مقدمة

يتمتع نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة بوظيفة أكثر تطلبًا من مجرد تخزين فائض الكهرباء الشمسية. في التركيبات التقليدية المتصلة بالشبكة، يمكن لشبكة الطاقة الخارجية التعويض عند انخفاض توليد الطاقة الكهروضوئية أو ارتفاع الطلب المحلي فجأة. وفي بيئة خارج الشبكة، يجب على نظام الطاقة إدارة هذه الاختلافات إلى حد كبير من خلال توليد الطاقة واحتياطي البطارية وقدرة العاكس واستراتيجية التحكم.

وهذا يغير كيفية تصميم النظام. تظل سعة البطارية مهمة، ولكن لا يمكن اعتبارها مستقلة عن استهلاك الطاقة اليومي، والحمل الأقصى، وتوافر الطاقة الشمسية، وإخراج العاكس، وحالة شحن البطارية، وكمية الطاقة الاحتياطية المطلوبة للظروف غير المتوقعة. يجب أن يقرر نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة باستمرار ما إذا كانت الطاقة الشمسية المتاحة يجب أن تخدم الأحمال مباشرة، أو تشحن البطارية، أو تكون محدودة لأن التخزين ممتلئ بالفعل.

ويصبح التحدي أكبر عندما يتغير توليد الطاقة المتجددة من يوم إلى آخر. قد يتصرف النظام الذي يعمل بشكل جيد أثناء ضوء الشمس القوي بشكل مختلف تمامًا بعد عدة فترات من التوليد الضعيف. وبالتالي فإن التشغيل الموثوق خارج الشبكة يعتمد على توازن الطاقة بمرور الوقت بدلاً من الاعتماد على مواصفات قدرة جذابة واحدة.

بالنسبة لمتكاملي الأنظمة ومطوري المشاريع وفرق OEM/ODM، فإن الطريقة الأكثر فائدة لتقييم نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة هي التساؤل عن كيفية تصرفه عندما تصبح الطاقة محدودة. غالبًا ما يكون تحديد أولويات التحميل واحتياطي البطارية والتحكم في حالة الشحن المنخفضة وإمكانية بدء التشغيل والاسترداد بعد إيقاف التشغيل والاتصال بين البطارية والعاكس أكثر أهمية من الحد الأقصى للإخراج الموضح في ورقة البيانات.

ما الذي يجعل نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة مختلفًا؟

تم تصميم نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة للحفاظ على التشغيل الكهربائي المحلي دون الاعتماد بشكل مستمر على مصدر المرافق الخارجي. المفهوم الأوسع ل نظام الطاقة خارج الشبكة يمكن أن يشمل توليد الطاقة المتجددة، وتخزين البطاريات، وتحويل الطاقة، ومصادر الطاقة الداعمة الأخرى، ولكن الأنظمة القائمة على البطاريات تعتمد بشكل متزايد على التحكم الإلكتروني المنسق للحفاظ على توازن التوليد والاستهلاك.

التحدي الأساسي بسيط: يجب أن تكون الكهرباء متاحة عندما تتطلب الأحمال ذلك، حتى عندما يكون توليد الطاقة الكهروضوئية غير كاف مؤقتا.

في تركيبات الطاقة الشمسية المتصلة بالشبكة، غالبًا ما يمكن موازنة الطاقة الزائدة أو غير الكافية من خلال الشبكة الكهربائية الخارجية. يحتاج نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة بدلاً من ذلك إلى مرونة محلية كافية لاستيعاب فائض التوليد ثم إطلاق الطاقة المخزنة لاحقًا عند انخفاض إنتاج الطاقة الشمسية.

وهذا يجعل البطارية أكثر من مجرد مخزن مؤقت للطاقة اختياري. يصبح جزءًا من استقرار تشغيل النظام.

العاكس لديه أيضا مسؤولية أوسع. يجب أن يدعم الأحمال، وينسق الشحن، ويستجيب لحدود البطارية، ويحافظ على خرج التيار المتردد القابل للاستخدام، ويدير التحولات بين حالات التشغيل المختلفة. إذا كانت البنية مدعومة بمصدر تيار متردد مساعد، فيجب أيضًا تحديد دوره بوضوح بدلاً من السماح له بالتعارض مع استراتيجية التحكم العادية خارج الشبكة للنظام.

يبدأ تحديد حجم نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة بملف تعريف التحميل

يجب أن تكون الخطوة الأولى في تصميم نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة هي فهم كيفية استهلاك الكهرباء فعليًا.

الطلب اليومي على الطاقة مفيد، لكنه ليس كافيا في حد ذاته. يمكن لموقعين استهلاك نفس الكمية من الطاقة على مدار 24 ساعة مع خلق متطلبات مختلفة جدًا على نظام التخزين.

قد يتطلب الموقع ذو الأحمال المستقرة نسبيًا خرج عاكس معتدل على مدار عدة ساعات. قد يكون لموقع آخر فترات قصيرة عندما تعمل المضخات أو المحركات أو معدات التدفئة أو الضواغط أو غيرها من الأجهزة ذات الطاقة العالية في وقت واحد. قد يتطلب التطبيق الثاني طاقة لحظية أكبر بكثير حتى لو كان إجمالي استخدام الطاقة اليومي مشابهًا.

وقت الاستخدام مهم أيضًا.

غالبًا ما يمكن توفير الأحمال التي تعمل أثناء الإنتاج القوي للطاقة الكهروضوئية مباشرة من توليد الطاقة الشمسية. تعتمد الأحمال التي تعمل بعد انخفاض توليد الطاقة الشمسية بشكل أكبر على الطاقة المخزنة.

وهذا يعني أنه ينبغي تحديد حجم نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة حول العلاقة بين الطاقة والوقت. والحساب المفيد ليس مجرد عدد الكيلووات/ساعة التي يتم استهلاكها كل يوم، ولكن مقدار الطاقة التي يجب تحويلها إلى فترات لا يستطيع فيها التوليد المحلي دعم الطلب.

الاستقلالية أكثر أهمية من سعة البطارية وحدها

عادةً ما تكون سعة البطارية واحدة من المواصفات الأولى التي يتم أخذها في الاعتبار في التطبيقات خارج الشبكة، ولكن السعة وحدها لا تصف المدة التي يمكن لنظام تخزين الطاقة خارج الشبكة أن يدعم أحمالها.

المفهوم الأكثر عملية هو الاستقلالية.

تصف الاستقلالية المدة التي يمكن للنظام فيها الحفاظ على الأحمال الكهربائية المطلوبة عندما يكون توليد الطاقة المتجددة محدودًا أو غير متوفر. يعتمد ذلك على سعة البطارية القابلة للاستخدام، والطلب الفعلي على الحمل، وفقدان العاكس، وحدود تشغيل البطارية، والأحمال التي تظل نشطة.

على سبيل المثال، لا توفر البطارية الأكبر حجمًا استقلالية قوية تلقائيًا إذا كان النظام يدعم أيضًا الأحمال المستمرة الكبيرة. وعلى العكس من ذلك، يمكن للنظام المُدار بعناية أن يوسع الاستقلالية الفعالة عن طريق تقليل الاستهلاك غير الضروري عندما تصبح الطاقة المخزنة محدودة.

ولهذا السبب يجب أن يميز تخطيط التخزين خارج الشبكة بين إجمالي الحمل المتصل والحمل الأساسي.

عندما يواجه النظام ظروف توليد سيئة، قد يكون الحفاظ على كل حمل في التشغيل العادي غير ضروري. يمكن أن يؤدي تحديد أولويات الوظائف الحيوية إلى الحفاظ على الطاقة المخزنة للمعدات الأكثر أهمية.

ولذلك ينبغي تصميم نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة حول هدف استقلالية محدد بدلاً من مجرد اختيار أكبر تكوين متاح للبطارية.

يجب تقييم توليد الطاقة الشمسية عبر الظروف المتغيرة

لا ينبغي تقييم القدرة الكهروضوئية فقط وفقًا لظروف التوليد المواتية.

يجب أن يظل نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة قابلاً للاستخدام عندما يختلف إنتاج الطاقة الشمسية. يمكن للغطاء السحابي، وزوايا الطاقة الشمسية الموسمية، ودرجة حرارة الوحدة، والتظليل، واتجاه المصفوفة، والعوامل البيئية الأخرى أن تغير كمية الطاقة المتاحة للنظام.

وهذا يخلق علاقة تصميم مهمة بين السعة الكهروضوئية وسعة البطارية.

إذا كانت المصفوفة الكهروضوئية تنتج بانتظام طاقة أكثر بكثير مما يمكن أن تقبله البطارية، فقد يظل جزء من التوليد المتاح غير مستخدم بعد امتلاء التخزين. إذا كانت المصفوفة صغيرة جدًا بالنسبة لطلب الحمل اليومي، فقد تفقد البطارية حالة الشحن تدريجيًا لأنها لا تستطيع استعادة الطاقة المستهلكة خلال الفترات السابقة.

الهدف ليس جعل التوليد والاستهلاك متطابقين كل ساعة. التخزين موجود على وجه التحديد لأنهما غير متطابقين.

وبدلاً من ذلك، يجب أن يتمتع نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة بفرصة توليد كافية لتجديد البطارية مع دعم الأحمال خلال دورات تشغيل واقعية.

ولهذا السبب غالبًا ما تكون عدة أيام من سلوك الطاقة أكثر إفادة من يوم شمسي مثالي واحد.

احتياطي البطارية يحمي النظام من عدم اليقين في الطاقة

إن تشغيل نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة بدون احتياطي لا يترك هامشًا كبيرًا للظروف غير المتوقعة.

قد تدعم البطارية من الناحية الفنية نطاق تفريغ عميق، ولكن استخدام كل الطاقة المتاحة في كل دورة عادية يمكن أن يجعل النظام عرضة للخطر عندما ينخفض توليد الطاقة الشمسية بشكل غير متوقع أو يرتفع الطلب على الحمل.

تحافظ الإستراتيجية الاحتياطية على جزء من سعة البطارية متاحًا لعدم اليقين.

الاحتياطي المناسب يعتمد على التطبيق. قد تتطلب الأنظمة التي تدعم الاتصالات الأساسية أو المراقبة أو التبريد أو معدات التحكم أو غيرها من الأحمال الحساسة للاستمرارية فلسفة احتياطية مختلفة عن الأنظمة التي يكون فيها تقليل الحمل المؤقت مقبولاً.

يجب أن يتفاعل احتياطي البطارية أيضًا مع التحكم في الحمل.

مع انخفاض حالة الشحن، يمكن لنظام تخزين الطاقة خارج الشبكة التحرك خلال مراحل تشغيل مختلفة بدلاً من الانتظار حتى تصل البطارية إلى عتبة إيقاف التشغيل النهائية. قد يتم تقييد الأحمال غير الأساسية أولاً، بينما تستمر الأحمال الأساسية في العمل من الاحتياطي المتبقي.

يوفر هذا النهج المرحلي إدارة طاقة أكثر تحكمًا من التعامل مع البطارية على أنها ممتلئة أو فارغة.

تعمل أولوية التحميل على تمديد وقت التشغيل خارج الشبكة

يعد تحديد أولويات التحميل أحد أوضح الاختلافات بين التخزين العام للطاقة الشمسية ونظام تخزين الطاقة خارج الشبكة المصمم جيدًا.

ليس كل حمل كهربائي له نفس الأهمية.

قد تحتاج بعض المعدات إلى طاقة مستمرة، بينما يمكن للأجهزة الأخرى أن تعمل لاحقًا عندما تصبح الطاقة متاحة بشكل أكبر. إذا كان نظام التخزين يعالج كل حمل بشكل مماثل أثناء ظروف الطاقة المنخفضة، فإن الاستهلاك غير الضروري يمكن أن يقلل من وقت التشغيل المتاح للمعدات الحيوية.

تحدد استراتيجية التحكم الأقوى أولويات التحميل قبل أن تصل البطارية إلى حالة حرجة.

قد يسمح النظام بالتشغيل الكامل بينما يكون توليد الطاقة الكهروضوئية وحالة البطارية في صحة جيدة. عندما تنخفض الطاقة المتاحة، يمكن تأخير الأحمال المحددة أو تقييدها أو فصلها وفقًا لمنطق محدد مسبقًا.

الهدف ليس مجرد تقليل الاستهلاك. إنه الحفاظ على التشغيل المفيد.

وهذا التمييز مهم بشكل خاص خلال الفترات الممتدة من ضعف توليد الطاقة المتجددة. يمكن لنظام تخزين الطاقة خارج الشبكة الذي يفهم أولوية الحمل أن يحافظ على الوظائف الأساسية لفترة أطول بكثير من النظام الذي يستمر في إمداد كل جهاز متصل حتى تصل البطارية إلى حد الحماية الخاص بها.

كيف ينبغي لدول الطاقة أن تؤثر على التحكم خارج الشبكة

تتغير حالة التشغيل لنظام تخزين الطاقة خارج الشبكة على مدار اليوم. يوضح الجدول التالي كيف يمكن أن تتغير أولويات النظام وفقًا لحالة التوليد والبطارية المتاحة.

ولهذا السبب ينبغي النظر إلى نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة على أنه وحدة تحكم ديناميكية في الطاقة. شحن البطارية وتفريغها ليسا سوى جزء من العملية؛ يجب أن يستجيب النظام بشكل مستمر لتوافر الطاقة المتغير.

يجب تصميم سلوك حالة الشحن المنخفضة قبل التثبيت

من السهل فهم العديد من أنظمة تخزين الطاقة عندما تكون البطارية ممتلئة تقريبًا. الاختبار الأكثر كشفًا هو ما يحدث عندما تصبح الطاقة المخزنة نادرة.

يجب أن يكون لنظام تخزين الطاقة خارج الشبكة سلوك حالة الشحن المنخفضة محددًا بوضوح.

إذا اقتربت البطارية من حد التشغيل الأدنى، فسيحتاج العاكس إلى معلومات دقيقة من نظام إدارة المباني حتى يمكن إدارة الطلب على الطاقة قبل حدوث حدث حماية البطارية الثابت. يمكن أن يؤدي إيقاف تشغيل البطارية المفاجئ إلى مقاطعة جميع الأحمال المتصلة وقد يؤدي إلى تعقيد عملية الاسترداد.

تستجيب البنية الأكثر تحكمًا في وقت سابق.

يمكن لنظام إدارة المباني توصيل حدود التفريغ المسموح بها بينما يقوم العاكس أو وحدة التحكم ذات المستوى الأعلى بضبط الإخراج وفقًا لأولويات النظام. يمكن أن تشير حالات التحذير إلى أن الطاقة المتاحة آخذة في الانخفاض، ويمكن لمنطق إدارة الحمل تقليل الاستهلاك قبل أن تصل البطارية إلى عتبة الحماية النهائية.

وهذا يخلق انتقالًا متحكمًا من التشغيل العادي إلى الحفاظ على الطاقة.

وبالتالي فإن التصميم الجيد خارج الشبكة يتعامل مع ظروف البطارية المنخفضة كحالة تشغيل متوقعة وليس كخطأ غير متوقع.

يعد اتصال BMS والعاكس أمرًا بالغ الأهمية في التشغيل خارج الشبكة

يحتاج نظام إدارة البطارية والعاكس إلى تبادل المعلومات الدقيقة لأن كلاهما يؤثر على الطاقة القابلة للاستخدام المتوفرة من البطارية.

يفهم نظام إدارة المباني ظروف البطارية مثل حالة الشحن، وجهد الخلية، ودرجة الحرارة، وحدود الشحن، وحدود التفريغ، والظروف غير الطبيعية. يتحكم العاكس في مقدار الطاقة الكهربائية التي تدخل البطارية أو تخرج منها.

إذا كانت هذه الأنظمة تعمل باتصال غير كامل، فقد يعتمد نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة بشكل كبير على جهد البطارية كتقدير لحالة البطارية.

يوفر الاتصال المباشر تحكمًا أفضل.

مع تغير ظروف البطارية، يمكن لنظام إدارة المباني توصيل حدود التشغيل المنقحة. يمكن للعاكس بعد ذلك ضبط الشحن أو التفريغ بدلاً من الاستمرار على نفس المستوى حتى تتدخل حماية البطارية.

وتصبح العلاقة ذات أهمية خاصة خلال فترات انخفاض الطاقة، عندما يكون لكل وحدة متبقية من الطاقة المخزنة قيمة تشغيلية أكبر.

منسقة بشكل صحيح منصة تخزين الطاقة خارج الشبكة يمكن دمج التحكم في العاكس، والمدخلات الكهروضوئية، واتصالات البطارية، ومنطق إدارة الطاقة بحيث تستجيب هذه الوظائف لنفس ظروف الطاقة بدلاً من العمل بشكل مستقل.

تعتبر Black Start قدرة مهمة على الاسترداد خارج الشبكة

يحتاج نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة إلى طريقة محددة لإعادة التشغيل بعد إيقاف التشغيل الكامل.

يمكن أن يحدث هذا الموقف عندما تنضب طاقة البطارية، أو يتم تشغيل الحماية، أو إجراء الصيانة، أو يتم إيقاف تشغيل النظام عمدًا.

تعد إعادة التشغيل أكثر تعقيدًا من مجرد إعادة تشغيل العاكس مرة أخرى.

يحتاج النظام إلى ما يكفي من الطاقة المتاحة لتشغيل إلكترونيات التحكم الخاصة به، وإنشاء اتصال البطارية، وتهيئة العاكس، والتحقق من الظروف الكهربائية، وإنشاء خرج تيار متردد مستقر. إذا عادت الطاقة الكهروضوئية ولكن البطارية تم تفريغها بعمق، فإن البنية تحتاج أيضًا إلى تسلسل استرداد واضح.

غالبًا ما توصف هذه الإمكانية بأنها البداية السوداء.

يختلف التنفيذ الدقيق بين الأنظمة، لكن المبدأ مهم: لا ينبغي أن يعتمد التثبيت خارج الشبكة على شبكة خارجية تعمل بالفعل لمجرد استعادة نفسها.

يجب أن يمنع منطق الاسترداد أيضًا محاولات إعادة التشغيل المتكررة غير الناجحة عندما يظل التوليد أو جهد البطارية غير كافٍ.

إن تسلسل إعادة التشغيل المتوقع يجعل نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة أسهل في التشغيل والصيانة والتعافي بعد نقص الطاقة.

يجب أن تتطابق قدرة العاكس على زيادة التيار مع سلوك الحمل الحقيقي

لا يحكي إخراج العاكس المستمر القصة بأكملها في نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة.

تستهلك بعض الأحمال الكهربائية طاقة أكبر بكثير أثناء بدء التشغيل مقارنة بالتشغيل الثابت. يمكن للمحركات والمضخات والضواغط والمعدات المماثلة أن تخلق طلبًا قصير المدة يتجاوز طاقة التشغيل العادية.

يحتاج العاكس إلى قدرة كافية على المدى القصير لدعم هذه الأحداث دون فقدان استقرار الإخراج أو إثارة حماية غير ضرورية.

يجب أن تتطابق قدرة البطارية مع نفس الحدث.

لا يمكن للعاكس القوي أن يتحمل الطلب المرتفع على بدء التشغيل إذا كانت البطارية أو BMS تقيد تيار التفريغ المطلوب. يجب أن تدعم موصلات التيار المستمر والمسار الكهربائي الداخلي أيضًا التيار المؤقت.

ولهذا السبب ينبغي تقييم ذروة الطلب عبر مسار الطاقة الكامل.

بالنسبة لنظام تخزين الطاقة خارج الشبكة، يعتمد التشغيل الناجح للمعدات المطلوبة على البطارية ونظام إدارة المباني والعاكس والكابلات والحماية التي تعمل معًا بدلاً من مواصفات عاكس واحد.

يؤثر أداء MPPT على مدى سرعة تعافي البطارية

يعد الحد الأقصى لتتبع نقطة الطاقة ذا قيمة خاصة في نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة لأن الطاقة الكهروضوئية غالبًا ما تحتاج إلى أداء وظيفتين في نفس الوقت: دعم الأحمال النشطة واستعادة شحن البطارية.

تتغير الظروف الشمسية المتاحة بشكل مستمر. تتغير أيضًا نقطة التشغيل الكهربائية لمجموعة الخلايا الكهروضوئية مع الإشعاع ودرجة الحرارة والظروف الأخرى.

يقوم التحكم MPPT بضبط نقطة التشغيل الكهروضوئية بحيث يمكن استخلاص الطاقة المفيدة عبر الظروف المتغيرة.

وفي النظام خارج الشبكة، يؤثر هذا على وقت التعافي.

بعد فترة من انخفاض حالة البطارية، قد يحتاج النظام إلى تجديد الطاقة المخزنة مع الاستمرار في توفير الأحمال النهارية. إذا كان استخدام الطاقة الكهروضوئية ضعيفًا، فقد يستغرق استرداد البطارية وقتًا أطول وقد يدخل النظام فترة الجيل المنخفض التالية دون احتياطي كافٍ.

ولذلك ينبغي تقييم نطاق جهد الدخل الكهروضوئي، ونطاق تشغيل MPPT، وتكوين المصفوفة الشمسية، والقدرة القصوى على الشحن معًا.

لا ينبغي لنظام تخزين الطاقة خارج الشبكة أن يلتقط الطاقة الشمسية فحسب؛ ويجب أن تلتقط ما يكفي من الطاقة القابلة للاستخدام في الأوقات المناسبة لإعادة بناء احتياطيات التخزين.

ينبغي تقييم كفاءة نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة عبر مسار الطاقة

تمر الطاقة بعدة مراحل قبل أن تصل الكهرباء الشمسية المخزنة في النهاية إلى حمل التيار المتردد.

قد تمر الطاقة الكهروضوئية عبر مراحل التحويل والشحن قبل دخول البطارية. وفي وقت لاحق، تمر طاقة التيار المستمر المخزنة عبر العاكس قبل الوصول إلى معدات التيار المتردد. تستهلك إلكترونيات التحكم والمكونات الداخلية الأخرى أيضًا بعض الطاقة أثناء التشغيل.

كل مرحلة تقدم خسائر.

بالنسبة لنظام تخزين الطاقة خارج الشبكة، فإن هذه الخسائر مهمة لأنه قد لا تكون هناك شبكة كهربائية خارجية متاحة للتعويض عن سوء استخدام الطاقة.

يمكن أن يصبح الانخفاض الطفيف في كفاءة التحويل أكثر أهمية عندما تتحرك الطاقة بشكل متكرر خلال دورات الشحن والتفريغ.

ومع ذلك، فإن تقييم رقم واحد فقط من أرقام ذروة الكفاءة يمكن أن يكون مضللاً أيضًا.

تقضي الأنظمة خارج الشبكة وقتًا طويلاً في العمل بأقل من الحد الأقصى للإنتاج. وبالتالي تؤثر الكفاءة عند الحمل الجزئي والاستهلاك الاحتياطي وسلوك شحن البطارية والطاقة المساعدة على إجمالي توازن الطاقة اليومي.

والسؤال المفيد هو مدى فعالية النظام الكامل في تحويل التوليد المتجدد المتاح إلى طاقة قابلة للاستخدام عبر ظروف تشغيل واقعية.

يعد الاستهلاك الاحتياطي أمرًا مهمًا خلال فترات التحميل المنخفض الطويلة

تحظى الأحمال الكبيرة بمعظم الاهتمام أثناء تصميم نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة، ولكن الخسائر المستمرة الصغيرة يمكن أن تؤثر أيضًا على الاستقلالية.

قد يستهلك العاكس والشاشة ووحدات الاتصال وأجهزة التبريد وإلكترونيات المراقبة وأجهزة التحكم الطاقة حتى عندما يكون الطلب على الحمل الخارجي منخفضًا.

يصبح هذا الاستهلاك الاحتياطي أكثر وضوحًا عندما يعمل النظام طوال الليل أو خلال فترات التحميل المنخفض الممتدة.

على سبيل المثال، قد تفقد المنشأة ذات الأحمال الليلية الأساسية المتواضعة حصة كبيرة من الطاقة المخزنة إذا كانت معدات تخزين الطاقة نفسها ذات استهلاك مستمر مرتفع.

ولذلك ينبغي إدراج السلوك الاحتياطي في ميزانية الطاقة.

الهدف ليس مجرد تقليل كل واط داخلي بغض النظر عن الوظيفة. توفر الاتصالات والمراقبة وإدارة البطارية قيمة تشغيلية حقيقية.

وبدلاً من ذلك، يجب أن يوازن نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة بين وظائف التحكم المفيدة والتشغيل الفعال للحمل المنخفض حتى لا يؤدي الاستهلاك الداخلي إلى تقليل الاستقلالية المتاحة دون داع.

تؤثر الإدارة الحرارية على الطاقة المتاحة خارج الشبكة

يتأثر أداء البطارية والعاكس بدرجة الحرارة.

في نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة، يصبح هذا مهمًا بشكل خاص لأن النظام قد يحتاج إلى العمل بشكل مستمر خلال الفترات التي تكون فيها مصادر الطاقة البديلة محدودة.

يمكن أن تؤدي درجة الحرارة الداخلية المرتفعة إلى تقليل الطاقة المتاحة أو تؤدي إلى خفض الحماية. يمكن أيضًا أن يتغير سلوك شحن البطارية وتفريغها خارج الظروف الحرارية المفضلة.

وبالتالي فإن التصميم الحراري يؤثر على أكثر من عمر المكون. يمكن أن يؤثر بشكل مباشر على مقدار الطاقة القابلة للاستخدام وطاقة الخرج التي يوفرها النظام عند الحاجة إليها.

يجب تقييم تخطيط العلبة، وتباعد المكونات، وتدفق الهواء، واستشعار درجة الحرارة، وتوليد حرارة العاكس، ووضع البطارية كنظام واحد.

يعد اختبار الحمل المستدام مفيدًا بشكل خاص لأن الاختبارات القصيرة قد لا تكشف عن درجة الحرارة النهائية المستقرة للعاكس وحجرة البطارية والموصلات ومكونات التبديل.

يجب أن يحافظ نظام تخزين الطاقة الموثوق به خارج الشبكة على هامش حراري مناسب في ظل التشغيل المستمر الواقعي بدلاً من الاعتماد على قيود الحماية المتكررة.

يجب أن تركز المراقبة على هامش الطاقة المتبقي

تتطلب مراقبة النظام خارج الشبكة عقلية مختلفة عن مراقبة التركيبات الكهروضوئية البسيطة.

يعد توليد الطاقة الكهروضوئية معلومات مفيدة، ولكن يحتاج المستخدمون أيضًا إلى فهم مقدار هامش التشغيل المتبقي.

يمكن أن تساعد حالة شحن البطارية، والطلب على الحمل، وطاقة الشحن، وطاقة التفريغ، والاستهلاك التاريخي، واتجاهات الجيل الحديثة في تفسير ما إذا كان نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة يكتسب الطاقة أو يفقدها بمرور الوقت.

غالبًا ما يكون هذا الاتجاه أكثر أهمية من قراءة فورية واحدة.

قد لا تكون البطارية ذات حالة الشحن المعتدلة مثيرة للقلق إذا كان الإنتاج الشمسي القوي يستعيدها حاليًا. قد تتطلب نفس حالة الشحن الاهتمام إذا ظل التوليد ضعيفًا بينما يستمر الاستهلاك في تجاوز المدخلات.

ولذلك ينبغي أن تساعد المراقبة المستخدمين على فهم الاتجاه وكذلك الحالة.

بالنسبة لمشغلي المشاريع، يمكن أن تكشف البيانات التاريخية المفيدة عن عجز متكرر في الطاقة، أو أحمال غير ضرورية، أو أحداث متكررة منخفضة SOC، أو قيود حرارية، أو مشاكل في حجم الطاقة الكهروضوئية والتي قد يكون من الصعب تحديدها من القراءات الحية وحدها.

يجب أن يكون للقوة المساعدة دور محدد بوضوح

تدعم بعض البنى خارج الشبكة مصدر تيار متردد مساعد بالإضافة إلى توليد الطاقة الكهروضوئية وتخزين البطارية.

وهذا لا يغير من أهمية تصميم نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة حول توازن الطاقة المحلي. وبدلا من ذلك، ينبغي أن يكون للمصدر المساعد دور محدد بوضوح.

ولا يجوز استخدامه إلا عندما يصل احتياطي البطارية إلى مستوى معين، أو قد يدعم ظروف تشغيل محددة وفقًا لاستراتيجية التحكم.

النقطة المهمة هي القدرة على التنبؤ.

إذا قام النظام بتغيير مصادر الطاقة دون أولويات واضحة، فقد يجد المستخدمون صعوبة في فهم سلوك الطاقة، وقد يتم شحن البطارية أو تفريغها في أوقات غير مرغوب فيها.

ولذلك يجب أن يحدد منطق التحكم متى تصبح الطاقة المساعدة متاحة، وما إذا كان يمكنها شحن البطارية، وما هي الأحمال التي قد تدعمها، وماذا يحدث عندما يعود توليد الطاقة الكهروضوئية الكافية.

تظل إدارة نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة أسهل عندما يكون لكل مصدر طاقة غرض محدد بدلاً من التنافس على التحكم.

يجب أن يبدأ تطوير تصنيع المعدات الأصلية بنموذج توازن الطاقة

يجب أن يبدأ تطوير OEM/ODM لنظام تخزين الطاقة خارج الشبكة قبل تصميم العلبة أو شاشات العرض أو أي تخصيص مرئي آخر.

الشرط الأول هو نموذج توازن الطاقة.

يحتاج فريق التطوير إلى فهم استهلاك الطاقة اليومي المتوقع، والأحمال القصوى، والأحمال الأساسية، وظروف توليد الطاقة الكهروضوئية، ومتطلبات استقلالية البطارية، وإخراج العاكس، والطلب المتزايد، وقدرة الشحن، وهندسة الاتصالات، والسلوك المنخفض المقصود لـ SOC.

تحدد هذه المتطلبات البنية الكهربائية.

بمجرد تحديد نموذج الطاقة، يمكن تطوير تكوين البطارية وسعة العاكس والمدخلات الكهروضوئية واتصالات BMS والتصميم الحراري والحماية وتخطيط العلبة حول هدف ثابت.

يجب تحديد متطلبات البرنامج في نفس المرحلة لأن أولويات التحميل واحتياطي البطارية والمدخلات المساعدة وسلوك الاسترداد والإنذارات والمراقبة تعتمد جميعها على استراتيجية التشغيل.

وبالتالي فإن نظام تخزين الطاقة المخصص خارج الشبكة ليس مجرد عاكس قياسي وبطارية موضوعة داخل خزانة ذات علامة تجارية. يحتاج المنتج إلى أجهزة ومنطق تحكم تم تطويره حول نفس افتراضات الطاقة.

كيفية التحقق من صحة نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة قبل النشر

يجب أن يعيد التحقق من الصحة إنتاج الظروف التي تضع أكبر قدر من الضغط على توازن الطاقة.

الاختبار فقط باستخدام بطارية كاملة ومدخل كهروضوئي قوي يوفر صورة غير كاملة.

وينبغي أيضًا ملاحظة النظام مع انخفاض حالة الشحن، بينما تتغير الأحمال، أثناء التقلبات الكهروضوئية، وعندما تعمل أحمال بدء التشغيل العالية، وعندما تقترب البطارية من عتبة الاحتياطي الخاصة بها.

يجب اختبار التعافي بعناية مثل التفريغ.

بعد محاكاة إيقاف التشغيل منخفض الطاقة، يجب على المهندسين تأكيد كيفية إعادة تشغيل النظام عندما يصبح توليد الطاقة الكهروضوئية متاحًا مرة أخرى. يجب أن يتبع اتصال البطارية واستعادة الشحن وتهيئة العاكس واستعادة الأحمال التسلسل المقصود.

العملية الموسعة لها نفس القدر من الأهمية.

قد يؤكد الاختبار الوظيفي القصير التوافق الكهربائي، بينما يكشف الاختبار الأطول عن السلوك الحراري، والاستهلاك الاحتياطي، واتجاهات طاقة البطارية، وانتقالات التحكم المتكررة.

يجب أن يُظهر نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة الجاهز للإنتاج التشغيل الذي يمكن التنبؤ به أثناء وفرة الطاقة ونقص الطاقة والإغلاق والاسترداد.

خاتمة

ينجح نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة عندما يتمكن من الحفاظ على توازن مستقر بين توليد الطاقة غير المؤكد والطلب الكهربائي المتغير.

تعد سعة البطارية مهمة، لكن التشغيل الموثوق خارج الشبكة يعتمد على أكثر بكثير من الكيلووات/ساعة المخزنة. يحتاج توليد الطاقة الكهروضوئية إلى هامش كافٍ لاستعادة الطاقة المستهلكة، ويجب أن يدعم العاكس الأحمال المستمرة وأحمال بدء التشغيل، ويجب أن يقوم اتصال BMS بتكييف الطاقة وفقًا لظروف البطارية، ويحتاج نظام التحكم إلى استراتيجية واضحة لاحتياطي البطارية وأولوية التحميل.

يستحق سلوك حالة الشحن المنخفضة اهتمامًا خاصًا لأنه يكشف ما إذا كان النظام قادرًا على إدارة الندرة بذكاء. وبدلاً من الاستمرار في التشغيل غير المقيد حتى تتدخل حماية البطارية فجأة، يجب أن يحافظ نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة المصمم جيدًا على الطاقة الأساسية، ويقلل الطلب ذي الأولوية المنخفضة، ويدخل في عملية الاسترداد من خلال تسلسل يمكن التنبؤ به.

يؤثر السلوك الحراري، والاستهلاك الاحتياطي، وأداء MPPT، والمراقبة، وقدرة البدء الأسود، وتكامل نظام OEM على نفس الهدف: الحفاظ على الطاقة القابلة للاستخدام عندما لا يمكن الاعتماد على شبكة خارجية بشكل مستمر.

وبالتالي فإن نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة الأكثر فعالية ليس بالضرورة هو النظام الذي يحتوي على أكبر بطارية أو عاكس. إنه النظام الذي تظل استراتيجية توليده وتخزينه وأحماله والتحكم فيه متوازنة خلال ظروف التشغيل العادية والصعبة.

الأسئلة الشائعة