ما هو نظام تخزين الطاقة المنزلية ولماذا نستخدمه؟

أصبحت أنظمة تخزين الطاقة المنزلية ذات أهمية متزايدة للاستقرار أثناء انقطاع التيار الكهربائي، وتقليل فواتير الكهرباء من خلال تسعير الذروة والوادي، ودعم استخدام الطاقة النظيفة. تخزن هذه الأنظمة الطاقة المتجددة الزائدة وتوفر الطاقة خلال فترات الطلب العالي أو الانقطاع، مما يوفر التكاليف ويعزز الاستدامة. مع زيادة التبني، فإن ضمان أن تكون الأنظمة آمنة وذكية وفعالة أمر حاسم لدمجها كأجهزة منزلية شائعة.

لماذا نحتاج إلى استخدام نظام تخزين الطاقة المنزلي

في عصرنا الحالي من التغير التكنولوجي السريع والانتقال المتسارع للطاقة، تدخل أنظمة بطاريات تخزين الطاقة المنزلية بهدوء إلى مجال رؤية الجمهور وتصبح تدريجيًا محور اهتمام العديد من الأسر. هل سبق لك أن تعرضت لانقطاع التيار الكهربائي في يوم صيفي حار، مع تعطل مكيف الهواء في منزلك وثلاجتك معرضة لخطر التلف، وليس لديك خيار سوى تحمل الحرارة الشديدة وانتظار استعادة التيار الكهربائي بقلق؟ هل تدرك الأرقام المتزايدة في فواتير الكهرباء الشهرية الخاصة بك وتتطلع إلى إيجاد طرق لتوفير الطاقة والمال؟ قد يكون نظام بطاريات تخزين الطاقة المنزلية هو الحل لهذه المشاكل.

في السنوات الأخيرة، مع تسارع انتقال هيكل الطاقة العالمي إلى الطاقة المتجددة، أصبحت الطاقة النظيفة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح أكثر استخدامًا في مجال الكهرباء المنزلي. ومع ذلك، فإن هذه المصادر النظيفة للطاقة محدودة بالظروف الطبيعية ولديها مشكلة في توليد الطاقة غير المستقر، مثل الطاقة الشمسية المتاحة فقط خلال النهار، وطاقة الرياح غير مؤكدة، مما يجعل الطلب على تخزين الطاقة المنزلية أكثر إلحاحًا. في الوقت نفسه، من أجل تعزيز تطوير الطاقة الخضراء وتقليل الضغط على شبكات الكهرباء، قدمت الحكومات في جميع أنحاء العالم سياسات تشجيعية لضخ دفعة قوية في سوق نظام بطاريات تخزين الطاقة المنزلية.

وفقًا لبيانات من مؤسسات أبحاث السوق، أظهر سوق نظام تخزين الطاقة المنزلية العالمي نموًا سريعًا في السنوات القليلة الماضية. في عام 2023، بلغت مبيعات سوق نظام تخزين الطاقة المنزلية العالمي 8.74 مليار دولار ومن المتوقع أن ترتفع إلى 49.86 مليار دولار في عام 2029، بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 33.68%. في بعض الدول المتقدمة في أوروبا والولايات المتحدة، يزداد معدل انتشار أنظمة تخزين الطاقة المنزلية بشكل مطرد. أخذ ألمانيا كمثال، كقائد في تخزين الطاقة المنزلية في أوروبا، قامت العديد من الأسر في الصين بتركيب معدات تخزين الطاقة، مما لا يحسن فقط معدل الاكتفاء الذاتي من الطاقة، بل يساهم أيضًا بشكل كبير في تخفيف الضغط الذروي على شبكة الكهرباء. في الولايات المتحدة، بسبب عوامل مثل تقلب أسعار الطاقة وزيادة خطر انقطاع التيار الكهربائي بسبب الكوارث الطبيعية المتكررة، يختار المزيد والمزيد من الأسر تجهيز أنظمة بطاريات تخزين الطاقة لضمان استقرار وأمان إمدادات الطاقة.

ما هو نظام تخزين الطاقة المنزلي

(1) تكوين النظام مكشوف

نظام بطاريات تخزين الطاقة المنزلية يشبه "مكعب الطاقة" الدقيق والمعقد، الذي يتكون من مكونات أساسية متعددة تعمل معًا.

باعتبارها "قلب" تخزين الطاقة، تتحمل البطارية المهمة الهامة لتخزين وإطلاق الطاقة الكهربائية. في الوقت الحالي، أصبحت بطاريات الليثيوم أيون الخيار الرئيسي لبطاريات تخزين الطاقة المنزلية نظرًا لمزاياها الكبيرة مثل كثافة الطاقة العالية، وعمر الدورة الطويل، ومعدل التفريغ الذاتي المنخفض. على سبيل المثال، تستخدم Tesla's Powerwall تقنية بطاريات الليثيوم أيون لتوفير دعم طاقة مستقر وموثوق للمنازل. ومع ذلك، لم تنسحب بطاريات الرصاص الحمضية تمامًا من السوق، نظرًا لتكلفتها المنخفضة، لا تزال تُستخدم في بعض السيناريوهات المنزلية الحساسة للتكلفة التي تحتاج إلى تخزين طاقة صغير نسبيًا.

العاكس هو "العقل الذكي" للنظام، وهو المسؤول عن تحويل التيار المباشر الناتج عن البطارية إلى تيار متردد ليتكيف مع طلب الكهرباء لمختلف الأجهزة المنزلية. يمكنه ليس فقط تحقيق التحويل الثنائي الاتجاه للتيار المباشر والتيار المتردد، بل يمتلك أيضًا وظيفة التحكم الذكي، التي يمكنها تخصيص الطاقة الكهربائية بمرونة وفقًا لعوامل مثل حمل الكهرباء المنزلي وحالة شبكة الكهرباء. بعض العواكس المتقدمة تدمج أيضًا تقنية تتبع الطاقة القصوى (MPPT)، التي تسمح لخلايا الطاقة الشمسية بالعمل بالقرب من نقطة الطاقة القصوى في جميع الأوقات، مما يزيد من كفاءة توليد الطاقة.

نظام إدارة البطارية (BMS) هو "الحارس الشخصي" للبطارية، يراقب عن كثب المعلمات الرئيسية للبطارية مثل الجهد والتيار ودرجة الحرارة. بمجرد أن يتم شحن البطارية بشكل زائد، أو تفريغها بشكل زائد، أو ارتفاع درجة حرارتها، يقوم نظام إدارة البطارية فورًا بتفعيل آلية الحماية لضمان سلامة وعمر البطارية. في الوقت نفسه، يمكنه أيضًا جعل أداء كل خلية في حزمة البطارية متسقًا من خلال تقنية التوازن، لتجنب تدهور الأداء العام لحزمة البطارية بسبب اختلافات الخلايا.

نظام إدارة الطاقة (EMS) هو مثل "القائد" للنظام، ينسق جميع جوانب توليد الطاقة وتخزين الطاقة واستهلاك الكهرباء. يمكنه صياغة استراتيجية التوزيع الأمثل للطاقة بناءً على أسعار الكهرباء في الوقت الفعلي، وعادات استهلاك الكهرباء المنزلية، وتوقعات توليد الطاقة المتجددة وغيرها من المعلومات. على سبيل المثال، خلال فترة انخفاض أسعار الكهرباء، يأمر نظام تخزين الطاقة بالشحن؛ خلال فترة الذروة في استهلاك الكهرباء أو انقطاع التيار الكهربائي، ينظم تفريغ بطاريات تخزين الطاقة لضمان استقرار إمدادات الطاقة المنزلية وتقليل تكاليف الكهرباء.

(2) نظرية عمل نظام تخزين الطاقة المنزلي

مبدأ عمل نظام بطارية تخزين الطاقة المنزلية يشبه "كرة الطاقة" الرائعة، حيث تتناسق جميع الروابط بشكل وثيق وسلس.

في يوم مشمس، إذا تم تركيب ألواح شمسية في منزلك، ستقوم وحدات الطاقة الشمسية بامتصاص أشعة الشمس بحماس وتحويلها إلى تيار مباشر. من ناحية، يتدفق هذا الجزء من التيار المباشر مباشرة إلى العاكس، وبعد تحويله إلى تيار متردد بواسطة العاكس، يزود الطاقة للمعدات الكهربائية التي تعمل في المنزل لتلبية الطلب اليومي على الكهرباء؛ من ناحية أخرى، يتم تغذية التيار المباشر الزائد إلى بطارية تخزين الطاقة، التي تُدار بعناية بواسطة نظام إدارة البطارية، الذي يخزن الطاقة الكهربائية في شكل طاقة كيميائية للاستخدام لاحقًا.

عندما يحل الليل، أو عندما "تضرب" الطاقة الشمسية في الطقس الممطر، تتدخل بطاريات تخزين الطاقة. وفقًا لتعليمات نظام إدارة الطاقة، يتحكم نظام إدارة البطارية في تفريغ البطارية بطريقة منظمة، ويحول الطاقة الكيميائية المخزنة إلى تيار مباشر، ثم يحولها إلى تيار متردد عبر العاكس، بحيث يواصل تزويد الإضاءة، والتلفاز، والثلاجة، والأجهزة الكهربائية الأخرى في المنزل بالطاقة، مما يضمن عدم تأثر الحياة الأسرية.

في فترة انخفاض استهلاك الطاقة في شبكة الكهرباء، يكون سعر الكهرباء غالبًا أكثر ملاءمة، وسيصدر نظام إدارة الطاقة تعليمات لتشغيل وضع الشحن في بطارية تخزين الطاقة وامتصاص كمية كبيرة من الكهرباء منخفضة التكلفة؛ عندما يأتي ذروة استهلاك الكهرباء، يرتفع سعر الكهرباء، وتفرغ بطارية تخزين الطاقة في الوقت المناسب، باستخدام الطاقة الكهربائية المخزنة في البطارية لتزويد الأسرة بالطاقة، مما يتجنب فاتورة الكهرباء العالية ويوفر تكاليف الكهرباء بشكل فعال. في حالة انقطاع التيار الكهربائي، يمكن لنظام بطارية تخزين الطاقة التحول إلى وضع الطوارئ في لحظة، ليصبح "حارس الطاقة" للأسرة، مما يضمن التشغيل العادي للأجهزة الكهربائية الرئيسية والحفاظ على نظام الحياة.

ما هي الفائدة عند استخدام نظام تخزين الطاقة المنزلية

(1) ضمان استقرار استهلاك الكهرباء

في الحياة اليومية، تأتي انقطاعات التيار الكهربائي دائمًا بشكل غير متوقع وتسبب لنا الكثير من الإزعاج. خلال ساعات الذروة لاستهلاك الكهرباء في الصيف، تكون شبكة الكهرباء محملة بشكل زائد، ومن أجل ضمان سلامة شبكة الكهرباء، يجب قطع التيار الكهربائي في بعض المناطق، وتتوقف أجهزة التكييف والمراوح الكهربائية في المنزل فجأة، ويصبح الحر لا يطاق؛ عندما تشتد الأحوال الجوية مثل العواصف والثلوج الكثيفة، تكون خطوط النقل عرضة بشكل كبير، مما يؤدي إلى انقطاعات واسعة النطاق في التيار الكهربائي، وعدم قدرة الثلاجات على التبريد، وتعرض الطعام للتلف، ونقص الإضاءة، والحياة في ظلام تام.

نظام بطارية تخزين الطاقة المنزلية يشبه "حارس الطاقة" الموثوق به، والذي يمكن تفعيله بسرعة في حالة حدوث انقطاع مفاجئ في التيار الكهربائي والتحول بسلاسة إلى وضع الطوارئ. يمكنه تزويد الثلاجات والمجمدات بالطاقة بشكل مستمر لضمان بقاء الطعام طازجًا كما هو جديد؛ الحفاظ على إضاءة المصابيح وإزالة الخوف من الظلام؛ تمكين المعدات الطبية من العمل بشكل صحيح ومرافقة أفراد الأسرة ذوي الاحتياجات الخاصة؛ يمكنه أيضًا الحفاظ على عمل جهاز التوجيه الشبكي لضمان التواصل الخارجي السلس، حتى تتمكن من متابعة المعلومات الخارجية وطلب المساعدة أثناء انقطاع التيار الكهربائي. مع وجوده، بغض النظر عن كيفية تقلب الطاقة الخارجية، تظل الحياة في المنزل دائمًا منظمة.

(2) توفير فواتير الكهرباء

في الوقت الحاضر، يتم تنفيذ سياسة أسعار الكهرباء بين الذروة والوادي على نطاق واسع في مختلف الأماكن، مما يفتح طريقًا جديدًا للأسر لتوفير الطاقة والمال. في إحدى المدن، على سبيل المثال، يكون سعر الكهرباء مرتفعًا يصل إلى 0.8 يوان لكل كيلوواط ساعة خلال ساعات الذروة، بينما يكون السعر منخفضًا يصل إلى 0.3 يوان لكل كيلوواط ساعة خلال ساعات الوادي، مع وجود فرق كبير في الأسعار. نظام بطارية تخزين الطاقة المنزلية يشبه "مدير الكهرباء" الذكي، المتمرس في طريقة أسعار الكهرباء بين الذروة والوادي.

خلال فترة الطاقة الوادي في الليل، عندما يكون سعر الكهرباء في مستوى منخفض، يقوم النظام تلقائيًا بتشغيل وضع الشحن لامتصاص وتخزين كمية كبيرة من الكهرباء الرخيصة؛ خلال ساعات الذروة خلال النهار، عندما ترتفع أسعار الكهرباء، يقوم النظام بتفريغ الكهرباء بدقة، باستخدام الكهرباء المخزنة لتزويد المنازل بالطاقة وتقليل استخدام الكهرباء ذات الأسعار المرتفعة. بافتراض أن الأسرة العادية تستهلك 10 كيلوواط ساعة من الكهرباء في الذروة و5 كيلوواط ساعة من الكهرباء في الوادي يوميًا، بعد تركيب نظام تخزين الطاقة، تخزين 5 كيلوواط ساعة من الكهرباء في الوادي واستخدامها خلال ساعات الذروة، يمكن توفير فاتورة الكهرباء اليومية بمقدار 2.5 يوان، وهو ما يعادل 912.5 يوان في السنة. على المدى الطويل، تكون التوفير في فواتير الكهرباء كبيرة، مما يقلل العبء على الاقتصاد الأسري بشكل كبير.

(3) المساهمة في الطاقة النظيفة

مع استمرار الاهتمام العالمي بتغير المناخ في الازدياد، أصبح من الأولويات القصوى تقليل انبعاثات الكربون والانتقال نحو الطاقة النظيفة. تلعب أنظمة بطاريات تخزين الطاقة المنزلية دورًا رئيسيًا في هذه العملية، لتصبح "المحرك الأخضر" لانتقال الطاقة المنزلية.

عند استخدامه بالتزامن مع معدات توليد الطاقة المتجددة مثل الألواح الشمسية وتوربينات الرياح، يمكنه تخزين الكهرباء الزائدة التي تولدها هذه المصادر النظيفة بشكل صحيح. خلال النهار، تكون الشمس وفيرة، وتكون الألواح الشمسية مهمة والجزء المتبقي من الطاقة المولدة يتم امتصاصه بواسطة بطاريات تخزين الطاقة بالإضافة إلى تلبية الطلب الفوري على الكهرباء؛ في الليل أو في الأيام الممطرة، عندما يكون توليد الطاقة الشمسية غير كافٍ، ستفرغ بطاريات تخزين الطاقة الكهرباء لضمان استقرار الكهرباء المنزلية. ونتيجة لذلك، تعتمد الأسر بشكل أقل بشكل كبير على الطاقة الحرارية التقليدية، مما يقلل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت والملوثات الأخرى الناتجة عن احتراق الوقود الأحفوري. هذا لا يساهم فقط في التخفيف من الاحتباس الحراري وتحسين جودة الهواء، بل يجعل الحياة الأسرية أكثر خضرة، وأقل كربونًا وأكثر استدامة.

الخاتمة

نظام تخزين الطاقة المنزلية هو تقنية جيدة لحياة الناس، وفي الوقت الحاضر أصبحت هذه المنتجات معروفة من قبل المزيد والمزيد من الناس في العالم، ولكن ما هو أساسي هو أننا يجب أن نحافظ على سلامة النظام بنسبة 100%، لأنه سيكون مثل نوع من الأجهزة العادية في المنازل في المستقبل، ومع الاستخدام الواسع، يجب أن نجعله آمنًا بنسبة 100%، ذكيًا، بسيطًا، وفعالًا.