سوف نتعرف في هذا المقال على أبرز النقاط الرئيسية:
- مفهوم أنظمة تخزين طاقة البطارية BESS.
- طبيعة عمل أنظمة تخزين البطارية.
- أنواع أنظمة التخزين وعمرها الافتراضي.
- التقنيات الحديثة في أنظمة التخزين.
- أولاً: مفهوم أنظمة تخزين طاقة البطارية أو ما يسمى ( Battery Energy Storage System ):
تخزين البطارية أو ما يسمى بأنظمة تخزين طاقة البطارية (BESS) هي الأجهزة التي تتيح تخزين الطاقة من مصادر الطاقة المتجددة، مثل: الطاقة الشمسية، وطاقة الرياح.
- ثانياً: آلية عمل البطاريات مع الألواح الشمسية:
بكل بساطة تعمل أنظمة تخزين طاقة البطارية عن طريق تحويل طاقة التيار المستمر التي تنتجها الألواح الشمسية وتخزينها كطاقة تيار متردد لاستخدامها لاحقاً، كلما زادت سعة بطاريتك زاد حجم النظام الشمسي الذي يمكن شحنه وبذلك تقوم البطاريات بما يلي :
- الشحن Charge: أثناء النهار يتم شحن نظام تخزين البطاريات عن طريق الكهرباء النظيفة المولدة من الطاقة الشمسية.
- التحسين Optimize: يستخدم برنامج البطارية الذكي خوارزميات لتنسيق إنتاج الطاقة الشمسية، وسجل الاستخدام وهياكل معدل المرافق، وأنماط الطقس لتحسين وقت استخدام الطاقة المخزنة.
- التفريغ Discharge: يتم تفريغ الطاقة من نظام تخزين البطارية خلال أوقات الاستخدام العالي مما يقلل أو يلغي رسوم الطلب المكلفة.
ملاحظة :
عندما تقوم بتثبيت بطارية شمسية كجزء من نظام الألواح الشمسية يمكنك تخزين الكهرباء الشمسية الزائدة بدلاً من إرسالها مرة أخرى إلى الشبكة، و إذا كانت الألواح الشمسية تنتج كهرباء أكثر مما يتم استخدامه أو الحاجة إليه فإن الطاقة الزائدة تتجه نحو شحن البطارية، كما ستعود الكهرباء إلى الشبكة فقط عندما تكون بطاريتك مشحونة بالكامل وسيتم سحب الكهرباء من الشبكة فقط عندما تنفذ البطارية.
هنا مرفق لكم فيديو قصير يوضح آلية عمل البطاريات مع الألواح الشمسية:
- ثالثاً: العمر الافتراضي لتخزين أنظمة طاقة البطارية، وأبرز أنواعها:
يتراوح النطاق العام لعمر البطارية بين (5 – 15) عاماً ومع ذلك يمكن أن يكون للصيانة المناسبة تأثير كبير على عمر البطارية، تتأثر البطاريات الشمسية بدرجة كبيرة بدرجة الحرارة لذا فإن حماية البطارية من درجات الحرارة القصوى يمكن أن يزيد من عمرها الافتراضي.
من أنواع البطاريات الشمسية لتخزين أنظمة الطاقة:
- بطاريات الرصاص الحمضية (PbA): تتميز هذه البطاريات بعمر قصير نسبياً وعمق تفريغ أقل مقارنة بأنواع البطاريات الأخرى، كما أنها أحد الخيارات الأقل تكلفة في السوق حالياً بالنسبة لأصحاب المنازل الذين يرغبون في الخروج من الشبكة ويحتاجون إلى تثبيت قدر كبير من تخزين الطاقة، يمكن أن يكون حمض الرصاص خيارًا جيداً.
- بطاريات الليثيوم أيون (Li-Ion): تتميز بأنها أخف وزناً وأكثر إحكاماً من بطاريات الرصاص الحمضية، كذلك عمق التفريغ أعلى وأطول عمراً عند مقارنتها ببطاريات الرصاص الحمضية، ومع ذلك فإن بطاريات الليثيوم أيون أغلى من نظيراتها من حمض الرصاص وغالباً ما تُعتبر بطاريات الليثيوم أيون أفضل خيار لنظام الألواح الشمسية على الرغم من أن أنواع البطاريات الأخرى يمكن أن تكون ميسورة التكلفة.
-
بطاريات نيكل كادميوم (Ni-Cd): ساد هذا النوع من البطاريات في سوق الإلكترونيات، تتميز بالعديد من التكوينات فهي غير مكلفة وسهلة الشحن والتخزين ومقاومة بدرجة عالية لدرجات الحرارة المنخفضة.
- بطاريات الصوديوم والكبريت (Na-S): هي تقنية فعالة من حيث التكلفة تشتمل مزاياها على: طاقة عالية، وكثافة طاقة، وعمر طويل، وتشغيل مستقر في ظل الظروف المحيطة القاسية، ومع ذلك فإن تقنية البطاريات هذه لها مجال تطبيق محدود بسبب درجات حرارة التشغيل العالية (لا تقل عن 300 درجة مئوية) والحساسية للتآكل، بالإضافة إلى ذلك يعد الصوديوم مكونًا خطيرًا شديد الاشتعال والانفجار كما أنها مناسبة تمامًا لتطبيقات تخزين الطاقة المستقلة المتكاملة مع مصادر الطاقة المتجددة.
- بطارية تدفق الأكسدة (RFB): يتم شحن الأجهزة ذات التردد وتفريغها عن طريق تفاعل الأكسدة والاختزال، كما تتميز بخصائص ممتازة من عمر طويل وسلامة عالية من المواد القابلة للاحتراق.
معلومة إثرائية :
هناك بطاريات الـ Tesla Powerwall: وهي عبارة عن بطارية تخزين شمسية تسمح لك بالحفاظ على مصدر طاقة مستدام ليلاً أو نهارًا، يتكامل هذا النوع من البطاريات مع نظامك الشمسي لتخزين الطاقة الزائدة المنتجة خلال النهار ويجعلها متاحة فقط عند الحاجة إليها، لايعتبر هذا النوع مقاوماً للعوامل الجوية فحسب بل إنه أيضاً نظام آلي/أوتوماتيكي بالكامل لا يتطلب أي صيانة، وتمتاز بطاريات Tesla Powerwall بأنه يمكنها اكتشاف انقطاع التيار الكهربائي وفصله عن الشبكة ويصبح تلقائياً مصدر الطاقة الرئيسي في منزلك، و يستطيع هذا النوع من البطاريات كذلك تقديم طاقة احتياطية سلسة لمنزلك في جزء من الثانية ستستمر الأضواء والأجهزة الخاصة بك في العمل دون انقطاع، كما إنه بدون Tesla Powerwall سيتم إيقاف تشغيل الطاقة الشمسية أثناء الانقطاع ،و من خلال تطبيق Tesla سيكون لديك رؤية كاملة لمنزلك الذي يعمل بالطاقة الذاتية.
- رابعاً: أبرز التقنيات التي يتم تطويرها لأنظمة تخزين الطاقة المتجددة:
يتطلب تخزين الطاقة المتجددة تقنيات منخفضة التكلفة وعمر طويل وبالإمكان أن تخزن طاقة كافية بتكلفة فعالة لتتناسب مع الطلب، وهناك عدداً من التقنيات لتخزين البطاريات قيد التطوير حالياً وتشمل التالي:
- تخزين طاقة الهواء المضغوط: يتم استخدام الطاقة الزائدة لضغط الهواء ثم تخزينه عندما تكون هناك حاجة للطاقة، يتم إطلاق الهواء المضغوط ويمر عبر توربين هوائي لتوليد الكهرباء.
- تخزين طاقة الجاذبية الميكانيكية: أحد الأمثلة على هذا النوع من النظام هو عندما يتم استخدام الطاقة لرفع الكتل الخرسانية فوق البرج، و عندما تكون هناك حاجة للطاقة يتم إنزال الكتل الخرسانية إلى أسفل مرة أخرى لتوليد الكهرباء باستخدام الجاذبية.
- بطاريات التدفق: في هذه البطاريات والتي هي في الأساس خلايا وقود قابلة لإعادة الشحن يتم توفير الطاقة الكيميائية من خلال مكونين كيميائيين مذاب في سوائل داخل النظام ويفصل بينهما غشاء.
