ما هي البطارية التي يجب اختيارها لنظام الطاقة الشمسية؟

يعد اختيار بطارية نظام الطاقة الشمسية خطوة حاسمة تتيح التخزين الفعال للطاقة المكتسبة من الشمس واستخدامها دون انقطاع عند الحاجة. في حين أن الألواح الشمسية تولد الطاقة فقط خلال ساعات النهار، فإن البطاريات تخزن هذه الطاقة وتحافظ على تشغيل النظام ليلاً وخلال فترات عدم كفاية ضوء الشمس. لذلك، لا ينبغي أن يعتمد اختيار البطارية على قيمة السعة فقط؛ بل يجب مراعاة العديد من العوامل التقنية، بما في ذلك التركيب الكيميائي للبطارية، وعمر الدورة، وخصائص الشحن، ونمط الاستخدام، وبيئة التثبيت.

أهمية البطاريات في أنظمة الطاقة الشمسية

في أنظمة الطاقة الشمسية، تخزن البطارية الطاقة المولدة، مما يضمن استمرارية النظام. تُستخدم الطاقة المخزنة خلال النهار في المساء أو خلال الفترات التي تنخفض فيها أشعة الشمس. وهذا يتيح استخدام الطاقة بشكل مستقل، لا سيما في الأنظمة غير المتصلة بالشبكة. بدون بطارية، لا يمكن لنظام الطاقة الشمسية أن يعمل إلا أثناء الإنتاج، مما يحد بشكل كبير من كفاءة النظام.

يؤدي الاختيار الصحيح للبطاريات لنظام الطاقة الشمسية إلى زيادة كفاءة النظام وإطالة عمر البطارية وتقليل تكاليف الصيانة. ومع ذلك، فإن الاختيار غير الصحيح للبطارية يمكن أن يؤدي إلى مشاكل خطيرة مثل التفريغ المتكرر وفقدان السعة والأعطال المفاجئة. لذلك، فإن البطارية ليست مجرد عنصر واحد من عناصر ميزانية النظام، بل هي عامل محدد رئيسي لأداء النظام.

كيف يتم حساب سعة البطارية؟

لتحديد سعة البطارية، يجب أولاً حساب الاستهلاك اليومي للطاقة. يتم أخذ استهلاك الطاقة (واط) وأوقات التشغيل اليومية (ساعات) لجميع الأجهزة المراد توصيلها في الاعتبار. يتم حساب الاستهلاك الإجمالي بالواط/ساعة (Wh) وتحويله إلى أمبير/ساعة (Ah) بقسمته على جهد النظام.

الصيغة الأساسية:

• استهلاك الطاقة اليومي (واط ساعة) = طاقة الجهاز (واط) × وقت التشغيل (ساعة)
• سعة البطارية (أمبير ساعة) = إجمالي واط ساعة / جهد النظام (فولت)

على سبيل المثال، إذا كان نظام يستهلك 2000 واط ساعة يوميًا يعمل بجهد 12 فولت: 2000 / 12 = 166 أمبير ساعة من البطارية مطلوبة. ومع ذلك، بالنظر إلى أن البطارية لا تستخدم بكامل طاقتها (الاستخدام المثالي هو في نطاق 50-70٪)، يجب اختيار السعة لتكون على الأقل 200-250 أمبير ساعة.

ما هي بطارية الدورة العميقة؟

بطاريات Deep Cycle هي نماذج بطاريات مصممة خصيصًا لتتحمل دورات الشحن والتفريغ اليومية. نظرًا لأن أنظمة الطاقة الشمسية تتعرض لدورات مستمرة، فإن البطاريات التي توفر تيارًا عاليًا لفترات قصيرة، مثل بطاريات السيارات، تتدهور بسرعة في هذه الأنظمة. من ناحية أخرى، فإن بطاريات Deep Cycle أكثر متانة عندما يتعلق الأمر بتوفير الطاقة بتيارات منخفضة لفترات طويلة.

عند اختيار البطاريات لنظام الطاقة الشمسية، فإن اختيار بطاريات الدورة العميقة يطيل من عمر البطارية ويعزز سلامة النظام. توفر هذه البطاريات أداءً أكثر استقرارًا أثناء الاستخدام المنتظم وتتعرض لفقدان أبطأ في السعة.

مقارنة بين بطاريات GEL و AGM و Lithium-Ion

أنواع البطاريات الأكثر استخدامًا لأنظمة الطاقة الشمسية في السوق هي GEL و AGM و Lithium Ion. لكل منها مزاياها وعيوبها.

• بطارية GEL: بفضل هيكلها الكهربائي الجلدي، فهي مقاومة لدرجات الحرارة العالية. سرعة الشحن بطيئة ولكن عمرها الافتراضي مستقر. وهي مناسبة للأنظمة التي تستهلك تيارات كهربائية منخفضة.
• بطارية AGM: يتم الاحتفاظ بالكهرباء داخل ألواح من الألياف الزجاجية. يمكنها توفير تيار عالي وشحن سريع. غالبًا ما يتم تفضيلها في الأنظمة المنزلية غير المتصلة بالشبكة.
• ليثيوم أيون: يتميز بأطول عمر دورة وأخف هيكل. على الرغم من أنه مكلف، إلا أنه يوفر مزايا العمر الطويل والكفاءة العالية.

عند الاختيار، يجب أخذ تكرار الاستخدام ودرجة الحرارة المحيطة والميزانية وملف استهلاك الطاقة في الاعتبار.

مزايا وعيوب بطاريات الليثيوم أيون

أصبحت بطاريات الليثيوم أيون النوع المفضل من البطاريات في أنظمة الطاقة الشمسية في السنوات الأخيرة. فهي توفر مزايا كبيرة في تصميم الأنظمة بفضل عمرها الافتراضي الأطول وقدرتها على الشحن الأسرع ووزنها الخفيف. كما أنها تخزن الطاقة بكفاءة أكبر وتحافظ على قدرتها لفترة طويلة.

في المقابل، فإن تكلفتها أعلى من بطاريات GEL و AGM. ومع ذلك، على المدى الطويل، غالبًا ما تكون التكلفة الإجمالية للملكية أقل نظرًا لعمرها الافتراضي الأطول ومتطلبات الصيانة الأقل.

الاختلافات في اختيار البطاريات للأنظمة غير المتصلة بالشبكة والأنظمة المتصلة بالشبكة

الأنظمة غير المتصلة بالشبكة: في هذه الأنظمة، تعد البطارية جهاز تخزين الطاقة الأساسي. لذلك، فإن المتانة وعمر الدورة أمران بالغا الأهمية. تعد بطاريات AGM وبطاريات الليثيوم أيون أكثر ملاءمة في هذه الحالة.

أنظمة الشبكة: في هذه الأنظمة، تُستخدم البطاريات لأغراض النسخ الاحتياطي. قد تكون متطلبات السعة أقل. قد يُفضل استخدام بطاريات GEL أو AGM. فهي أكثر ملاءمة.

ماذا يعني عمر دورة البطارية؟

يشير مصطلح “دورة الحياة” إلى عدد المرات التي يمكن للبطارية أن تتحمل فيها الشحن الكامل والتفريغ الكامل. في أنظمة الطاقة الشمسية، يتم شحن البطاريات وتفريغها عدة مرات كل يوم، مما يجعل دورة الحياة معيارًا مهمًا للغاية.

عمر تشغيلي طويل → عمر خدمة أطول → تكاليف صيانة أقل.

التوافق مع جهاز التحكم في شحن البطارية (منظم الطاقة الشمسية)

اختيار البطارية لا يقل أهمية عن اختيار جهاز التحكم في الشحن الذي سيتم استخدامه في النظام. تعمل منظمات MPPT على زيادة كفاءة شحن البطارية وإطالة عمرها. منظمات PWM أرخص ثمناً ولكنها ليست بنفس فعالية MPPT من حيث الكفاءة.

يجب ضمان توافق الجهد والتيار بين البطارية والمنظم؛ وإلا فقد تتعرض البطارية للشحن الزائد أو التفريغ الزائد وتتدهور بسرعة.

تأثير درجة الحرارة المحيطة وظروف التركيب على أداء البطارية

البطاريات حساسة للحرارة. تؤدي درجات الحرارة المرتفعة على وجه الخصوص إلى تدهور بنية الإلكتروليت وتقليل عمر البطارية. لذلك، يجب وضع البطارية في مكان لا يتعرض لأشعة الشمس المباشرة ويتمتع بتدفق هواء كافٍ.

يقلل الطقس شديد البرودة من معدل التفاعل الكيميائي للبطارية ويؤدي إلى فقدان السعة. لذلك، تعتبر ظروف التخزين أحد العوامل الرئيسية التي تحدد عمر البطارية.

كيفية اختيار البطارية المناسبة لنظام الطاقة الشمسية؟

عند اختيار بطارية لنظام الطاقة الشمسية، يجب مراعاة السعة، وتركيب البطارية الكيميائي، وعمر الدورة، وطريقة الشحن، والظروف البيئية معًا. تضمن البطارية المناسبة تشغيلًا مستقرًا للنظام، وتضمن استمرارية الطاقة، وتقلل من التكاليف الإجمالية للنظام.

يتيح الاختيار الواعي للبطارية تحقيق أعلى عائد من الطاقة الشمسية.