في عالم اليوم ، لا يمكن إنكار الاعتماد على الطاقة الكهربائية للأنشطة اليومية. مع زيادة الاهتمام بمصادر الطاقة المتجددة ، يفكر العديد من أصحاب المنازل في حلول خارج الشبكة أو أنظمة النسخ الاحتياطي لضمان إمدادات الطاقة دون انقطاع. أساسي لهذه الحلول هو نظام تخزين الطاقة ، وخاصة بنوك البطارية التي تخزن الطاقة لاستخدامها لاحقًا. يعد تحديد الحجم المناسب لبنك البطارية لتشغيل المنزل مهمة معقدة تتضمن فهم أنماط استهلاك الطاقة وتقنيات البطارية وتكوينات النظام.
لحجم بنك البطارية بدقة ، من الضروري تقييم متوسط استهلاك الطاقة للأسرة. وهذا ينطوي على حساب إجمالي ساعة وات (WH) المستخدمة يوميًا. تسهم الأجهزة مثل الثلاجات وأنظمة الإضاءة ووحدات التدفئة والتبريد والأجهزة الإلكترونية في الطلب الكلي للطاقة. من خلال إدراج جميع الأجهزة الكهربائية وتصنيفات الطاقة الخاصة بكل منها وفترات الاستخدام ، يمكن للمرء تقدير إجمالي استهلاك الطاقة اليومي.
على سبيل المثال ، تستهلك الأسرة الأمريكية النموذجية حوالي 30 كيلو وات في اليوم. ومع ذلك ، يمكن أن يختلف هذا الرقم بشكل كبير على عوامل مثل حجم المنزل ، وعدد الركاب ، وكفاءة الطاقة للأجهزة. تؤثر التغييرات الموسمية أيضًا على استخدام الطاقة ، مع ارتفاع استهلاك خلال الظروف الجوية القاسية بسبب متطلبات التدفئة أو التبريد.
يؤثر نوع تقنية البطارية المحددة على حجم وكفاءة بنك البطارية. تشمل أنواع البطارية الشائعة بطاريات الرصاص والليثيوم أيون وبطاريات التدفق. بطاريات حمض الرصاص ، مثل تلك المستخدمة في تطبيقات السيارات ، فعالة من حيث التكلفة ولكن لها عمر أقصر وعمق التفريغ (DOD) مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون.
توفر بطاريات الليثيوم أيون كثافة طاقة أعلى ، وعمر أطول ، وأكبر وزارة الدفاع ، مما يجعلها خيارًا شائعًا لتخزين الطاقة السكنية. يمكن تصريفها عادة ما يصل إلى 80-90 ٪ دون التأثير بشكل كبير على عمرهم. هذا يعني أن هناك حاجة إلى عدد أقل من البطاريات لتخزين نفس الكمية من الطاقة القابلة للاستخدام مقارنةً بالبطاريات الحمضية الرائدة. ومع ذلك ، فإن بطاريات الليثيوم أيون هي أكثر تكلفة مقدمًا.
بطاريات التدفق ، على الرغم من أنها أقل شيوعًا في الإعدادات السكنية ، توفر فوائد مثل قابلية التوسع وعمر دورة طويلة. إنها مناسبة لتخزين الطاقة على نطاق واسع ولكنها قد لا تكون فعالة من حيث التكلفة للأسر الفردية بسبب تعقيدها وحجمها.
عمق التفريغ هو عامل حاسم في تحجيم البطارية. ويشير إلى النسبة المئوية لسعة البطارية التي تم استخدامها. يمكن للبطاريات ذات DOD أعلى مسموح بها الاستفادة من قدراتها ، مما يقلل من إجمالي عدد البطاريات اللازمة. ومع ذلك ، يمكن لتصريف البطاريات في كثير من الأحيان إلى أقصى قدر من DOD تقصير عمرها. لذلك ، يجب تحقيق التوازن بين القدرة القابلة للاستخدام وطول العمر.
يتضمن حساب سعة بنك البطارية عدة خطوات:
1. تحديد استخدام الطاقة اليومية : كما ذكرنا سابقًا ، احسب إجمالي استهلاك الطاقة اليومي في ساعة كيلووات ساعة (KWH).
2. اتخاذ قرار بشأن أيام الحكم الذاتي : يشير هذا إلى عدد الأيام التي يجب أن يوفر فيها بنك البطارية الطاقة دون إعادة الشحن ، وهو أمر بالغ الأهمية خلال فترات الطاقة الشمسية المنخفضة أو توليد الرياح.
3. حساب خسائر النظام : يمكن أن تؤدي المحولات ومكونات النظام الأخرى إلى إدخال خسائر في الطاقة ، وعادة ما تكون حوالي 5-15 ٪. من المهم أن تعامل هذا في الحسابات.
4. حساب إجمالي السعة المطلوبة : اضرب استخدام الطاقة اليومي في أيام الحكم الذاتي ، ثم ضبط خسائر النظام.
5. اضبط للبطارية DOD : قسّم إجمالي السعة المطلوبة على الحد الأقصى DOD لنوع البطارية المختار للعثور على إجمالي سعة بنك البطارية المطلوب.
بافتراض استخدام يوميًا من 30 كيلو وات ساعة ، و 2 أيام من الحكم الذاتي ، وخسائر النظام بنسبة 10 ٪ ، واستخدام بطاريات ليثيوم أيون مع 90 ٪ وزارة الدفاع:
- إجمالي الطاقة المطلوبة: 30 كيلو واط/يوم × 2 أيام = 60 كيلو واط ساعة
- تعديل للخسائر: 60 كيلو واط / ساعة (1 - 0.10) = 66.67 كيلو واط ساعة
- تعديل ل DOD: 66.67 كيلو وات ساعة / 0.90 = 74.07 كيلو واط
لذلك ، مطلوب بنك البطارية بسعة حوالي 74 كيلو وات ساعة.
يؤثر تكوين بنك البطارية على أدائه وسلامته. يمكن توصيل البطاريات في سلسلة أو متوازية أو مزيج من كلاهما لتحقيق الجهد والقدرة المطلوبة. توصيلات السلسلة تزيد من الجهد ، في حين أن الوصلات المتوازية تزيد من السعة.
للتطبيقات السكنية ، فولتية النظام الشائعة هي 12 فولت ، 24 فولت ، و 48 فولت. تقلل الفولتية العليا في النظام من كمية التيار لمستوى طاقة معين ، مما يمكن أن يحسن الكفاءة ويقلل من سمك الأسلاك المطلوبة.
التصميم والتركيب المناسب أمران حيويان للسلامة. تعد الحماية الزائدة ، وأحجام الأسلاك المناسبة ، والتهوية مكونات أساسية. تتطلب بطاريات الليثيوم أيون أنظمة إدارة البطاريات (BMS) لمراقبة وحماية من الإفراط في الشحن ، والتفريغ العميق ، ودرجات الحرارة القصوى.
غالبًا ما يتم إقران بنوك البطارية بمصادر للطاقة المتجددة مثل الألواح الشمسية أو توربينات الرياح. يجب أن يتطابق حجم نظام الطاقة المتجددة مع متطلبات الشحن لبنك البطارية. من المهم التأكد من أن الطاقة التي تم إنشاؤها يمكن أن تعيد شحن البطاريات بشكل كاف ضمن إطار زمني معقول.
تحظى أنظمة الطاقة الشمسية بشعبية للاستخدام السكني بسبب قابلية التوسع وتناقص التكاليف. عند الاندماج مع بنك بطارية ، يتعين على مكونات مثل وحدات التحكم في الشحن والمحولات لإدارة تدفق الطاقة وتحويلها إلى نماذج قابلة للاستخدام للأجهزة المنزلية.
يقوم العزفون بتحويل طاقة DC المخزنة في البطاريات إلى طاقة التيار المتردد تستخدمها الأجهزة المنزلية. يعد اختيار العاكس مع السعة والكفاءة المناسبة أمرًا بالغ الأهمية. توفر بعض المحولات المتقدمة وظائف هجينة ، مما يتيح التبديل السلس بين طاقة الشبكة وطاقة البطارية ، مما يؤدي إلى تحسين استخدام الطاقة.
يتطلب الاستثمار في بنك البطارية ونظام الطاقة المتجددة تكاليف كبيرة مقدمة. تتضمن التكلفة الإجمالية البطاريات والألواح الشمسية أو توربينات الرياح والمزولات ونفقات التثبيت. ومع ذلك ، فإن المدخرات طويلة الأجل على فواتير الطاقة والحوافز المحتملة يمكن أن تعوض هذه التكاليف مع مرور الوقت.
يمكن أن تؤدي الحوافز المالية مثل الاعتمادات الضريبية ، والخصومات ، وسياسات القياس الصافية إلى تحسين العائد على الاستثمار. بالإضافة إلى ذلك ، فإن التكلفة المتزايدة للكهرباء الشبكة وتقلص التكاليف المتناقصة للتقنيات المتجددة تجعل هذه الأنظمة أكثر جاذبية.
إلى جانب وفورات التكاليف ، فإن استخدام ضفة البطارية مع مصادر الطاقة المتجددة يقلل من الاعتماد على الوقود الأحفوري ، مما يقلل من انبعاثات غازات الدفيئة. هذا يساهم في الحفاظ على البيئة ويتوافق مع الجهود العالمية لمكافحة تغير المناخ.
يضمن الصيانة المنتظمة طول طول وكفاءة بنك البطارية. تختلف متطلبات الصيانة حسب نوع البطارية. قد تتطلب بطاريات حمض الرصاص عمليات إعادة تعبئة المياه والاتحادات الدورية ، في حين أن بطاريات الليثيوم أيون لديها عمومًا احتياجات صيانة أقل بسبب تصميمها المختومة.
يمكن أن تساعد أنظمة المراقبة في تتبع الأداء وكشف المشكلات في وقت مبكر. يمكن أن يستمر الذي تم صيانته جيدًا نظام البطارية عدة سنوات ، حيث تدوم بطاريات الليثيوم أيون عادة ما بين 10 إلى 15 عامًا.
تستمر التطورات في تكنولوجيا البطارية في تحسين كثافة الطاقة ، وتقليل التكاليف ، وتعزيز السلامة. بطاريات الحالة الصلبة ، على سبيل المثال ، تعد بقدرات أعلى وأوقات شحن أسرع. بالإضافة إلى ذلك ، تقوم أنظمة إدارة الطاقة الذكية بدمج الذكاء الاصطناعي لتحسين استخدام الطاقة وتخزينها تلقائيًا.
يعد دمج السيارات الكهربائية (EVs) في أنظمة الطاقة المنزلية اتجاهًا ناشئًا آخر. يمكن أن تكون EVs بمثابة وحدات تخزين طاقة إضافية ، مما يتيح تدفق الطاقة ثنائية الاتجاه بين السيارة والمنزل ، والمعروفة باسم تقنية من السيارة إلى الشبكة (V2G).
يتضمن تحديد الحجم المناسب لبنك البطارية لتشغيل المنزل فهمًا شاملاً لأنماط استهلاك الطاقة وتقنيات البطارية وتكامل النظام. من خلال تقييم الاحتياجات المنزلية بعناية والنظر في عوامل مثل عمق التفريغ ، وأيام من الحكم الذاتي ، وفقدان النظام ، يمكن للمرء تصميم حلًا فعالًا وموثوقًا لتخزين الطاقة.
لا يوفر الاستثمار في نظام تخزين الطاقة استقلال الطاقة فحسب ، بل يساهم أيضًا في الاستدامة البيئية. مع تقدم التكنولوجيا ، تصبح هذه الأنظمة أكثر سهولة وتكاملاً للأسر الحديثة التي تسعى إلى الصمود ضد انقطاع التيار الكهربائي وارتفاع تكاليف الطاقة. يمكن للتخطيط المناسب والتشاور مع محترفي الطاقة التأكد من أن بنك البطارية يلبي الاحتياجات المحددة للأسرة مع توفير مزايا طويلة الأجل.
