مع استمرار تزايد الاهتمام العالمي بالطاقة المتجددة، أصبحت أنظمة تخزين البطاريات الشمسية خيارًا رئيسيًا للأسر التي تسعى إلى الاستقلال في مجال الطاقة، وتوفير التكاليف، والمسؤولية البيئية.
يتطلب تحديد العدد الصحيح من البطاريات الشمسية تحليلاً منهجيًا لاحتياجات الطاقة ومكونات النظام وسيناريوهات الاستخدام. تشرح هذه المقالة العوامل المؤثرة الرئيسية وطرق الحساب لمساعدتك في الإجابة على السؤال الأساسي: كم عدد البطاريات الشمسية التي يحتاجها منزلك بالفعل؟
لماذا تركيب البطاريات الشمسية لتلبية احتياجات الكهرباء المنزلية الخاصة بك؟
تعمل البطاريات الشمسية بمثابة "خزان الطاقة" للأنظمة الكهروضوئية السكنية. فهي لا تتناول الطبيعة المتقطعة لتوليد الطاقة الشمسية فحسب، بل إنها تطلق أيضًا العنان لقيم عملية متعددة:
الاستقلال في مجال الطاقة: تقليل الاعتماد على شبكة الكهرباء وضمان استمرار إمدادات الطاقة أثناء انقطاع التيار الكهربائي أو فشل الشبكة.
توفير التكلفة: قم بتخزين الطاقة الشمسية الزائدة التي يتم توليدها أثناء النهار لاستخدامها ليلاً، وتجنب معدلات الكهرباء في أوقات الذروة-، وتحقيق أقصى استفادة من الطاقة المولدة ذاتيًا-.
حماية البيئة وخفض الانبعاثات: تحسين كفاءة استخدام الطاقة الشمسية النظيفة وتقليل انبعاثات الكربون المرتبطة بطاقة الشبكة.
النسخ الاحتياطي في حالات الطوارئ: توفير طاقة موثوقة للأحمال الحرجة مثل الثلاجات والمعدات الطبية وأجهزة الاتصالات في حالات الطوارئ.
قطع الذروة وملء الوادي: الاستفادة من وقت -استخدام-آليات تسعير الكهرباء لتخزين الطاقة خارج فترات-الذروة (السعر المنخفض-) واستخدامها خلال فترات الذروة (السعر-المرتفع)، مما يقلل-نفقات الكهرباء على المدى الطويل.
كيف تحسب استهلاك منزلك اليومي من الكهرباء لتحديد احتياجات البطارية؟
الاستهلاك اليومي للكهرباء هو البيانات الأساسية لحساب متطلبات البطارية، مما يعكس بشكل مباشر إجمالي كمية الطاقة التي يحتاج بنك البطارية إلى تخزينها.
طريقة الحساب: قم بإدراج جميع الأجهزة الكهربائية وتسجيل الطاقة المقدرة لها وساعات الاستخدام اليومي. وحدة الطاقة المقدرة هي واط (W). حساب إجمالي استهلاك الطاقة اليومي باستخدام الصيغة: استهلاك الكهرباء اليومي (كيلوواط ساعة)=Σ (طاقة الجهاز (كيلوواط) × ساعات الاستخدام اليومي (ح)).
مثال: ثلاجة 150 وات تعمل لمدة 24 ساعة + 5 مصابيح LED (10 وات لكل منها) تستخدم لمدة 5 ساعات + جهاز توجيه 10 وات يعمل لمدة 24 ساعة. عملية الحساب هي 0.15kW × 24h + 0.05kW × 5h + 0.01kW × 24h، مما يؤدي إلى 4.09kWh يوميًا.
ملاحظات: ميز بين الأحمال الحرجة- والأحمال غير الحرجة. تشير الأحمال الحرجة إلى الأجهزة الضرورية للاستخدام أثناء انقطاع التيار الكهربائي. احتفظ بهامش يتراوح بين 10% و20% للتعامل مع متطلبات الطاقة غير المتوقعة وخسائر النظام.
كيف تؤثر سعة الألواح الشمسية على عدد البطاريات المطلوبة؟
قدرة الألواح الشمسية وتخزين البطارية مترابطة. الألواح الشمسية هي المسؤولة عن توليد الطاقة اللازمة للشحن، ويؤثر حجمها بشكل مباشر على تكوين البطارية.
مبدأ المطابقة: يجب أن تكون الطاقة الإجمالية للألواح الشمسية كافية لتغطية الاستهلاك اليومي للكهرباء المنزلية وشحن البطاريات بالكامل خلال ساعات ضوء الشمس المتاحة.
صيغة الحساب: طاقة اللوحة الشمسية المطلوبة (W) ≈ (استهلاك الكهرباء اليومي (كيلوواط ساعة) + سعة شحن البطارية اليومية (كيلوواط ساعة)) ÷ (ساعات الذروة المحلية لأشعة الشمس (ح) × كفاءة النظام). تتراوح كفاءة النظام بين 0.8 و 0.85.
الأهمية العملية: عدم كفاية سعة الألواح الشمسية سيؤدي إلى عدم كفاية شحن البطارية، مما يتطلب بطاريات إضافية لتعويض فجوة الطاقة. قد تؤدي السعة الزائدة دون تنظيم معقول إلى زيادة الرسوم وإهدار الموارد. على سبيل المثال، تحتاج الأسرة التي يبلغ استهلاكها اليومي للطاقة 10 كيلو وات في الساعة و4 ساعات من ذروة ضوء الشمس إلى حوالي 4 كيلو وات من الألواح الشمسية لشحن بنك البطارية الداعم بشكل ثابت.
ما هو عدد ساعات ضوء الشمس اللازمة لشحن البطاريات الشمسية بالكامل؟
مدة الشحنالبطاريات الشمسيةيعتمد على ثلاثة عوامل أساسية ويختلف بشكل كبير حسب المنطقة:
العوامل المؤثرة الأساسية: طاقة الألواح الشمسية، وسعة البطارية، وساعات الذروة لأشعة الشمس المحلية. تعمل طاقة الألواح الشمسية الأعلى على تقليل وقت الشحن؛ تتطلب سعة البطارية الأكبر مدخلات طاقة أكبر؛ تشير ساعات الذروة لأشعة الشمس المحلية إلى المدة اليومية التي تكون فيها شدة ضوء الشمس كافية للشحن الفعال.
الحساب العام: وقت الشحن (ح) ≈ سعة البطارية (كيلوواط ساعة) ÷ (طاقة اللوحة الشمسية (كيلوواط) × كفاءة شحن النظام). وتتراوح كفاءة شحن النظام بين 0.8 و0.9.
المرجع الإقليمي: تتمتع معظم المناطق في الصين بفترة ذروة ضوء الشمس يوميًا تتراوح من 3 إلى 5 ساعات، بينما يمكن أن تصل فترة الذروة لضوء الشمس يوميًا في مناطق مثل شينجيانغ والتبت إلى 5-6 ساعات. قد يكون لدى المناطق الممطرة الجنوبية 2.5-3.5 ساعة فقط. يمكن شحن بطارية بقدرة 10 كيلو وات في الساعة مقترنة بلوحة شمسية بقدرة 4 كيلو وات بالكامل خلال 3 إلى 4 ساعات تقريبًا في ظل ظروف مثالية لمدة 4 ساعات من ذروة ضوء الشمس.
ما هو عدد البطاريات الشمسية اللازمة لتشغيل المنزل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع؟
لتحقيق إمدادات الطاقة على مدار 24 ساعة، يجب أن تخزن البطاريات طاقة كافية للاستخدام ليلاً. يجب أن تأخذ الحسابات في الاعتبار استهلاك الطاقة الفعلي وكفاءة النظام:
الصيغة الأساسية: السعة الاسمية للبطارية المطلوبة (كيلوواط ساعة) أكبر من أو تساوي (إجمالي استهلاك الكهرباء اليومي (كيلوواط ساعة) × 1 يوم) ÷ (عمق تفريغ البطارية × كفاءة التفريغ). كفاءة التفريغ هي 0.9.
الاختلافات بين أنواع البطاريات: بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد، شائعة الاستخدام في المنازل، لديها عمق تفريغ يتراوح بين 80% إلى 90%، في حين أن بطاريات الهلام لديها عمق تفريغ يبلغ حوالي 50%.
مثال عملي: تستخدم إحدى الأسر التي يبلغ استهلاكها اليومي للطاقة 4.09 كيلو وات في الساعة بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد بعمق تفريغ يصل إلى 90%. يتم حساب السعة المطلوبة على أنها 4.09 ÷ (0.9 × 0.9)، مما يؤدي إلى حوالي 5.05 كيلو وات في الساعة. يمكنك اختيار وحدة بطارية واحدة بقدرة 5 كيلو وات في الساعة أو وحدتين بقدرة 3 كيلو وات في الساعة لزيادة التكرار.
تخزين الكهرباء ليلاً: ما عدد البطاريات التي تحتاجها حقًا؟
يركز تخزين الطاقة أثناء الليل على الأحمال الأساسية، مما يجعل العمليات الحسابية أكثر استهدافًا من مصدر الطاقة الكامل على مدار 24 ساعة:
الخطوة 1: تحديد الأحمال الليلية. ركز على الأجهزة المستخدمة بعد غروب الشمس، مثل الإضاءة وأجهزة التلفزيون وأجهزة التوجيه والثلاجات التي تعمل ليلاً.
الخطوة 2: حساب استهلاك الطاقة ليلا. تلخيص استهلاك الطاقة للأجهزة المستخدمة حصرا في الليل. على سبيل المثال، يبلغ استهلاك الطاقة لـ 5 مصابيح LED 0.25 كيلو وات في الساعة، والتلفزيون 0.24 كيلو وات في الساعة، والثلاجة 0.5 كيلو وات في الساعة، مما يؤدي إلى استهلاك طاقة ليلي إجمالي قدره 0.99 كيلو وات في الساعة.
الخطوة 3: تحديد عدد البطاريات. باستخدام الصيغة المذكورة أعلاه، تحتاج الأسرة التي تستهلك طاقة ليلية قدرها 1 كيلووات في الساعة إلى بطارية ليثيوم فوسفات الحديد بقدرة 1.3-1.5 كيلووات في الساعة، مع مراعاة عمق التفريغ والكفاءة. تتطلب معظم الأسر سعة بطارية تتراوح من 3 إلى 10 كيلووات في الساعة للحصول على مصدر طاقة ليلي يمكن الاعتماد عليه، وهو ما يتوافق مع 1-2 وحدات قياسية بقدرة 5 كيلووات في الساعة.
تقدير متطلبات تخزين البطارية لانقطاع التيار الكهربائي لعدة أيام-.
بالنسبة للمناطق المعرضة لانقطاع التيار الكهربائي لفترة طويلة، يجب أن تغطي البطاريات احتياجات الطاقة للأحمال الحرجة لعدة أيام:
الصيغة الأساسية: سعة البطارية (كيلووات ساعة) أكبر من أو تساوي (استهلاك الطاقة اليومي للأحمال الحرجة (كيلووات ساعة) × أيام الانقطاع المتوقعة) ÷ (عمق التفريغ × كفاءة التفريغ).
المعلمة الرئيسية: تتراوح "أيام الانقطاع المتوقعة" عادة من 3 إلى 5 أيام. وهي 3 أيام للمناطق العادية وأكثر من 5 أيام للمناطق النائية أو المعرضة للكوارث-.
مثال على الحساب: أسرة لديها استهلاك يومي للطاقة يبلغ 2 كيلو وات في الساعة للأحمال الحرجة تستعد لانقطاع التيار الكهربائي لمدة 3 أيام وتستخدم بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد بعمق تفريغ يصل إلى 80%. يتم حساب السعة المطلوبة على أنها (2 × 3) ÷ (0.8 × 0.9)، مما يؤدي إلى حوالي 8.33 كيلو وات في الساعة. إن اختيار وحدتين بقدرة 5 كيلو وات في الساعة، بسعة إجمالية تبلغ 10 كيلو وات في الساعة، يمكن أن يوفر تكرارًا كافيًا.
تخزين البطاريات الشمسية ومدة الاستخدام-معدلات-الاستخدام: ما تحتاج إلى معرفته
تخلق آليات تسعير وقت{0}}استخدام الكهرباء-فرصًا لتوفير التكاليف-لتخزين البطارية، حيث يتمثل جوهر الأمر في تخزين الطاقة خارج فترات-الذروة واستخدامها أثناء فترات الذروة:
فهم آلية التسعير: تنقسم طاقة الشبكة إلى فترات الذروة والمسطحة والوادي، حيث تكون أسعار الكهرباء المقابلة مرتفعة ومتوسطة ومنخفضة على التوالي. تتوافق فترات الذروة عادةً مع فترات الذروة المسائية لاستهلاك الطاقة المنزلية، من الساعة 17:00 إلى الساعة 22:00؛ فترات الوادي تكون في الغالب في وقت متأخر من الليل، من الساعة 23:00 إلى الساعة 7:00 من صباح اليوم التالي.
اختيار سعة البطارية: لتوفير المال من خلال موازنة الوادي-الذروة، يجب أن تتطابق سعة البطارية مع كمية الكهرباء المقرر نقلها من فترات الوادي إلى فترات الذروة. على سبيل المثال، تحتاج الأسرة التي تستهلك طاقة 8 كيلو وات في الساعة خلال فترات الذروة إلى بطارية تبلغ طاقتها حوالي 10 كيلو وات في الساعة، مع مراعاة خسائر الكفاءة.
متطلبات تنسيق النظام: يلزم وجود عاكس هجين للتحكم تلقائيًا في شحن البطارية وتفريغها. تأكد من الشحن خلال فترات الوادي (باستخدام الطاقة الشمسية أو الشبكة) والتفريغ خلال فترات الذروة لتحقيق أقصى قدر من تأثيرات توفير التكلفة-.
استراتيجيات لتعويض استخدام الطاقة المنزلية الخاصة بك مع البطاريات الشمسية
لتحقيق أقصى قدر من تعويض استهلاك طاقة الشبكة، من الضروري تنسيق الألواح الشمسية والبطاريات وعادات استخدام الكهرباء وصياغة استراتيجيات مستهدفة:
إعطاء الأولوية للاستهلاك الذاتي-: استخدم الطاقة الشمسية الزائدة لشحن البطاريات أثناء النهار واستخدم الكهرباء المخزنة ليلاً بدلاً من طاقة الشبكة، مما يقلل الاعتماد على وقت الذروة-وطاقة الشبكة العادية.
تحويل الأحمال: اضبط وقت استخدام الأجهزة ذات الطاقة العالية-مثل الغسالات وسخانات المياه على فترة الذروة لتوليد الطاقة الشمسية خلال النهار، مما يقلل الحاجة إلى البطاريات لتخزين الكهرباء لهذه الأحمال.
تحسين دورة البطارية: تجنب التفريغ العميق المتكرر، باستثناء بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد. حافظ على مستوى الطاقة بين 20% و80% لإطالة عمر البطارية وضمان توفير تخزين الطاقة لتلبية الاحتياجات الحيوية.
مراقبة النظام: استخدم أدوات المراقبة الذكية لتتبع بيانات توليد الطاقة وتخزينها واستهلاكها، وضبط أنماط استخدام الكهرباء وإعدادات النظام، وتحسين كفاءة الإزاحة.
لماذا يمكن أن تؤثر الطاقة الشمسية الزائدة على أداء البطارية؟
بدون إدارة معقولة، يمكن أن يؤدي توليد الطاقة الشمسية الزائدة إلى إتلاف البطاريات وتقليل كفاءة النظام:
خطر الشحن الزائد: عندما تتجاوز الطاقة المولدة من الألواح الشمسية سعة تخزين البطارية ولا يوجد اتصال بالشبكة أو استهلاك تحميل، قد يتم شحن البطارية بشكل زائد، مما يؤدي إلى إتلاف الخلايا وتقصير عمرها الافتراضي.
عدم كفاءة النظام: يتم إهدار الطاقة الزائدة غير المستخدمة، وهو أمر أكثر شيوعًا في الأنظمة خارج الشبكة-، أو يلزم التعامل معها من خلال آليات الالتفافية، مما يؤدي إلى زيادة فقدان الطاقة.
تراكم الحرارة: يؤدي الشحن الزائد المستمر أو تيارات الشحن العالية إلى توليد حرارة زائدة، مما يؤدي إلى تدهور مواد البطارية وتشكيل مخاطر على السلامة.
Preventive measures: Install a Maximum Power Point Tracking (MPPT) solar charge controller with a conversion efficiency of >95% لتنظيم تيار الشحن. استخدم عاكسًا مزودًا بوظيفة اتصال الشبكة- أو قم بتكوين نظام إدارة الأحمال لإعادة توجيه الطاقة الزائدة إلى أجهزة -عالية الطاقة عندما يكون التوليد فائضًا.
خاتمة
عدد البطاريات الشمسية اللازمة لتشغيل المنزل ليس قيمة ثابتة. يعتمد ذلك على استهلاك الكهرباء اليومي، وقدرة الألواح الشمسية، وظروف ضوء الشمس المحلية، وأهداف الاستخدام، وتكنولوجيا البطاريات.
تتضمن أهداف الاستخدام إمدادات الطاقة في حالات الطوارئ، وموازنة الوادي في أوقات الذروة، والمعيشة خارج الشبكة-. الخطوات الرئيسية هي: حساب احتياجات الطاقة الفعلية، وتوضيح الأحمال الأساسية، والنظر في كفاءة النظام وخصائص البطارية، والحكم بشكل شامل مع الظروف الإقليمية مثل مدة ضوء الشمس وسياسات تسعير الكهرباء.
بالنسبة لمعظم الأسر الحضرية التي تسعى إلى الحصول على إمدادات الطاقة على مدار 24 ساعة و1-3 أيام من النسخ الاحتياطي في حالات الطوارئ، فإن بنك بطارية ليثيوم فوسفات الحديد بقدرة 5-15 كيلووات في الساعة يكفي، وهو ما يتوافق مع 1-3 وحدات قياسية بقدرة 5 كيلووات في الساعة، مقترنة بنظام ألواح شمسية بقدرة 3-8 كيلووات في الساعة.
تتطلب المنازل خارج الشبكة- أو تلك التي لديها استهلاك مرتفع للطاقة سعة أكبر، عادةً ما تزيد عن 20 كيلووات في الساعة. يوصى باستشارة فنيي التثبيت المحترفين لإجراء تقييمات على الموقع والتكوينات المخصصة لتحقيق التوازن بين الأداء والتكلفة والموثوقية.
