تعد أنظمة الطاقة الشمسية الهجينة خيارًا شائعًا بشكل متزايد لتبني الطاقة المتجددة، من خلال الجمع بين أنظمة الطاقة الشمسية والاستخدام الفعال من حيث التكلفة لشبكة الطاقة العامة. تشرح هذه المقالة المكونات الرئيسية لهذه الأنظمة وتقدم بعض الإرشادات لاختيار النظام المناسب النظام الشمسي الهجين لمتطلباتك.
جدول المحتويات
نمو سوق أنظمة الطاقة الشمسية الهجينة
مقدمة لأنظمة الطاقة الشمسية الهجينة
مكونات النظام الشمسي الهجين
كيفية اختيار الحجم المناسب للنظام الشمسي الهجين
الأفكار النهائية
نمو سوق أنظمة الطاقة الشمسية الهجينة
ينمو السوق العالمي لأنظمة الطاقة الشمسية بمعدل صحي للغاية، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى مزيج من زيادة تكاليف شبكة الكهرباء العامة والدعم الحكومي لأنظمة الطاقة المتجددة في المنزل. يرى السوق السكني مزيدًا من المرونة وفعالية التكلفة في وجود نظام منزلي يحقق الاستخدام الأمثل للطاقة الشمسية بالإضافة إلى إيجاد طرق لتقليل الحاجة إلى الاعتماد على الشبكة العامة.
نظرًا لأن أنظمة الطاقة الشمسية الهجينة تحتوي على عدة مكونات، فمن الأفضل قياس السوق العالمية من خلال نمو محولات الطاقة الشمسية الهجينة، والتي تعتبر "الذكاء" الأساسي في النظام الشمسي الهجين. وبالنظر إلى الفترة من 2023 إلى 2032، من المتوقع أن يحقق السوق العالمي لمحولات الطاقة الشمسية الهجينة معدل نمو سنوي مركب. (معدل نمو سنوي مركب) بنسبة 9.2٪, من 7.39 مليار دولار أمريكي في عام 2023 إلى حوالي 16.32 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2032.
ويتوقع السوق العالمي أن يشهد نموًا أكبر لولا ارتفاع تكلفة التركيب للمكونات الرئيسية، ولا سيما تكلفة العاكسات، والفترة الطويلة اللازمة لرؤية عائد الاستثمار.
مقدمة لأنظمة الطاقة الشمسية الهجينة
أنظمة الطاقة الشمسية الهجينة الجمع بين الكهرباء المولدة من الألواح الشمسية الكهروضوئية والكهرباء المولدة من شبكة المرافق العامة، وتخزين الكهرباء المجمعة في نظام تخزين البطارية.
وبالمقارنة، تجمع أنظمة "الطاقة" الهجينة بين الكهرباء المولدة من مصادر متعددة، والتي يمكن أن تشمل الطاقة الشمسية مع توربينات الرياح، ومولدات الطاقة الكهرومائية، والشبكة العامة، ومولدات الوقود المستقلة.
سواء كان النظام الهجين يستخدم الطاقة الشمسية فقط، أو يدمج مصادر مختلطة، فإن المبادئ هي نفسها. يتم التقاط الطاقة وتنظيمها وتخزينها كتيار مباشر (DC) في بنك من البطاريات، ثم يتم إتاحتها للمنزل عن طريق تحويلها أولاً إلى تيار متناوب (AC) ثم استخدامها بواسطة الأجهزة المنزلية حسب الحاجة.
يُشار إلى أنظمة الطاقة التي تستخدم شبكة المرافق العامة فقط باسم أنظمة "الشبكة المرتبطة" أو "المرتبطة بالشبكة". تسمى الأنظمة الشمسية المستقلة، والتي تستخدم فقط الطاقة من الألواح الشمسية (و/أو مصادر الطاقة الأخرى)، والمعزولة عن شبكة المرافق العامة، "خارج الشبكة".
يمكن لأنظمة الطاقة الشمسية الهجينة التبديل بين أوضاع الشبكة المختلفة اعتمادًا على مصادر الطاقة المتاحة، وهذه القدرة على التكيف هي التي تجعل أنظمة الطاقة الشمسية الهجينة خيارًا شائعًا بشكل متزايد.
في نظام الشبكة المستقر، حيث تكون طاقة المرافق العامة موثوقة ومتسقة، فإن وجود نظام هجين يوفر للأسرة بعض المرونة وتوفير التكاليف.
- عندما تكون الطاقة الشمسية وفيرة، يستخدم المنزل هذه الطاقة لجميع استخداماته، مما يوفر تكاليف المرافق.
- إذا كان الطقس ملبدًا بالغيوم وكانت الطاقة الشمسية غير كافية، فيمكن للمنزل "زيادة" سعة تخزين البطارية باستخدام إمدادات كهربائية أرخص خارج أوقات الذروة.
- إذا كانت إمدادات الطاقة الشمسية وفيرة، والبطاريات ممتلئة، يمكن تغذية فائض الكهرباء الناتج عن النظام الشمسي المنزلي إلى الشبكة العامة، والتي يمكن شراؤها أو إضافتها إلى شركة المرافق.
في نظام الشبكة غير المستقر، حيث يمكن أن يؤدي انقطاع التيار الكهربائي المتكرر أو فصل الأحمال إلى فقدان الطاقة لعدة ساعات في اليوم، يقوم النظام الشمسي الهجين بتزويد المنزل بالطاقة من البطاريات المخزنة. عندما تتوفر طاقة الشبكة، يتم استخدامها لتعبئة البطاريات، لتكملة الطاقة الشمسية.
مكونات النظام الشمسي الهجين
الرسم البياني أعلاه بواسطة شركة شيامن ناسيك للطاقة الجديدة يعرض كلاً من المكونات المهمة للنظام الشمسي الهجين، والألواح الكهروضوئية، وبنك بطاريات الليثيوم أيون، والعاكس الهجين، موضحًا كيفية اتصالها بشبكة الطاقة العامة وبالمنزل.
الألواح الشمسية الكهروضوئية (PV).
هذه نظام كامل من المتحدة للطاقة يعرض مجموعة من أربع ألواح من الخلايا الشمسية الكهروضوئية بالإضافة إلى جميع المكونات الأخرى. ويعتمد العدد الفعلي للألواح المطلوبة على القدرة المطلوبة، ويتراوح سعرها بين 0.30 دولارًا أمريكيًا و0.50 دولارًا أمريكيًا لكل واط.
تعد الألواح الشمسية، أو ألواح الخلايا الشمسية، أو الألواح الشمسية الكهروضوئية، أكثر المكونات وضوحًا في النظام الشمسي الهجين. تستخدم هذه الألواح مجموعة من الخلايا الكهروضوئية (PV) التي تثير الإلكترونات، والتي يتم تمريرها بعد ذلك عبر دائرة لتوليد تيار مباشر، والذي يمكن استخدامه مباشرة لتشغيل الأجهزة، أو بشكل أكثر شيوعًا لتخزينه في البطاريات لاستخدامه لاحقًا.
عادة ما يتم تركيب الألواح الشمسية على السطح، إما بزاوية فوق بلاط السقف، أو على سطح مستو. بالنسبة للسقف المسطح، يمكن للمستخدم توجيه الألواح نحو أشعة الشمس القوية، بينما إذا تم تركيبها فوق بلاط السقف، فمن الطبيعي تحديد الجانب الذي يرى أكبر قدر من أشعة الشمس.
يعتمد عدد اللوحات المطلوب تركيبها على متطلبات استهلاك الطاقة المحلية للمستخدم، واستقرار الشبكة المحلية، وكذلك الكمية المحتملة من ضوء الشمس المتاح.
بنك بطارية ليثيوم أيون
عندما يتم التقاط الطاقة، إما من الألواح الشمسية أو عند تغذيتها من الشبكة، يتم تخزينها في مجموعة من بطاريات أيونات الليثيوم. في الأنظمة الأصغر، قد تكون البطاريات مستقلة وليس في خزانة البطارية، ولكنها ستظل متصلة معًا كبطارية. مجموعة مصفوفة.
يعتمد مقدار سعة تخزين البطارية المطلوبة على متطلبات استهلاك الطاقة المحلية للمستخدم، وإلى أي مدى يريد المستخدم أن يظل مستقلاً عن الشبكة المحلية. كلما زادت الطاقة المخزنة، زادت كمية الكهرباء المتاحة للاستخدام "خارج الشبكة".
العاكس الهجين
محولات طاقة شمسية هجينة التعامل مع جميع عمليات نقل الطاقة وتنظيمها وتحويلها بين البطاريات والشبكة الكهربائية المنزلية وشبكة كهرباء المرافق العامة.
تسمح أنظمة إدارة الطاقة الذكية الحديثة للعاكس بما يلي:
- إدارة شحن الألواح الشمسية وتخزينها،
- مراقبة مستويات شحن البطارية،
- التبديل بين الشبكة العامة واستخدام البطارية،
- تحويل التيار المستمر المخزن إلى تيار متردد،
- توصيل الكهرباء للمنزل,
- إمداد الطاقة الفائضة إلى الشبكة العامة،
- توفير البيانات في الوقت الحقيقي إلى السحابة وأجهزة الكمبيوتر المحلية.
من المهم التخطيط لعاكس لديه القدرة على توفير تحويل التيار المتردد المتزامن الكافي الذي سيحتاجه المنزل. وكمثال بسيط، يمكن أن تتطلب أجهزة الميكروويف والغلايات والأفران والسخانات (أو مكيفات الهواء) حوالي 2-5 كيلو وات بشكل فردي. عند استخدام كل ذلك معًا، سيضع هذا حملًا متزامنًا عاليًا جدًا على العاكس، والذي يمكن أن يتعثر إذا تم سحب طاقة أكبر مما يمكن للعاكس تحويله. ستساعدك الأنظمة الذكية على إدارة الطلب الزائد دون التسبب في تعثر النظام.
مكونات أخرى
المكونات الرئيسية المدرجة في النظام الكامل هي الألواح الشمسية، والعاكس الهجين، وبطاريات التخزين، وبرامج المراقبة. وقد تشمل أيضًا التركيبات والكابلات وفي بعض الحالات مجموعة أدوات كاملة.
كيفية اختيار الحجم المناسب للنظام الشمسي الهجين
عند اختيار الحجم المناسب للنظام للاستخدام المطلوب، يجب أن يكون المورد قادرًا على المساعدة في الحسابات. يمكن أن يساعدك جدول البيانات وقد يكون لدى المورد واحد ليقدمه لك.
ستعتمد العوامل الرئيسية للتخطيط على الاستخدام اليومي والمتزامن المتوقع بالكيلووات. يمكن تحديد ذلك من خلال فواتير الخدمات الشهرية، لتقدير الاستخدام الشهري للكيلووات، ومن ثم يجب تقسيم ذلك إلى مبلغ يومي. من غير المحتمل أن يعطي هذا تخفيضًا تفصيليًا لساعات العمل، ولكن من المفيد التفكير في أوقات ذروة الاستخدام بدلاً من المتوسط. على سبيل المثال، يمكن أن يتضمن الطهي أثناء تناول الطعام استخدام معدات عالية القوة، مثل الفرن والميكروويف وأدوات المطبخ الأخرى، مع استخدام الطاقة أيضًا لتدفئة المنزل وتسخين المياه والتلفزيون والإنترنت المنزلي.
إذا كانت النية هي بناء فائض في العرض لتغذية الشبكة العامة، فيجب أن يسمح التقدير بهذا الفائض. وبطبيعة الحال، يجب أن تؤدي كل هذه التقديرات في النهاية إلى نظام يتناسب مع الميزانية، بالإضافة إلى الكمية المحتملة من ضوء الشمس المتوفر. قد تكون التنازلات ضرورية للعثور على الحجم المناسب للنظام.
من المهم ملاحظة أن أنظمة الطاقة الشمسية الهجينة تتطلب تكلفة أولية كبيرة، لشراء جميع المعدات والتركيب والتوصيل. ومن المرجح أن يكون العائد على الاستثمار على مدى عدة سنوات، وليس أشهر، لذلك يجب إدارة التوقعات في بناء نظام على أساس توفير التكاليف بشكل خالص.
الأفكار النهائية
تستفيد أنظمة الطاقة الشمسية الهجينة بشكل أفضل من مزيج الطاقة الشمسية المتجددة والاستخدام الانتقائي لشبكة المرافق العامة. مكون النظام الرئيسي الذي يجعل الجمع الذكي ممكنًا هو العاكس الهجين الذكي، مع أنظمة إدارة الطاقة التي تمنح التحكم للمستخدم المنزلي.
هناك مجموعة واسعة من الأنظمة الهجينة المتاحة، والتي تشمل جميعها المكونات الرئيسية للألواح الشمسية الكهروضوئية، ومصفوفات بطاريات التخزين، وعاكس هجين حديث، مع برامج ذكية. التحدي الذي يواجه المستخدم هو تحديد السعة المطلوبة، والاستخدام المفضل للشبكة العامة (أو الضروري في بيئة الشبكة غير المستقرة)، ثم ما هو حجم النظام المطلوب للتعامل مع ذلك. يتم تحديد السعة من خلال عدد الألواح المطلوبة لالتقاط ما يكفي من أشعة الشمس، وعدد بطاريات التخزين المطلوبة لاستيعاب ما يكفي من الطاقة لجميع الاستخدامات، وما هي سعة تحويل التيار المستمر/التيار المتردد التي يمكن للعاكس التعامل معها لأي طلب متزامن.
تعد التكلفة عاملاً مهمًا نظرًا لأن معظم التكلفة عبارة عن استثمار مقدم، في شراء المكونات وتركيبها، ومن المرجح أن يكون عائد الاستثمار على مدى فترة طويلة. ومع ذلك، عندما تكون هناك شبكة طاقة غير مستقرة، قد تكون تكلفة الاستثمار المرتفعة أكثر قبولاً لضرورة الطاقة العادية. قد يقوم الموردون بتسعير المجموعة الكاملة، لكن العديد منهم يسعرون بالدولار الأمريكي لكل واط، لذلك مرة أخرى من المهم معرفة السعة اللازمة.
سوف يرغب المشترون المحتملون في مقارنة الخيارات المتاحة. يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول المجموعة الواسعة من أنظمة الطاقة الشمسية الهجينة المتاحة ومكوناتها الفردية في صالة العرض عبر الإنترنت على الرابط التالي: Chovm.com.
