المصدر: استعراض الطاقة النظيفة
ما هو اقتران AC أو DC
يشير اقتران التيار المتردد أو DC إلى الطريقة التي تقترن بها الألواح الشمسية أو ترتبط بنظام تخزين الطاقة أو البطارية.
يمكن أن يكون نوع الاتصال الكهربائي بين صفيف شمسي والبطارية إما التيار المتردد (AC) أو التيار المباشر (DC). التيار المتردد هو عندما يتدفق التيار بسرعة إلى الأمام والخلف (وهذا ما تستخدمه شبكة الكهرباء للعمل) وDC هو المكان الذي يتدفق فيه التيار في اتجاه واحد. معظم الدوائر الإلكترونية تستخدم العاصمة، في حين أن الألواح الشمسية تنتج العاصمة، والبطاريات تخزين الطاقة العاصمة. ومع ذلك، فإن معظم الأجهزة الكهربائية تعمل على التيار المتردد. هذا هو السبب في أن جميع المنازل والشركات لديها دوائر التيار المتردد. DC يمكن تحويلها إلى التيار المتردد باستخدام العاكس ولكن، كما هو موضح أدناه يتم فقدان بعض الطاقة دائما في التحويل.
تطور البطارية الشمسية
تم استخدام أنظمة البطارية الشمسية البسيطة المقترنة بـ DC مرة واحدة فقط لأنظمة الطاقة عن بعد والمنازل خارج الشبكة ، ولكن على مدى العقد الماضي تقدمت تقنية العاكس بسرعة وأدت إلى تطوير تكوينات تخزين طاقة جديدة مقترنة بالتيار المتردد. ومع ذلك ، فإن الأنظمة المقترنة بالعاصمة بعيدة عن الموت ، وفي الواقع شحن نظام البطارية باستخدام وحدة تحكم الشحن الشمسي أو العاكس الشمسي الهجين لا يزال الأسلوب الأكثر كفاءة المتاحة.
على مدى السنوات الأخيرة تحسنت تكنولوجيا البطارية بشكل كبير مع ظهور العديد من أنواع بطاريات الليثيوم الجديدة حيث تستكشف الشركات المصنعة طرقًا مختلفة لإضافة بطاريات أو زوجين إلى الأنظمة الشمسية الجديدة أو الحالية. الأصلي تسلا باوروال كان أول 'الجهد العالي' نظام البطارية العاصمة. ومنذ ذلك الحين أعلى الجهد (200-500V) أصبحت البطاريات شعبية متزايدة وتستخدم مع العاكسات الهجينة المتخصصة. في الآونة الأخيرة، تم تطوير بطاريات التيار المتردد من قبل العديد من الشركات المصنعة للطاقة الشمسية الرائدة بما في ذلك تسلا، سونن وEnphase.
مع العديد من الأصناف المعقدة من أنظمة تخزين البطاريات المتاحة الآن، وهنا نشرح مزايا وعيوب كل نوع.
4 أنواع نظام البطارية الشمسية الرئيسية
أنظمة العاصمة المقترنة
AC النظم المقترنة
أنظمة بطارية التيار المتردد
أنظمة العاكس الهجين
ملاحظة: تستخدم أنظمة DC أو AC المقترنة فقط بشكل عام للمنشآت الشمسية خارج الشبكة. نحن نشرح الأسباب التالية ، فضلا عن مقارنة AC مقابل DC الطاقة الشمسية المقترنة لأنظمة الطاقة خارج الشبكة.
هام: هذا دليل فقط! للحصول على معلومات تقنية أقل، راجع الدليل الأساسي لاختيار نظام البطارية الشمسية من الشبكة المنزلية أو خارج الشبكة. يجب تركيب أنظمة تخزين الطاقة الشمسية والبطاريات من قبل محترف كهربائي / شمسي مرخص. تعمل أنظمة تخزين الطاقة الشمسية/الطاقة على توليد وتخزين كميات هائلة من الطاقة التي يمكن أن تؤدي إلى تلف أو إصابة خطيرة إذا كان التثبيت لا يفي بجميع اللوائح والمعايير والإرشادات الصناعية ذات الصلة.
1. العاصمة النظم المقترنة
وقد استخدمت أنظمة العاصمة مقرونة لعقود في المنشآت الشمسية خارج الشبكة وأنظمة الطاقة الصغيرة سعة السيارات / القوارب. تستخدم الأنظمة المقترنة بالعاصمة الأكثر شيوعًا وحدات تحكم الشحن الشمسي (المعروفة أيضًا باسم المنظمين بالطاقة الشمسية) لشحن البطارية مباشرة من الطاقة الشمسية ، بالإضافة إلى عاكس البطارية لتزويد الأجهزة المنزلية بالطاقة AC.
مخطط تخطيط أساسي لنظام بطارية شمسية مقترنة بـ DC (خارج الشبكة)
بالنسبة للأنظمة الدقيقة ، مثل تلك المستخدمة في القوافل / القوارب أو الأكواخ ، فإن وحدات التحكم الشمسية البسيطة من نوع PWM هي طريقة منخفضة التكلفة جدًا لتوصيل 1 أو 2 ألواح شمسية لشحن بطارية 12 فولت. تأتي وحدات تحكم PWM (تعديل عرض النبض) في العديد من الأحجام المختلفة وتكلف أقل من 25 دولارًا لإصدار صغير 10A.
بالنسبة للأنظمة الأكبر حجمًا، تكون وحدات التحكم في الشحن الشمسي MPPT أكثر كفاءة ومتاحة بنسبة تصل إلى 30% في مجموعة من الأحجام حتى 100A. على عكس وحدات التحكم PWM البسيطة ، يمكن لأنظمة MPPT العمل في فولتية سلسلة أعلى بكثير ، عادة ما تصل إلى 150 فولت DC. ومع ذلك هذا لا يزال منخفضا نسبيا بالمقارنة مع الشبكة التعادل العاكسات سلسلة الشمسية التي تعمل 300-600V.
أعلى الجهد MPPT وحدات التحكم في الشحن الشمسي
أكثر قوة، وحدات تحكم الطاقة الشمسية الجهد العالي متوفرة. ما يصل إلى 250V من فيكترون للطاقة و 300V من AERL في أستراليا. وهناك أيضا وحدات أعلى 600V المتاحة من شنايدر إلكتريك ومورنينغستار. هذه هي أكثر تكلفة بكثير وليس لديها مدخلات MPPT متعددة مثل العديد من العاكسات سلسلة الطاقة الشمسية المستخدمة في أنظمة AC يقترن. ومع ذلك ، لا تزال وحدة تحكم الشحن MPPT طريقة رخيصة نسبيًا وآمنة جدًا لضمان شحن البطاريات حتى في حالة إيقاف تشغيل العاكس المتردد - وهذا مهم بشكل خاص في المواقع النائية.
مزايا
كفاءة عالية جدا - ما يصل إلى 99٪ كفاءة شحن البطارية (باستخدام MPPT)
إعداد كبير منخفض التكلفة لأنظمة أصغر نطاقًا خارج الشبكة يصل إلى 5 كيلوواط
مثالية لأنظمة السيارات الصغيرة أو البحرية التي تتطلب فقط 1-2 الألواح الشمسية.
وحدات - يمكن إضافة لوحات إضافية ووحدات تحكم بسهولة إذا لزم الأمر.
فعالة جدا لتشغيل الأجهزة العاصمة والأحمال.
إذا قام مزود خدمة الكهرباء بتقييد أو الحد من قدرة الطاقة الشمسية الربط الشبكي المسموح بها (أي 5كيلوواط كحد أقصى)، يمكن إضافة طاقة شمسية إضافية عن طريق اقتران نظام البطارية بـ DC.
عيوب
أكثر تعقيدا ً لأنظمة الإعداد فوق 5كيلوواط حيث غالباً ما تكون هناك حاجة إلى سلاسل متعددة بالتوازي ، بالإضافة إلى دمج السلسلة.
يمكن أن تصبح مكلفة للأنظمة فوق 5kW كما مطلوب عدة وحدات تحكم الشحن الشمسي الجهد العالي.
كفاءة أقل قليلا إذا تشغيل الأحمال التيار المتردد كبيرة خلال النهار بسبب التحويل من DC (PV) إلى DC (batt) إلى AC.
العديد من وحدات التحكم الشمسية غير متوافقة مع أنظمة بطارية الليثيوم "المدارة" مثل LG Chem RESU أو BYD B-Box.
2. AC نظم مقرونة
تستخدم أنظمة AC المقترنة عاكسًا شمسيًا مزودًا بعاكس متقدم متعدد الوضع أو عاكس/ شاحن لإدارة البطارية والشبكة / المولد. على الرغم من أنها بسيطة نسبيا لإعداد وقوية جدا، فهي أقل كفاءة قليلا (90-94٪) في شحن البطارية مقارنة بالأنظمة المقترنة بالعاصمة (98%). ومع ذلك ، فإن هذه الأنظمة فعالة للغاية في تشغيل أحمال التيار المتردد العالية خلال النهار ويمكن توسيع بعضها باستخدام عاكسات شمسية متعددة لتشكيل شبكات صغيرة.
مخطط تخطيط أساسي لنظام بطارية شمسية مقترنة بالتيار المتردد - إعداد ربط الشبكة (الهجين)
معظم المنازل خارج الشبكة الحديثة استخدام أنظمة AC مقرونة بسبب متقدمة متعددة وضع العاكس / أجهزة الشحن، وضوابط المولدات وميزات إدارة الطاقة. أيضا منذ العاكسات الشمسية سلسلة تعمل مع الفولتية DC عالية (600V أو أعلى)، يمكن تثبيت صفائف الشمسية أكبر بسهولة. كما أن اقتران التيار المتردد مناسب تمامًا للأنظمة التجارية المتوسطة إلى الكبيرة من 3 مراحل.
مزايا
كفاءة أعلى عند استخدامها لتشغيل أجهزة التيار المتردد خلال النهار مثل تكييف الهواء ومضخات المسبح وأنظمة المياه الساخنة (تصل إلى 96٪).
عموما انخفاض تكلفة التثبيت للأنظمة أكبر فوق 5kW.
يمكن استخدام العاكسات الشمسية سلسلة متعددة في مواقع متعددة (AC مقرونة الشبكات الصغيرة)
معظم العاكسات الشمسية سلسلة فوق 3kW لديها مدخلات MPPT مزدوجة، لذلك يمكن تثبيت سلاسل من لوحات في اتجاهات مختلفة وزوايا الميل.
يمكن للأنظمة المقترنة بالتيار المتردد المتقدم استخدام مزيج من اقتران التيار المتردد وDC (ملاحظة: هذا غير ممكن مع بعض بطاريات الليثيوم)
عيوب
كفاءة أقل عند شحن نظام البطارية - حوالي 92٪
جودة العاكسات الشمسية يمكن أن تكون مكلفة للأنظمة الصغيرة.
انخفاض الكفاءة عند تشغيل أحمال DC المباشرة خلال النهار.
3. AC بطاريات
بطاريات التيار المتردد هي تطور جديد في تخزين البطارية للمنازل المتصلة بالشبكة التي تسمح للبطاريات بسهولة أن تكون مقترنة بالتركيب الشمسي الجديد أو الحالي. تتكون بطاريات التيار المتردد من خلايا بطارية الليثيوم ونظام إدارة البطارية (BMS) والعاكس / الشاحن في وحدة مدمجة واحدة.
هذه الأنظمة الجمع بين بطارية DC مع العاكس بطارية التيار المتردد ولكن مصممة فقط للأنظمة المتصلة بالشبكة كما العاكسات (المحولات) وعادة ما تكون غير قوية بما يكفي لتشغيل معظم المنازل تماما خارج الشبكة. بطارية التيار المتردد الأكثر شهرة هي Tesla Powerwall 2 ، إلى جانب SonnenBatterie الذي هو أكثر شيوعًا في أوروبا وأستراليا. شركة العاكس الصغرى الرائدة Enphase Energy أيضا الصانع نظام بطارية AC المدمجة جدا للاستخدام المنزلي. هذه الأنظمة هي عموما بسيطة لتثبيت، وحدات واحدة من الخيارات الأكثر اقتصادا لتخزين الطاقة الشمسية للاستخدام في وقت لاحق.
مخطط تخطيط أساسي لبطارية التيار المتردد مقرونة بنظام شمسي AC - ربط الشبكة (لا يوجد نسخ احتياطي ة مبين)
عاكسات البطارية المقترنة بالتيار المتردد
وهناك اتجاه أكثر حداثة هو استخدام "التحديثي" AC اقتران العاكس لإنشاء نظام بطارية التيار المتردد. تستخدم هذه الأنظمة عاكس بطارية مُنذَج من AC متخصص مثل التخزين المشمس لـ SMA مع بطارية DC شائعة مثل LG chem RESU.
مزايا
سهلة التحديثية - يمكن إضافتها إلى المنازل مع تركيب الطاقة الشمسية القائمة
طريقة اقتصادية لإضافة تخزين الطاقة.
بسيطة عموما لتثبيت.
نظام وحدات للسماح التوسع.
عيوب
انخفاض الكفاءة بسبب التحويل (DC - AC - DC) - حوالي 90٪
لا يمكن أن تعمل بعض بطاريات التيار المتردد كإمدادات احتياطية (Enphase)
غير مصمم للتثبيتخارج الشبكة.
4. الهجين نظم العاكس
يمكن وصف الأنظمة الهجينة بأنها أنظمة بطارية شمسية مقترنة بـ DC متصلة بالشبكة. أنها تأتي في العديد من تكوينات مختلفة وعادة ما تستخدم العاكس الهجين أو متعدد الوضع. العاكسات الهجينة الحديثة تتضمن عالية الجهد MPPT وحدة تحكم / ث وبطارية العاكس / أجهزة الشحن داخل وحدة مشتركة. الجيل الأول من العاكسات الهجينة متوافقة مع 48V الرصاص حمض أو أنظمة بطارية الليثيوم, ولكن على مدى السنوات الأخيرة ارتفاع الجهد (400V +) أصبحت النظم الهجينة شعبية متزايدة.
الجهد العالي أو الجهد المنخفض؟ تعمل بطاريات الجيل الجديد "عالية الجهد" في نطاق 300-500V DC (400V الاسمية) بدلاً من أنظمة البطارية التقليدية 48V. وهذا يوفر العديد من المزايا، بما في ذلك زيادة الكفاءة كما يعمل الصفيف الشمسي عادة في 300-600V وهو ما يشبه إلى حد كبير لجهد البطارية.
الجيل الجديد من الجهد العالي (400V) البطاريات والعاكسات الهجينة المتوافقة استخدام أنظمة بطارية الليثيوم تعمل بين 200-500V DC، بدلا من 48V. يمكن تكوين بطاريات الجهد العالي بطريقتين مختلفتين:
DC مقرونة بين الصفيف الشمسي والعاكس.
DC مقرونة مباشرة إلى عاكس هجين متوافق (كما هو موضح أدناه).
نظرًا لأن معظم الصفائف الشمسية تعمل في الفولتية العالية حول 300-600V ، تستخدم بطاريات الجهد العالي محولات DC-DC فعالة مع خسائر منخفضة جدًا. الجيل الأول تسلا باوروال كان أول بطارية 400V المتاحة وتزاوج إلى العاكس الهجين SolarEdge Storedge شعبية.
مجموعة بطارية إل جي تشيم RESUH الجديدة هي الآن واحدة من أنظمة بطارية LV 400V الأكثر شعبية المتاحة كونها متوافقة مع العديد من العاكسات الهجينة بما في ذلك SolarEdge Storedge، SMA تخزين الصبي مشمس وSolax X الهجين جنرال 3.
مخطط تخطيط أساسي لعاكس شمسي هجين مع نظام بطارية DC
مزايا
اقتصادية وبسيطة لتثبيت
خيارات بطارية مدمجة ونمطية
أصغر حجم الكابل وانخفاض الخسائر باستخدام الجهد العالي (أنظمة البطارية 400V)
يمكن تحديثها إلى "بعض" المنشآت الشمسية القائمة.
شحن بطارية عالي الكفاءة - حوالي 95%
عدد متزايد من العاكسات الهجينة تصبح متاحة
عيوب
لا يمكن لبعض الأنظمة أن تعمل كمصدر طاقة احتياطي
العديد من الأنظمة ذات النسخة الاحتياطية لديها تأخير 3-5 ثانية أثناء انقطاع التيار الكهربائي
عموما غير مناسبة للمنشآت خارج الشبكة بسبب العاكسات الهجينة بدون محولات مع تصنيف الطفرة المنخفضة وعدم وجود ضوابط مولد.