عندما يقع الليل والصمت يغطي حيّكيظل منزلك مضاءاً بأضواء دافئة بينما تبقى ثلاجة منزلك صاخبة بهدوءولكن كم من الوقت يمكن لهذه البطاريات أن تدعم منزلك طوال الليل؟ هذا السؤال الحاسم يؤثر على كل من أنماط استهلاك الطاقة والسعي إلى استقلال الطاقة.

يعد الطلب على الكهرباء المنزلية العامل الرئيسي في تقييم قدرة البطارية الشمسية على التحمل. عادة ما يستهلك المنزل العادي حوالي 30 كيلوواط ساعة (كيلوواط ساعة) يوميًا.لتحقيق الاكتفاء الذاتي ليلافي أستراليا وحدها، تم تثبيت ما يقرب من 7000 نظام تخزين للطاقة بحلول منتصف عام 2016.

تكنولوجيا البطاريات تؤثر بشكل كبير على أداء الليل. البطاريات الحديثة الليثيوم أيون تحتفظ بأفضل وظائف لمدة 2-5 سنوات قبل أن يحدث تدهور تدريجي في القدرة،في حين أن أنظمة بطارية شمسية كاملة تستمر 5-15 سنةيمكن أن توفر بطارية 10 كيلوواط في الساعة طاقة الأجهزة المنزلية الأساسية لمدة 24 ساعة أثناء انقطاع الطاقة، مع إدارة الطاقة الذكية التي من المحتمل أن تمدد هذه المدة.

أصبح الغرض الأساسي من البطاريات الشمسية ‬توفير الكهرباء في الليل‬ أكثر إلحاحًا حيث زاد انقطاع الكهرباء المرتبط بالطقس بنحو 78٪ بين عامي 2011 و2021.هذا الاتجاه يقود اهتمام مالكي المنازل المتزايد في تحقيق استقلالية الطاقة من خلال حلول تخزين الطاقة الشمسية.

الألواح الشمسية تحوّل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية، ولكن عدم قدرتها على توليد الطاقة ليلاً يجعل أنظمة التخزين ضرورية لتوافر الطاقة الشمسية على مدار 24 ساعة.لا تملك الألواح الشمسية نفسها قدرة تخزينية، فهي تنتج تيارًا ثابتًا (DC) يجب إما استهلاكه على الفور أو إعادة إدخاله إلى الشبكة دون دعم البطارية..

تبقى المنازل التي تحتوي على ألواح شمسية ولكن بدون بطاريات تعتمد على الشبكة بعد غروب الشمس. تقوم بطاريات الشمس بحل هذه التحدي من خلال تخزين الطاقة الزائدة خلال النهار للاستخدام ليلاً.عندما يتجاوز إنتاج الألواح الطلب من الأسرفي الغسق، عندما يتوقف توليد الطاقة، النظام يتحول تلقائيًا إلى طاقة البطارية.

تتضمن هذه العملية الانتقالية ثلاث خطوات رئيسية:

• تشغيل البطارية:نظام التخزين يبدأ إمداد الطاقة من خلال عاكس
• التحويل الحالي:المحول يحول التيار المتردد المخزن إلى تيار متردد قابل للاستخدام
• توزيع الطاقة:لوحة الكهرباء المنزلية توصل الكهرباء إلى الأجهزة

بطارية شمسية مشحونة بالكامل تحافظ عادة على المنزل لمدة 10-12 ساعة ليلاً. عند تشغيل الأجهزة الأساسية فقط مثل الإضاءة والمروحة ، قد تستمر وحدة 10 كيلوواط في الساعة لمدة 13-14 ساعة. عند استنفاد البطارية ، يمكن أن تصل إلى 10 كيلوواط في الساعة.أنظمة حديثة الانتقال بسلاسة إلى الطاقة الشبكة دون انقطاع.

يؤثر اختيار البطارية بشكل حاسم على أداء الليل. ثلاث تقنيات أساسية تهيمن على السوق السكنية:

• فوسفات الحديد الليثيوم (LFP):الاختيار المفضل للمساكن الذي يوفر سلامة استثنائية واستقرار حراري مع 6000-10،000 دورة شحن
• نيكل مانغنيز كوبالت (NMC):كثافة طاقة أعلى في شكل مضغوط ، ولكن عمر أقصر وخطر زيادة الحرارة أكبر من LFP
• حمض الرصاص:انخفاض التكلفة الأولية ولكن ضعف أداء الدورة العميقة ، والتي تتطلب عادة استبدالها في غضون 3-5 سنوات

يحدد التركيب الكيميائي عمر تشغيل بطاريات ليثيوم أيون عموماً 10-15 عامًا مقابل دورة استبدال حمض الرصاص لمدة 3-5 سنوات. تختلف خصائص التفريغ أيضًا بشكل كبير:بطاريات الليثيوم أيون تستخدم بأمان 80-90% من السعة دون تلف، في حين أن النماذج الحمضية تتعرض لخطر التدهور فوق 50-70٪ من التفريغ.الاحتفاظ بالطاقة يفرق هذه التقنيات أكثر من ذلك ‬الليثيوم-أيون يحافظ على كفاءة 95-98٪ أثناء الشحن مقارنة مع 80-85٪ من حمض الرصاص.

تعمل أنظمة إدارة الطاقة الذكية كـ"دماغ" للتركيبات الشمسية، معالجة البيانات في الوقت الحقيقي من الأجهزة المتصلة لتحسين توزيع الكهرباء.منصات متقدمة مثل SEMS GoodWe توفر مراقبة شاملة من خلال لوحات التحكم البصرية التي تعرض توليدهذه الأنظمة تعطي الأولوية الذكية للطاقة للأجهزة الحيوية أثناء انقطاع التيار، مما يطيل عمر البطارية مع الحفاظ على الوظائف الأساسية.

يسمح تكامل الأتمتة المنزلية بتخصيص الكهرباء بناءً على الطلب ، مما يقلل من النفايات ويمدد مدة النسخ الاحتياطي.الاستخدام الاستراتيجي خلال النهار للأجهزة عالية الاستهلاك بما في ذلك أنظمة التحكم في المناخويمكن أن تسفر أجهزة غسيل الملابس ومضخات المسبح عن وفورات بنحو 24.3٪ في فواتير المرافق مع الحفاظ على سعة البطارية ليلا.

يؤثر إدارة عمق التفريغ (DoD) بشكل كبير على طول عمر البطارية. يضمن الحفاظ على مستويات الشحن ضمن توصيات الشركة المصنعة أداءً مثاليًا.تتضمن الأنظمة الحديثة ميزات "BatteryLife" التي تقوم تلقائيًا بتعديل الحالات الدنيا للشحن بناءً على المدخلات الشمسية المتاحة، مما يمنع ظروف شحن منخفضة لفترات طويلة خلال فترات غيمة.

اكتسب تخطيط الطاقة الاحتياطية أهمية وسط عدم استقرار الشبكة المتزايد.تشير الأبحاث إلى أن بطارية قياسية من 10 كيلوواط في الساعة تدعم عادة الأجهزة المنزلية الأساسية لمدة 24 ساعة (باستثناء أنظمة التدفئة والتبريد)، في حين أن المنازل منخفضة الاستهلاك قد تصل إلى 10-12 ساعة.حجم المسكن يؤثر بشكل كبير على القدرة على التحمل. يمكن أن تشغل البطارية نفسها شقة صغيرة لمدة 24-36 ساعة مقابل 3-6 ساعات فقط في منزل بخمس غرف نوم..

أصبح التخطيط المتخصص أمرًا حاسمًا لمستخدمي الأجهزة الطبية ، مما يتطلب 20٪ من عازلات السعة وتوفير احتياطي لمدة 48 ساعة دون إدخال الطاقة الشمسية.لوحات الحمل الحرج (تكلف حوالي 200-300 دولار لنظم 10 كيلوواط في الساعة) تعطي الأولوية للكهرباء على الثلاجات، الإضاءة والمعدات الطبية أثناء انقطاع.

تعتمد صمود بطارية الطاقة الشمسية في الليل على اختيار التكنولوجيا وأنماط استهلاك الأسرة وجودة إدارة النظام.بطاريات الليثيوم الحديد الفوسفات (LFP) تميز نفسها من خلال استثنائية 6،000-10,000+ مدة استمرارية دورة ، 10-15 سنوات من العمر ، وسلامة متفوقة مقارنة مع بدائل حمض الرصاص التي تتطلب استبدال 3-5 سنوات.الاستخدام الاستراتيجي للكهرباء خلال النهار يمكن أن يزيد من أداء الليل مع خفض تكاليف الطاقة بأكثر من 24٪.

لتحقيق أقصى قدر من كفاءة بطارية الطاقة الشمسية يتطلب الحفاظ على عمق تفريغ 20-80٪ وتثبيت ألواح الحمل الحرج.نظام 10kWh عادة ما يدعم الأجهزة الأساسية لمدة 24 ساعة أو أكثر للأسر التي تستهلك الطاقةتحسين النظام يمثل الخطوة الأساسية نحو استقلالية الطاقة الموثوقة، وضمان توافر الطاقة المستمرة بعد غروب الشمس وأثناء فشل الشبكة.