يتكون نظام تخزين الطاقة الكهروضوئية (PV) السكني بشكل أساسي من وحدات كهروضوئية، وبطاريات تخزين الطاقة، ومحولات تخزين، وأجهزة قياس، وأنظمة إدارة مراقبة. ويهدف إلى تحقيق الاكتفاء الذاتي من الطاقة، وخفض تكاليفها، وخفض انبعاثات الكربون، وتحسين موثوقية الطاقة. يُعدّ تهيئة نظام تخزين الطاقة الكهروضوئية السكني عملية شاملة تتطلب دراسة متأنية لعوامل مختلفة لضمان تشغيل فعال ومستقر.
I. نظرة عامة على أنظمة تخزين الطاقة الكهروضوئية السكنية
قبل بدء إعداد النظام، من الضروري قياس مقاومة عزل التيار المستمر بين طرف دخل مصفوفة الألواح الكهروضوئية والأرضي. إذا كانت المقاومة أقل من U…/30 مللي أمبير (U… يمثل أقصى جهد خرج لمصفوفة الألواح الكهروضوئية)، فيجب اتخاذ إجراءات تأريض أو عزل إضافية.
تشمل الوظائف الأساسية لأنظمة تخزين الطاقة الكهروضوئية السكنية ما يلي:
- الاستهلاك الذاتي:استغلال الطاقة الشمسية لتلبية احتياجات الطاقة المنزلية.
- حلاقة الذروة وملء الوديان:موازنة استخدام الطاقة عبر أوقات مختلفة لتوفير تكاليف الطاقة.
- طاقة احتياطية:توفير الطاقة الموثوقة أثناء انقطاع التيار الكهربائي.
- مصدر طاقة الطوارئ:دعم الأحمال الحرجة أثناء فشل الشبكة.
تتضمن عملية التكوين تحليل احتياجات المستخدم من الطاقة، وتصميم أنظمة الطاقة الشمسية والتخزين، واختيار المكونات، وإعداد خطط التثبيت، وتحديد تدابير التشغيل والصيانة.
ثانيًا: تحليل الطلب والتخطيط
تحليل الطلب على الطاقة
يعد تحليل الطلب التفصيلي على الطاقة أمرًا بالغ الأهمية، بما في ذلك:
- تحليل ملف تعريف الحمل:تحديد متطلبات الطاقة للأجهزة المختلفة.
- الاستهلاك اليومي:تحديد متوسط استهلاك الكهرباء خلال النهار والليل.
- تسعير الكهرباء:فهم هياكل التعريفة الجمركية لتحسين النظام لتحقيق خفض التكاليف.
دراسة الحالة
| الجدول 1 إحصائيات الحمل الإجمالي | |||
| معدات | قوة | كمية | إجمالي الطاقة (كيلوواط) |
| مكيف هواء عاكس | 1.3 | 3 | 3.9 كيلو واط |
| غسالة ملابس | 1.1 | 1 | 1.1 كيلو واط |
| ثلاجة | 0.6 | 1 | 0.6 كيلو واط |
| TV | 0.2 | 1 | 0.2 كيلو واط |
| سخان الماء | 1.0 | 1 | 1.0 كيلو واط |
| غطاء عشوائي | 0.2 | 1 | 0.2 كيلو واط |
| كهرباء أخرى | 1.2 | 1 | 1.2 كيلو واط |
| المجموع | 8.2 كيلو واط | ||
| الجدول 2 إحصائيات الأحمال المهمة (إمدادات الطاقة خارج الشبكة) | |||
| معدات | قوة | كمية | إجمالي الطاقة (كيلوواط) |
| مكيف هواء عاكس | 1.3 | 1 | 1.3 كيلو واط |
| ثلاجة | 0.6 | 1 | 0.6 كيلو واط |
| سخان الماء | 1.0 | 1 | 1.0 كيلو واط |
| غطاء عشوائي | 0.2 | 1 | 0.2 كيلو واط |
| إضاءة الكهرباء وغيرها | 0.5 | 1 | 0.5 كيلو واط |
| المجموع | 3.6 كيلو واط | ||
- ملف تعريف المستخدم:
- إجمالي الحمل المتصل: 8.2 كيلو واط
- الحمل الحرج: 3.6 كيلو واط
- استهلاك الطاقة خلال النهار: 10 كيلوواط ساعة
- استهلاك الطاقة في الليل: 20 كيلوواط ساعة
- خطة النظام:
- تركيب نظام هجين من الطاقة الشمسية وتخزينها، حيث يُولّد النظام نهارًا لتلبية احتياجات الأحمال، ويُخزّن الطاقة الزائدة في بطاريات للاستخدام ليلًا. تُعدّ الشبكة الكهربائية مصدر طاقة إضافيًا عندما تكون الطاقة الشمسية وتخزينها غير كافيين.
-
ثالثًا: تكوين النظام واختيار المكونات
1. تصميم نظام الطاقة الكهروضوئية
- حجم النظامبناءً على حمل المستخدم البالغ 8.2 كيلوواط واستهلاكه اليومي البالغ 30 كيلوواط/ساعة، يُنصح باستخدام مصفوفة ألواح كهروضوئية بقدرة 12 كيلوواط. تُنتج هذه المصفوفة حوالي 36 كيلوواط/ساعة يوميًا لتلبية الطلب.
- وحدات الطاقة الكهروضوئيةاستخدام ٢١ وحدة أحادية البلورة بقدرة ٥٨٠ واط، لتحقيق قدرة تركيبية تبلغ ١٢.١٨ كيلو واط. ضمان التوزيع الأمثل لأقصى قدر من التعرض لأشعة الشمس.
الحد الأقصى للطاقة Pmax [W] 575 580 585 590 595 600 جهد التشغيل الأمثل Vmp [V] 43.73 43.88 44.02 44.17 44.31 44.45 تيار التشغيل الأمثل Imp [A] 13.15 13.22 13.29 13.36 13.43 13.50 جهد الدائرة المفتوحة Voc [فولت] 52.30 52.50 52.70 52.90 53.10 53.30 تيار الدائرة القصيرة Isc [A] 13.89 13.95 14.01 14.07 14.13 14.19 كفاءة الوحدة [%] 22.3 22.5 22.7 22.8 23.0 23.2 تسامح طاقة الإخراج 0~+3% معامل درجة الحرارة للقدرة القصوى[Pmax] -0.29%/درجة مئوية معامل درجة حرارة جهد الدائرة المفتوحة [Voc] -0.25%/درجة مئوية معامل درجة حرارة تيار الدائرة القصيرة [Isc] 0.045%/درجة مئوية شروط الاختبار القياسية (STC): شدة الضوء 1000 واط/م²، درجة حرارة البطارية 25 درجة مئوية، جودة الهواء 1.5 2. نظام تخزين الطاقة
- سعة البطارية:قم بتركيب نظام بطارية ليثيوم فوسفات الحديد (LiFePO4) بسعة 25.6 كيلوواط/ساعة. تضمن هذه السعة احتياطيًا كافيًا للأحمال الحرجة (3.6 كيلوواط) لمدة 7 ساعات تقريبًا أثناء انقطاع التيار الكهربائي.
- وحدات البطاريةاستخدم تصميمات معيارية قابلة للتكديس مع علب محمية بتصنيف IP65 للتركيبات الداخلية والخارجية. تبلغ سعة كل وحدة 2.56 كيلوواط/ساعة، ويتكون النظام الكامل من 10 وحدات.
3. اختيار العاكس
- عاكس هجيناستخدم عاكسًا هجينًا بقدرة 10 كيلوواط مزودًا بإمكانيات إدارة الطاقة الشمسية والتخزين المتكاملة. تشمل الميزات الرئيسية ما يلي:
- الحد الأقصى لمدخلات الطاقة الكهروضوئية: 15 كيلو واط
- الإخراج: 10 كيلو وات لكل من التشغيل المتصل بالشبكة وخارج الشبكة
- الحماية: تصنيف IP65 مع وقت التبديل بين الشبكة وخارجها <10 مللي ثانية
4. اختيار كابلات الطاقة الكهروضوئية
كابلات الطاقة الشمسية الكهروضوئية تربط وحدات الطاقة الشمسية بصندوق العاكس أو المجمع. يجب أن تتحمل هذه الكابلات درجات الحرارة العالية، والتعرض للأشعة فوق البنفسجية، والظروف الخارجية.
- EN 50618 H1Z2Z2-K:
- أحادي النواة، مصمم لـ 1.5 كيلو فولت تيار مستمر، مع مقاومة ممتازة للأشعة فوق البنفسجية والطقس.
- TÜV PV1-F:
- مرن، مقاوم للهب، مع نطاق واسع لدرجات الحرارة (-40 درجة مئوية إلى +90 درجة مئوية).
- سلك الطاقة الكهروضوئية UL 4703:
- معزول بشكل مزدوج، مثالي للأنظمة المثبتة على الأسطح والأرضيات.
- كابل الطاقة الشمسية العائم AD8:
- قابلة للغمر ومقاومة للماء، ومناسبة للبيئات الرطبة أو المائية.
- كابل الطاقة الشمسية ذو النواة المصنوعة من الألومنيوم:
- خفيفة الوزن وفعالة من حيث التكلفة، وتستخدم في المنشآت واسعة النطاق.
5. اختيار كابل تخزين الطاقة
تربط كابلات التخزين البطاريات بالعاكسات. يجب أن تتحمل هذه الكابلات التيارات العالية، وتوفر استقرارًا حراريًا، وتحافظ على سلامة التيار الكهربائي.
- كابلات UL10269 وUL11627:
- معزولة بجدار رقيق، مقاومة للهب، ومضغوطة.
- كابلات معزولة بـ XLPE:
- الجهد العالي (حتى 1500 فولت تيار مستمر) والمقاومة الحرارية.
- كابلات التيار المستمر عالية الجهد:
- مُصمم لربط وحدات البطاريات وحافلات الجهد العالي.
مواصفات الكابلات الموصى بها
نوع الكابل النموذج الموصى به طلب كابل الطاقة الكهروضوئية EN 50618 H1Z2Z2-K ربط وحدات الطاقة الشمسية بالعاكس. كابل الطاقة الكهروضوئية سلك الطاقة الكهروضوئية UL 4703 التركيبات على السطح تتطلب عزلًا عاليًا. كابل تخزين الطاقة UL 10269، UL 11627 توصيلات البطارية المدمجة. كابل تخزين محمي كابل بطارية محمي من التداخل الكهرومغناطيسي تقليل التداخل في الأنظمة الحساسة. كابل الجهد العالي كابل معزول بـ XLPE الوصلات ذات التيار العالي في أنظمة البطاريات. كابل الطاقة الكهروضوئية العائم كابل الطاقة الشمسية العائم AD8 البيئات المعرضة للماء أو الرطبة.
رابعًا: تكامل النظام
دمج وحدات الطاقة الكهروضوئية وتخزين الطاقة والعاكسات في نظام كامل:
- نظام الطاقة الكهروضوئية:تصميم مخطط الوحدة وضمان السلامة الهيكلية باستخدام أنظمة التثبيت المناسبة.
- تخزين الطاقة:قم بتثبيت بطاريات معيارية مع تكامل مناسب مع نظام إدارة البطارية (BMS) للمراقبة في الوقت الفعلي.
- عاكس هجين:قم بتوصيل مجموعات الطاقة الكهروضوئية والبطاريات بالعاكس لإدارة الطاقة بسلاسة.
الخامس. التركيب والصيانة
تثبيت:
- تقييم الموقع:فحص أسطح المنازل أو المناطق الأرضية للتأكد من التوافق الهيكلي ومدى تعرضها لأشعة الشمس.
- تركيب المعدات:قم بتثبيت وحدات الطاقة الشمسية والبطاريات والعاكسات بشكل آمن.
- اختبار النظام:التحقق من التوصيلات الكهربائية وإجراء الاختبارات الوظيفية.
صيانة:
- عمليات التفتيش الروتينية:تحقق من الكابلات والوحدات والعاكسات بحثًا عن التآكل أو التلف.
- تنظيف:قم بتنظيف وحدات الطاقة الشمسية بانتظام للحفاظ على الكفاءة.
- المراقبة عن بعد:استخدم أدوات البرمجيات لتتبع أداء النظام وتحسين الإعدادات.
السادس. الخاتمة
يوفر نظام تخزين الطاقة الكهروضوئية السكني المُصمم جيدًا توفيرًا في الطاقة، وفوائد بيئية، وموثوقية عالية في الطاقة. ويضمن الاختيار الدقيق لمكونات مثل وحدات الطاقة الكهروضوئية، وبطاريات تخزين الطاقة، والعاكسات، والكابلات كفاءة النظام وطول عمره. باتباع التخطيط السليم،
من خلال اتباع بروتوكولات التثبيت والصيانة، يمكن لأصحاب المنازل تحقيق أقصى استفادة من استثماراتهم.
وقت النشر: ٢٤ ديسمبر ٢٠٢٤