغيرة، مما يقلل من سرعة التحميل والتفريغ؛ أكاسيد الليثيوم والمنجنيز (LMO):السماح بتيارات شحن وتفريغ عالية مع طاقة نوعية منخفضة (Wh/kg)، مما يقلل من سعة التخزين؛ الليثيوم والنيكل والمنجنيز والكوبالت (NMC):يجمع هذا المنتج بين خصائص بطاريات LCO وLMO. كما أن وجود النيكل في تركيبته يساعد على زيادة الطاقة النوعية، مما يوفر سعة تخزين أكبر. يمكن استخدام النيكل والمنغنيز والكوبالت بنسب متفاوتة (لدعم أحدهما أو الآخر) حسب نوع التطبيق. ينتج عن هذا المزيج بطارية ذات أداء جيد، وسعة تخزين جيدة، وعمر طويل، وتكلفة منخفضة. الليثيوم والنيكل والمنجنيز والكوبالت (NMC):يجمع هذا المزيج بين خصائص بطاريات LCO وLMO. كما أن وجود النيكل في تركيبته يساعد على رفع الطاقة النوعية، مما يوفر سعة تخزين أكبر. يمكن استخدام النيكل والمنغنيز والكوبالت بنسب مختلفة، حسب نوع التطبيق (لتفضيل خاصية أو أخرى). بشكل عام، ينتج عن هذا المزيج بطارية ذات أداء جيد، وسعة تخزين جيدة، وعمر افتراضي طويل، وتكلفة معقولة. يُستخدم هذا النوع من البطاريات على نطاق واسع في المركبات الكهربائية، وهو مناسب أيضًا لأنظمة تخزين الطاقة الثابتة. فوسفات الحديد الليثيوم (LFP):توفر تركيبة LFP بطاريات ذات أداء ديناميكي جيد (سرعة شحن وتفريغ)، وعمرًا افتراضيًا أطول، وأمانًا متزايدًا بفضل استقرارها الحراري الجيد. يُقلل غياب النيكل والكوبالت من تكلفتها ويزيد من توافرها للتصنيع بكميات كبيرة. ورغم أن سعة تخزينها ليست الأعلى، إلا أنها تُستخدم من قِبل مُصنّعي المركبات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة نظرًا لخصائصها العديدة، لا سيما تكلفتها المنخفضة ومتانتها العالية. الليثيوم والتيتانيوم (LTO):يشير الاسم إلى بطاريات تحتوي على التيتانيوم والليثيوم في أحد أقطابها، بدلاً من الكربون، بينما يكون القطب الثاني هو نفسه المستخدم في أحد الأنواع الأخرى (مثل NMC - الليثيوم والمنغنيز والكوبالت). على الرغم من انخفاض طاقتها النوعية (مما يعني انخفاض سعة التخزين)، تتميز هذه التركيبة بأداء ديناميكي جيد، وسلامة عالية، وعمر خدمة أطول بكثير. يمكن لبطاريات هذا النوع أن تتحمل أكثر من 10,000 دورة تشغيل عند عمق تفريغ 100%، بينما تتحمل الأنواع الأخرى من بطاريات الليثيوم حوالي 2,000 دورة. تتفوق بطاريات LiFePO4 على بطاريات الرصاص الحمضية، حيث تتميز بثبات دورة عالٍ للغاية، وكثافة طاقة قصوى، ووزن خفيف. عند تفريغ البطارية بانتظام من 50% من شحنها، ثم شحنها بالكامل، يمكن لبطارية LiFePO4 إجراء ما يصل إلى 6500 دورة شحن. لذا، فإن هذا الاستثمار الإضافي يُؤتي ثماره على المدى الطويل، وتبقى نسبة السعر إلى الأداء لا تُضاهى. إنها الخيار الأمثل للاستخدام المستمر كبطاريات شمسية. أداء:تبلغ فعالية شحن البطارية وإطلاقها 98% في الدورة الإجمالية مع الشحن السريع وإطلاقها في فترات زمنية أقل من ساعتين - وحتى أسرع لعمر أقصر. سعة التخزين:يمكن أن تزيد سعة بطارية فوسفات الحديد الليثيوم عن 18 كيلووات ساعة، وهو ما يستخدم مساحة أقل ويزن أقل من بطارية الرصاص الحمضية من نفس السعة. تكلفة البطارية:تميل فوسفات الحديد الليثيوم إلى أن تكون أكثر تكلفة من بطاريات الرصاص الحمضية، إلا أنها عادة ما تكون ذات تكلفة دورة أقل نتيجة لعمر أطول
أخبار
