يختلف تخزين الطاقة الكهروضوئية عن توليد الطاقة المتصلة بالشبكة، فبالإضافة إلى البطاريات وأجهزة شحنها وتفريغها، يرتفع التكلفة الأولية بنسبة 20-40%، إلا أن نطاق التطبيق أوسع بكثير. وبحسب التطبيقات المختلفة، يُقسم نظام تخزين وتوليد الطاقة الكهروضوئية الشمسية إلى أربعة أنواع: نظام توليد الطاقة خارج الشبكة، ونظام تخزين الطاقة خارج الشبكة، ونظام تخزين الطاقة المتصل بالشبكة، وأنظمة الشبكات الصغيرة الهجينة المتنوعة.
نظام توليد الطاقة الكهروضوئية خارج الشبكة
نظام توليد الطاقة الكهروضوئية خارج الشبكة (توليد الطاقة الكهروضوئية خارج الشبكة)، بالإضافة إلى الخلايا الشمسية المدمجة في الآلات الحاسبة، يمكن استخدامه بسهولة في الساعات الإلكترونية، مع لوحة شمسية وجهاز شحن بسيط وبطارية، وهو أبسط نظام لتوليد الطاقة الكهروضوئية. غالبًا ما يستخدم الرعاة هذا الجهاز لحمل مصدر طاقة محمول لتشغيل الراديو والإضاءة المسائية. تتوفر الآن أيضًا أنظمة طاقة شمسية محمولة مماثلة.
أنظمة تخزين الطاقة المتصلة بالشبكة والمنفصلة عنها
تتميز أنظمة الطاقة الكهروضوئية، وفقًا لتطبيقاتها الفعلية المتنوعة، وأنظمة تخزين الطاقة خارج الشبكة، بقدرتها على توليد الطاقة المتصلة بالشبكة وتخزينها، بالإضافة إلى تشغيلها بشكل فردي خارج الشبكة. في بعض المناطق التجارية، ونظرًا للسعة المحدودة لمحولات الطاقة، لا يُسمح لأنظمة الطاقة الكهروضوئية بالربط بالشبكة لبيع الكهرباء، فضلًا عن عدم استقرار شبكات الطاقة الإقليمية. كما توجد مناطق أخرى يكون فيها سعر الإنترنت منخفضًا جدًا بينما تكون أسعار الطاقة للاستخدام الفردي مرتفعة، مع وجود فرق كبير بين أسعار الذروة وأسعار الركود. لذا، فإن تركيب محطات الطاقة الكهروضوئية في هذه المناطق مناسب لاستخدام أنظمة تخزين الطاقة المتصلة بالشبكة والمنفصلة عنها.
تتمتع أنظمة تخزين الطاقة الكهروضوئية والمنفصلة عن الشبكة بأربع طرق رئيسية لتحقيق الربح:
1. باستخدام مصدر الطاقة الكهروضوئية للحمل، يمكنك تحديد سعر ذروة إنتاج الكهرباء، مما يقلل من تكاليف الكهرباء.
2. الشحن في أوقات خارج الذروة والتفريغ في أوقات الذروة، مع الاستفادة من فرق السعر بين أوقات الذروة وأوقات الركود لتحقيق الأرباح.
3. لا يمكن أن يكون متصلاً بالإنترنت، ويمكن تركيبه لمنع التدفق العكسي. إذا كانت طاقة النظام الكهروضوئي أكبر من طاقة الحمل، فلا يمكن استخدام الطاقة حتى تخزين البطارية.
4. انقطاع التيار الكهربائي عن الشبكة، يتم تحويل النظام إلى وضع خارج الشبكة، ويستمر نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية في توليد الكهرباء، ويستمر النظام في العمل كمصدر طاقة احتياطي، ومصدر طاقة كهروضوئي وبطارية للحمل من خلال العاكس.
بالمقارنة مع نظام توليد الطاقة المتصل بالشبكة، فإن النظام غير المتصل بالشبكة، والذي يتطلب وحدة تحكم الشحن/التفريغ والبطارية، يزيد من تكلفة النظام بنحو 30%، إلا أن نطاق تطبيقاته أوسع. أولًا، يمكن ضبطه لإنتاج الطاقة المقدرة عند ذروة سعر الكهرباء لخفض فاتورة الكهرباء؛ ثانيًا، يمكن شحنه عند أدنى سعر للكهرباء وتفريغه عند الذروة لتحقيق ربح من خلال الاستفادة من فرق السعر بين الذروة والقاع؛ ثالثًا، عند انقطاع التيار الكهربائي عن الشبكة، يستمر نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية في العمل كمصدر طاقة احتياطي، ويمكن تحويل العاكس إلى وضع التشغيل غير المتصل بالشبكة، حيث يمكن تزويد الأحمال بالطاقة من خلال الألواح الشمسية والبطاريات.
نظام تخزين الطاقة الكهروضوئية المتصل بالشبكة
تستطيع أنظمة إنتاج الطاقة الكهروضوئية المزودة بوحدات تخزين طاقة متصلة بالشبكة تخزين فائض الطاقة المولدة، مما يزيد من نسبة التوليد والاستهلاك الذاتي. تُستخدم هذه الأنظمة في الحالات التي يتعذر فيها تغذية الشبكة بالطاقة الكهروضوئية المولدة والمستهلكة ذاتيًا، وعندما تكون تعريفات ذروة الاستهلاك أعلى بكثير من تعريفات مستوى الطاقة، وعندما تكون تعريفات الاستهلاك الذاتي أعلى بكثير من تعريفات التغذية. يتكون النظام من مصفوفة مربعة من الخلايا الكهروضوئية، ووحدة تحكم شمسية، وبطاريات، ومحول تيار متصل بالشبكة، وجهاز كشف التيار، وحمل كهربائي، ومكونات أخرى. تقوم وحدة التحكم بتخزين جزء من الطاقة الشمسية وتزويد الحمل بجزء آخر عندما تتجاوز الطاقة الشمسية قدرة الحمل. ويتم تشغيل النظام بمزيج من طاقة الشبكة والطاقة الشمسية عندما لا تكفي الطاقة الشمسية لتشغيل الحمل. بعد إلغاء دعم الطاقة الكهروضوئية، أصبح من الممكن تركيب أنظمة تخزين الطاقة المتصلة بالشبكة قبل تركيب أنظمة الطاقة الشمسية في بعض البلدان والمناطق، مما يسمح بتوليد واستهلاك الطاقة الكهروضوئية ذاتيًا بالكامل. يمكن استخدام جهاز تخزين الطاقة المتصل بالشبكة مع محولات التيار من مختلف الشركات المصنعة مع الحفاظ على التكوين الأصلي. عند استشعار مستشعر التيار لتدفق التيار إلى الشبكة، يتم تفعيل جهاز تخزين الطاقة المتصل بالشبكة، حيث يقوم بتخزين الطاقة الزائدة في البطارية، وفي حال امتلاء البطارية، يتم تشغيل سخان المياه الكهربائي. ويمكن ضبط البطارية لإرسال الطاقة إلى الأحمال عبر محول التيار عند زيادة استهلاك الطاقة المنزلية ليلاً.
نظام الشبكة المصغرة لتخزين الطاقة
يتألف نظام الشبكة المصغرة من مصفوفة مربعة من الخلايا الشمسية، وعاكس متصل بالشبكة، ومحول ثنائي الاتجاه من نوع PCS، ومفتاح تحويل ذكي، وبطاريات، ومولد. عند وجود ضوء، تحول مصفوفة الخلايا الكهروضوئية الطاقة الشمسية إلى كهرباء. ثم تستخدم العاكس لتشغيل الأحمال، والمحول ثنائي الاتجاه من نوع PCS لشحن البطاريات. وعند غياب الضوء، تستخدم البطاريات المحول ثنائي الاتجاه من نوع PCS لتشغيل الأحمال. تُعد الشبكة المصغرة الحل الأمثل لضمان سلامة شبكة الطاقة، لأنها تستفيد بشكل كامل وفعال من إمكانات الطاقة النظيفة الموزعة، مع تقليل عيوب صغر السعة، وعدم استقرار إنتاج الطاقة، وانخفاض موثوقية مصادر الطاقة المستقلة. ويُشكل التشغيل الآمن للنظام إضافة قيّمة لشبكة الطاقة الرئيسية. كما تُساهم الشبكات المصغرة بشكل كبير في تحديث الشركات التقليدية اقتصاديًا وبيئيًا. ويقول الخبراء إن تطبيقات الشبكات المصغرة متنوعة، وتتراوح أحجامها من بضعة كيلوواط إلى عشرات الميغاواط. يمكن تصميم الشبكات الصغيرة لتناسب مبنى واحد صغير أو حتى منشآت كبيرة مثل الصناعات والمناجم والشركات والمستشفيات والمدارس.
في نهاية أكتوبر 2020، وافقت إدارة الطاقة الوطنية على تنفيذ "قانون كفاءة نظام الطاقة الكهروضوئية"، الذي يحرر بالكامل نسبة قدرة محطات الطاقة الكهروضوئية، مع نسبة قدرة موصى بها تصل إلى 1.
فرصة:ستستمر شحنات وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية المحلية في النمو بشكل ملحوظ على المدى الطويل، وكذلك شحنات أجهزة العاكس. ويمكن للتخصيص الزائد المدروس أن يحقق أقل تكلفة مُستوية للطاقة، ويُحسّن معدل العائد الداخلي للمشاريع، ويُسرّع من تحقيق التكافؤ بين تكلفة الطاقة الشمسية وتكلفة الإنتاج.
تحدي:التخلي عن الإضاءة وتقلب قدرة محولات توليد الطاقة الكهروضوئية على تجاوز القدرة الاستيعابية والحمل الزائد.
إنشاء نظام معياري سليم لصناعة تخزين الطاقة، حيث يتضمن نظام تخزين الطاقة العديد من حلقات المعدات، وتختلف أداء معدات السلسلة الصناعية، وتُعد الحرائق والحوادث الأخرى عقبة رئيسية تؤثر على تطوير تخزين الطاقة.
توضيح الوضع السوقي المستقل لتخزين الطاقة، حيث يمكن دمج مرافق تخزين الطاقة مع الطاقة الكهروضوئية والطاقة الحرارية ومصادر الطاقة الأخرى ككل، للمشاركة في خدمات تحويل ذروة الطاقة وتحويل التردد، وتحقيق الإيرادات، ولكن أيضًا ككيان سوقي مستقل.
يجب أن يتزامن الدعم السياسي المتنوع والمستقر، والدعم السياسي الصناعي لتخزين الطاقة، مع التوجه نحو السوق، مع تطبيق سياسات صناعية متنوعة لسيناريوهات تطبيق مختلفة.
سيشهد تطوير الطاقة في الصين مستقبلاً عمليةً تبدأ من مصادر عالية الكربون، ثم منخفضة الكربون، وصولاً إلى الصفر الكربوني. وفي مجال الكهرباء، سيبدأ استبدال مصادر الطاقة الجديدة تدريجياً، ثم استبدال مخزون الطاقة، وذلك لتحقيق التوازن بين جانب المستخدم وجانب توليد الطاقة، أي بين تخزين الطاقة والطاقة الجديدة. ومن المتوقع أن تصل نسبة مصادر الطاقة الجديدة، مثل الطاقة الشمسية الكهروضوئية، إلى أكثر من 30% من مزيج الطاقة بحلول عام 2035، مما يدعم الاتجاه التصاعدي لاستهلاك الطاقة دون زيادة انبعاثات الكربون.
سواء تم تركيب محطة تخزين الطاقة في مثال النقل أو توزيع الطاقة، سواء مع محطة حقل الطاقة المتجددة التي تتشارك الموقع، أو الوصول المستقل إلى محطة تخزين الطاقة بالشبكة، فإن ذلك يعود أساسًا إلى فائدة سوق الطاقة وتنويع الأنماط.
يتجه تطوير تخزين الطاقة المتصلة بالشبكة نحو الطاقة المتجددة النظيفة، حيث بدأت تجارب تخزين الطاقة الشمسية وطاقة الرياح تدريجياً في جميع أنحاء العالم. وقد ساهم دعم تخزين الطاقة الكهروضوئية وطاقة الرياح في تحقيق استقرار اقتصادي مستمر، وتنظيم استهلاك الطاقة، وتحسين كفاءة الطاقة، وغيرها من المزايا.
