ما هو نظام تخزين الطاقة الكهروضوئية؟
نظام تخزين الطاقة الكهروضوئية هو مزيج من المعدات والتكنولوجيا التي تحول الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية لتزويد الأجهزة المنزلية بالطاقة مع تخزين الفائض لاستخدامه ليلاً أو في حالة عدم وجود طاقة كهربائية من الشبكة العامة.
ما هو وما هي مكوناته الرئيسية؟
1. وحدة الخلايا الكهروضوئية: تتكون من عدة وحدات كهروضوئية (تُعرف أيضًا باسم الألواح الشمسية) وهي المسؤولة عن التقاط ضوء الشمس وتحويله إلى تيار مباشر.
2. الرفوف والملحقات والكابلات: تستخدم لتثبيت الألواح الشمسية ونقل طاقة التيار المستمر المولدة إلى العاكس.
3. العواكس (العواكس المتصلة بالشبكة والعواكس غير المتصلة بالشبكة): يتم توليد طاقة التيار المتردد (AC) عن طريق عكس طاقة التيار المستمر (DC) المولدة بواسطة الألواح الشمسية، وتخزين الطاقة الزائدة في نظام تخزين الطاقة، والذي يمكن أيضًا توصيله بشبكة المدينة.
4. أجهزة تخزين الطاقة: تشير عادة إلى البطاريات، مثل بطاريات الليثيوم وأنواع أخرى من البطاريات، التي تخزن الكهرباء المولدة من الطاقة الشمسية والتي لا تستخدم على الفور من خلال العاكس لاستخدامها لاحقًا.
5. نظام إدارة الطاقة (EMS) ونظام إدارة البطارية (BMS): نظام إدارة الطاقة (EMS) هو النظام الذي يراقب ويدير تشغيل النظام بأكمله لضمان عمل جميع الأجزاء بكفاءة وأمان. أما نظام إدارة البطارية (BMS) فهو نظام إدارة بطارية التخزين، حيث يعمل على تحسين ومراقبة شحن وتفريغ البطارية.
6. صندوق التقارب: يشمل جميع أنواع معدات الحماية والمفاتيح، مثل الحماية من زيادة التيار (الحماية من الصواعق) في منتصف عاكس الوصول الشمسي، والصمامات، وقواطع دوائر التيار المستمر، وقواطع دوائر إدخال المرافق، وقواطع دوائر إخراج مصدر الطاقة غير المنقطع، وما إلى ذلك.
التأثير الكهروضوئي، كيفية الحصول على الكهرباء من الطاقة الشمسية
1. امتصاص الفوتونات: عندما يصطدم ضوء الشمس (بما في ذلك مصادر الضوء الأخرى) بمادة (السيليكون) اللوحة الشمسية، يتم امتصاص طاقة الفوتونات بواسطة مادة أشباه الموصلات.
2. إثارة الإلكترونات: تتسبب طاقة الفوتون الممتصة في قفز الإلكترونات في أشباه الموصلات من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل، مما يغيرها من حالة مقيدة إلى حالة حرة.
3. توليد أزواج الإلكترون-فجوة: عندما يُثار إلكترون إلى نطاق التوصيل، فإنه يترك فجوة في نطاق التكافؤ. يشكل هذا الإلكترون والفجوة زوج إلكترون-فجوة.
4. إنشاء مجال كهربائي: عادة ما تكون المناطق من النوع P والنوع N موجودة في المواد الكهروضوئية، وعند وصلة هاتين المنطقتين (أي وصلة PN)، يتم تشكيل مجال كهربائي داخلي.
5. دفع تدفق الإلكترونات: يدفع هذا المجال الكهربائي الداخلي الإلكترونات الحرة للتحرك نحو المنطقة من النوع N والفجوات للتحرك نحو المنطقة من النوع P، وتؤدي هذه الحركة إلى إنشاء تيار.
6. تجميع التيار: من خلال العاكس، يتم تحويل هذا التيار إلى كهرباء تيار متردد أو تيار مستمر وتخزينه في نظام تخزين الطاقة لاستخدامه لاحقًا.
كيفية عمل محولات التيار المتصلة بالشبكة والمحولات غير المتصلة بالشبكة وطريقة تشغيلها
1. يقوم العاكس المتصل بالشبكة بتحويل طاقة التيار المستمر المولدة بواسطة الألواح الشمسية إلى جهد ناقل مناسب للعاكس من خلال وحدة MPPT، ثم يحولها إلى طاقة تيار متردد من خلال المكونات الإلكترونية لتزويد الأجهزة المنزلية بالطاقة، وإذا كانت هناك طاقة زائدة، فسيتم تحويلها إلى نفس جهد نظام التخزين وشحنها في نظام التخزين كاحتياطي، وإذا كانت هناك طاقة زائدة، فسيتم عكسها ودمجها في شبكة الطاقة.
2. تتميز أنظمة تخزين الطاقة الكهروضوئية بأوضاع التوليد الذاتي والاستهلاك الذاتي، وأوضاع تقليل ذروة الطلب وملء الفجوات، وأوضاع أولوية البطارية.
نمط التوليد الذاتي والاستخدام الذاتي: يتم تحويل الكهرباء المولدة بواسطة الألواح الشمسية إلى تيار متردد (AC) وتزويدها مباشرة للأجهزة المنزلية، بينما يتم شحن الفائض في نظام التخزين؛ إذا لم يكن التيار المولد بواسطة الألواح الشمسية كافيًا لاستخدامه بواسطة الأجهزة المنزلية، يتم تعويضه باستخدام شبكة الكهرباء في المدينة.
وضع تقليل ذروة الطلب وملء الفجوات: في وقت انخفاض الطلب المحدد، سيتم تحويل طاقة التيار المتردد من شبكة المدينة إلى طاقة تيار مستمر وشحنها في نظام تخزين الطاقة؛ وفي وقت ذروة الطلب المحدد، سيتم تحويل طاقة التيار المستمر في نظام تخزين الطاقة إلى طاقة تيار متردد لتزويد الأجهزة المنزلية؛ وإذا كانت طاقة البطارية غير كافية، فسيتم استكمالها من شبكة المدينة.
وضع أولوية البطارية: بغض النظر عن الوضع، يتم أولاً التأكد من أن طاقة نظام تخزين الطاقة ممتلئة، وعندما تولد الطاقة الشمسية المزيد من الطاقة، سيتم تحويلها مباشرة إلى طاقة تيار متردد لاستخدام بطارية المنزل، وعند تشغيل وظيفة الاتصال بالشبكة، سيتم إضافة الفائض إلى شبكة المدينة.
كيفية تصميم وحساب عدد الألواح الشمسية بالواط اللازمة للتركيب
لوحة شمسية: ليسو ٥٥٠ واط
الحجم: الطول 2278 × 1134 مم تقريبًا 2.6 قدم مربع.
الوزن: 28 كجم
الطاقة: 550 واط
صيغة حساب المساحة:
ملاحظة: يدعم الألواح الشمسية التي تقل قدرتها عن 7 كيلوواط
إجمالي قدرة الألواح الشمسية: 550 واط × 12 = 6.6 كيلوواط
مساحة السقف المطلوبة: 12 × 2.6 قدم مربع = 31.2 قدم مربع.
حساب توليد الطاقة اليومي:
لنأخذ مدينة ونتشو الصينية كمثال، حيث تبلغ ذروة سطوع الشمس 3.77 ساعة، ويبلغ إنتاج الطاقة لكل واط سنويًا 1.088 كيلوواط/ساعة، ويبلغ الاستخدام الفعلي السنوي 1087.08 ساعة، وزاوية التركيب 18 درجة.
ذروة توليد الطاقة اليومية = 6.6 كيلوواط × 3.77 ساعة = 24.88 كيلوواط ساعة
إنتاج الطاقة السنوي = 6.6 كيلوواط × 1087.08 ساعة = 7174.728 كيلوواط ساعة
