ماذا لو سافرنا عبر الزمن إلى المستقبل القريب؟ ماذا سنرى؟ السيارات الكهربائية تتجول في شوارع المدن، المنازل أكثر ذكاء، عنفات الرياح تدور في كل مكان، الألواح الشمسية تغطي الأسطح، ولكن هذا ليس كل شيء. فما يثير الانتباه هو أنه لم يعد هناك حاجة لإنشاء محطات جديدة لتوليد الطاقة فقد تم اعتماد أنظمة تخزين الطاقة (ESS) لتلبية الطلب المتزايد على الكهرباء والموازنة بين الإنتاج والطلب فضلاً عن دورها في تعزيز مرونة واستقرار وموثوقية الشبكة. بالإضافة إلى دورها في دعم شبكة النقل. ولكن السؤال الذي يطرح نفسه كيف يمكننا ربط أنظمة تخزين الطاقة بأنظمة الطاقة المتجددة؟ هذا السؤال هو محور مقالنا اليوم حيث سنستكشف معاً طرق ربط أنظمة تخزين الطاقة بالأنظمة الشمسية، ونستكشف مزاياها وعيوبها.
طرق ربط أنظمة تخزين الطاقة بالنظام الشمسي
تعد حاويات تخزين الطاقة الحل الأمثل للمشاريع الكبيرة، ويمكن استخدامها أيضاً في الأحياء السكنية والمباني العامة والشركات والمصانع المتوسطة والكبيرة الحجم. وتختلف هذه الأنظمة في تصميمها الداخلي باختلاف الشركات المصنعة لها، وعادة ما يتم شحنها من أنظمة الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح أو عن طريق الشبكة الكهربائية أو عن طريق مولدات الديزل.
يمكن توصيل حاويات تخزين الطاقة هذه بشكل مباشر مع الشبكة الكهربائية (AC Coupling) أو بطريقة (DC Coupling) حيث يتم ربطها بالألواح الشمسية.
تولد الألواح الشمسية تياراً مستمراً يتم تحويله إلى تيار متناوب لاستخدامه في التجهيزات الكهربائية عبر العاكس (Inverter). وفي حين أن البطاريات تخزن التيار الكهربائي بشكله المستمر، فإن الفرق بين البطاريات المقترنة بالتيار المتناوب والبطاريات المقترنة بالتيار المستمر يكمن في إذا ما كانت الكهرباء المولدة من الألواح الشمسية مقلوبة قبل أو بعد تخزينها في البطارية.
الاقتران بالتيار المتناوب (AC Coupling)
في طريقة الربط هذه يتم وصل أنظمة تخزين الطاقة بمباشرة مع الشبكة الكهربائية حيث يتم توصيل حاوية تخزين الطاقة وألواح الطاقة الشمسية والأحمال والشبكة من خلال نظام التحويل. أي أنه لا يوجد هناك اتصال مباشر بين الألواح الشمسية ونظام تخزين الطاقة ويكون عندها النظام الشمسي هو المزود الأساسي للطاقة الكهربائية للحمل فيما تعتبر حاويات تخزين الطاقة مزوداً ثانوياً.
ففي النظام المقترن بالتيار المتناوب (AC Coupling) تولد الألواح الشمسية تياراً مستمراً ينتقل إلى العاكس الذي يحوله إلى تيار متناوب والذي يمكن أن يذهب بعدها إلى الأحمال أو يذهب إلى مقوّم يحوله إلى تيار مستمر ليتم تخزينه في البطارية.
الاقتران بالتيار المستمر (DC Coupling)
في هذه الطريقة يتم توصيل الألواح الشمسية مباشرة بحاويات تخزين الطاقة مما يقلل من الخسائر الناتجة عن عمليتي تحويل التيار وتكون عندها الحاويات هي المزود الأساسي للطاقة الكهربائية ووظيفة النظام الشمسي شحنها.
ففي النظام المقترن بالتيار المستمر (DC Coupling) يتدفق التيار المستمر المولد من الألواح الشمسية إلى وحدة تحكم في الشحن تغذي البطارية مباشرة. أي أنه لا يتم تحويل الكهرباء المستمرة إلى متناوبة والعكس قبل تخزينها في البطارية، وسيتم عكس الكهرباء المولدة من الألواح لتغذية الأجهزة مرة واحدة أثناء تدفقها من البطاريات إلى الأحمال أو الشبكة الكهربائية.
إيجابيات وسلبيات الاقتران بالتيار المتناوب (AC Coupling)
تتجلى إيجابيات أنظمة تخزين الطاقة المقترنة بالتيار المتناوب في:
سهولة التركيب: تتميز أنظمة تخزين الطاقة المقترنة بالتيار المتناوب بسهولة التركيب، مما يجعلها خيارًا مثاليًا عند إضافة نظام تخزين جديد إلى نظام شمسي موجود. فعملية التركيب تتطلب عمالة ووقتًا أقل، مما يساهم في تقليل التكاليف الأولية. وهذا يعني الاستفادة من الطاقة الشمسية بشكل أسرع وجهد أقل.
الشحن من الشبكة: توفر أنظمة التخزين المقترنة بالتيار المتناوب ميزة الشحن من الألواح الشمسية والشبكة الكهربائية. فإذا لم ينتج نظام الطاقة الشمسية ما يكفي من الكهرباء لشحن البطاريات بالكامل، يمكن الاعتماد على الشبكة الكهربائية كمصدر للشحن. وإن هذه المرونة تعزز من كفاءة النظام وتضمن للمستهلك الحصول على الطاقة التي يحتاجها في أي وقت.
ومع ذلك فإن السلبية الرئيسية لأنظمة تخزين الطاقة المقترنة بالتيار المتناوب تتمثل في الضياعات في الكفاءة. فالاقتران بالتيار المتناوب يعني أنه يجب عكس الكهرباء المولدة من الألواح الشمسية والمخزنة في البطاريات ثلاث مرات قبل استخدامها من قبل الاحمال، مما يؤدي إلى ضياعات في الكفاءة، فتحويل التيار الكهربائي من متناوب إلى تيار مستمر أو العكس يؤدي إلى ضياعات صغيرة في الكفاءة مما يقلل من كفاءة النظام بشكل عام.
إيجابيات وسلبيات الاقتران بالتيار المستمر (DC Coupling)
تعتبر عملية التركيب المعقدة إحدى التحديات المرتبطة بأنظمة تخزين الطاقة المقترنة بالتيار المستمر الأمر التي تؤدي بدورها إلى ارتفاع التكاليف الأولية وزيادة الوقت اللازم لإتمام التركيب. ولكنّ الكفاءة الاستثنائية التي تتميز بها هذه الأنظمة تجعلها تتفوق على سلبياتها. إذ تتميز هذه الانظمة بقدرتها على تخزين التيار المستمر، مما يلغي الحاجة إلى مراحل تحويل الطاقة المتعددة وبالتالي تقليل خسائر الطاقة.
بالإضافة إلى ذلك تتميز هذه الأنظمة ببساطة التصميم وسهولة التثبيت الأمر الذي يقلل من تكاليف المعدات والصيانة الإجمالية.
تطبيقات أنظمة تخزين الطاقة المقترنة بالتيار المستمر والمتناوب
تعتبر أنظمة تخزين الطاقة المقترنة بالتيار المتناوب خياراً مثالياً للأنظمة المتصلة بالشبكة. إذ تتناغم هذه الأنظمة بسلاسة مع البنية التحتية الحالية مما يجعلها خياراً جيداً لمالكي الأنظمة الكهروضوئية والراغبين بإضافة نظام تخزين طاقة جديد إلى مشروعهم. وتستخدم هذه الأنظمة بشكل شائع في التطبيقات المنزلية السكنية أو في المشاريع التجارية أو حتى المشاريع على نطاق المرافق.
من ناحية أخرى تتفوق أنظمة تخزين الطاقة المقترنة بالتيار المستمر في السيناريوهات المستقلة وغير المتصلة بالشبكة. وتعتبر خياراً مثالياً في الحالات التي قد تكون فيها الشبكة غير موثوقة أو حتى غير متاحة لأنها توفر حلاً موثوقاً يضمن الاستفادة القصوى من الطاقة المتجددة.
دور أنظمة تخزين الطاقة في استقرار الشبكة ومرونتها
تعمل الأنظمة المقترنة بالتيار المتردد كحراس أمنيين للشبكة الكهربائية، مما يساهم في استقرارها من خلال تقديم خدمات عدة مثل تنظيم التردد ودعم الجهد. بالإضافة إلى ذلك، يمكنها إعادة ضخ الطاقة إلى الشبكة خلال أوقات الذروة، مما يضمن التوازن بين العرض والطلب. من ناحية أخرى تعد الأنظمة المقترنة بالتيار المستمر، بتصميمها المبسط وقدرتها الفائقة على تخزين الطاقة بشكل مباشر كتيار مستمر مثالية للمناطق النائية أو المواقع التي تعاني من ضعف الوصول إلى الشبكة. في هذه البيئات، تصبح هذه الأنظمة الشريك الموثوق، حيث تضمن للمستهلك الحصول على الطاقة التي يحتاجها، مهما كانت الظروف
ATESS حلول رائدة لتلبية جميع الاحتياجات
تعتبر شركة ATESS المورد العالمي لحلول تخزين الطاقة الشمسية وشحن السيارات الكهربائية إحدى أبرز الشركات العالمية والتي تقدم مجموعة متنوعة من أنظمة تخزين الطاقة المقترنة بالتيار المستمر والمتناوب والمصممة لتلبية احتياجات العملاء المحددة والمتوافقة مع سيناريوهات التطبيق المختلفة.
أنظمة تخزين الطاقة المقترنة بالتيار المتناوب
تعتبر مثالية للتطبيقات المتصلة بالشبكة أو المنفصلة عنها سواء كانت مصانع أو مزارع. كما تعتبر حلاً مثالياً للمشاريع الكبيرة واسعة النطاق لأنها تؤمن طاقة احتياطية موثوقة وتدعم الشبكة الكهربائية كما تعمل على قطع ذروة الأحمال وتساعد في تنظيم توازن الشبكة وتنظيم ترددها.
توفر هذه الأنظمة حلاً مبتكراً وموفراً للتكاليف لدمج أنظمة الطاقة الشمسية مع أنظمة تخزين الطاقة.
حيث يمكن استخدام نظام تخزين الطاقة الهجين (HPS) كمصدر جهد مرجعي للعاكس المتصل بالشبكة، مما يسمح للعاكس بالعمل بشكل مستقل عن الشبكة الكهربائية. وهذا يوفر فرصة للاستفادة من الأنظمة الشمسية القديمة دون الحاجة إلى استبدال العاكس، مما يقلل من تكاليف الاستثمار. يتم ربط العاكس بنظام (HPS) بطريقة تسمح له بالاستجابة لتغيرات جهد النظام وتوليد الطاقة وفقاً لذلك.
ومن المثير للاهتمام أنه عند توصيل العاكس المتصل بالشبكة بنهاية الحمل في نظام تخزين الطاقة الهجين (HPS) وبعد أن يتطابق العاكس المتصل بالشبكة مع بروتوكول الاتصال الخاص بالعاكس الهجين فإنه سيضبط توليد الطاقة للعاكس المتصل بالشبكة وفقاً لتعليمات (HPS) أي أنه يمكن لنظام تخزين الطاقة الهجين أن يعمل بشكل مستقل عن الشبكة مع إمكانية عودته إلى معلومات جهد الخرج لتوليد الطاقة
اقتران التيار المتردد في نظام تحويل الطاقة (PCS)
يتميز نظام تحويل الطاقة (PCS) بأنه متعدد الاستخدامات وقادرًا على تلبية احتياجات العملاء المختلفة، مما يعزز دوره في حلول إدارة الطاقة الحديثة. يأتي مزوداً بخزانة بواجهة مخصصة لتوصيل العاكسات المتصلة بالشبكة، والمصممة خصيصًا لهذا الغرض. إلا أنه من الضروري أن تكون العاكسات المتصلة بالشبكة متوافقة مع بروتوكول الاتصال الذي يستخدمه النظام( حاليًا، يدعم الاتصال المباشر بمجموعة مختارة من العاكسات، وخاصة تلك من العلامات التجارية في تحالف SUNSPEC).
أنظمة تخزين الطاقة المقترنة بالتيار المستمر
يتناسب هذا النوع من أنظمة التخزين مع مجموعة واسعة من التطبيقات المتصلة بالشبكة والمستقلة عنها في المصانع والجزر والقرى النائية. كما أنه يعتبر خياراً جيداً لتطبيقات الشبكات المصغرة (Micro Grid) والاستهلاك الذاتي وكذلك الأمر بالنسبة للأنظمة الكبيرة خارج الشبكة ذات النسبة العالية من الأحمال الحثية أو مع شبكات الطاقة غير المستقرة والمتقلبة. فنظام التحويل (PCS) لا يتأثر بتقلبات الشبكة لأنه يكون دائماً مستقل عن الشبكة وستؤثر التقلبات فقط على طاقة خرج المقوم (RTF) وسيستمر نظام تحويل الطاقة بالإخراج وفقاً للجهد أو التردد المحدد مسبقاً مما يساهم في استقرار تشغيل الحمل بشكل كبير.
كما يمكن اعتماد هذه الأنظمة كحلاً موثوقاً به في البيئات التي تكون فيها مولدات الديزل هي المصدر الأساسي للطاقة إذ أنها تمتلك قدرة كبيرة في التكيف مع أداء المولدات الضعيفة نظراً لأن نظام التحويل مستقل عن الشبكة ولا يتأثر بتقلبات خرج مولد الديزل ويمكن للمقوم أن ينظم الطاقة بسلاسة حتى أثناء التغيرات المفاجئة في الحمل مما يعزز من موثوقية النظام بشكل عام من خلال ضمان تشغيل الحمل بشكل مستقر
تلعب العديد من مكونات أنظمة تخزين الطاقة المقترنة بالتيار المستمر أدوراً حاسمة كأنظمة تحويل الطاقة (PCS) وهي عبارة عن عاكس بطارية ثنائي الاتجاه باستطاعة تتراوح من 100 كيلوواط إلى 1000 كيلوواط ومن الممكن توصيل عدة وحدات على التوازي لزيادة سعة تحميل النظام، حيث يبلغ الحد الأقصى لعدد الوحدات المتوازية المدعومة أربع وحدات.
يتوفر أيضاً مقوم (RTF) باستطاعة 40 كيلوواط ويمكن توصيل عدد غير محدود من المقومات على التوازي لزيادة استطاعة مقوم الشبكة والمولد. بالإضافة إلى مفتاح التحويل التلقائي (ATS) الذي يسهل التبديل التلقائي بين الشبكة والمولد، فإنه يدعم طاقة قصوى تبلغ 1200 كيلو وات.
ميزات أنظمة تخزين الطاقة المقترنة بالتيار المستمر والمتناوب
تتميز أنظمة تخزين الطاقة المقترنة بالتيار المتناوب من (ATESS) بقدرتها على توفير الطاقة بشكل مستمر فضلاً عن استجابتها فائقة السرعة والتي لا تتجاوز 10 ميللي ثانية عند حدوث أي انقطاع في شبكة المرافق. وعند دمج هذه الأنظمة بالتطبيقات المتصلة مع الشبكة يصبح من السهل توسيع النظام وزيادة سعته، مما يجعلها خيارًا مرنًا وفعالًا في قطاع الطاقة المتجددة.
من ناحية أخرى تتميز الأنظمة المقترنة بالتيار المستمر باحتوائها على مقوم يحول التيار المتناوب إلى مستمر بسلاسة بالإضافة إلى نظام تحويل سريع جداً من الشبكة إلى خارجها يستغرق 0 ميللي ثانية أي لن يشعر المستهلك بانقطاع الطاقة. كما تتميز باستقرارها وموثوقيتها العالية إذ تكون البطارية متصلة بالأحمال بشكل دائم مما يلغي أي قلق بشأن انقطاع الطاقة. بالإضافة إلى أنها توفر منطقة عازلة بين شبكة الطاقة والحمل مما يجعلها مصدر طاقة أكثر استقراراً وموثوقية.
