ما هو التوصيل المتردد في الأنظمة الشمسية؟

إضافة طاقة احتياطية إلى الأنظمة الشمسية المرتبطة بالشبكة

تعد أنظمة الطاقة الشمسية المرتبطة بالشبكة عادةً الحل الأكثر اقتصادية وكفاءة وسهولة في التركيب. ومع ذلك، يفاجأ العديد من المستخدمين عند انقطاع التيار الكهربائي بأن منازلهم لا تزال بدون كهرباء حتى مع وجود الألواح الشمسية على السطح.

هذا ليس عطلًا في النظام، بل نتيجة للوائح الشبكة ومعايير السلامة. في معظم البلدان، وفقًا لـ UL و IEEE ومعايير أخرى لربط الشبكات ومعايير السلامة، يجب أن تتوقف المحولات المرتبطة بالشبكة فورًا أثناء انقطاع التيار الكهربائي. منع إعادة تغذية الكهرباء في الشبكة، مما يضمن سلامة موظفي المرافق العامة.

ونتيجة لذلك، يضطر النظام الشمسي إلى التوقف عن العمل، مما يترك المنازل أو الأحمال التجارية بدون كهرباء تمامًا، وغالبًا ما تعتمد على مولدات الديزل الصاخبة والمكلفة أو حلول الطوارئ الأخرى.

في الواقع، لا توجد حاجة لإعادة بناء أو استبدال المحولات الشمسية الحالية لإضافة طاقة احتياطية موثوقة إلى نظام موجود متصل بالشبكة.

تقنية التوصيل المتردد هي حل ناضج ومستخدم على نطاق واسع مصمم لمعالجة هذه المشكلة.

من خلال إضافة محول تخزين الطاقة ونظام البطاريات على جانب التيار المتردد، يمكن أن تشكل بنية التوصيل المتردد شبكة صغيرة مكتفية ذاتياً أثناء انقطاع التيار الكهربائي، حيث تزود الأحمال الحيوية بالطاقة بشكل مستمر مع الحفاظ على الاستثمار في النظام الشمسي الحالي.

ما هو التوصيل المتردد

في بنية مزودة بمحول تيار متردد، يتم توصيل محول الطاقة الشمسية ومحول التخزين بنفس ناقل التيار المتردد. يتم أولاً تحويل الطاقة الكهربائية المولدة من الألواح الشمسية إلى تيار متردد بواسطة محول الطاقة الشمسية المستقل، مع إعطاء الأولوية لتزويد الأحمال المحلية، وتصدير أي فائض إلى الشبكة.

عندما يحتاج النظام إلى شحن البطارية، يتم تصحيح طاقة التيار المتردد من الحافلة إلى تيار مستمر بواسطة محول التخزين وتخزينها في البطارية. أثناء التفريغ، يتم عكس طاقة التيار المستمر للبطارية مرة أخرى إلى تيار متردد لتزويد الأحمال أو تغذية الشبكة.

من منظور تدفق الطاقة:

الشحن:
الألواح الشمسية (تيار مستمر) → محول الطاقة الشمسية (تيار مستمر → تيار متردد) → محول التخزين (تيار متردد → تيار مستمر) → البطارية (تيار مستمر)

التفريغ:
البطارية (تيار مستمر) → محول التخزين (تيار مستمر → تيار متردد) → الأحمال / الشبكة (تيار متردد)

النقطة الأساسية هي أنه في نظام مزود بمحول تيار متردد، يتطلب شحن البطارية من الطاقة الشمسية تحويلين للطاقة: تيار مستمر → تيار متردد → تيار مستمر.

مزايا الأنظمة المزودة بمحول تيار متردد

سهل التعديل

أصبح التوصيل المتردد (AC) النهج السائد لإضافة تخزين الطاقة إلى الأنظمة الشمسية المرتبطة بالشبكة الحالية. بالنسبة للأنظمة الشمسية المثبتة بالفعل والفعالة، لا توجد حاجة لاستبدال العاكس الحالي. يكفي توصيل عاكس تخزين وبطارية على جانب توزيع التيار المتردد (AC) لتخزين الطاقة وتوفير طاقة احتياطية.

تشير العديد من الدراسات الدولية، مثل تحليل NREL حول تخزين الطاقة الموزعة، إلى أن التوصيل المتردد هو النهج الأكثر جدوى ونضجًا لتعديل أنظمة التخزين الموجودة على الأنظمة الشمسية المرتبطة بالشبكة.

توسع مرن

في بنية مزودة بمحول تيار متردد، يعمل النظام الشمسي ونظام التخزين بشكل مستقل ويمكن توسيعهما في حدود سعاتهما. يتوافق هذا التصميم المعياري بشكل جيد مع استراتيجية الاستثمار للمستخدمين التجاريين والصناعيين: تركيب النظام الشمسي أولاً، وإضافة نظام التخزين لاحقاً، والتوسع تدريجياً.

شبكة كهربائية صغيرة محسّنة وقدرة احتياطية

بفضل محولات التخزين القادرة على تشكيل الشبكة، يمكن لأنظمة التوصيل المتردد تشكيل شبكة صغيرة مستقلة أثناء انقطاع التيار الكهربائي، مما يوفر دعمًا مستقرًا للجهد والتردد للحفاظ على إمداد غير منقطع للأحمال الحرجة.

مرونة أكبر للمكونات

يمكن للمستخدمين اختيار علامات تجارية مختلفة من محولات الطاقة الشمسية ومحولات التخزين والبطاريات، طالما أنها تفي بمعايير الشبكة المحلية ومعايير السلامة، مما يتيح لهم تجنب الارتباط بمورد واحد.

تكنولوجيا ناضجة

تشكل أنظمة الطاقة الكهربائية المترددة أساس شبكات الكهرباء العالمية. تتوافق البنى المزودة بوصلات تيار متردد بسهولة أكبر مع معايير مشغلي الشبكات فيما يتعلق بالحماية والقياس والتحكم، مما يسهل التشغيل والصيانة على المدى الطويل.

قيود أنظمة التوصيل المتردد

كفاءة أقل

تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد يؤدي بطبيعته إلى بعض فقدان الطاقة،, انخفاض الكفاءة الإجمالية. يحدث هذا عندما تشحن الطاقة الشمسية البطارية، أو عندما تفرغ البطارية الطاقة إلى الأحمال، أو عندما يتم تغذية الشبكة بالطاقة.

تكاليف أعلى

تتطلب الأنظمة المقترنة بالتيار المتردد عادةً محولات طاقة شمسية وتخزين مستقلة، إلى جانب أنظمة بطاريات وأجهزة حماية وتحكم من جانب التيار المتردد. مقارنةً بالحلول المقترنة بالتيار المستمر عالية التكامل، يؤدي العدد المتزايد لأجهزة تحويل الطاقة إلى ارتفاع تكاليف الأجهزة والتركيب المبدئية.

بصمة أكبر

نظرًا لأن البنى المزودة بمحولات تيار متردد تستخدم أجهزة مستقلة متعددة، فإن حجمها المادي عادةً ما يكون أكبر من الأنظمة المزودة بمحولات تيار مستمر. تتطلب محولات التخزين الإضافية وخزانات البطاريات ومعدات توزيع وحماية التيار المتردد المرتبطة بها مساحة إضافية على الحائط أو الأرضية أو في الغرفة.

الاقتران المتردد مقابل الاقتران المستمر

في الممارسة العملية، لا يوجد ما هو “أفضل” بشكل مطلق بين اقتران التيار المتردد والتيار المستمر؛ فهما يمثلان نهجين مختلفين لتصميم النظام.

يقارن الجدول أدناه بين الهيكلين من حيث مسارات الطاقة والمعدات الرئيسية وكفاءة النظام والتكاليف وقابلية التوسع والتشغيل أثناء انقطاع التيار الكهربائي، مما يساعد القراء على اتخاذ قرارات مستنيرة بناءً على متطلبات مشاريعهم.

ميزة	مزدوج التيار المستمر	مقترن بالتيار المتردد
المسار الأساسي	تقوم الطاقة الشمسية DC بشحن البطارية مباشرة أو عن طريق تحويل DC-DC	يجب تحويل طاقة التيار المتردد الشمسية إلى تيار مستمر لشحن البطارية
عدد التحويلات	1 تحويل (كفاءة أعلى)	2 تحويلات (كفاءة أقل)
المعدات الرئيسية	عاكس هجين / وحدة تحكم الشحن (تدمج وظائف إدخال الطاقة الكهروضوئية وإدارة البطارية والعاكس)	محول طاقة شمسية مستقل + محول تخزين / محول ثنائي الاتجاه
كفاءة النظام (الشحن)	عادة ما تكون أعلى (خاصة عندما تشحن الطاقة الشمسية البطارية مباشرة)	عادة ما تكون أقل (بسبب خسارة التحويل الإضافية)
التكلفة (النظام الجديد)	ربما أقل (جهاز واحد متكامل، مما يوفر تكاليف الأسلاك والتركيب)	عادةً ما تكون أعلى (تتطلب محولين منفصلين)
التوافق والتحديث	يصعب تحديث النظام الكهروضوئي الحالي (يتطلب عادةً استبدال المحول الأصلي)	أسهل في تحديث النظام الكهروضوئي الحالي (لا يلزم سوى إضافة محول تخزين وبطارية بالتوازي على جانب التيار المتردد)
تعقيد التحكم	بسيطة نسبياً ومركزية (جهاز واحد يدير جميع الوظائف)	معقد نسبياً (يتطلب التنسيق بين محول الطاقة الشمسية ومحول التخزين)
مرونة التوسع	عادة ما تكون محدودة بقدرة العاكس الهجين وواجهة البطارية	أكثر مرونة، يسمح بالتوسع المستقل للطاقة الكهروضوئية أو سعة التخزين على جانب التيار المتردد
التشغيل أثناء انقطاع التيار الكهربائي	يجب أن يتمتع العاكس الهجين بخصائص محددة لتشكيل شبكة كهربائية صغيرة	عادة ما يأتي محول التخزين مزودًا بقدرة تشكيل شبكة صغيرة، وهو أسهل في التنفيذ.
مخاطر السلامة	جهد عالي على جانب التيار المستمر، خطر قوس كهربائي أعلى قليلاً، يتطلب حماية أكثر صرامة	جانب التيار المتردد هو جهد التيار الكهربائي القياسي، وهو أقل خطورة نسبيًا.

كيفية اختيار مخطط التوصيل المناسب

أنظمة الطاقة الشمسية والتخزين الجديدة

إذا كانت التكلفة والكفاءة هما الاعتباران الأساسيان، وكانت قابلية التوسع في المستقبل محدودة، فإن التوصيل بالتيار المستمر هو الخيار المفضل عادةً.

إذا كان من المتوقع حدوث توسع كبير في الطاقة الشمسية أو التخزين في المستقبل، أو إذا كان التشغيل السلس أثناء انقطاع التيار الكهربائي أمرًا بالغ الأهمية، فقد يوفر التوصيل المتردد مزيدًا من المرونة.

في المشاريع السكنية الجديدة الفعلية للطاقة الشمسية + التخزين، أصبحت المحولات الهجينة عالية التكامل حلاً شائعًا.

GODE's محول هجين THON يدمج مدخلات الطاقة الشمسية وإدارة البطاريات ووظائف المحول في جهاز واحد، ويدعم التشغيل المرتبط بالشبكة والطاقة الاحتياطية منذ بدء تشغيل النظام.

بالنسبة للأنظمة الشمسية الجديدة، يجمع العاكس الهجين THON بين مزايا الكفاءة والصغر الحجم التي يتمتع بها اقتران التيار المستمر مع قدرة تشكيل الشبكة من جانب التيار المتردد، مما يتيح الانتقال السريع إلى وضع خارج الشبكة أثناء انقطاع التيار الكهربائي. عند إقرانه ببطارية، يمكنه توفير الطاقة للأحمال المنزلية الحيوية بشكل مستمر دون الحاجة إلى عاكس تخزين إضافي.

إضافة سعة تخزينية إلى الأنظمة الشمسية الحالية

يعد اقتران التيار المتردد دائمًا الخيار الأكثر ملاءمة وفعالية من حيث التكلفة لتجديد التخزين، حيث يتجنب الحاجة إلى استبدال محولات الطاقة الشمسية الحالية التي تعمل بكامل طاقتها.

إضافة حزمة بطارية LF إلى نظام موجود يمكن أن يقلل الاعتماد على الشبكة ويخفض بشكل كبير، أو حتى يلغي، تكاليف الكهرباء بمرور الوقت، مع توفير يتجاوز بكثير الاستثمار الأولي في النظام.

تم تصميم البطاريات بحيث تحتفظ بـ 80% من سعتها الأولية حتى بعد أكثر من 10 سنوات من الاستخدام اليومي. بالإضافة إلى ذلك، تضمن الضمان الرائد لمدة 5 سنوات عائد الاستثمار والوفورات المحتملة.

متطلبات محددة

• للحصول على أقصى كفاءة شحن: اختر DC Coupling.
• للحصول على مرونة مع العديد من العلامات التجارية: اختر AC Coupling.
• لمساحة التثبيت المحدودة: عادةً ما يكون اقتران التيار المستمر أكثر إحكاما.
• لراحة التحديث: اختر وصلة التيار المتردد.

الخاتمة

لكل من التوصيل بالتيار المستمر والتوصيل بالتيار المتردد مزاياه. يتفوق التوصيل بالتيار المستمر في الكفاءة وتكلفة النظام الجديد، بينما يوفر التوصيل بالتيار المتردد مرونة فائقة وتوافقًا وسهولة في التعديل التحديثي. يجب أن يعتمد الاختيار النهائي على ما إذا كان المشروع جديدًا أو تحديثيًا، والميزانية، ومتطلبات الكفاءة، وخطط التوسع المستقبلية، وظروف التثبيت.