حتى أكثر المتحمسين للطاقة الشمسية سيتفقون على أحد قيود الألواح الشمسية: فهي لا تُولّد الكهرباء إلا عند سطوع الشمس. ومع ذلك، غالبًا ما تصل ذروة استهلاك الطاقة ليلًا، وهو ما يتزامن مع انخفاض توليد الطاقة الشمسية، مما يؤدي إلى مشاكل في العرض والطلب. تكمن المشكلة في أنه خلال فترات انخفاض الطلب المشمسة، عادةً ما تُنتج الألواح الشمسية طاقة كافية لتلبية ذروة الطلب في وقت لاحق من اليوم. هذا يعني أن تخزين الطاقة الشمسية بكفاءة يمكن أن يوفر إمكانيات هائلة لأصحاب المنازل والشركات.
في هذه المدونة، سوف نتعمق في تخزين الطاقة الشمسية بما في ذلك مزاياها ومبادئ عملها وكيفية المساعدة.
ما هي فوائد تخزين الطاقة الشمسية؟
يُعد تخزين هذه الطاقة الفائضة أمرًا أساسيًا لتحقيق أقصى استفادة من أي نظام ألواح شمسية، كما أنه يوفر التكاليف، ويحسن كفاءة الشبكة، ويقلل انبعاثات الوقود الأحفوري. هناك العديد من الفوائد الرئيسية لتخزين الطاقة الشمسية:
١. موازنة الحمل الكهربائي. إذا لم تُخزَّن الكهرباء، فيجب استخدامها لحظة توليدها. يسمح تخزين الطاقة بتخزين ما تبقى من الطاقة المُولَّدة للاستخدام في أوقات الذروة. أما بالنسبة للطاقة المتجددة، فإن تخزين فائض الكهرباء يُبقي الإنارة مضاءة عند غروب الشمس أو توقف الرياح. باختصار، يسمح تخزين الطاقة بشحن المُراكم عند ارتفاع إنتاج الطاقة وانخفاض الطلب، ثم إطلاقه عند انخفاض إنتاج الطاقة وزيادة الطلب.
٢. أكمل الفراغات. يسمح تخزين الطاقة الشمسية قصير المدى بتدفق ثابت للطاقة خلال فترات انقطاع قصيرة للتيار الكهربائي، مثل عبور السحب أو الصيانة الدورية.
٣. مرونة الطاقة. لأي سبب، من حرائق الغابات إلى الأحوال الجوية القاسية، تكون شبكة الكهرباء عرضة للتداخل والانقطاع. يُنشئ تخزين الطاقة الشمسية طبقة حماية خلال الكوارث المدمرة عن طريق تشتيت انتباهنا عن مصادر الطاقة.

كيف يتم تخزين الطاقة الشمسية؟
يمكن تقسيم تخزين الطاقة الشمسية إلى ثلاث فئات: الطاقة الحرارية، والبطاريات، والآلات. لنلقِ نظرة سريعة.
ما هو تخزين الحرارة؟
يستخدم تخزين الطاقة الحرارية وسائط متنوعة (مثل الماء أو الملح المنصهر) لامتصاص حرارة الشمس والاحتفاظ بها. يُخزَّن هذا الوسط الساخن في خزان معزول حتى الحاجة إلى الطاقة، وعادةً ما يُغلى الماء لتوليدها.

ما هو تخزين البطارية؟
يمكن أيضًا تخزين الطاقة الشمسية في الخلايا الكهروكيميائية. عند ضخ الطاقة الشمسية في البطارية، تُخزّن التفاعلات الكيميائية بين مكوناتها الطاقة. عند تفريغ البطارية، ينعكس التفاعل، مما يسمح بتدفق التيار الكهربائي خارجها. تُستخدم بطاريات أيونات الليثيوم بشكل شائع في تطبيقات الطاقة الشمسية، وتتطور تقنيات البطاريات الجديدة بسرعة، ومن المتوقع أن توفر حلول تخزين بطاريات أقل تكلفة وأكثر قابلية للتطوير.
ما هو التخزين الميكانيكي؟
يستخدم تخزين الطاقة الميكانيكية الطاقة الكامنة للأجسام لتوليد الكهرباء. تُحوّل طريقة التخزين الميكانيكي الطاقة الكهربائية الزائدة إلى طاقة ميكانيكية، والتي تُحوَّل بدورها إلى طاقة كهربائية لاستخدامها لاحقًا. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من أنظمة تخزين الطاقة الميكانيكية:

1. دولاب الموازنة تستخدم هذه الطريقة الكهرباء الزائدة لتدوير دولاب الموازنة، والذي يقوم بعد ذلك بتوليد الكهرباء خلال أوقات الذروة لتوفير الطاقة السريعة.
2. الضخ لتخزين المياه بالضخ، يُضخ الماء صعودًا إلى خزان يقع فوق مولد التوربين. عند ارتفاع الطلب، يُسمح للماء بالتدفق عبر التوربين وتوليد الكهرباء.
3. الهواء المضغوط. من خلال نظام تخزين الطاقة هذا، يُضخ الهواء المضغوط إلى حاويات كبيرة، مثل خزانات التخزين أو التكوينات الجوفية. يُطلق الهواء لتوليد الكهرباء خلال فترات ذروة الطلب.
أفضل طريقة لتخزين الطاقة الشمسية
لا يوجد حل سحري لتخزين الطاقة الشمسية. تعتمد حلول تخزين الطاقة الشمسية على احتياجاتك والموارد المتاحة. دعونا نلقي نظرة على بعض خيارات تخزين الطاقة الشمسية الشائعة للتطبيقات التجارية والمنزلية.
تخزين الطاقة الشمسية التجارية
عادةً ما تكون ميزانيات شركات المرافق العامة وغيرها من الشركات أكبر من ميزانيات الأسر، مما يجعل التخزين الميكانيكي والحراري خياراتٍ فعّالة. ورغم أن هذه الطرق قد تكون مكلفة، إلا أنها تُساعد شركات المرافق العامة على مواكبة ذروة الطلب على الطاقة.
١. تخزين طاقة الشبكة باستخدام بطاريات الجيل التالي. يُعد عام ٢٠٢٠ عامًا قياسيًا في مجال تخزين الطاقة الجديدة في الولايات المتحدة. ففي الربع الثالث وحده، نشرت الولايات المتحدة ٤٧٦ ميجاوات من تخزين الطاقة الجديدة، بزيادة قياسية بلغت ٢٤٠٪ عن الربع السابق. معظم عمليات النشر الجديدة هي حلول تخزين من الأمام إلى العداد (FTM) لمدة ساعة واحدة، لكنها لا تزال تُوفر آفاقًا واعدة لمستقبل تخزين الطاقة الشمسية التجاري.
٢. الهواء المضغوط. تشير أحدث التقديرات الحكومية إلى أن تكلفة الهواء المضغوط تبلغ ١٠٥ دولارات أمريكية/كيلوواط/ساعة، مما يجعله خيار التخزين الميكانيكي الأكثر فعالية من حيث التكلفة للتطبيقات واسعة النطاق.
٣. الضخ. يمكن استخدام فائض الطاقة الشمسية لضخ المياه إلى أعلى الجبل، مما يُولّد طاقة كامنة هائلة. تبلغ التكلفة الحالية لتخزين الطاقة بالضخ حوالي ١٦٥ دولارًا أمريكيًا/كيلوواط ساعة، مما يجعله ثاني أفضل خيار لتخزين الطاقة الميكانيكية على نطاق واسع. ومع ذلك، فهو غير متاح إلا في مناطق محددة نظرًا لتكاليفه الأولية المرتفعة وعوائقه التنظيمية الكبيرة.
تخزين الطاقة الشمسية المنزلية
للطاقة الشمسية المنزلية فوائد لا تُحصى، منها المرونة، وتوفير التكاليف، ولامركزية إنتاج الكهرباء (المعروفة أيضًا باسم "محطات الطاقة الافتراضية"). لكن طرق تخزين الطاقة التجارية التي ناقشناها سابقًا قد تكون باهظة التكلفة بالنسبة لأصحاب المنازل العاديين. لحسن الحظ، يُتيح تخزين الطاقة بالبطاريات الآن لأصحاب المنازل طريقةً اقتصاديةً لتخزين الطاقة الشمسية.
تُعدّ بطاريات أيون الليثيوم الخيار الأمثل لتخزين الطاقة الشمسية المنزلية. فهي رخيصة نسبيًا (وتزداد انخفاضًا)، وبسيطة، ومناسبة لمجموعة متنوعة من الاحتياجات. ومن البطاريات الأخرى المتوفرة للاستخدام المنزلي بطاريات المياه المالحة وبطاريات الرصاص الحمضية.
بغض النظر عن نوع البطارية، تُمكّن بطاريات الطاقة الاحتياطية المنزلية أصحاب المنازل من توفير الطاقة خلال ساعات الذروة وانخفاض الطلب (أي أيام العمل)، بحيث يُمكن استخدامها خلال فترات ارتفاع الطلب عند انخفاض توليد الطاقة. يتمتع تخزين الطاقة الشمسية المنزلية بنفس مزايا تخزين الطاقة الشمسية على نطاق واسع، مما يُتيح المرونة، واستمرارية الطاقة، وتوفير التكاليف. وتعود هذه الفوائد مباشرةً على صاحب المنزل.

كيفية تخزين الطاقة الشمسية: الأسئلة الشائعة
١. ما هي أرخص خلية شمسية؟ تُعدّ بطاريات الرصاص الحمضية حاليًا الخيار الأرخص لتخزين الطاقة الشمسية، إلا أن عمرها الافتراضي قصير وليست بكفاءة الخيارات الأخرى. أما بطاريات الليثيوم أيون، فتُقدّم أفضل قيمة من حيث التكلفة والأداء وطول العمر والتوافر.
٢. ما هي مدة تخزين الطاقة الشمسية؟ نظريًا، طالما تم الحفاظ على الطاقة الكامنة، يُمكن الحفاظ على الطاقة الشمسية المُخزنة ميكانيكيًا. أي نقل للطاقة سيُصاحبه فقدان للطاقة، وفي حالة التخزين الميكانيكي، سيحدث تسرب دائمًا أثناء التخزين والتفريغ. وينطبق الأمر نفسه على البطاريات. بشكل عام، يُمكن شحن الخلايا الشمسية القياسية لمدة تتراوح بين يوم وخمسة أيام.
٣. ما هي مدة صلاحية الخلايا الشمسية؟ تدوم الخلايا الشمسية القياسية من ١٥ إلى ٣٠ عامًا، حسب نوعها.
٤. كم عدد الخلايا الشمسية التي أحتاجها؟ تختلف سعة التخزين بشكل كبير حسب احتياجاتك الخاصة، وتأخذ في الاعتبار عوامل مثل سعة التخزين المطلوبة، وحمل التخزين الاحتياطي، ومدة التخزين الاحتياطي. تساعدك أدوات تخزين البطاريات من أورورا سولار على تجنب التخمين عند حساب متطلبات التخزين هذه.
٥. هل الطاقة الشمسية مجدية بالنسبة لي؟ نعم. أصبحت الطاقة الشمسية أرخص من الفحم في عام ٢٠١٩، بمتوسط ٠٫٠٦٨ دولار أمريكي للكيلوواط/ساعة (بينما بلغ متوسط سعر الكهرباء المنزلية في الولايات المتحدة في العام نفسه ٠٫١٣ دولار أمريكي، ومعظمها من الطاقة الأحفورية). بالإضافة إلى الفوائد الاقتصادية، يمكن للطاقة الشمسية أيضًا تقليل انبعاثات الكربون وزيادة المرونة.
٦. كيف يمكنني الحصول على أفضل كفاءة للطاقة الشمسية؟ سؤال جيد، هذه هي أهمية تركيب الألواح الشمسية. نوصي باستخدام برنامج تصميم الألواح الشمسية لتحديد تركيبك الأمثل وتحقيق أفضل كفاءة. شاهد كيف تعمل أورورا سولار.
ختاماً
توفر الشمس مصدرًا غير محدود للطاقة النظيفة، لكن استخدامها قد يُشكل تحديًا. لحسن الحظ، تُوفر خيارات التخزين المتعددة للأغراض التجارية والسكنية حلولًا فعّالة لتخزين الطاقة الشمسية، وتتطور تقنيات ناشئة باستمرار. بالنسبة للتطبيقات التجارية، يُوفر خيار التخزين الميكانيكي حلاً فعّالاً لاستخدام الطاقة الشمسية عند الحاجة إليها، وقد يتوفر قريبًا تخزين البطاريات على نطاق الشبكة. أما بالنسبة للطاقة الشمسية المنزلية، فيُعدّ تخزين البطاريات الخيار الأمثل، وتتوفر وحدات متنوعة بأسعار معقولة في السوق. تُوفر هذه الحلول مجتمعةً مزيجًا فعّالًا لتخزين الطاقة الشمسية، وتُشكّل دافعًا قويًا لمزيد من نشر الطاقة الشمسية في البيئات التجارية والسكنية.