بطارية شمسية مقابل بطارية ليثيوم: كيفية اختيار حل تخزين الطاقة المناسب

مقدمة

مصطلح البطارية الشمسية مقابل بطارية الليثيوم يجمع بين سؤالين مختلفين يتعلقان بالشراء. عاكس شمسي يُعرَّف مصطلح البطارية حسب وظيفتها: فهي تخزن الطاقة القادمة من نظام الطاقة الكهروضوئية لاستخدامها لاحقًا. أما بطارية الليثيوم فتُعرَّف حسب آلية تخزينها للطاقة: أي عبر تكنولوجيا كهروكيميائية تعتمد على الليثيوم. وبالتالي، فإن وحدة ليثيوم حديد فوسفات (LiFePO4) المركَّبة خلف محول شمسي موجودةٌ لهذا الغرض. كلاهما بطارية ليثيوم وبطارية شمسية.

المقارنة التي تحتاجها فرق المشتريات فعليًّا هي بين تقنيات البطاريات المستخدمة في المشاريع الشمسية. وعادةً ما تعني مقارنة بطاريات الرصاص الحمضية المغمورة، وبطاريات AGM وبطاريات الجل والمنتجات القائمة على الليثيوم مقابل ملف أداء الموقع. الأنابيب الاختيار الصحيح يعتمد على عدد دورات الشحن اليومية، والطاقة القابلة للاستخدام، والطلب على القدرة الكهربائية، وإمكانية الوصول للصيانة، ومساحة التثبيت، ودرجة الحرارة، والعمر المتوقع للمشروع، وتكلفة توقف التشغيل. لمُركِّبي الأنظمة ومُدمِجي الأنظمة

المُركِّبين أوَّلًا، تكمن المشكلة في خطر التكامل. أما بالنسبة للموزِّعين، فهي تتعلَّق بمدى المنتجات المتاحة وسهولة الصيانة ومخاطر الضمان. أما بالنسبة للمشترين التجاريين، فهي تتعلَّق بتكلفة الملكية الإجمالية بدلًا من سعر الشراء الأولي. ويوضِّح هذا المقال منطق اتخاذ القرار اللازم لمقارنة التقنيات دون اعتبار أي تركيب كيميائي للبطاريات حلاً تلقائيًّا لكل الحالات. المشروع.

__________________________________________________________________________________________________

ما هي بطارية الطاقة الشمسية؟ -أجل

بطارية الطاقة الشمسية هي بطارية قابلة لإعادة الشحن تُستخدَم لتخزين الكهرباء الناتجة عن مصفوفة ضوئية كهروضوئية. ويعبِّر هذا المصطلح عن الغرض من الاستخدام وليس عن تركيب كيميائي معيَّن. وبالتالي، قد تكون بطارية الطاقة الشمسية من نوع الرصاص الحمضي المغمور أو من نوع AGM أو من نوع الجل أو الليثيوم-أيون أو LiFePO4 أو تقنية تخزين أخرى، شريطة أن تكون مدمجة في نظام يشحنها بالطاقة الشمسية ويُفرِغ طاقتها لتغذية أحمال تيار مستمر أو تيار متناوب. وفي مصطلحات المشاريع العملية، تقوم البطارية بوظائف ثلاث: فهي تنقل الطاقة الشمسية من وقت إنتاجها إلى وقت استهلاكها، وتدعم الأحمال عند انخفاض إنتاج الألواح الكهروضوئية، وتوفِّر احتياطيًّا من الطاقة أثناء الانقطاعات أو التشغيل في المناطق النائية.

إن البطارية تؤدي هذه المهام الثلاث. لا يعمل مصرف البطاريات بشكل منعزل. وتعتمد أداؤه على توليد الطاقة الكهروضوئية، والتحكم في الشحن، وسلوك العاكس، وإدارة الأحمال، والتوصيلات الكهربائية، والحماية، وبيئة التركيب.

وبالتالي، يجب أن يبدأ مشروع البطارية بسؤال تشغيلي: ما كمية الطاقة التي يجب أن تكون متاحة، ولأي مدة، وبأي قدرة، وتحت أي ظروف جوية أو شروط شبكة كهربائية؟ ويأتي مناقشة نوع الكيمياء بعد تحديد هذا السؤال.

__________________________________________________________________________________________________

ما هي البطارية الليثيومية؟

البطارية الليثيومية هي بطارية قابلة لإعادة الشحن تستخدم مواد قائمة على الليثيوم لتخزين الطاقة وإطلاقها. ويشمل هذا المصطلح عدة تركيبات كيميائية مختلفة، تتفاوت في موازنة الكثافة الطاقية، وسلوك الدورات، والتكلفة، والخصائص الحرارية، والقدرة. أما بالنسبة لتخزين الطاقة الشمسية الثابتة، فتُستخدم فوسفات الليثيوم الحديدي (LiFePO4 أو LFP) على نطاق واسع لأنها تتماشى جيدًا مع عمليات التفريغ والشحن المتكررة، وقدرتها الاستخدامية المعتدلة إلى العالية، وتشغيلها المنخفض الصيانة.

في مواصفات المشروع، لا يكفي وضع تسمية كيميائية. وتشمل حلول البطاريات القابلة للاستخدام الخلايا والوصلات بينها ونظام إدارة البطارية (BMS) والطرفيات والغلاف والتصميم الحراري وواجهات الاتصال وحدود الشحن المعتمدة، بالإضافة إلى الوثائق الخاصة بسلوك الأعطال. ويكتسب نظام إدارة البطارية (BMS) أهمية خاصة لأنه يراقب الجهد والتيار ودرجة الحرارة وحالة الشحن، ثم يطبّق حدود الحماية عند تجاوز ظروف التشغيل النطاق المعتمد.

تظهر منتجات الليثيوم في أنظمة التخزين المنزلية والمنازل غير المتصلة بالشبكة والمركبات الترفيهية (RVs) ومواقع الاتصالات وأنظمة الدعم التجاري والشبكات المصغَّرة (microgrids). ويعتمد مدى ملاءمتها على طبيعة التطبيق. فقد تكون بطارية مدمجة مناسبة لمعدات متحركة، لكنها غير مناسبة لموقع تجاري عالي القدرة. كما قد تعمل بطارية الرف بشكل جيد في غرفة المعدات، لكنها لا تناسب التركيبات الخارجية المعرَّضة للاهتزاز ما لم تُصمَّم الغلاف والتركيب المناسبان لها.

للاطلاع على أساس تقني لتكنولوجيا بطاريات الليثيوم، راجع [ما هي بطارية الليثيوم؟ ] .

__________________________________________________________________________________________________

بطارية شمسية مقابل بطارية الليثيوم: غير مفهوم الفهم الاختلاف

أوضح تمييز هو ما يلي:

1. البطارية الشمسية هي فئة تطبيقية. وهي تخزن الكهرباء الناتجة عن الطاقة الشمسية.
2. أما بطارية الليثيوم فهي فئة تكنولوجية. وتُخزِّن الطاقة باستخدام كيمياء تعتمد على الليثيوم.

وهذا يعني أن هذين المصطلحين ليسا بديلين مباشرين. فقد تكون البطارية الشمسية مبنية على تقنية حمض الرصاص أو AGM أو الجل أو الليثيوم. وبالمقابل، يمكن استخدام بطارية الليثيوم في تخزين الطاقة الشمسية، لكنها قد تُستخدم أيضًا في المركبات والاتصالات السلكية واللاسلكية والأجهزة المحمولة أو تطبيقات الاحتياط الصناعي.

هذه الميزة تغيّر الطريقة التي ينبغي بها على المشترين تقييم المورِّدين. طلبٌ لـ «بطارية شمسية» يكون ناقصًا حتى يُحدِّد المشتري السعة، الجهد، القدرة، البيئة، معدات الشحن، نموذج الصيانة، وعمر التصميم . طلبٌ لـ «البطارية الليثيومية» غير كافية أيضًا حتى يوضّح المشتري التطبيق. ويجب أن تُترجم عملية اختيار المنتج كلا المُصطلحين إلى متطلبات المشروع. المصطلحين إلى متطلبات المشروع.

__________________________________________________________________________________________________

مقارنة تقنيات بطاريات الطاقة الشمسية

يمكن استخدام بطاريات التخزين التقليدية المصنوعة من الرصاص-حمض، وبطاريات AGM، وبطاريات الجل، والبطاريات القائمة على الليثيوم في تطبيقات الطاقة الشمسية. وتظهر الفروق العملية بينها عند تعرضها للدورات اليومية، أو الشحن الجزئي بالطاقة الشمسية، أو درجات الحرارة المرتفعة، أو مساحات التركيب المحدودة، أو صعوبة الوصول لعمليات الصيانة. وتظهر الفروق العملية بينها عند تعرضها للدورات اليومية، أو الشحن الجزئي بالطاقة الشمسية، أو درجات الحرارة المرتفعة، أو مساحات التركيب المحدودة، أو صعوبة الوصول لعمليات الصيانة.

وبطاريات الرصاص-حمض المغمورة ما زالت مألوفة لدى العديد من المُركّبين. وهي متوفرة عادةً بسعر شراء أقل، ولها ممارسات خدمية راسخة. أما محدوديتها فتتمثّل في الوزن الثقيل، واحتياجها إلى تهوية، وضرورة إجراء صيانة دورية، وانخفاض العمق المفيد للتفريغ عند طلب عمر افتراضي طويل، وطول فترة إعادة الشحن عند الاقتراب من السعة الكاملة.

وAGM هي تنسيق مغلق من بطاريات الرصاص-حمض. وهي لا تحتاج إلى إضافة الإلكتروليت، وقد تكون مفيدة في بعض تطبيقات الطوارئ، والمركبات الترفيهية (RV)، والقوارب. التطبيقات. ولا تزال تتطلب ملف شحنٍ صحيحًا وتعاني من القيود المتأصلة في وزنها وعدد دورات الشحن والتفريغ المسموح بها في تكنولوجيا حمض الرصاص تحت ظروف التفريغ العميق المتكرر.

تستخدم بطاريات الجل إلكتروليتًا مُجلَّدًا وهي مغلقة أيضًا. ويمكنها أن تناسب بعض التطبيقات المحددة حيث تكون متطلبات شحنها معروفة جيدًا. وقد يكون سلوكها أثناء الشحن أقل تحمُّلًا عند إعداد وحدات التحكم بشكل غير صحيح، كما قد يحد معدل قبولها للشحن من كفاءة استعادة الطاقة الشمسية في بعض الأنظمة. من كفاءة استعادة الطاقة الشمسية في بعض الأنظمة.

توفر منتجات الليثيوم وليثيوم حديد الفوسفات عمومًا طاقةً قابلةً للاستخدام أعلى، وقدرةً أقوى على قبول الشحن، وصيانةً روتينيةً أقل للمشاريع التي تتطلب دورات شحن وتفريغ متكررة. ويجب موازنة هذه المزايا مقابل التكلفة الأولية الأعلى، وتوافق المكونات، وسلوك نظام إدارة البطاريات (BMS)، ودعم الإمداد، وسياسة التوسُّع. ويجب موازنة هذه المزايا مقابل التكلفة الأولية الأعلى، وتوافق المكونات، وسلوك نظام إدارة البطاريات (BMS)، ودعم الإمداد، وسياسة التوسُّع.

هذه مقارنات توجيهية فقط، وليست بديلًا عن أوراق البيانات الخاصة بكل نموذج. عمر البطارية الزمني وعدد دورات التشغيل هما مرتبطة ولكنها ليست متطابقة: قد تتقدم بنك احتياطي مستخدم بشكل خفيف في العمر بشكل رئيسي مع مرور الزمن، بينما يتأثر بنك التحويل الشمسي اليومي تأثُّرًا أقوى بملف دورته. يعتمد عمر الدورة على عمق التفريغ ومعدل الشحن والتفريغ ودرجة الحرارة وتعريف سعة النهاية للعمر الافتراضي. ويجب أن تقارن مراجعة الشراء المنتجات في ظل ظروف اختبار متكافئة بدلًا من مقارنة الادعاءات البارزة الواردة في أوراق بيانات مختلفة.

__________________________________________________________________________________________________

لماذا تُفضَّل بطاريات الليثيوم تكتسب شعبية متزايدة لـ تخزين الطاقة الشمسية

انتقل تخزين الطاقة الشمسية إلى ما هو أبعد من الاستخدام الاحتياطي العرضي. وتستخدم العديد من المشاريع البطاريات يوميًّا الآن لنقل الطاقة إلى فترة المساء، أو لتقليل تشغيل المولدات، أو لدعم الأحمال النائية، أو لإدارة قيود الشبكة الكهربائية. ويغيّر هذا ملف التشغيل معايير الاختيار.

الشحن والتفريغ المتكرِّر. ويجب أن تستوعب البطارية المستخدمة في تطبيق شمسي يومي الطاقة خلال النافذة المتاحة للطاقة الكهروضوئية ثم تُعيد إنتاجها لاحقًا دون التسبب في خسائر تشغيلية مفرطة. وغالبًا ما يُنظر إلى ليثيوم حديد الفوسفات (LiFePO4) كخيار مناسب لأنه يدعم التكرار الدورات التي تُحافظ فيها التيار ودرجة الحرارة وعمق التفريغ ضمن الحدود المعتمدة. والميزة العملية ليست عدد الدورات بمعزلٍ عن سياق الاستخدام، بل هي القدرة على التصميم استنادًا إلى روتين تشغيلي يومي قابل للتنبؤ.

وصول محدود للصيانة. وقد تجعل الطبيعة النائية للموقع صيانة البطاريات الروتينية مكلفةً جدًّا. وقد تكون بطاريات الرصاص الحمضية المغمورة قابلةً للتطبيق في المواقع التي تُخطَّط زياراتها مسبقًا، حيث يستطيع المشغلون الحفاظ على متطلبات الإلكتروليت والتهوية. أما في المواقع التي تتم زيارتها نادرًا، فإن عبء الصيانة الروتينية يصبح قضية تجارية. وقد يكون للقيمة المحقَّقة من خفض الصيانة الروتينية أثرٌ ملموسٌ في ملاجئ الاتصالات، والمواقع التجارية الريفية، والمزارع، ومجموعات المنازل الموزَّعة.

طلبٌ أعلى على الطاقة القابلة للاستخدام. فمع ازدياد الأحمال المنزلية، وأجهزة التبريد، ومعدات الاتصالات، والمضخات، وأنظمة العاكس مع ازدياد انتشار الأجهزة، يحتاج المشترون إلى كيلوواط ساعة أكثر قابلية للاستخدام ضمن مساحة محددة. ويمكن أن تقلل الكيمياء التي تدعم جزءًا أكبر من السعة الاسمية القابلة للاستخدام من حجم الخزانة ووزن النقل وتعقيد التركيب.

متطلبات خدمة طويلة الأمد. ويجب تقييم النظام المُصمَّم للعمل لسنوات عديدة استنادًا إلى إجمالي الطاقة المنقولة، والسعة. والاحتفاظ بالسعة، وعملية الخدمة، وتوافر الوحدات. وقد يفقد السعر المنخفض الأولي ميزته إذا كانت فترات الاستبدال أو تكاليف اليد العاملة أو وقود المولد أو مخاطر التوقف عن العمل مرتفعة.

للمشترين الذين ينتقلون من الاهتمام العام إلى عملية اختيار التكنولوجيا، راجع [أفضل بطارية ليثيوم لتخزين الطاقة الشمسية ] .

__________________________________________________________________________________________________

كيف لاختيار البطارية المناسبة لنظام شمسي

يتم اختيار البطارية الصحيحة من ملف الأحمال وخطة التشغيل، وليس من تسمية الكيمياء وحدها. ويجب الإجابة عن الأسئلة التالية قبل طلب عروض الأسعار. كمية استهلاك الطاقة. حدد كيلوواط ساعة اليومي الذي يجب أن تدعمه البطارية. وفرِّق بين الأحمال الأساسية والأحمال المرنة.

استهلاك الطاقة. حدد الكيلوواط ساعة اليومي الذي يجب أن تدعمه البطارية. فرِّق بين الأحمال الأساسية والأحمال المرنة. أ حمل التبريد، ودائرة الاتصالات، ومضخة المياه قد يكون لها جداً عواقب مختلفة على حجم التخزين.

متطلبات النسخ الاحتياطي. حدد ما إذا كانت البطارية مطلوبة للاستهلاك الذاتي في المساء، أو لبضع ساعات من النسخ الاحتياطي الحرج، أو لفترة ليلة واحدة، أو لعدة أيام من الاستقلالية بعيدًا عن الشبكة. كلما زاد وقت النسخ الاحتياطي، ازدادت الطاقة القابلة للاستخدام المطلوبة، وعادةً ما تزداد أيضًا سعة الألواح الكهروضوئية لإعادة شحن البطارية بعد التفريغ. سعة البطارية والقدرة. تحدد السعة بالكيلوواط ساعة المدة الزمنية. أما القدرة بالكيلوواط، أو القدرة على توصيل التيار، فتحدد ما يمكن

أن تؤديه النظام. أن تؤديه الأحمال. تعمل بشكل متزامن. بدء تشغيل المحرك والضغط أو الارتفاع المفاجئ في التيار يمكن أن يُحدِّد متطلبات العاكس ونظام إدارة البطارية حتى في حالات الاستخدام اليومي استهلاك الطاقة يكون معتدلًا.

بيئة التركيب. درجة الحرارة، الرطوبة، الغبار، الاهتزاز، التعرّض للملح، التهوية، وسهولة الوصول للصيانة تؤثّر جميعها على مواصفات البطارية. غرفة بطاريات في موقع جاف حار، أو مقصورة مركبة ترفيهية متنقّلة (RV)، أو خزانة خارجية، أو مركز اتصالات ساحلي يجب ألا يُعامل الغلاف على أنه مماثل البيئة.

الميزانية وتكاليف دورة الحياة. قيِّم سعر الشراء جنبًا إلى جنب مع الطاقة القابلة للاستخدام، واحتمال الاستبدال، وتكاليف الصيانة اليدوية، ومنطقية التسليم، وشروط الضمان، وكفاءة التحويل، ووقت التوقف التشغيلي. والمعيار ذي الصلة هو غالبًا التكلفة لكل كيلوواط ساعة قابلة للاستخدام ومُسلَّمة خلال فترة الخدمة المقصودة.

التوسُّع المستقبلي. تأكَّد مما إذا كان من الممكن توسيع البطارية بوحدات متوازية، وما إذا كانت الوحدات الجديدة يجب أن تتطابق في العمر ورمز البرمجيات الثابتة (الفيرموير)، وما إذا كان العاكس يدعم السعة المستهدفة، وما إذا كانت مجموعة الألواح الكهروضوئية قادرة على شحن المجموعة الأكبر.

يجب معرفة سياسة التوسع قبل تقديم أول طلب شراء.

__________________________________________________________________________________________________

بطارية LiFePO4 مقارنةً بالبطاريات الشمسية التقليدية

تُعتبر بطاريات ليثيوم حديد فوسفات (LiFePO4) خيارًا واسع الانتشار لتخزين الطاقة الشمسية الحديثة لأنها تلائم عدة ظروف مشروع شائعة: التشغيل المتكرر، وصعوبة الوصول للصيانة، واحتياجات السعة القابلة للاستخدام الأعلى، والتركيب الوحدوي، ومراقبة النظام. لكنها ليست دائمًا الخيار الأمثل.

قد تظل بطاريات حمض الرصاص المغلقة (AGM) أو البطاريات المغمورة بحمض الرصاص مبرَّرةً من الناحية الاقتصادية في حالة كوخ موسمي يستهلك طاقة خفيفة، ويحتوي على معدات شحن حالية قائمة على حمض الرصاص، ومساحة تركيب وافرة، وميزانية رأسمالية صارمة. أما في الأنظمة النائية التي تتطلب تشغيلًا يوميًّا، وتكون زيارات الصيانة الميدانية مكلفة، ومساحة الخزانة محدودة، أو تحتاج إلى امتصاص طاقة شمسية بسرعة، فقد تكتسب بطاريات ليثيوم حديد فوسفات (LiFePO4) قيمة أعلى. والفرق يكمن في الجدوى التشغيلية وليس في العلامة التجارية.

للمشترين الذين يقيّمون المشاريع البعيدة والمستقلة، راجع [بطارية ليثيوم حديد فوسفات لأنظمة الطاقة الشمسية خارج الشبكة ] .

يجب أن تتجاوز المواصفات أيضًا التركيب الكيميائي. اسأل عما إذا كانت نظام إدارة البطارية (BMS) يوفّر إنذارات ذات معنى، وما إذا كانت خدمة المراقبة عن بُعد متاحة، وما إذا كانت الاتصال بين البطارية والعوامِل مدعومًا، وما إذا كانت وثائق الخدمة كافية لقاعدة المُركِّبين المحليين. قد تؤدي بطارية تقنية قادرة إلى تأخيراتٍ رغم ذلك إذا كانت عمليات التكامل وخدمات ما بعد البيع ضعيفة.

__________________________________________________________________________________________________

الأخطاء الشائعة عند اختيار بطارية تخزين للطاقة الشمسية

الاختيار استنادًا فقط إلى السعر الأولي. سعر الشراء is مرئي؛ أما تكلفة استبدالها، وساعات التشغيل الضائعة، ووقود المولِّدات، وزيارات الموقع، و الزيارات السعة المتاحة غير متوفرة غالباً ما لا تكون كذلك. القرار القائم على الفاتورة الأولى فقط يمكن أن يؤدي إلى زيادة التكلفة على النظام em عمر .

تجاهل السعة المستخدمة السعة الاسمية لا t نفس الطاقة المتاحة للحمل. الرقم المستخدم يعتمد على وزارة الدفاع الإعدادات، احتياطي البطارية، كفاءة النظام، درجة الحرارة، وحدات التشغيل. يجب أن تكون المقارنة بين تثبيت الكيلوواط من الساعات المستخدمة في التكوين المقصود.

تجاهل متطلبات الدورة نظام الاستعداد نظام التحول الشمسي اليومي يفرض مطالب مختلفة. يجب على المشترين طلب بيانات دورة الاختبار في ظل ظروف الاختبار ذات الصلة ومقارنة شروط ضمان السعة أو الإنتاجية. الاحتفاظ أو سعة التصريف الضمانية.

معالجة التوسع المستقبلي كمشكلة لاحقة. معالجة التوسع المستقبلي كمشكلة لاحقة. قد يتطلب إضافة بنك ثانٍ تطابق النموذج، وعمر الوحدة، وبرنامج الثابت (الفيرموير)، وتواصل نظام إدارة البطاريات (BMS)، والأجهزة المادية للرف، وقدرة العاكس، وقدرة الشحن من الألواح الشمسية (PV). وإذا لم تُراعَ هذه الشروط في التصميم الأولي، فقد يتحول التوسع إلى مشروع استبدال. إلى مشروع استبدال. إلى مشروع استبدال.

اختيار مكونات غير متوافقة بطارية، عاكس، وحدة تحكم، وكابلات، وقطع الاتصال، وأجهزة حماية، ومراقبة يجب أن تعمل المنصة كنظام منسق. خطأ ملفات تعريف الجهاز، الاتصالات غير المدعومة، غير كافية التيار أو فقدان حماية درجة الحرارة مخاطر التشغيل والضمان.

التعامل مع المناخ كفكرة لاحقة هيه ويمكن أن يسرع الشيخوخة، في حين أن البرد يمكن أن يحد من الشحن والقدرة المتاحة. الموقع يجب أن تشكل الظروف الحجرة، التهوية والتدفئة وموقع التثبيت وتخطيط العمليات قبل المعدات is المطلوبة.