كيف تعمل البطارية الشمسية؟|شرح تخزين الطاقة

يمكن أن تكون البطارية الشمسية إضافة مهمة لنظام الطاقة الشمسية لديك.يساعدك على تخزين الكهرباء الزائدة التي يمكنك استخدامها عندما لا تولد الألواح الشمسية طاقة كافية ، وتمنحك المزيد من الخيارات حول كيفية تشغيل منزلك.

إذا كنت تبحث عن إجابة لسؤال "كيف تعمل البطاريات الشمسية؟" ، فستشرح هذه المقالة ماهية البطارية الشمسية ، وعلوم البطاريات الشمسية ، وكيف تعمل البطاريات الشمسية مع نظام الطاقة الشمسية ، والفوائد الإجمالية لاستخدام الطاقة الشمسية تخزين البطارية.

ما هي البطارية الشمسية؟

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

البطارية الشمسية عبارة عن جهاز يمكنك إضافته إلى نظام الطاقة الشمسية لتخزين الكهرباء الزائدة الناتجة عن 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 الملبدة بالغيوم وأثناء انقطاع التيار الكهربائي.

الهدف من البطارية الشمسية هو مساعدتك على استخدام المزيد من الطاقة الشمسية التي تقوم بإنشائها.إذا لم يكن لديك بطارية تخزين ، فإن أي كهرباء زائدة من الطاقة الشمسية تذهب إلى الشبكة ، مما يعني أنك تقوم بتوليد الطاقة وتوفيرها لأشخاص آخرين دون الاستفادة الكاملة من الكهرباء التي تنتجها الألواح أولاً.

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

علم البطاريات الشمسية

بطاريات الليثيوم أيون هي الشكل الأكثر شيوعًا للبطاريات الشمسية الموجودة حاليًا في السوق.هذه هي نفس التقنية المستخدمة للهواتف الذكية والبطاريات الأخرى عالية التقنية.

تعمل بطاريات الليثيوم أيون من خلال تفاعل كيميائي يخزن الطاقة الكيميائية قبل تحويلها إلى طاقة كهربائية.يحدث التفاعل عندما تطلق أيونات الليثيوم إلكترونات حرة ، وتتدفق تلك الإلكترونات من القطب الموجب المشحون سالبًا إلى القطب السالب المشحون.

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

عندما تقوم بسحب الكهرباء من البطارية ، تتدفق أيونات الليثيوم مرة أخرى عبر الإلكتروليت إلى القطب الموجب.في الوقت نفسه ، تنتقل الإلكترونات من القطب السالب إلى القطب الموجب عبر الدائرة الخارجية ، مما يؤدي إلى تشغيل الجهاز الموصول.

تجمع بطاريات تخزين الطاقة الشمسية المنزلية خلايا بطاريات أيونية متعددة مع إلكترونيات متطورة تنظم أداء وسلامة نظام البطاريات الشمسية بالكامل.وبالتالي ، تعمل البطاريات الشمسية كبطاريات قابلة لإعادة الشحن تستخدم طاقة الشمس كمدخل أولي لبدء العملية الكاملة 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 يمكن أن تخزن المزيد من الطاقة ، وتحتفظ بهذه الطاقة لفترة أطول من البطاريات الأخرى ، ولديها عمق تفريغ أعلى.

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

بطارية ليثيوم أيون

كما ذكرنا سابقًا ، يفضل مصنعو البطاريات تقنية بطاريات الليثيوم أيون للحصول على DoD العالي ، وعمرها الموثوق ، والقدرة على الاحتفاظ بمزيد من الطاقة لفترة أطول ، وحجم أصغر حجمًا.ومع ذلك ، وبسبب هذه الفوائد العديدة ، تعد بطاريات الليثيوم أيون أيضًا أكثر تكلفة مقارنة ببطاريات حمض الرصاص.

بطارية الرصاص الحمضية

بطاريات الرصاص الحمضية (نفس التكنولوجيا مثل معظم بطاريات السيارات) موجودة منذ سنوات ، وقد تم استخدامها على نطاق واسع كنظم تخزين الطاقة في المنزل لخيارات الطاقة خارج الشبكة.في حين أنها لا تزال في السوق بأسعار مناسبة للجيب ، إلا أن شعبيتها تتلاشى بسبب انخفاض وزارة الدفاع وقصر عمرها.

التخزين المقترن بالتيار المتردد مقابل التخزين المقترن بالتيار المستمر

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

تولد الخلايا الشمسية كهرباء تيار مستمر ، ويجب تحويل الكهرباء التي تعمل بالتيار المستمر إلى كهرباء تيار متردد قبل استخدامها في منزلك.ومع ذلك ، يمكن للبطاريات الشمسية تخزين الكهرباء بالتيار المستمر فقط ، لذلك توجد طرق مختلفة لتوصيل البطارية الشمسية بنظام الطاقة الشمسية لديك.

تخزين DC مقرون

مع اقتران التيار المستمر ، تتدفق كهرباء التيار المستمر الناتجة عن الألواح الشمسية عبر جهاز التحكم بالشحن ثم مباشرة إلى البطارية الشمسية.لا يوجد تغيير حالي قبل التخزين ، والتحويل من التيار المستمر إلى التيار المتردد يحدث فقط عندما ترسل البطارية الكهرباء إلى منزلك ، أو تعود إلى الشبكة.

تعد 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 تركيبًا أكثر تعقيدًا ، مما قد يزيد التكلفة الأولية ويطيل الجدول الزمني للتثبيت الكلي.

تخزين مقترن بالتيار المتردد

مع اقتران التيار المتردد ، تمر الكهرباء التي تولدها الألواح الشمسية من خلال 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 للتخزين في البطارية الشمسية.عندما يحين وقت استخدام الطاقة المخزنة ، تتدفق الكهرباء من البطارية وتعود إلى العاكس ليتم تحويلها مرة أخرى إلى كهرباء AC لمنزلك.

مع التخزين المقترن بالتيار المتردد ، يتم قلب الكهرباء ثلاث مرات منفصلة: مرة عند الانتقال من الألواح الشمسية إلى المنزل ، ومرة ​​أخرى عند الانتقال من المنزل إلى تخزين البطارية ، ومرة ​​ثالثة عند الانتقال من مخزن البطارية إلى المنزل.ينتج عن كل انعكاس بعض الخسائر في الكفاءة ، لذا فإن التخزين المقترن بالتيار المتردد يكون أقل كفاءة قليلاً من النظام المقترن بالتيار المستمر.

على عكس التخزين المقترن بالتيار المستمر الذي يخزن الطاقة فقط من الألواح الشمسية ، فإن إحدى المزايا الكبيرة للتخزين المقترن بالتيار المتردد هي أنه يمكنه تخزين الطاقة من كل من الألواح الشمسية والشبكة.هذا يعني أنه حتى لو لم تولد الألواح الشمسية 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 لديك باستخدام بطارية تخزين مقترنة بالتيار المتردد ، لأنه يمكن إضافته فقط أعلى تصميم نظام موجود ، بدلاً من الحاجة إلى دمجه فيه.هذا يجعل تخزين البطارية المقترنة بالتيار المتردد خيارًا أكثر شيوعًا للتركيبات التحديثية.

كيف تعمل البطاريات الشمسية مع نظام الطاقة الشمسية

تبدأ العملية بأكملها باستخدام الألواح الشمسية الموجودة على السطح لتوليد الطاقة.فيما يلي تفصيل خطوة بخطوة لما يحدث مع نظام DC-coupled:

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

تختلف العملية قليلاً مع نظام AC-coupled.

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

كيف تعمل البطاريات الشمسية مع العاكس الهجين

إذا كان لديك عاكس هجين ، فيمكن لجهاز واحد تحويل التيار المستمر إلى كهرباء تيار متردد ويمكنه أيضًا تحويل كهرباء التيار المتردد إلى كهرباء تيار مستمر.نتيجة 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 القائم على البطارية أو العاكس الهجين المرتبط بالشبكة ، ويجمع العاكس الهجين بين عاكس البطارية وعاكس الطاقة الشمسية في قطعة واحدة من المعدات.إنه يلغي الحاجة إلى وجود محولين منفصلين في نفس الإعداد من خلال العمل كعاكس لكل من الكهرباء من البطارية الشمسية والكهرباء من الألواح الشمسية.

تزداد شعبية المحولات الهجينة لأنها تعمل مع أو بدون بطارية تخزين.يمكنك تثبيت محول هجين في نظام الطاقة الشمسية بدون بطارية أثناء التثبيت الأولي ، مما يمنحك خيار إضافة تخزين الطاقة الشمسية أسفل الخط.

فوائد تخزين البطاريات الشمسية

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

مخازن التوليد الزائد للكهرباء

غالبًا ما ينتج نظام الألواح الشمسية لديك طاقة أكثر مما تحتاج إليه ، خاصة في الأيام المشمسة عندما لا يكون أحد في المنزل.إذا لم يكن لديك تخزين لبطارية الطاقة الشمسية ، فسيتم إرسال الطاقة الإضافية إلى الشبكة.إذا كنت تشارك فيبرنامج القياس الصافي، يمكنك كسب رصيد لهذا التوليد الإضافي ، لكنه عادة لا يكون بنسبة 1: 1 للكهرباء التي تولدها.

مع تخزين البطارية ، تقوم الكهرباء الإضافية بشحن البطارية لاستخدامها لاحقًا ، بدلاً من الانتقال إلى الشبكة.يمكنك استخدام الطاقة المخزنة في أوقات التوليد المنخفض ، مما يقلل من اعتمادك على الشبكة لتوليد الكهرباء.

يوفر الإغاثة من انقطاع التيار الكهربائي

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

يقلل من انبعاثات الكربون الخاصة بك

مع تخزين بطارية الألواح الشمسية ، يمكنك أن تصبح صديقًا للبيئة من خلال تحقيق أقصى استفادة من الطاقة النظيفة التي ينتجها نظام الألواح الشمسية.إذا لم يتم تخزين هذه الطاقة ، فستعتمد على الشبكة عندما لا تولد الألواح الشمسية ما يكفي لاحتياجاتك.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 تولد الألواح الشمسية الكهرباء ، تتدخل الشبكة لتوفير الطاقة التي تشتد الحاجة إليها إذا لم يكن لديك أي بطارية تخزين.باستخدام البطارية الشمسية ، ستستخدم المزيد من الكهرباء الشمسية الخاصة بك في الليل ، مما يمنحك مزيدًا من الاستقلال في الطاقة ويساعدك على إبقاء فاتورة الكهرباء منخفضة.

حل هادئ لاحتياجات الطاقة الاحتياطية

تعد بطارية الطاقة الشمسية خيار تخزين طاقة احتياطية خالٍ من الضوضاء بنسبة 100٪.يمكنك الاستفادة من الطاقة النظيفة الخالية من الصيانة ، ولا يتعين عليك التعامل مع الضوضاء التي تأتي من مولد احتياطي 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 الخاص بك.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.

بطاريات الليثيوم أيون هي أشهر أنواع البطاريات الشمسية ، وتعمل من خلال تفاعل كيميائي يخزن الطاقة ، ثم يطلقها كطاقة كهربائية لاستخدامها في منزلك.سواء اخترت نظامًا متصلًا بالتيار المستمر أو مقترنًا بالتيار المتردد أو هجينًا ، يمكنك زيادة العائد على الاستثمار في نظام الطاقة الشمسية الخاص بك دون الاعتماد على الشبكة.