نظام تخزين الطاقة الشمسية الكهروضوئية وأنظمة تخزين الطاقة على مستوى الشبكة: كيفية عملها، وأنواعها، وكيفية اختيارها (٢٠٢٦)

ما هو نظام تخزين الطاقة الشمسية الفوتوفولطية بالفعل

أ نظام تخزين الطاقة الشمسية الكهروضوئية هو مصفوفة فوتوفولطية تُدمج مع بطارية لتخزين الكهرباء المُولَّدة خلال النهار واستخدامها لاحقًا — في الليل، أو أثناء ساعات الذروة التعرفية، أو عند انقطاع التغذية من الشبكة. وفي لغة القطاع يُشار إلى نفس المعدات باسم نظام PV ESS نظام طاقة فوتوفولطي مخزن (Photovoltaic Energy Storage System)، أو بشكل أعم باسم نظام تخزين الطاقة الشمسية .

يكتسب هذا المفهوم أهميةً لأن مصفوفة الطاقة الشمسية المتصلة بالشبكة فقط تقدِّم قيمةً في لحظة التوليد فقط. أما عند إضافة التخزين، فإن الكهرباء تصبح قابلةً للتوجيه: أي أنك أنت من يقرِّر متى تستخدمها، أو تبيعها، أو تحتفظ بها كاحتياطي. وهذه التغيير الوحيد هو ما يحوِّل الألواح الشمسية من أداةٍ لتقليل الفاتورة إلى أصلٍ يعزِّز موثوقية التغذية الكهربائية.

كيف يعمل نظام الطاقة الشمسية مع التخزين البطاري

كل نظام تخزين الطاقة الشمسية الكهروضوئية يبنى من خمس وحدات وظيفية:

تدور حول هذه المكوّنات طبقات الحماية وقياس الاستهلاك والاتصال. وعندما تُورَّد جميعها ضمن غلاف واحد، يُسوَّق هذا الحل باسم نظام تخزين طاقة متكامل نظام متكامل؛ أما عندما تكون البطارية ووحدة تحويل الطاقة (PCS) والمحولات منفصلة، فيُسمّى الحلُّ المُعلَّب أو القائم على الخزائن

الربط المباشر بالتيار المستمر مقابل الربط المباشر بالتيار المتناوب

• متصل بجهد مستمر (DC-coupled) — تتصل المصفوفة الشمسية بنفس وحدة التحويل التي تتصل بها البطارية. وهو الأنسب للمشاريع الجديدة والأنظمة خارج الشبكة، ويتمتّع بكفاءة دورة شحن وتفريغ أعلى قليلًا لأن الطاقة لا تتغيّر شكلها مرتين

• مُرتبطة بالتيار المتردد — يبقى محول الألواح الشمسية القياسي ساري المفعول، وتُضاف وحدة تحويل منفصلة للبطارية جنبًا إلى جنب. وهو الأنسب لمشاريع التحديث، حيث يُركَّب جهاز ثانٍ نظام تخزين الألواح الشمسية مُثبَّتٌ على الأجهزة الحالية دون لمس المصفوفة.

تستخدم معظم مشاريع المنازل والمشاريع التجارية الصغيرة اليوم عاكسًا هجينًا، يتصرف كعاكس موصول بالتيار المستمر نظام تخزين البطارية للطاقة الشمسية مع البقاء موصلًا بالشبكة عبر التيار المتناوب.

أنواع أنظمة تخزين الطاقة الشمسية

كلمة «التخزين» تشمل أنظمة تتفاوت أحجامها بعامل ألف ضعف. الفئات الأربع التالية هي الأكثر شيوعًا في عروض المورِّدين.

١. أنظمة تخزين الطاقة الشمسية المنزلية

نظام منزلي سعة ٥–٣٠ كيلوواط ساعة، يُركَّب عادةً على الجدار أو على شكل وحدات قابلة للتراص. ويُستخدم لتلبية احتياجات الاستهلاك الذاتي، والاستفادة من فروق أسعار الكهرباء حسب أوقات الاستخدام، وتوفير طاقة احتياطية. ويهتم معظم مشتري الأنظمة المنزلية نِظَامُ تَخْزِينِ الطَّاقَةِ الشَّمْسِيَّةِ بثلاثة أرقام: السعة القابلة للاستخدام بالكيلوواط ساعة، والقدرة الخرجية المستمرة بالكيلوواط، وعدد دورات الشحن والتفريغ.

٢. أنظمة تخزين الطاقة الشمسية التجارية والصناعية (C&I)

من ٣٠ كيلوواط ساعة إلى عدة ميغاواط ساعة، وتُركَّب عادةً في خزائن أو تخزين بطارية شمسية خارجية الغلاف الخارجي بتصنيف حماية آي بي ٥٤‏/آي بي ٦٥. وتشمل التطبيقات تسطيح قمم الأحمال، وتخفيض رسوم الطلب، والاستهلاك الذاتي لطاقة الألواح الشمسية، واستبدال مولدات الديزل. وهذه الفئة (التجارية والصناعية) هي المكان الذي حلول تخزين بطاريات الطاقة الشمسية تصبح أداة مالية بدلًا من منتج استهلاكي.

٣. التخزين على نطاق المرافق العامة‏/مزرعة الطاقة الشمسية

هناك المكان الذي تخزين بطارية مزرعة الطاقة الشمسية و أنظمة تخزين الطاقة الثابتة حيّ: وحدات تيار مستمر مُعبَّأة في حاويات، ومحولات مركزية للطاقة، وتوصيل جهد متوسّط. وتشمل حالات الاستخدام نقل الطاقة، والاستجابة للتغيرات في التردد، وتجنب الحدّ من الإنتاج، والتركيب المشترك مع محطة طاقة شمسية كبيرة.

٤. التخزين المجتمعي والمشترك

تخزين البطاريات الشمسية المجتمعي يتم مشاركته بين عدة مشتركين خلف عداد واحد، مما يُخفّف من قمم التصدير ويجعل من الممكن للمستهلكين الذين لا تتوفر لديهم أسطح مناسبة المشاركة. وفي عدة أسواق، تُعدّ هذه الفئة أسرع أجزاء قطاع أنظمة التخزين في أنظمة الطاقة الشمسية .

٥. التركيبات الناشئة

تظهر تقنيتان متجاورتان باستمرار في المناقصات: تخزين طاقة شمسية باستخدام بطاريات المركبات الكهربائية والتي تُعيد استخدام حزم بطاريات المركبات الكهربائية بعد انتهاء عمرها الافتراضي الأول، أو تدمج شاحنًا مع نظام تخزين الطاقة، و المكثف لتخزين الطاقة الشمسية (مكثفات فائقة أو بنوك مكثفات هجينة)، وتُستخدم لتوفير عُزل عالي القدرة لفترات قصيرة بدلًا من التخزين الكمي للطاقة. ومعظم المشاريع ما زالت تعتمد على بنك بطاريات ليثيوم لتخزين الطاقة الشمسية كطبقة تخزين للطاقة، بينما تتكفل المكثفات بالتعامل مع التقلبات اللحظية.

تحديد حجم نظام تخزين الطاقة الشمسية: الأرقام الأربعة التي تهمّ

1. الإنتاج اليومي للطاقة الشمسية (كيلوواط ساعة/يوم) — ويُستخلص من حجم المصفوفة والإشعاع الشمسي المحلي.

1. الحمل الليلي / ذروة الحمل (كيلوواط ساعة/يوم) — ما ترغب في أن تغطيه القدرة التخزينية.

1. إخراج مستمر (كيلوواط) — يجب أن تفوق الحمل المتزامن الذي تخطط لدعمه احتياطيًّا.

1. أيام الاستقلالية — يوم واحد للتحويل حسب التعريفة، و٢–٣ أيام للدعم الاحتياطي الحرج، وأكثر من ٣ أيام للتشغيل خارج الشبكة.

قاعدة سريعة: نسبة المصفوفة الشمسية إلى البطارية بمقدار ١,٢–١,٥ كيلوواط ساعة من السعة التخزينية القابلة للاستخدام لكل كيلوواط من الألواح الشمسية تعطي استهلاكًا ذاتيًّا جيدًا دون مبالغة في التصميم. وتقسَّم السعة التخزينية على ٠,٩ (عمق التفريغ القابل للاستخدام)، ثم تُضاف ١٠٪ (لتدهور الأداء عند نهاية العمر الافتراضي) للحصول على السعة الاسمية المطلوب طلبها.

تكلفة نظام الطاقة الشمسية مع التخزين في عام ٢٠٢٦

تنخفض تكلفة الكيلوواط ساعة مع زيادة حجم النظام، لكن تكاليف مكونات النظام المتبقية والحماية والتشغيل لا تزداد بشكل خطي — ولذلك نادرًا ما يُقارن وحدة سكنية سعة ١٠ كيلوواط ساعة مع حاوية سعة ١ ميغاواط ساعة استنادًا فقط إلى السعر لكل كيلوواط ساعة.

أين تشتري وما الذي يجب أن تتحقق منه

إذا كنت تنوي شراء نظام تخزين بطاريات للطاقة الشمسية فإن قائمة التحقق أدناه تُميِّز الأصل المتين عن المواصفات الفنية المكتوبة فقط:

• ✅ خلايا ليثيوم حديد فوسفات (LiFePO4) موثَّقة دورة عمرها (٦٠٠٠ دورة أو أكثر عند عمق تفريغ ٨٠٪)

• ✅ معتمدة وفق معيار آي إي سي ٦٢٦١٩ أو يو إل ١٩٧٣ أو ما يعادلهما، بالإضافة إلى شهادة الأمم المتحدة ٣٨.٣ الخاصة بالنقل

• ✅ نظام إدارة البطاريات (BMS) مدمج يدعم واجهتي كان (CAN) وآر إس٤٨٥ (RS485) وببروتوكول مفتوح للتكامل مع أنظمة إدارة الطاقة (EMS)

• ✅ تصنيف الحماية من الغبار والماء (IP) مناسب لموقع التركيب — خزانة داخلية مقابل تخزين بطارية شمسية خارجية

• ✅ ضمان واضح مذكور بالمدة الزمنية بالسنوات و الإنتاجية (ميغاواط ساعة)

• ✅ وثائق مُوثَّقة تخزين بطاريات شمسية خريطة طريق المنتج، لضمان توافر الوحدات الاحتياطية

• ✅ توريد مباشر من المصنع مع تقارير الاختبار — ومعظم أنظمة تخزين بطاريات الطاقة الشمسية للبيع القوائم المتاحة عبر الإنترنت تغفل هذه العناصر

للمشترين الذين يقارنون بين نظام تخزين شمسي بين المورِّدين، اطلب نفس خمسة مستندات من كل مورِّد: ورقة المواصفات الفنية، وتقرير الاختبار، والشهادة، وشروط الضمان، وقائمة المرجعيات. وغالبًا ما تفوق الفروقات في عمر الدورة ونسبة العمق المسموح به للاستهلاك الفروقات في السعر الظاهري.

اعتبارات التركيب

سواء كان المشروع عبارة عن وحدة منزلية سعة ١٠ كيلوواط ساعة أو خزانة سعة ١ ميغاواط ساعة، فإن القواعد الفيزيائية نفسها تنطبق:

• التهوية والمسافات الآمنة — اتبع التعليمات الواردة في الدليل، وعادةً ما تكون المسافة المطلوبة ١٥٠–٣٠٠ مم من جميع الجهات.

• إدارة الحرارة — التبريد بالهواء يكفي عند السعات الأقل من نحو ١٠٠ كيلوواط ساعة؛ أما التبريد بالسوائل فهو المعيار المعمول به في الأنظمة المُركَّبة داخل حاويات.

• سلامة من الحرائق — مسافات الفصل، والكشف، وفي العديد من الأسواق نظام قمع معتمَد.

• الحماية الكهربائية — قواطع التيار المستمر، وواقيات الصواعق، والتوصيل الصحيح بالأرض، ونقطة عزل واضحة التسمية.

• الاتصال — اترك مساحة كافية لوحدة إدارة الطاقة (EMS) للتواصل مع العاكس، والعِداد، ونظام التحكم والإشراف في الموقع (SCADA).

• توسيع — خطِّط لمجاري الكابلات والمساحة الأرضية لاستيعاب وحدة أو رف إضافي على الأقل.

مفتاح المصطلحات

يُباع نفس الجهاز تحت عشرات الأسماء. استخدم هذه الجدول لفك تشفير العروض:

الأسئلة الشائعة

سؤال: هل أحتاج إلى نظام شمسي فوتوفولتيكي مع تخزين، أم يكفي مصفوفة فوتوفولتيكية عادية؟ يعتمد ذلك على هدفك. فإذا كان خفض الفاتورة عبر ائتمانات التصدير كافيًا، فإن النظام الفوتوفولتيكي وحده كافٍ. أما إذا رغبت في الاستهلاك الذاتي ليلاً، أو الحماية أثناء ساعات الذروة، أو الدعم أثناء الانقطاعات الكهربائية، فإن عنصر التخزين هو العامل الحاسم.

سؤال: هل يمكنني إضافة وحدة تخزين إلى نظام فوتوفولتيكي قائم؟ نعم — يُضاف عاكس بطارية جنبًا إلى جنب مع عاكس الألواح الشمسية الموجود في الترقية المُقترنة بالتيار المتناوب. وتكلفته أعلى قليلًا لكل كيلوواط ساعة مقارنةً بالبناء الجديد المُقترن بالتيار المستمر، لكنها تجنب استبدال عاكس مجموعة الألواح.

س: كم تدوم بطارية تخزين الطاقة الشمسية؟ تستمر بنك بطاريات ليثيوم حديد فوسفات عالي الجودة من ١٠ إلى ١٥ سنة عند دورة واحدة يوميًّا. وينبغي التخطيط لاستبدالها مرة واحدة خلال عمر الألواح الشمسية البالغ ٢٥ سنة.

س: هل المكثِّف يُعوَّض عن البطارية في تخزين الطاقة الشمسية؟ لا. فالمكثِّفات تتعامل مع أحداث ذات طاقة عالية ووقت قصير جدًّا، بينما تحتفظ البطاريات بالطاقة الكبيرة. وتستخدم معظم الأنظمة كليهما، وتؤدي بنوك البطاريات الدور الرئيسي.

س: ما حجم النظام المطلوب لموقع تجاري صغير؟

ابدأ بملف الحمل اليومي، وليس بحجم نظام الألواح الشمسية. فالموقع الذي يبلغ حمله ٢٠٠ كيلوواط ساعة/يوم وذروة طاقته ٦٠ كيلوواط ينتهي عادةً بسعة تخزين قابلة للاستخدام تتراوح بين ١٠٠ و٢٠٠ كيلوواط ساعة بالإضافة إلى وحدة تحويل طاقة بقدرة ٥٠–١٠٠ كيلوواط.

هل تصمِّم مشروع تخزين طاقة شمسية؟ توفر شركة كين باور بطاريات ليثيوم حديد فوسفات مُركَّبة على الجدران أو قابلة للتراص للاستخدام المنزلي، ووحدات أنظمة تخزين الطاقة الهجينة المدمجة بالكامل، وحلول الخزائن الخاصة بالقطاع التجاري والصناعي — مباشرةً من المصنع، ومُعتمدة وفق معايير الآي إي سي/الآي يو إل، مع منصة رصد واحدة تغطي جميع خطوط المنتجات. اطّلع على الحلول التجارية والصناعية أو تصفح نطاق المنتجات الكامل .

أو مثالًا عمليًّا على منتج واحد، راجع دليل أسعار بطارية سعة ٥ كيلوواط ساعي الخاص بنا دليل أسعار بطارية سعة ٥ كيلوواط ساعي .