نظام تخزين منزلي
1. المكونات الأساسية للنظام
يتكون نظام تخزين الضوء المنزلي بشكل أساسي من المكونات الرئيسية التالية، والتي تعمل معًا لتحقيق تحويل الطاقة وتخزينها واستخدامها:
1. نظام توليد الطاقة الكهروضوئية
الألواح الشمسية: هي مُكوّن توليد الطاقة الأساسي الذي يُحوّل الطاقة الشمسية إلى تيار مستمر من خلال التأثير الكهروضوئي. تشمل الأنواع الشائعة خلايا السيليكون أحادي البلورة، والسيليكون متعدد البلورة، والخلايا الرقيقة. يتميز السيليكون أحادي البلورة بأعلى كفاءة (حوالي 18%-25%)، وهو مناسب للتركيب على أسطح المنازل.
- حامل الخلايا الشمسية: يجب تصميم الهيكل الذي يثبت اللوحة الشمسية وفقًا لزاوية السقف وقدرة تحمل الحمل لضمان حصول اللوحة الشمسية على أقصى قدر من ضوء الشمس.
- صندوق التوزيع وكابل التيار المستمر: يلخص طاقة التيار المستمر من الألواح الشمسية المتعددة وينقلها إلى العاكس من خلال الكابلات.
2. نظام تخزين الطاقة
بطارية تخزين الطاقة: هي المعدات الأساسية لتخزين الطاقة الكهربائية الزائدة، والنوع السائد هو بطاريات فوسفات الليثيوم والحديد (عالية الأمان، وطويلة العمر، حوالي 3000-6000 دورة)، وبعض الأنظمة تستخدم بطاريات الليثيوم الثلاثية (عالية الكثافة، ولكن ذات أمان أقل قليلاً). تُقاس سعة البطارية عادةً بالكيلوواط/ساعة، وتتراوح السعة المنزلية الشائعة بين 5 و20 كيلوواط/ساعة.
- نظام إدارة البطارية (نظام إدارة البطاريات): مراقبة حالة البطارية (الجهد والتيار ودرجة الحرارة) ومنع الشحن الزائد والإفراط في التفريغ وإطالة عمر البطارية وضمان السلامة.
3. تحويل الطاقة والتحكم فيها
-العاكس: يحول التيار المستمر الناتج عن الألواح الكهروضوئية أو التيار المستمر المخزن في البطاريات إلى تيار متناوب صالح للاستخدام المنزلي (220 فولت)، وينقسم إلى عاكسات سلسلة (كفاءة عالية، مناسبة للألواح الكهروضوئية الموزعة) وعاكسات تخزين الطاقة (عاكس كهروضوئي متكامل ووظائف التحكم في تخزين الطاقة).
نظام إدارة الطاقة (خدمات الطوارئ الطبية): تنظيم ذكي لتدفق الطاقة، وتحديد أولوية الطاقة الكهروضوئية للاستخدام الذاتي، أو الشحن، أو التوصيل بالشبكة، بالإضافة إلى توقيت تفريغ البطارية (مثل أوقات الذروة وإمدادات الطاقة أثناء انقطاع التيار الكهربائي). يمكن مراقبة بعض الأنظمة عن بُعد عبر تطبيق.
4. المعدات المساعدة
-* * عداد كهرباء ثنائي الاتجاه * *: يستخدم لقياس كمية الكهرباء الكهروضوئية المتصلة بالشبكة (المباعة للشبكة) والكهرباء خارج الشبكة (المشتراة من الشبكة)، ويدعم الاستخدام الذاتي، والكهرباء الفائضة المتصلة بالشبكة.
- قواطع الدائرة وأجهزة الحماية من الصواعق: ضمان السلامة الكهربائية للنظام ومنع تلف المعدات بسبب التحميل الزائد أو القصر الكهربائي أو الصواعق.
2. مبدأ العمل
يعتمد جوهر نظام تخزين الطاقة الشمسية المنزلي على التوازن الديناميكي بين: * توليد الطاقة - التخزين - الاستهلاك - التوصيل بالشبكة. وتتمثل العملية المحددة فيما يلي:
1. * * مرحلة توليد الطاقة النهارية * *: تقوم اللوحة الشمسية بتوليد تيار مستمر تحت الإضاءة، والذي يتم تحويله إلى تيار متناوب بواسطة العاكس.
-إعطاء الأولوية لتلبية احتياجات الأسر من الكهرباء في الوقت الفعلي (مثل الإضاءة والأجهزة المنزلية)؛
- يتم استخدام الكهرباء الزائدة لشحن البطارية من خلال عاكس تخزين الطاقة حتى يتم شحن البطارية بالكامل؛
- إذا كانت البطارية مشحونة بالكامل ولا تزال هناك طاقة زائدة، فيمكن توصيلها بالشبكة من خلال عداد ثنائي الاتجاه (التمتع بدعم أسعار الكهرباء أو بيع عائدات الكهرباء).
2. * * مرحلة الليل/الغائم * *: عندما يتوقف نظام الطاقة الكهروضوئية عن توليد الكهرباء، يتحول النظام تلقائيًا إلى وضع إمداد الطاقة بتخزين الطاقة، وتحرر البطارية الكهرباء المخزنة للاستخدام المنزلي؛ إذا كانت البطارية منخفضة، فقم بشراء الكهرباء من شبكة الطاقة لتكملة ذلك.
3. * * وظيفة إمداد الطاقة في حالات الطوارئ * *: في حالة انقطاع التيار الكهربائي، يمكن لنظام تخزين الطاقة التبديل بسرعة إلى وضع الشبكة "off دي دي اتش لضمان إمداد الطاقة للمعدات الرئيسية مثل الثلاجات والإضاءة (تتطلب العاكسات لدعم وظيفة خارج الشبكة).
3. المزايا الأساسية
1. * * خفض نفقات الكهرباء * *: إعطاء الأولوية لاستخدام الطاقة الكهروضوئية المجانية وخفض تكلفة شراء الكهرباء من الشبكة؛ يمكن استخدام الكهرباء الفائضة لتوليد إيرادات مبيعات الكهرباء (بعض المناطق لديها دعم للطاقة الكهروضوئية).
2. * * التعامل مع الفرق بين أسعار الكهرباء في أوقات الذروة والوادي * *: تفريغ البطاريات أثناء ذروة أسعار الكهرباء (مثل 10:00-18:00 خلال النهار) وشراء الكهرباء من الشبكة بسعر منخفض للشحن خلال ساعات الذروة (مثل وقت متأخر من الليل)، مما يوفر المزيد من التكاليف من خلال التحكيم في أوقات الذروة.
3. * * تحسين معدل الاكتفاء الذاتي من الطاقة * *: تقليل الاعتماد على شبكات الطاقة التقليدية، وهو مناسب بشكل خاص للمناطق النائية أو المناطق ذات شبكات الطاقة غير المستقرة، وتحقيق استقلال الطاقة.
4. * * أخضر وصديق للبيئة * *: لا ينتج عن توليد الطاقة الكهروضوئية أي انبعاثات كربونية، ويقلل من البصمة الكربونية للأسر، ويدعم هدف الكربون المزدوج.
5. * * مصدر طاقة احتياطي للطوارئ * *: في حالة انقطاع التيار الكهربائي، يتم تشغيله بواسطة بطاريات تخزين الطاقة لضمان احتياجات الكهرباء اليومية الأساسية.
4. السيناريوهات القابلة للتطبيق
-المناطق التي تتمتع بأشعة الشمس الكافية، مثل شمال غرب وشمال وجنوب الصين، لديها معدلات استخدام أعلى للطاقة الشمسية بسبب ساعات سطوع الشمس السنوية الأطول.
-* *مناطق أسعار الكهرباء المرتفعة* *: تتمتع المدن ذات أسعار الكهرباء الأعلى (مثل المدن من الدرجة الأولى والمناطق ذات أسعار الكهرباء الصناعية والتجارية الأعلى) بدورات عائد استثمار أقصر.
-مناطق شبكة الطاقة غير المستقرة: في المناطق التي تعاني من انقطاعات متكررة للتيار الكهربائي أو الجهد غير المستقر، يمكن أن تعمل أنظمة تخزين الطاقة كمصدر طاقة احتياطية موثوق به.
-العائلات التي تتمتع بوعي بيئي قوي: المستخدمون الذين يسعون إلى اتباع أسلوب حياة أخضر ويأملون في تقليل استهلاك الطاقة الأحفورية.
5. اعتبارات التركيب والتكلفة
1. شروط التركيب: يجب توفير مواقع تركيب مناسبة (مثل الأسطح والشرفات والساحات) لضمان إضاءة كافية وغير معوقة؛ حقوق الملكية الخاصة بالمنزل واضحة، ومن الضروري التقدم بطلب للحصول على تصريح توصيل الشبكة من شركة شبكة الكهرباء (العملية بسيطة نسبيًا، وتدعم بعض المناطق المعالجة عبر الإنترنت).
٢. * * التكلفة الأولية * *: تشمل بشكل رئيسي الألواح الكهروضوئية (حوالي ٤٠٪)، وبطاريات تخزين الطاقة (حوالي ٣٠٪)، والعاكسات، والمواد المساعدة (حوالي ٣٠٪). يتراوح الاستثمار الأولي لنظام كهروضوئي بقدرة ٥ كيلوواط + ١٠ كيلوواط/ساعة لتخزين الطاقة بين ٥٠٠٠٠ و٨٠٠٠٠ يوان (حسب العلامة التجارية والتكوين).
3. * *فترة الاسترداد* *: عادة ما تكون 5-10 سنوات، اعتمادًا على موارد الإضاءة المحلية، وسياسات تسعير الكهرباء، ومستويات الدعم، واستهلاك الكهرباء في المنازل.
٤. * * تكلفة الصيانة * *: يتراوح عمر الألواح الكهروضوئية بين ٢٥ و٣٠ عامًا، بينما يتراوح عمر بطاريات تخزين الطاقة بين ٨ و١٥ عامًا (مع ضرورة استبدالها بانتظام). الصيانة اليومية بسيطة، وتقتصر بشكل أساسي على تنظيف الألواح الكهروضوئية وفحص توصيلات الدوائر.
6. اتجاهات التنمية
مع انخفاض تكلفة وحدات الطاقة الكهروضوئية، والتطورات في تكنولوجيا بطاريات تخزين الطاقة (مثل البطاريات طويلة العمر وعالية الأمان)، ودعم السياسات (مثل الترويج للطاقة الكهروضوئية في جميع أنحاء البلاد ودعم تخزين الطاقة)، تتحول أنظمة تخزين الطاقة الكهروضوئية المنزلية من مجرد تكوينات اختيارية إلى منتجات أساسية. تشمل الاتجاهات المستقبلية ما يلي:
-الترقية الذكية: الجمع بين خوارزميات الذكاء الاصطناعي لتحسين جدولة الطاقة وتحقيق الارتباط بالمنازل الذكية والمركبات الكهربائية (V2G، المركبة إلى الشبكة).
- التصميم المعياري: يدعم التوسع المرن (مثل تركيب الخلايا الكهروضوئية أولاً وتخزين الطاقة لاحقًا)، مما يقلل من حاجز الدخول.
-معدات التكامل العالية: يتم دمج عاكس تخزين الطاقة مع نظام إدارة البطاريات و خدمات الطوارئ الطبية، مما يسهل التثبيت والتشغيل.
لا تعد أنظمة تخزين الضوء المنزلي خيارًا للحفاظ على الطاقة وتقليل الاستهلاك في المنازل فحسب، بل إنها أيضًا مسار مهم لتعزيز تطوير الطاقة الموزعة وتحقيق هدف خالٍ من الكربون.
يتكون نظام تخزين الضوء المنزلي بشكل أساسي من المكونات الرئيسية التالية، والتي تعمل معًا لتحقيق تحويل الطاقة وتخزينها واستخدامها:
1. نظام توليد الطاقة الكهروضوئية
الألواح الشمسية: هي مُكوّن توليد الطاقة الأساسي الذي يُحوّل الطاقة الشمسية إلى تيار مستمر من خلال التأثير الكهروضوئي. تشمل الأنواع الشائعة خلايا السيليكون أحادي البلورة، والسيليكون متعدد البلورة، والخلايا الرقيقة. يتميز السيليكون أحادي البلورة بأعلى كفاءة (حوالي 18%-25%)، وهو مناسب للتركيب على أسطح المنازل.
- حامل الخلايا الشمسية: يجب تصميم الهيكل الذي يثبت اللوحة الشمسية وفقًا لزاوية السقف وقدرة تحمل الحمل لضمان حصول اللوحة الشمسية على أقصى قدر من ضوء الشمس.
- صندوق التوزيع وكابل التيار المستمر: يلخص طاقة التيار المستمر من الألواح الشمسية المتعددة وينقلها إلى العاكس من خلال الكابلات.
2. نظام تخزين الطاقة
بطارية تخزين الطاقة: هي المعدات الأساسية لتخزين الطاقة الكهربائية الزائدة، والنوع السائد هو بطاريات فوسفات الليثيوم والحديد (عالية الأمان، وطويلة العمر، حوالي 3000-6000 دورة)، وبعض الأنظمة تستخدم بطاريات الليثيوم الثلاثية (عالية الكثافة، ولكن ذات أمان أقل قليلاً). تُقاس سعة البطارية عادةً بالكيلوواط/ساعة، وتتراوح السعة المنزلية الشائعة بين 5 و20 كيلوواط/ساعة.
- نظام إدارة البطارية (نظام إدارة البطاريات): مراقبة حالة البطارية (الجهد والتيار ودرجة الحرارة) ومنع الشحن الزائد والإفراط في التفريغ وإطالة عمر البطارية وضمان السلامة.
3. تحويل الطاقة والتحكم فيها
-العاكس: يحول التيار المستمر الناتج عن الألواح الكهروضوئية أو التيار المستمر المخزن في البطاريات إلى تيار متناوب صالح للاستخدام المنزلي (220 فولت)، وينقسم إلى عاكسات سلسلة (كفاءة عالية، مناسبة للألواح الكهروضوئية الموزعة) وعاكسات تخزين الطاقة (عاكس كهروضوئي متكامل ووظائف التحكم في تخزين الطاقة).
نظام إدارة الطاقة (خدمات الطوارئ الطبية): تنظيم ذكي لتدفق الطاقة، وتحديد أولوية الطاقة الكهروضوئية للاستخدام الذاتي، أو الشحن، أو التوصيل بالشبكة، بالإضافة إلى توقيت تفريغ البطارية (مثل أوقات الذروة وإمدادات الطاقة أثناء انقطاع التيار الكهربائي). يمكن مراقبة بعض الأنظمة عن بُعد عبر تطبيق.
4. المعدات المساعدة
-* * عداد كهرباء ثنائي الاتجاه * *: يستخدم لقياس كمية الكهرباء الكهروضوئية المتصلة بالشبكة (المباعة للشبكة) والكهرباء خارج الشبكة (المشتراة من الشبكة)، ويدعم الاستخدام الذاتي، والكهرباء الفائضة المتصلة بالشبكة.
- قواطع الدائرة وأجهزة الحماية من الصواعق: ضمان السلامة الكهربائية للنظام ومنع تلف المعدات بسبب التحميل الزائد أو القصر الكهربائي أو الصواعق.
2. مبدأ العمل
يعتمد جوهر نظام تخزين الطاقة الشمسية المنزلي على التوازن الديناميكي بين: * توليد الطاقة - التخزين - الاستهلاك - التوصيل بالشبكة. وتتمثل العملية المحددة فيما يلي:
1. * * مرحلة توليد الطاقة النهارية * *: تقوم اللوحة الشمسية بتوليد تيار مستمر تحت الإضاءة، والذي يتم تحويله إلى تيار متناوب بواسطة العاكس.
-إعطاء الأولوية لتلبية احتياجات الأسر من الكهرباء في الوقت الفعلي (مثل الإضاءة والأجهزة المنزلية)؛
- يتم استخدام الكهرباء الزائدة لشحن البطارية من خلال عاكس تخزين الطاقة حتى يتم شحن البطارية بالكامل؛
- إذا كانت البطارية مشحونة بالكامل ولا تزال هناك طاقة زائدة، فيمكن توصيلها بالشبكة من خلال عداد ثنائي الاتجاه (التمتع بدعم أسعار الكهرباء أو بيع عائدات الكهرباء).
2. * * مرحلة الليل/الغائم * *: عندما يتوقف نظام الطاقة الكهروضوئية عن توليد الكهرباء، يتحول النظام تلقائيًا إلى وضع إمداد الطاقة بتخزين الطاقة، وتحرر البطارية الكهرباء المخزنة للاستخدام المنزلي؛ إذا كانت البطارية منخفضة، فقم بشراء الكهرباء من شبكة الطاقة لتكملة ذلك.
3. * * وظيفة إمداد الطاقة في حالات الطوارئ * *: في حالة انقطاع التيار الكهربائي، يمكن لنظام تخزين الطاقة التبديل بسرعة إلى وضع الشبكة "off دي دي اتش لضمان إمداد الطاقة للمعدات الرئيسية مثل الثلاجات والإضاءة (تتطلب العاكسات لدعم وظيفة خارج الشبكة).
3. المزايا الأساسية
1. * * خفض نفقات الكهرباء * *: إعطاء الأولوية لاستخدام الطاقة الكهروضوئية المجانية وخفض تكلفة شراء الكهرباء من الشبكة؛ يمكن استخدام الكهرباء الفائضة لتوليد إيرادات مبيعات الكهرباء (بعض المناطق لديها دعم للطاقة الكهروضوئية).
2. * * التعامل مع الفرق بين أسعار الكهرباء في أوقات الذروة والوادي * *: تفريغ البطاريات أثناء ذروة أسعار الكهرباء (مثل 10:00-18:00 خلال النهار) وشراء الكهرباء من الشبكة بسعر منخفض للشحن خلال ساعات الذروة (مثل وقت متأخر من الليل)، مما يوفر المزيد من التكاليف من خلال التحكيم في أوقات الذروة.
3. * * تحسين معدل الاكتفاء الذاتي من الطاقة * *: تقليل الاعتماد على شبكات الطاقة التقليدية، وهو مناسب بشكل خاص للمناطق النائية أو المناطق ذات شبكات الطاقة غير المستقرة، وتحقيق استقلال الطاقة.
4. * * أخضر وصديق للبيئة * *: لا ينتج عن توليد الطاقة الكهروضوئية أي انبعاثات كربونية، ويقلل من البصمة الكربونية للأسر، ويدعم هدف الكربون المزدوج.
5. * * مصدر طاقة احتياطي للطوارئ * *: في حالة انقطاع التيار الكهربائي، يتم تشغيله بواسطة بطاريات تخزين الطاقة لضمان احتياجات الكهرباء اليومية الأساسية.
4. السيناريوهات القابلة للتطبيق
-المناطق التي تتمتع بأشعة الشمس الكافية، مثل شمال غرب وشمال وجنوب الصين، لديها معدلات استخدام أعلى للطاقة الشمسية بسبب ساعات سطوع الشمس السنوية الأطول.
-* *مناطق أسعار الكهرباء المرتفعة* *: تتمتع المدن ذات أسعار الكهرباء الأعلى (مثل المدن من الدرجة الأولى والمناطق ذات أسعار الكهرباء الصناعية والتجارية الأعلى) بدورات عائد استثمار أقصر.
-مناطق شبكة الطاقة غير المستقرة: في المناطق التي تعاني من انقطاعات متكررة للتيار الكهربائي أو الجهد غير المستقر، يمكن أن تعمل أنظمة تخزين الطاقة كمصدر طاقة احتياطية موثوق به.
-العائلات التي تتمتع بوعي بيئي قوي: المستخدمون الذين يسعون إلى اتباع أسلوب حياة أخضر ويأملون في تقليل استهلاك الطاقة الأحفورية.
5. اعتبارات التركيب والتكلفة
1. شروط التركيب: يجب توفير مواقع تركيب مناسبة (مثل الأسطح والشرفات والساحات) لضمان إضاءة كافية وغير معوقة؛ حقوق الملكية الخاصة بالمنزل واضحة، ومن الضروري التقدم بطلب للحصول على تصريح توصيل الشبكة من شركة شبكة الكهرباء (العملية بسيطة نسبيًا، وتدعم بعض المناطق المعالجة عبر الإنترنت).
٢. * * التكلفة الأولية * *: تشمل بشكل رئيسي الألواح الكهروضوئية (حوالي ٤٠٪)، وبطاريات تخزين الطاقة (حوالي ٣٠٪)، والعاكسات، والمواد المساعدة (حوالي ٣٠٪). يتراوح الاستثمار الأولي لنظام كهروضوئي بقدرة ٥ كيلوواط + ١٠ كيلوواط/ساعة لتخزين الطاقة بين ٥٠٠٠٠ و٨٠٠٠٠ يوان (حسب العلامة التجارية والتكوين).
3. * *فترة الاسترداد* *: عادة ما تكون 5-10 سنوات، اعتمادًا على موارد الإضاءة المحلية، وسياسات تسعير الكهرباء، ومستويات الدعم، واستهلاك الكهرباء في المنازل.
٤. * * تكلفة الصيانة * *: يتراوح عمر الألواح الكهروضوئية بين ٢٥ و٣٠ عامًا، بينما يتراوح عمر بطاريات تخزين الطاقة بين ٨ و١٥ عامًا (مع ضرورة استبدالها بانتظام). الصيانة اليومية بسيطة، وتقتصر بشكل أساسي على تنظيف الألواح الكهروضوئية وفحص توصيلات الدوائر.
6. اتجاهات التنمية
مع انخفاض تكلفة وحدات الطاقة الكهروضوئية، والتطورات في تكنولوجيا بطاريات تخزين الطاقة (مثل البطاريات طويلة العمر وعالية الأمان)، ودعم السياسات (مثل الترويج للطاقة الكهروضوئية في جميع أنحاء البلاد ودعم تخزين الطاقة)، تتحول أنظمة تخزين الطاقة الكهروضوئية المنزلية من مجرد تكوينات اختيارية إلى منتجات أساسية. تشمل الاتجاهات المستقبلية ما يلي:
-الترقية الذكية: الجمع بين خوارزميات الذكاء الاصطناعي لتحسين جدولة الطاقة وتحقيق الارتباط بالمنازل الذكية والمركبات الكهربائية (V2G، المركبة إلى الشبكة).
- التصميم المعياري: يدعم التوسع المرن (مثل تركيب الخلايا الكهروضوئية أولاً وتخزين الطاقة لاحقًا)، مما يقلل من حاجز الدخول.
-معدات التكامل العالية: يتم دمج عاكس تخزين الطاقة مع نظام إدارة البطاريات و خدمات الطوارئ الطبية، مما يسهل التثبيت والتشغيل.
لا تعد أنظمة تخزين الضوء المنزلي خيارًا للحفاظ على الطاقة وتقليل الاستهلاك في المنازل فحسب، بل إنها أيضًا مسار مهم لتعزيز تطوير الطاقة الموزعة وتحقيق هدف خالٍ من الكربون.