المشاكل الشائعة في تخزين البطاريات والحلول المُقترحة

تقلّل درجات الحرارة المرتفعة والمنخفضة بشكلٍ صامتٍ من السعة القابلة للاستخدام

غالبًا ما تبدأ مشاكل تخزين البطاريات مع درجة الحرارة. فخلايا الليثيوم-أيون تفضّل نطاقًا ضيقًا، يبلغ تقريبًا ١٥°م إلى ٣٥°م في كثيرٍ من التصاميم الثابتة. وفوق هذه الدرجة، تتسارع عملية الشيخوخة الزمنية وترتفع المقاومة الداخلية. أما تحت درجة التجمد، فقد يؤدي الشحن إلى ترسيب الليثيوم وتلف الخلايا. وقد تشهد الحاوية المعرَّضة مباشرةً لأشعة الشمس درجات حرارة داخلية أعلى بكثيرٍ من الحرارة المحيطة. ومن الحلول: أنظمة التكييف والتبريد النشطة، والعزل الحراري، وهياكل الظل، والإدارة الحرارية التي تحافظ على توازن الخلايا. ولا تكفي أجهزة استشعار درجة الحرارة وحدها. بل يجب أن تتضمّن استراتيجية التحكم خفض معدلات الشحن والتفريغ قبل أن تزداد الإجهادات المؤثرة على الخلايا. وتتناول معايير الاختبار الخاصة بـ NFPA 855 و UL 9540A سلامة الحماية من الحرائق والانفلات الحراري، لكن الإدارة اليومية للحرارة تظل العامل الحاسم في تحديد عمر نظام تخزين الطاقة.

انحراف حالة الشحن ومشاكل موازنة الخلايا

تتفاوت معدلات تَقدُّم الخلايا داخل الحزمة. وتصل الخلايا الضعيفة أولاً إلى حدود الجهد، فيتوقف الشحن أو التفريغ مبكراً. ويبدو الناتج وكأن السعة قد انخفضت، رغم أن معظم الخلايا لا تزال سليمة. أما الموازنة السلبية فتُبدِّد الطاقة الزائدة من الخلايا الأقوى، بينما تنقل الموازنة الفعالة الشحنة بين الخلايا ويمكنها استرداد سعة قابلة للاستخدام أكبر، رغم ارتفاع التكلفة والتعقيد. كما تنحرف تقدير حالة الشحن عند وجود ضوضاء في مستشعرات التيار أو عند ضعف التعويض الحراري. ولذلك تكتسب المعايرة الدورية وبيانات نظام إدارة البطارية الجيدة أهمية كبيرة. فقد تُبلغ الحزمة عن ٩٠٪ بينما تكون حالتها الفعلية ٨٠٪، وتتسع هذه الفجوة مع مرور الوقت.

مشاكل التفاعل بين العاكس والشبكة الكهربائية

نادراً ما تعمل أنظمة تخزين الطاقة بشكل منعزل. بل تعمل بالتكامل مع العواكس وأجهزة حماية التتابع والشبكة الكهربائية. وقد تؤدي الانحرافات في الجهد أو أحداث التردد أو تدفق القدرة العكسي إلى تشغيل أجهزة القطع تلقائياً. وتُحدِّد معايير IEEE 1547 والأنظمة المحلية للشبكة متطلبات القدرة على الاستمرار في التشغيل أثناء الاضطرابات (Ride Through) ومتطلبات الحماية. ولن يُمكن لنظامٍ ينفصل تلقائياً عن الشبكة عند حدوث اضطراب بسيط دعم الموقع الكهربائي. ومن الحلول المُقترحة إجراء دراسات تنسيق دقيقة، وضبط إعدادات العاكس بما يتوافق مع المعايير، وإنشاء اتصال فعّال بين وحدة تحكُّم نظام التخزين وأحمال الموقع. كما تتطلب الشبكات الضعيفة والموصلات الطويلة اهتماماً خاصاً. وفي بعض الأحيان، لا يكون البطارية هي مصدر المشكلة أصلاً، بل يكون سببها واجهة الربط.

حوادث السلامة والامتثال للمعايير

الانفجار الحراري نادر الحدوث لكنه خطير جدًّا. وتغطي المعايير مثل NFPA 855 كشف الغاز وإخماد الحرائق وفتحات التفريغ الانفجاري ومتطلبات المسافات بين الوحدات. وتقيّم معيار UL 9540A انتشار الانفجار الحراري. والامتثال لهذه المعايير إلزاميٌّ لا يُقبل التهاون فيه. فهو يؤثّر في تصميم الغلاف الواقي والمسافات الفاصلة بين الوحدات وتخطيط الاستجابة للطوارئ. فقد ينجح النظام في الاختبارات المخبرية، ومع ذلك يفشل في الموقع الفعلي إذا انسدت فتحات التهوية أو تجمّعت المياه قرب الغلاف الواقي. كما تعتمد السلامة أيضًا على جودة التركيب والملصقات التحذيرية والتدريب المقدَّم لمُستجيبِي الطوارئ المحليين. وتتفاوت متطلبات الشيفرات حسب المنطقة، لذا فإن التخطيط المبكر يجنّب الحاجة لإعادة التصميم لاحقًا.

أخطاء في تصميم الموقع والتركيب

تُحدَّد العديد من مشاكل التخزين مسبقاً قبل التشغيل الفعلي. أولاً: وضع الحاويات على أسطح خرسانية غير مظللة. ثانياً: تمرير الكابلات دون الالتزام بنصف القطر المنحني المسموح به. ثالثاً: إهمال تصريف المياه حول الأساسات. رابعاً: خلط وحدات البطاريات من دفعات مختلفة دون التحقق من توافقها. خامساً: اختيار قدرة الطاقة المساعدة لوحدات تكييف الهواء وأنظمة التحكم بأبعاد أصغر من المتطلبات الفعلية. سادساً: تجاهل إجراء دراسة شاملة لعملية التأريض. وقد تمر هذه الخيارات بفحص سريع، لكنها تفشل بعد مرور عدة فصول. وغالباً ما تكشف الزيارة الميدانية باستخدام التصوير الحراري وقياسات التيار عن مشاكل لا يشير إليها السجلات المكتوبة. أما التصميم الجيِّد فيأخذ في الاعتبار عوامل الطقس، وسهولة الوصول، ومساحات الصيانة، والتوسُّع المستقبلي.

الفجوات في مجال المراقبة والصيانة

تخزين البطاريات ليس أصلًا يمكن تركه بعد التثبيت. فسعة البطارية تتراجع تدريجيًّا، والاتصالات تصبح أقل إحكامًا، وتحتاج البرمجيات الثابتة إلى تحديثات دورية. ويمكن للمراقبة عن بُعد اكتشاف الاتجاهات الناشئة قبل ظهور الإنذارات. ومن المؤشرات المفيدة التي يُستفاد منها: مدى تباين جهد الخلايا، والفرق في درجات الحرارة، ومقاومة العزل، وكفاءة الدورة الكاملة (الشحن والتفريغ). وتشمل عمليات الصيانة فحص عزم تشديد الموصلات، وتغيير الفلاتر، ومراجعة البرمجيات الثابتة، واختبار أنظمة السلامة لوظائفها التشغيلية. أما البيانات التي لا تُترتب عليها إجراءات عملية فهي مجرَّد ضجيجٍ لا فائدة منه. وبإجراء مراجعة شهرية تُقارن بين السلاسل (strings) والرفوف (racks)، يمكن اكتشاف الوحدة الضعيفة مبكرًا. كما أن استبدال خلية واحدة معطوبة أو موصلٍ تالٍ أرخص بكثير من استبدال رفٍّ كامل.

في حرم تجاري في جنوب شرق آسيا، أظهر نظام تخزين الطاقة انخفاضًا تدريجيًّا في السعة القابلة للاستخدام على مدى ثمانية أشهر. وارتفعت درجات الحرارة داخل أحد الحاويات مقارنةً بالحاويات الأخرى، وتزايد انتشار جهد الخلايا. وكشف التفتيش عن عطل في مروحة العادم، وانسداد في الفلاتر، ووجود وحدتين ضعيفتين. وبعد استعادة تدفق الهواء، واستبدال الوحدتين، وإعادة معايرة نموذج حالة الشحن، استعاد النظام معظم سعته المتوقعة. ولم تكن الحلول معقدة؛ بل كانت تعتمد على الانضباط الأساسي في إدارة الحرارة والصيانة.

تُصمِّم شركة كين باور وتُوفِّر أنظمة متكاملة للطاقة الشمسية وتخزين الطاقة، بما في ذلك توليد الطاقة، وتخزينها، وشحن المركبات الكهربائية (EV)، والتثبيت الذكي. وتساعد خلفية الشركة التصنيعية وخبرتها العالمية في تنفيذ المشاريع الفِرقَ على تحديد متطلبات إدارة الحرارة، والامتثال لشبكة الكهرباء، والرصد منذ المرحلة الأولى من التصميم. وغالبًا ما لا تنتج المشكلات الشائعة في أنظمة بطاريات التخزين عن سبب واحد فقط. وباتباع نهجٍ منسَّقٍ في التصميم والخدمة، يبقى أداء نظام تخزين الطاقة أقرب إلى الأداء المقصود له.