دقيقة واحدة لقراءة معلومات حول تخزين الطاقة الكهروضوئية المنزلية

ما الذي يجعل المحولات جزءًا مهمًا من النظام؟
يُعدّ نقل الطاقة بالتيار المتردد أكثر كفاءة من نقلها بالتيار المستمر، ويُستخدم لنقل الطاقة إلى العديد من الأماكن. يُمكن حساب مقدار الطاقة المفقودة نتيجة التيار المنقول في السلك باستخدام المعادلة P = I²R، والتي تعني "الطاقة = مربع التيار × المقاومة". لتقليل فقد الطاقة، يجب إما خفض التيار المنقول في السلك أو خفض مقاومته. من الصعب خفض مقاومة خطوط النقل (مثل الأسلاك النحاسية) نظرًا لتكلفتها العالية واحتياجها إلى خبرة علمية واسعة. لذا، فإن الطريقة الفعّالة الوحيدة هي خفض الطاقة المنقولة. الطاقة = التيار × الجهد، أو تحديدًا، الطاقة الفعّالة = IU cosφ. لتوفير الطاقة، يُمكن خفض التيار في الخطوط عن طريق تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد ورفع جهد الشبكة.
وبالمثل، تستخدم أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الألواح الكهروضوئية لتوليد طاقة التيار المستمر. مع ذلك، تحتاج العديد من الأحمال إلى طاقة التيار المتردد. وتواجه أنظمة مصادر طاقة التيار المستمر بعض المشاكل، إذ يصعب تغيير الجهد، كما أن الأحمال التي يمكن استخدامها محدودة. لذا، تحتاج جميع الأحمال، باستثناء أحمال الطاقة المحددة، إلى استخدام محولات لتحويل طاقة التيار المستمر إلى طاقة تيار متردد. يُعد محول الطاقة الكهروضوئية أهم جزء في نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية، حيث يحول طاقة التيار المستمر من الوحدة الكهروضوئية إلى طاقة تيار متردد، والتي تُرسل بعد ذلك إلى الحمل أو مصدر الطاقة، كما يحمي إلكترونيات الطاقة. يتكون محول الطاقة الكهروضوئية من وحدات الطاقة، ولوحات دوائر التحكم، وقواطع الدائرة، والمرشحات، والمفاعلات، والمحولات، والموصلات، والخزائن، وغيرها من الأجزاء. تشمل عملية الإنتاج المعالجة المسبقة للأجزاء الإلكترونية، وتجميع الآلات، والاختبار، والتعبئة، وغيرها من الخطوات. ويعتمد تطور هذه الخطوات على التقدم المحرز في تكنولوجيا إلكترونيات الطاقة، وتكنولوجيا أشباه الموصلات، وتكنولوجيا التحكم الحديثة.

أنواع مختلفة من محولات التيار
يمكن تقسيم العاكسات تقريبًا إلى هذه المجموعات الثلاث:
1. محول كهربائي متصل بالشبكة
إضافةً إلى تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد، يمكن لمحول التيار المتصل بالشبكة مزامنة خرج التيار المتردد مع تردد وطور التيار الكهربائي الرئيسي. وهذا يعني إمكانية إعادة تغذية التيار المتردد الخارج إلى الشبكة. بعبارة أخرى، يمكن لمحول التيار المتصل بالشبكة الاتصال بخط الكهرباء الرئيسي بشكل متزامن. يستطيع هذا المحول إرسال الطاقة غير المستخدمة إلى الشبكة دون الحاجة إلى بطاريات، ويمكن تصميم دائرة الإدخال الخاصة به للعمل بتقنية MTTP.
2. محولات لا تحتاج إلى توصيلها بالشبكة
تقوم محولات الطاقة المستقلة، التي تُركّب عادةً على الألواح الشمسية أو توربينات الرياح الصغيرة أو مصادر الطاقة المستمرة الأخرى، بتحويل التيار المستمر إلى تيار متردد يمكن استخدامه في المنزل. كما يمكنها تشغيل الأجهزة باستخدام الطاقة من الشبكة الكهربائية والبطاريات. ويُطلق عليها اسم "مستقلة" لأنها لا تتصل بشبكة الكهرباء ولا تحتاج إلى مصدر طاقة خارجي.
تُعدّ محولات الطاقة خارج الشبكة أولى الأنظمة التي تعمل بالبطاريات، والتي تُمكّن الشبكات الصغيرة من العمل في مناطق محددة. تستطيع هذه المحولات تخزين الطاقة وتحويلها إلى أشكال أخرى، حيث تحتوي على مداخل تيار مستمر، ومداخل شحن سريع، ومخارج تيار مستمر عالية السعة، ومخارج تيار متردد سريعة. وتستخدم برامج تحكم لتغيير ظروف الإدخال والإخراج، مما يُحسّن كفاءة مصادر الطاقة مثل الألواح الشمسية أو طواحين الهواء الصغيرة. كما تستخدم مخرج موجة جيبية نقية لتحسين جودة الطاقة.
تُعدّ بطاريات العاكس خارج الشبكة ضرورية لأنظمة الطاقة الشمسية المستقلة، لأنها تخزن الطاقة التي يمكن استخدامها عند انقطاع التيار الكهربائي. كما تُساعد هذه العواكس على تقليل الاعتماد على الشبكة الرئيسية، مما يُجنّب انقطاعات التيار الكهربائي وغيرها من المشاكل التي لا تستطيع شركات الكهرباء حلّها.
يحتوي العاكس المستقل عن الشبكة المزود بوحدة تحكم شحن الطاقة الشمسية على وحدة تحكم داخلية بتقنية PWM أو MPPT، مما يتيح للمستخدم توصيل مدخلات الألواح الكهروضوئية بالعاكس ومتابعة حالة الألواح على شاشته. هذا يُسهّل عملية إعداد النظام ومراقبته. تتميز العواكس المستقلة عن الشبكة في محركات الطاقة الاحتياطية والبطاريات بخاصية الاختبار الذاتي لضمان استقرار جودة الطاقة وكفاءتها. بينما تُستخدم العواكس منخفضة القدرة لتشغيل الأجهزة المنزلية، تُستخدم العواكس عالية القدرة في الغالب لتشغيل المشاريع التجارية والخاصة.
3. العاكس الهجين
يوجد نوعان رئيسيان من محولات الطاقة الهجينة: أحدهما محول خارج الشبكة مزود بوحدة تحكم شحن الطاقة الشمسية مدمجة، والآخر محول متصل بالشبكة وخارجها يمكن استخدامه لكل من أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتصلة بالشبكة والأنظمة خارج الشبكة، ويمكن إعداد بطارياته بطرق متنوعة.

ما يفعله المحول بشكل عام
1. وظائف التشغيل والإيقاف التلقائي
مع مرور النهار وارتفاع زاوية الشمس تدريجيًا، تزداد قوة أشعتها. يستطيع نظام الخلايا الكهروضوئية استيعاب المزيد من الطاقة الشمسية، وعندما يصل إلى مستوى الطاقة اللازم لتشغيل العاكس، يبدأ بالعمل تلقائيًا. ويتوقف عن العمل ويدخل في وضع السكون عندما يكون خرج العاكس المتصل بالشبكة/وحدة التخزين صفرًا أو قريبًا جدًا من الصفر. يحدث هذا عندما تنخفض طاقة خرج نظام الخلايا الكهروضوئية.
2. وظيفة تأثير منع الجزر
عملية توليد الطاقة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة، ونظام توليد الطاقة الكهروضوئية، وتشغيل شبكة الطاقة. عندما تتعطل شبكة الكهرباء العامة أو يحدث خلل فيها، تحدث ظاهرة العزل الكهربائي إذا لم يتمكن نظام توليد الطاقة الكهروضوئية من التوقف عن العمل في الوقت المناسب أو انفصل عن شبكة الطاقة ولكنه لا يزال يتلقى الطاقة. يُعدّ هذا الأمر ضارًا لكل من نظام الطاقة الكهروضوئية ومصدر الطاقة عند وجود جزر من الطاقة.
يحتوي العاكس المتصل بالشبكة/مخزن الطاقة على دائرة حماية داخلية مضادة للعزل، قادرة على رصد الشبكة بذكاء في الوقت الفعلي، بما في ذلك الجهد والتردد ومعلومات أخرى. في حال رصد أي خلل في الشبكة العامة، يستطيع العاكس استخدام قيم القياس المختلفة في الوقت المناسب لقطع التيار، وإيقاف الإخراج، والإبلاغ عن الأعطال.
3. خاصية التحكم لتتبع نقاط الطاقة القصوى
أهم ما يميز العاكس المتصل بالشبكة أو العاكس التخزيني هو وظيفة تتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT). تتيح هذه الوظيفة للعاكس تحديد ومراقبة أعلى طاقة خرج لأجزائه في الوقت الفعلي.
هناك العديد من الأشياء التي يمكن أن تغير طاقة خرج نظام الخلايا الكهروضوئية، وليس من الممكن دائمًا الحفاظ عليها عند أفضل طاقة خرج محددة لها.
تستطيع وظيفة تتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT) في العاكس المتصل بالشبكة/المخزن تتبع أعلى قدرة خرج لكل مكون في الوقت الفعلي. ومن ثم، يمكنها ضبط جهد (أو تيار) نقطة تشغيل النظام بذكاء لتقريبه من نقطة ذروة الطاقة، مما يزيد من الطاقة المولدة من نظام الخلايا الكهروضوئية ويضمن استمرارية عمله بكفاءة عالية.
4. ميزة ذكية لمراقبة الأوتار
استنادًا إلى عملية تتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT) الأولى، أكمل العاكس المتصل بالشبكة/مخزن الطاقة وظيفة الكشف الذكي عن السلاسل. يتحقق الكشف عن السلاسل بدقة من الجهد والتيار لكل سلسلة فرعية، على عكس تتبع نقطة الطاقة القصوى. وهذا يتيح للمستخدم رؤية بيانات التشغيل في الوقت الفعلي لكل سلسلة.
تُعدّ أنظمة إدارة البطاريات (BMS)، ومحولات الطاقة الشمسية المتصلة بالشبكة، ومحولات تخزين الطاقة، من أكثر أنظمة تخزين الطاقة رواجًا حاليًا. ولتلبية هذه الاحتياجات من معدات تخزين الطاقة المنزلية، ودمج ميزات العزل الآمن لكل دائرة من دوائر نظام الطاقة الشمسية، أطلقت شركة هواشنغ تشانغ مجموعة متكاملة من أنظمة تخزين الطاقة الشمسية المنزلية. وتتألف هذه الأنظمة في الغالب من محولات متصلة بالشبكة ومحولات هجينة.