تقديم أربعة سيناريوهات لتطبيقات تخزين الطاقة الشمسية

1. سيناريو تطبيقات تخزين الطاقة الكهروضوئية خارج الشبكة
تُستخدم أنظمة تخزين الطاقة الكهروضوئية خارج الشبكة وأنظمة توليد الطاقة بشكل متزايد في المناطق الجبلية النائية والمناطق التي تفتقر إلى الكهرباء والجزر ومحطات الاتصالات الأساسية وإضاءة الشوارع، من بين أماكن أخرى حيث يمكنها العمل بشكل مستقل دون الاعتماد على شبكة الكهرباء.

يتألف النظام من مصفوفة كهروضوئية، ومحول كهروضوئي، وبطارية تخزين، وحمل طاقة. عند وجود ضوء، تقوم المصفوفة الكهروضوئية بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية، وتزود الحمل بالطاقة في الوقت نفسه عبر آلة التحكم العكسي المتكاملة، وتشحن البطارية؛ وعند غياب الضوء، تقوم البطارية بتشغيل الحمل الكهربائي عبر المحول.

صُممت أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية خارج الشبكة خصيصًا للنشر في المناطق التي تفتقر إلى شبكات الكهرباء أو التي تشهد انقطاعات متكررة للتيار الكهربائي. تعمل هذه الأنظمة وفق مبدأ "التخزين ثم الاستخدام" أو "التخزين أولًا ثم الاستخدام"، على غرار كيفية تحويل الفحم إلى طاقة. في المناطق التي لا تتوفر فيها شبكة كهرباء أو التي تشهد انقطاعات متكررة للتيار الكهربائي تؤثر على الأسر، تُعد أنظمة الطاقة خارج الشبكة عملية للغاية.

2. سيناريوهات تطبيقات تخزين الطاقة في الشبكات الهجينة الكهروضوئية
تُستخدم أنظمة تخزين الطاقة الهجينة الكهروضوئية على نطاق واسع أثناء انقطاعات التيار الكهربائي المتكررة. وتمنع تعريفات الاستهلاك الذاتي المرتفعة وصول الفائض إلى الإنترنت؛ كما أن تعريفات ذروة الاستهلاك أغلى بكثير من تعريفات فترات انخفاض الاستهلاك وتلك الخاصة بالتطبيقات البديلة.

يتألف النظام من مصفوفات كهروضوئية تتكون من وحدات خلايا شمسية، وآلات متكاملة تعمل بالطاقة الشمسية متصلة وغير متصلة بالشبكة، وبطاريات، وأحمال، ومكونات أخرى. في وجود الضوء، تحول المصفوفة الكهروضوئية الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية وتشحن البطاريات، بينما تزود الأحمال بالطاقة عبر عاكس التحكم الشمسي. أما في غياب الضوء، فتشحن البطاريات عاكس التحكم الشمسي، ومن ثم تزود الأحمال الكهربائية بالتيار المتردد.

يؤدي تضمين وحدات التحكم في الشحن والتفريغ والبطاريات في النظام المتصل بالشبكة والنظام المستقل عنها إلى زيادة التكلفة الإجمالية بنسبة تتراوح بين 30% و50% تقريبًا مقارنةً بنظام توليد الطاقة المتصل بالشبكة. مع ذلك، يُوسّع هذا التحسين نطاق التطبيقات المحتملة للنظام. أولًا، يُمكن تهيئة نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية لتوليد الطاقة بكامل طاقته المقدرة خلال فترات ذروة الطلب على الكهرباء، ما يُسهم في خفض تكاليفها. ثانيًا، يُمكن شحن نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية أثناء تشغيله خارج الشبكة وتفريغه خلال فترات ذروة الطلب، مستفيدًا من فرق السعر بين فترتي الذروة والانخفاض. أخيرًا، في حال انقطاع التيار الكهربائي عن الشبكة، يعمل نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية كمصدر طاقة احتياطي، ويمكن إيقاف تشغيل العاكس للعمل في وضع التشغيل المستقل. يُطبّق هذا السيناريو حاليًا بشكل متزايد في الدول المتقدمة.

3. سيناريوهات تطبيق أنظمة تخزين الطاقة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة
نظام توليد الطاقة الكهروضوئية المتصل بالشبكة، والذي يعمل بنظام الربط بالتيار المتردد، ويعتمد بشكل أساسي على مكونات الخلايا الكهروضوئية وتخزين الطاقة. بالإضافة إلى زيادة نسبة الطاقة المولدة ذاتيًا للاستهلاك الذاتي وتخزين الطاقة الكهروضوئية الأرضية، وتخزين الطاقة الكهروضوئية الصناعية والتجارية، وغيرها من التطبيقات المحتملة، يتميز النظام بقدرته على تخزين فائض الطاقة المولدة.

تتألف وحدات الخلايا الشمسية من مصفوفة الخلايا الكهروضوئية، والتي تُكمَّل ببطارية، ووحدة تحكم في الشحن والتفريغ، وحمل مستهلك للطاقة. في حال كان إنتاج الطاقة الشمسية أقل من طاقة الحمل، يُغذَّى النظام جزئيًا بالطاقة الشمسية وجزء من الشبكة الكهربائية. أما إذا تجاوز إنتاج الطاقة الشمسية طاقة الحمل، فيُستخدَم جزء من الطاقة الشمسية لتغذية الحمل، بينما يُخزَّن الجزء المتبقي عبر وحدة التحكم. إضافةً إلى ذلك، يُمكن استخدام نظام تخزين الطاقة في إدارة الطلب، وموازنة فترات الذروة والانخفاض، وغيرها من السيناريوهات لتعزيز نموذج ربحية النظام.

في سوق الطاقة الجديدة في الصين، حظي نظام تخزين الطاقة المتصل بشبكة الطاقة الشمسية الكهروضوئية باهتمام كبير باعتباره أحد تطبيقات الطاقة المتجددة الناشئة. ومن خلال دمج جهاز تخزين الطاقة، وتوليد الطاقة الكهروضوئية، وشبكة التيار المتردد، يحقق النظام أقصى استفادة من الطاقة المتجددة.

4. سيناريوهات تطبيقات أنظمة تخزين الطاقة في الشبكات الصغيرة
نظراً لأهميته كجهاز لتخزين الطاقة، فإن نظام تخزين الطاقة في الشبكات الصغيرة يحتل مكانة بارزة في نظام الطاقة وتطوير الطاقة الجديدة في الصين.

مع ازدياد شعبية الطاقة المتجددة واستمرار التقدم العلمي والتكنولوجي، تتزايد تطبيقات أنظمة تخزين الطاقة في الشبكات الصغيرة. وتتمحور هذه التطبيقات بشكل أساسي حول الجانبين المذكورين أدناه:
1) نظام توليد وتخزين الطاقة الموزع: يشير توليد الطاقة الموزع إلى وضع أجهزة توليد طاقة صغيرة الحجم بالقرب من المستهلك النهائي، باستخدام مصادر مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية الكهروضوئية وغيرها. ويتم تخزين أي فائض من الطاقة المولدة في نظام تخزين الطاقة، ليكون بمثابة مصدر طاقة احتياطي خلال فترات ارتفاع الطلب على الكهرباء أو انقطاع الشبكة.
2) أنظمة تخزين الطاقة الاحتياطية للشبكات الصغيرة: من أجل توفير إمدادات طاقة محلية موثوقة في المناطق النائية والجزر وغيرها من المواقع التي يصعب الوصول فيها إلى الشبكة، يمكن استخدام أنظمة تخزين الطاقة للشبكات الصغيرة كمصادر طاقة احتياطية.

من خلال الاستفادة من تكامل مصادر الطاقة المتعددة، تستطيع الشبكات الصغيرة تحسين استخدام إمكانات الطاقة النظيفة الموزعة. وهذا يمكّنها من التخفيف من الجوانب السلبية مثل محدودية السعة، وعدم موثوقية توليد الطاقة، وعدم استقرار مصادر الطاقة المستقلة، مع ضمان التشغيل الآمن لشبكة الطاقة الرئيسية. ونتيجة لذلك، تُعدّ الشبكات الصغيرة إضافة قيّمة لشبكة الطاقة الرئيسية. ويتسع نطاق تطبيقات الشبكات الصغيرة بشكل كبير، حيث يتراوح من بضعة كيلوواط إلى عشرات الميغاواط، كما أن تنوّع تطبيقاتها الممكنة أوسع بكثير.

تتسم أنماط استخدام تخزين الطاقة الكهروضوئية بالتنوع والشمول، وتشمل الشبكات الصغيرة، والأنظمة المستقلة عن الشبكة، والأنظمة المتصلة بالشبكة. وتتميز التطبيقات العملية للطاقة المتجددة بالمزايا والخصائص الفريدة لكل نوع من أنواع السيناريوهات، والتي تُسهم مجتمعةً في تزويد المستخدمين بطاقة موثوقة وفعالة.

مع استمرار تطور تكنولوجيا الخلايا الكهروضوئية وانخفاض تكاليفها، سيتبوأ تخزين الطاقة الكهروضوئية مكانةً أكثر أهمية في منظومة الطاقة المستقبلية. وفي الوقت نفسه، سيسهم تطوير وتطبيق سيناريوهات متنوعة في تسريع نمو قطاع الطاقة الناشئ في الصين، ويساعد في تحقيق التحول الطاقي والتنمية المستدامة بيئياً ومنخفضة الكربون.