مكونات نظام تخزين الطاقة الأساسية موضحة

إن أنظمة تخزين الطاقة (ESS) تُغيّر طريقة تخزين واستخدام الكهرباء، وخاصة في حال زيادة استخدام مصادر الطاقة المتجددة. سواء كانت مزودة بألواح شمسية أم لا، من المهم فهم مكونات هذه الأنظمة. في هذه المقالة، سيتم تحليل العناصر الرئيسية لنظام تخزين الطاقة، ومقارنة تقنيات البطاريات، والإشارة إلى أهمية السلامة وإدارة الحرارة.

ما المكوّنات التي تشكّل نظام تخزين الطاقة؟

نظام تخزين الطاقة ليس بطارية فقط. إنه نظام متكامل يجمع الكهرباء ويوفرها عند الحاجة. والمكونات الأساسية تشمل: حزمة البطارية، ونظام التحويل الكهربائي (العاكس/الشاحن) ونظام التحكم.

البطارية هي قلب النظام - حيث يتم تخزين الطاقة. تُستخدم البطاريات القابلة لإعادة الشحن في معظم الأنظمة الحالية بسبب كفاءتها وقدرتها على تقليل التكلفة. الدور الآخر المهم هو العاكس، حيث يقوم بتحويل التيار الكهربائي المباشر (DC) من البطارية إلى تيار متردد (AC) تستخدمه معظم الأجهزة المنزلية وشبكة الكهرباء. بالإضافة إلى ذلك، هناك وحدات التحكم وأنظمة إدارة الطاقة التي تراقب الأداء، وتحسّن من دورات الشحن وتجعل كل الأمور تعمل بسلاسة.

تقنيات البطاريات في أنظمة تخزين الطاقة: الليثيوم-أيون مقابل الرصاص-الحمضي مقابل الخيارات الناشئة

ليست كل البطاريات متساوية. نوع البطارية المستخدمة يؤثر بشكل كبير على كفاءة النظام وعمره وتكلفته.

تُعدّ بطاريات الليثيوم حاليًا شائعةً إلى حدٍ كبير. فهي غنيةٌ بمحتوى الطاقة، وتتمتّع بدورةِ حياةٍ أطول، وتتطلّب صيانةً أقلّ. وتُعتبر هذه الخصائص مناسبةً لكلٍ من الاستخدام المنزلي وبيئات العمل.

لقد كانت البطاريات الرصاصية الحمضية قيد الاستخدام منذ عقودٍ عديدة. فهي أرخص في البداية، لكنها تتمتّع بعمرٍ أقصر، وكفاءةٍ أقل، وتحتاج إلى إصلاحاتٍ متكرّرة. كما أنها لا تزال موجودةً في أنظمةٍ معينةٍ بعيدةٍ عن الشبكة، على الرغم من أنّها تُستبدَل تدريجيًا بحلولٍ تعتمد على الليثيوم.

تلقى تقنياتٌ جديدةٌ مثل البطاريات ذات الحالة الصلبة أو البطاريات التدفقية اهتمامًا متزايدًا أيضًا. إذ تضمن هذه التقنيات سلامةً أكبر، وعمرًا أطول، وقدرةً أعلى. ومع ذلك، لم تكن هذه البطاريات متاحةً تجاريًا بعد بنفس قدر بطاريات الليثيوم-أيون.

لماذا تعدّ أنظمة إدارة الحرارة والسلامة ضروريةً في تصميم أنظمة تخزين الطاقة؟

في تخزين الطاقة، لا يجوز إغفال السلامة. فعند شحن البطاريات وتفريغها، تولّد حرارةً قد تؤدّي إلى أداءٍ ضعيف، وفترةِ عمرٍ قصيرة، بل حتى سيناريوهاتٍ خطرةٍ مثل الانطلاق الحراري ما لم تتم إدارتها بفعالية.

يُعد نظام إدارة حرارية جيد أمرًا ضروريًا لضمان بقاء البطارية ضمن نطاق درجة الحرارة المثلى للتشغيل. ويتم تحقيق ذلك عادةً عن طريق التبريد السلبي أو التبريد النشط. ويُعتبر التحكم في درجة الحرارة أمرًا بالغ الأهمية، خاصةً في بطاريات الليثيوم أيون، من حيث السلامة والكفاءة.

بالإضافة إلى التبريد، تتضمن ميزات السلامة المُدمجة حماية ضد الشحن الزائد، والدوائر القصيرة، وتقلبات الجهد الكهربائي. وتشنّف أنظمة إدارة البطاريات الحديثة (BMS) بيانات الخلايا باستمرار لمنع حدوث الأعطال.

تصميم نظام تخزين الطاقة (ESS) بشكل صحيح، مع تنظيم فعّال للحرارة والسلامة، ليس فقط مسألة أداء، بل أيضًا مسألة حماية استثمارك في الطاقة، وأيضًا تحقيق تشغيل طويل الأمد يمكن الاعتماد عليه.