ماذا تعني الشبكة المتصلة، خارج الشبكة، الموازية خارج الشبكة، والشبكة الصغيرة في أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية الموزعة؟

في أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية الموزعة، غالبًا ما تُرى تعبيرات مختلفة مثل الشبكة المتصلة، وخارج الشبكة، والشبكة الصغيرة. ما هي خصائصهم الخاصة؟ ما هي الاختلافات؟ في الواقع، فهي تمثل العديد من أنظمة توليد الطاقة المتعلقة بتوليد الطاقة الكهروضوئية الموزعة. في هذه المقالة، لا نقدم فقط الخصائص الرئيسية لأنظمة توليد الطاقة المتصلة بالشبكة، وأنظمة توليد الطاقة المتصلة بالشبكة، وأنظمة توليد الطاقة لتخزين الطاقة خارج الشبكة، والشبكات الصغيرة، ولكن أيضًا نقارنها من حيث ارتباطها بشبكة الطاقة، والطاقة متطلبات معدات التخزين وسيناريوهات التطبيق والجوانب الأخرى في جدول لسهولة الرجوع إليها.

نظام توليد الطاقة المتصل بالشبكة

يشير النظام الكهروضوئي المتصل بالشبكة إلى نظام كهروضوئي متصل مباشرة بشبكة الطاقة العامة. تشمل المكونات الأساسية لهذا النظام الوحدات الكهروضوئية، والعاكسات المتصلة بالشبكة، والعدادات ثنائية الاتجاه، وشبكة الطاقة نفسها. تتمثل وظيفة المحولات المتصلة بالشبكة في تحويل التيار المباشر الناتج عن الوحدات الكهروضوئية إلى تيار متردد، والذي يتم بعد ذلك توفيره للأحمال المحلية. ويتم بيع الكهرباء الفائضة مرة أخرى إلى الشبكة من خلال عدادات ثنائية الاتجاه.

يعتمد نظام توليد الطاقة المتصل بالشبكة على شبكة الطاقة الخارجية ويعتمد طريقة عمل "الاستخدام الذاتي التلقائي، أو توصيل شبكة الكهرباء الفائضة" أو "توصيل الشبكة الكاملة". في حالة انقطاع التيار الكهربائي، لا يعمل النظام لمنع التدفق العكسي للكهرباء إلى الشبكة، مما قد يشكل خطرًا على السلامة.

نظام توليد الطاقة خارج الشبكة

تعمل أنظمة توليد الطاقة خارج الشبكة بشكل مستقل عن شبكة الطاقة ولا ترتبط بها. وتتكون من وحدات كهروضوئية ومحولات خارج الشبكة وبطاريات وأحمال. هذا النظام مستقل تمامًا ولا يعتمد على شبكة إمداد الطاقة، وهو مناسب للمناطق النائية التي لا تحتوي على تغطية الشبكة أو المناطق التي تعاني من انقطاع التيار الكهربائي بشكل متكرر. يجب أن تكون الأنظمة خارج الشبكة مجهزة بأجهزة تخزين الطاقة، عادة البطاريات، لاستخدامها في الليل أو في ظروف الإضاءة المنخفضة.

أنظمة توليد الطاقة خارج الشبكة لا تعتمد على شبكة الكهرباء، بل تعتمد على وضع العمل "التخزين أثناء الاستخدام" أو "التخزين قبل الاستخدام"، ولا تتأثر بانقطاع التيار الكهربائي. يتمتع هذا النظام بمرونة فائقة وقدرة على المناورة، ويجب أن يكون مزودًا بأجهزة تخزين الطاقة مثل البطاريات لتخزين الكهرباء المولدة أثناء النهار لاستخدامها ليلاً أو في حالة عدم وجود ضوء.

نظام تخزين وتوليد الطاقة الهجين

تُستخدم أنظمة توليد الطاقة الهجينة لتخزين الطاقة على نطاق واسع في الأماكن التي يوجد فيها انقطاع متكرر للتيار الكهربائي، أو حيث لا يمكن للاستخدام الذاتي الكهروضوئي توليد فائض من الكهرباء للاتصال بالشبكة، وحيث تكون أسعار كهرباء الاستخدام الذاتي أعلى بكثير من أسعار توصيل الشبكة، وحيث تكون أسعار الكهرباء في ذروة الذروة أعلى بكثير من أسعار كهرباء الوادي.

يتكون النظام من وحدات كهروضوئية، وآلات متكاملة هجينة تعمل بالطاقة الشمسية، وبطاريات، وأحمال، وما إلى ذلك. تعمل المجموعة الكهروضوئية على تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية تحت الإضاءة، وتوفر الطاقة للحمل وشحن البطارية من خلال جهاز متكامل عاكس يتم التحكم فيه بالطاقة الشمسية؛ عندما لا يكون هناك ضوء، تقوم البطارية بتزويد الطاقة إلى الآلة المتكاملة ذات العاكس الذي يتم التحكم فيه بالطاقة الشمسية، ثم تقوم بتزويد الطاقة إلى حمل التيار المتردد.

بالمقارنة مع أنظمة توليد الطاقة المتصلة بالشبكة، يضيف هذا النظام جهاز تحكم بالشحن والتفريغ وبطارية. في حالة انقطاع التيار الكهربائي، يمكن للنظام الكهروضوئي الاستمرار في العمل، ويمكن للعاكس التبديل إلى وضع خارج الشبكة لتزويد الحمل بالطاقة.

ميكروغريد

الشبكة الصغيرة هي شبكة توزيع تتكون من مصادر الطاقة الموزعة (مثل الخلايا الكهروضوئية وطاقة الرياح)، والأحمال، وأنظمة تخزين الطاقة، وأجهزة التحكم. بالمقارنة مع التكامل واسع النطاق لتوليد الطاقة ونقلها وتوزيعها واستخدامها في شبكة الطاقة الكبيرة، تحقق الشبكات الصغيرة بشكل أساسي استهلاكًا في الموقع للطاقة المتجددة الموزعة وتبادل الطاقة مع شبكة الطاقة الكبيرة.

يمكن أن تعمل الشبكات الصغيرة كشبكات طاقة مستقلة أو أن تكون متصلة بشبكة الطاقة الرئيسية لتبادل الطاقة الكهربائية. تتميز أنظمة الشبكات الصغيرة بخصائص المرونة والكفاءة، والتي يمكن أن تعزز التكامل واسع النطاق بين مصادر الطاقة الموزعة والطاقة المتجددة.

في الشبكات الصغيرة، يتم تحقيق التحكم التعاوني بين الشبكة الرئيسية ومصادر الطاقة الموزعة وأنظمة تخزين الطاقة من خلال أنظمة إدارة الطاقة لتخفيف التقلبات في الطاقة الموزعة.

جدول مقارنة الأنظمة المختلفة

من خلال هذا الجدول، يمكننا أن نرى بصريًا الاختلافات في علاقة الاتصال بالشبكة، ومتطلبات معدات تخزين الطاقة، وسيناريوهات التطبيق، وتعقيد النظام والتكلفة، بالإضافة إلى استقرار وموثوقية إمدادات الطاقة لكل نظام توليد الطاقة الكهروضوئية. وهذا يساعدنا على اختيار نوع النظام المناسب بناءً على متطلبات وشروط التطبيق المحددة.