أجهزة تخزين الطاقة المنزلية هي أجهزة تقوم بتخزين الطاقة الكهربائية واستخدامها عند الحاجة - والمعروفة أيضًا باسم منتجات تخزين الطاقة الكهربائية أو "أنظمة تخزين طاقة البطارية" (BESS)، والمشار إليها فيما يلي باسم تخزين الطاقة المنزلية. المكون الأساسي للتخزين المنزلي هو البطاريات القابلة لإعادة الشحن، وعادة ما تكون بطاريات الليثيوم أيون أو بطاريات الرصاص الحمضية. المكونات الأخرى عبارة عن محولات، والتي يمكنها التحكم بذكاء في نظام التحكم في الشحن والتفريغ.
مع دخول تخزين الطاقة إلى المنازل العادية، يمكننا تنفيذ مفهوم توليد الطاقة الموزعة، وتخفيف ضغط نقل شبكة الطاقة، وتقليل استخدام الوقود الأحفوري، وهو إجراء لامركزي ضروري لتحقيق الحياد الكربوني أو الحياد الصفري.
1. كيفية تكوين نظام تخزين الطاقة المنزلية
في أنظمة تخزين الطاقة المنزلية، المكونات الرئيسية هي المكونات، وآلات تخزين الطاقة، والبطاريات؛ النموذج الموضح في الصورة هو إعداد مخزن للطاقة في المرآب لاستخدام سياراتنا الكهربائية.
تنقسم أنظمة تخزين الطاقة إلى مرحلة واحدة وثلاث مراحل؛ الصورة التالية عبارة عن مخطط بسيط لنظام تخزين الطاقة، والذي يتضمن ليس فقط المكونات الرئيسية الثلاثة ولكن أيضًا عداد الكهرباء، والحمل المنزلي، وما إلى ذلك. سواء كان أحادي الطور أو ثلاثي الطور، هناك حلول مقابلة.
2. مقدمة لمحولات تخزين الطاقة
آلات تخزين الطاقة ES/ET عبارة عن تخزين طاقة ثنائي الاتجاه، وتدعم التكامل خارج الشبكة، ووظيفة UPS، والتحكم في تطبيق الهاتف المحمول، ويمكنها تحقيق مقاومة التدفق العكسي والحد من الطاقة. ومع ذلك، هناك أيضًا فرق بين ES وET. ES عبارة عن عاكس ثنائي الاتجاه لتخزين الطاقة أحادي الطور، بينما تم تصميم ET لشبكات الطاقة ثلاثية الطور؛ وهو يدعم الخرج غير المتوازن ثلاثي الطور والتحميل أحادي الطور؛
بالإضافة إلى ذلك، يتم توصيل ES ببطارية منخفضة الجهد، في حين أن ET لديها نطاق جهد أعلى ومتصلة ببطارية عالية الجهد؛ لذا فإن تيارات الشحن والتفريغ مختلفة أيضًا. وسوف ينعكس هذا أيضًا على واجهة العاكس.
نظرًا لحقيقة أن تيار الشحن والتفريغ الخاص بـ ES يمكن أن يصل إلى 100 أمبير، فإن واجهة البطارية المقابلة أكبر أيضًا، وتتطلب كابلًا مربعًا يبلغ 25. تيار الشحن والتفريغ لـ ET هو 25 أمبير فقط، ويكفي وجود كابل مربع 6-.
لذا فإن الميزة الأكبر لهاتين الآلتين هي أنهما مدمجتان مع الشبكة، ولديهما أيضًا وظيفة UPS. إذا فقدت الشبكة الطاقة فجأة، فسوف يتحول العاكس تلقائيًا إلى مصدر طاقة البطارية، ويكون وقت التبديل خارج الشبكة أقل من 10 مللي ثانية. ينتمي وقت استجابة مستوى UPS إلى مصدر الطاقة غير المنقطع؛ ويستخدم العديد من الشركات المصنعة للعاكسات محولات تخزين الطاقة EPS، وهي مصادر طاقة للطوارئ مع وقت تحويل أقل من 5 ثوانٍ.
3. مقدمة لبطاريات تخزين الطاقة
يوصى بأن يستخدم الجميع بطاريات الليثيوم، والتي تتوافق حاليًا مع العديد من ماركات البطاريات مثل BYD وWotai وPaineng؛ بالإضافة إلى ذلك، لا تزال هناك بعض البطاريات قيد المطابقة. قبل أن يشتري العملاء الجهاز، يجب عليهم أولاً التأكد مما إذا كانوا يستخدمون ماركات بطاريات متوافقة.
بطاريات الليثيوم هي بطاريات مصنوعة من معدن الليثيوم أو سبائك الليثيوم كمواد إلكترود سالبة وتستخدم محاليل إلكتروليت غير مائية. إنها تتمتع بمزايا متعددة مثل الطاقة العالية، وعمر الخدمة الطويل، والوزن الخفيف، وتستخدم على نطاق واسع في أنظمة تخزين الطاقة مثل محطات الطاقة الهيدروليكية والحرارية وطاقة الرياح والطاقة الشمسية.
فوسفات حديد الليثيوم (LFP)
بطارية ليثيوم ثلاثية العناصر (NCM/NCA)
بطارية ليثيوم أكسيد الكوبالت (LCO).
بطاريات الليثيوم الأخرى، مثل أكسيد المنغنيز الليثيوم، بطاريات تيتانات الليثيوم، إلخ
4. تكاليف المكونات المختلفة في نظام تخزين الطاقة
5. وضع العمل الأول
أولوية استهلاك التحميل:
كهروضوئية - بطارية - شبكة
يتم إعطاء الأولوية للكهرباء المولدة من الخلايا الكهروضوئية للاستخدام عن طريق الأحمال، مع تخزين الكهرباء الزائدة في البطاريات وبيعها للشبكة؛ عندما تكون الطاقة الكهروضوئية غير كافية، يتم تفريغ البطارية لاستخدامها بواسطة الحمل
عندما يكون هناك انقطاع للطاقة في الشبكة، لا يمكن أن يعمل الحمل عند طرف الإخراج المتصل بالشبكة؛ لكن الحمل عند طرف الإخراج خارج الشبكة يمكن أن يعمل بشكل طبيعي، مدعومًا بالطاقة الكهروضوئية والبطاريات
وتستخدم السيارات الكهربائية كهرباء البطارية للشحن ليلاً، ويتم تكملة النقص بشبكة الطاقة
يتم توفير الكهرباء المولدة بواسطة الخلايا الكهروضوئية إلى مقابس سقيفة السيارات الكهربائية والإضاءة ومحطات شحن السيارات الكهربائية وبطاريات تخزين الطاقة
يُستخدم وضع التطبيق هذا بشكل أساسي في مشاريع الفلل، بالإضافة إلى تطبيقات التخزين الخفيف والشحن. حاليًا، تتركز حالات هذا الوضع بشكل أساسي على الفلل والمظاهرات.
6. وضع العمل الثاني
توضيح: شبكة الطاقة ذات الوضع العام لا تقوم بشحن البطارية. يتيح ضبطه على الوضع الاقتصادي ضبط فترات شحن البطارية وتفريغها.
وتتمثل الوظيفة الرئيسية للنموذج الاقتصادي في حلاقة الذروة وملء الوادي. ويمكن استخدام الكهرباء من شبكة الكهرباء لشحن البطارية أثناء الوادي ليلاً ولتزويد الحمولة خلال ساعات الذروة خلال النهار؛ هذا الوضع يمكن أن يقلل من فرق ذروة الوادي، وبالتالي توفير تكاليف الكهرباء.
شرح: يمكن تشغيل الأحمال خارج الشبكة بواسطة الخلايا الكهروضوئية والبطاريات دون انقطاع أثناء انقطاع التيار الكهربائي؛ يتم تحويل نهاية الشبكة من شبكة الطاقة إلى مصدر طاقة البطارية لمصدر طاقة UPS.
عند فصل شبكة الطاقة، تنفد الطاقة من الطرف الموجود على الشبكة، ويقوم الجهاز بتبديل الأوضاع بسرعة 10 مللي ثانية لضمان الاستخدام العادي للأحمال المهمة على الطرف الاحتياطي. ويجب ملاحظة موقع هذا الحمل، حيث يجب توصيل الالتزامات المهمة بنهاية الشبكة.
على سبيل المثال، يتم إنشاء محطات اتصالات 5G بشكل عام في مواقع نائية حيث لا تكون جودة طاقة الشبكة عالية. من أجل تلبية الطلب غير المنقطع على الكهرباء، يمكن توصيل الحمل بالطرف الاحتياطي، ويمكن ضبط آلة تخزين الطاقة على وضع النسخ الاحتياطي. يتم استكماله عادةً بشبكة إمداد الطاقة الكهروضوئية ويتم تحويله إلى مصدر طاقة البطارية في حالة انقطاع التيار الكهربائي في حالات الطوارئ.
7. كيفية تحويل مشروع مثبت بالفعل إلى تخزين الطاقة
بعد ذلك، دعونا نلقي نظرة على نموذج آخر. يتطلب مشروع تجديد تخزين الطاقة استخدام آلات التجديد SBP وBT، دون تغيير التصميم الأصلي للنظام الكهروضوئي. يتم توصيل مخزن الطاقة المثبت أعلى النظام الكهروضوئي بجانب الاتصالات الخاص بنا. في ظل الظروف العادية، تكون أولوية استهلاك الكهرباء هي نفسها من الخلايا الكهروضوئية إلى البطاريات إلى الشبكة. بعد انقطاع التيار الكهربائي، يمكن للشبكة الاعتماد فقط على كهرباء البطارية لتوفير الطاقة للأحمال خارج الشبكة.
8. كيفية تكوين سعة البطارية
يجب أن يأخذ اختيار البطارية بعين الاعتبار الحمل، سواء تم استخدامه يوميًا أو احتياطيًا؛ يمكن أن يؤدي اختيار سعة بطارية كبيرة جدًا إلى إهدار الطاقة، وإذا تم استهلاك كل الكهرباء المخزنة، فقد لا يتم شحن البطارية بالكامل.
توفر الشركات المصنعة لمعدات تخزين الطاقة أيضًا للعملاء خيارات مختلفة لسعة البطارية من خلال أشكال مختلفة. أشكال مختلفة من حلول اختيار الطاقة المرنة، مثل التركيبات المكدسة، والأجهزة المعيارية المتكاملة، والمطابقة المتعددة للطاقة/الطاقة للمنتجات المتكاملة.
إذًا، كيف يمكن تحديد أفضل حل لسعة البطارية بسرعة وبشكل مباشر في سيناريو تخزين الطاقة المنزلية؟
في الوقت الحاضر، تستخدم معظم الأسر تخزين الطاقة كوسيلة لتنظيم إمدادات الطاقة واستخدام الشبكة، والتي نطلق عليها عادةً تخزين الطاقة المتصل بالشبكة. بالنسبة لتخزين الطاقة المتصلة بالشبكة، يمكن تقسيم الأغراض الرئيسية بشكل عام إلى ثلاث فئات: الاستخدام الذاتي للطاقة الكهروضوئية (مع ارتفاع تكاليف الكهرباء أو عدم وجود إعانات)، وأسعار الكهرباء في أوقات الذروة والوادي، ومصادر الطاقة الاحتياطية (مع شبكات طاقة غير مستقرة أو أحمال مهمة).
1. تحسين معدل الاستخدام الذاتي للخلايا الكهروضوئية
الغرض الرئيسي من هذا السيناريو هو تركيب أنظمة تخزين الطاقة الكهروضوئية لتقليل تكاليف الكهرباء عندما تكون أسعار الكهرباء مرتفعة أو يكون دعم الشبكة الكهروضوئية منخفضًا (بدون دعم)، بحيث يمكن تخزين الكهرباء المتبقية في النظام الكهروضوئي واستخدامها ليلاً باستثناء للاستخدام النهاري.
نقوم بتقسيم استهلاك الكهرباء المنزلية إلى استهلاك الكهرباء أثناء النهار (فترة توليد الطاقة الكهروضوئية عالية الطاقة) واستهلاك الكهرباء ليلاً (فترة توليد الطاقة الكهروضوئية منخفضة الطاقة أو عدم وجود طاقة). وفقًا للغرض المذكور أعلاه، يجب أن تكون الحالة المثالية هي أن الكهرباء المولدة بواسطة الخلايا الكهروضوئية يمكنها تلبية الطلب على الكهرباء أثناء النهار، وبعد التخزين، يمكنها فقط تلبية الطلب على الكهرباء أثناء الليل.
وهذا يعني أن السعة الفعالة للبطارية يجب أن تكون مساوية تقريبًا لتوليد الطاقة الكهروضوئية مطروحًا منها استهلاك الكهرباء أثناء النهار. لكن هذه مجرد حالة مثالية. لتجنب التكرار في سعة البطارية (لمنع عدم استهلاكها بالكامل في الليل)، نحتاج أيضًا إلى التأكد من أن الطاقة الفعالة للبطارية لا تتجاوز استهلاك الكهرباء ليلاً.
2. حلاقة الذروة وتعبئة الوادي لتقليل نفقات الكهرباء
والغرض الرئيسي من هذا السيناريو هو شحن البطارية أثناء انخفاض أسعار الكهرباء خلال النهار وتفريغها أثناء ارتفاع أسعار الكهرباء ليلاً، وذلك لتقليل نفقات الكهرباء الإجمالية.
نقوم بتقسيم استهلاك الكهرباء المنزلية إلى استهلاك الكهرباء نهارا (فترة انخفاض أسعار الكهرباء) واستهلاك الكهرباء ليلا (فترة ارتفاع أسعار الكهرباء). في هذا السيناريو، الحالة الأكثر مثالية هي استخدام الطاقة الكهروضوئية لتزويد الحمل الفائض بالكهرباء أثناء النهار وشحن البطارية بالشبكة، وتكون طاقة البطارية كافية فقط لتلبية الطلب ليلاً (أثناء ذروة أسعار الكهرباء). .
وهذا يعني أن السعة الفعالة للبطارية تساوي تقريبًا استهلاك المنزل من الكهرباء ليلاً. ومع ذلك، فإن حساب سعة البطارية بناءً على استهلاك الكهرباء ليلاً لا يمثل سوى الحد الأقصى لقيمة الطلب.
عند النظر في تكاليف البطارية، من الضروري بشكل عام النظر بشكل شامل في ثلاثة جوانب: سعة النظام الكهروضوئي، واستثمار البطارية، وتوفير أسعار الكهرباء، وتحديد النسبة المثلى. وفي الوقت نفسه، من الضروري التأكد من أن وقت تفريغ البطارية ليس أطول من وقت استهلاك الكهرباء ليلاً.
3. كمصدر طاقة احتياطي في المناطق ذات شبكات الكهرباء غير المستقرة
يمكن لأنظمة الإضاءة النقية المتوفرة في السوق توليد الكهرباء خلال النهار فقط، ولكنها لا تستطيع توفير طاقة احتياطية. في حالة انقطاع التيار الكهربائي المفاجئ، يمكن لنظام تخزين الضوء المتكامل الاستمرار في دعم تشغيل الأجهزة المنزلية مثل خزانات الأسماك والرشاشات والثلاجات وأجهزة المراقبة والإضاءة وغيرها من إمدادات الطاقة الهامة، مما يضمن سلامة الممتلكات المنزلية.
عند تصميم سعة البطارية مع الطاقة الاحتياطية كغرض رئيسي، فإن الاعتبار الرئيسي هو كمية الكهرباء التي تحتاجها البطارية لتزويد الأحمال المهمة بشكل منفصل خلال أطول وقت خارج الشبكة (أطول وقت متوقع لانقطاع التيار الكهربائي)، بما في ذلك الحاجة إلى النظر في الموقف لا يوجد PV في الليل.
في هذا السيناريو، من السهل نسبيًا حساب سعة البطارية. ما عليك سوى إدراج جميع الأحمال المهمة وحساب إجمالي استهلاك الطاقة لجميع الأحمال خلال أطول فترة انقطاع للطاقة لتحديد سعة البطارية بشكل مبدئي.
الحالات الثلاثة المذكورة أعلاه هي المتطلبات الأكثر شيوعًا لتثبيت أنظمة تخزين الطاقة المتصلة بالشبكة، وهناك أيضًا قواعد يجب اتباعها عند اختيار سعة البطارية. ومع ذلك، في التطبيقات العملية، قد يكون هناك موقف يتداخل فيه متطلبان أو أكثر، مما يتطلب منا تحليلها بشكل محدد بناءً على المتطلبات وتوضيح سعة الاختيار الأمثل للبطارية في النهاية.
بالإضافة إلى ذلك، في التحليل أعلاه، ذكرنا القوة الفعالة للبطارية، وفي الاختيار الفعلي للبطارية، عوامل مختلفة مثل حمل تأثير الحمل، وعمق التفريغ (DOD) للبطارية، وفقدان كفاءة النظام، والطاقة ويجب مراعاة أداء معدات التخزين وعوائد الاستثمار المتوقعة.
لذلك، عند اختيار سعة البطارية، من الضروري مراعاة الكهرباء في المنزل بأكمله أو سيناريو الاستخدام كنظام كامل، ومن المهم بشكل خاص اختيار أفضل مورد للمعدات وتكامل الأنظمة.