قد تصبح معدات تخزين الطاقة الكهروضوئية المنزلية منتجًا ضروريًا للعائلات المستقبلية

انطلاقًا من هدف الحياد الكربوني، سيتجه استخدام الطاقة في المستقبل بشكل متزايد نحو الطاقة النظيفة. كما ستحظى الطاقة الشمسية، باعتبارها طاقة نظيفة شائعة الاستخدام في الحياة اليومية، باهتمام متزايد. ومع ذلك، فإن إمدادات الطاقة الشمسية نفسها غير مستقرة، وترتبط ارتباطًا وثيقًا بشدة ضوء الشمس وأحوال الطقس، مما يتطلب مجموعة من معدات تخزين الطاقة الكهروضوئية المناسبة لتنظيم الطاقة.

قلب نظام الطاقة الكهروضوئية المنزلية
عادةً ما يُركَّب نظام تخزين الطاقة الكهروضوئية المنزلية مع أنظمة الطاقة الكهروضوئية المنزلية لتوفير الكهرباء لمستخدميها. يُحسِّن نظام تخزين الطاقة من مستوى الاستخدام الذاتي للأنظمة الكهروضوئية المنزلية، ويُخفِّض فاتورة الكهرباء، ويضمن استقرار استهلاكه للكهرباء في ظل الظروف الجوية القاسية. بالنسبة للمستخدمين في المناطق ذات أسعار الكهرباء المرتفعة، أو فروق الأسعار بين فترات الذروة والانخفاض، أو الشبكات القديمة، يُعدُّ شراء أنظمة تخزين منزلية أكثر توفيرًا، ويشجعهم على شرائها.
حاليًا، يُستخدم معظم الطاقة الشمسية في الصين لتسخين المياه فقط. أما الألواح الشمسية القادرة على توفير الكهرباء للمنزل بأكمله، فلا تزال في مراحلها الأولى، والمستخدمون الرئيسيون موجودون في الخارج، وخاصةً في أوروبا والولايات المتحدة.
نظراً للتوسع العمراني الكبير في الدول الأوروبية والأمريكية، وهيمنة المنازل المستقلة أو شبه المستقلة على قطاع الإسكان، يُعدّ هذا القطاع مناسباً لتطوير أنظمة الطاقة الكهروضوئية المنزلية. ووفقاً للإحصاءات، ستبلغ السعة المركبة للطاقة الكهروضوئية المنزلية للفرد في الاتحاد الأوروبي 355.3 واط في عام 2021، بزيادة قدرها 40% مقارنة بعام 2019.
من حيث معدل الانتشار، تُمثل السعة المُركّبة للأنظمة الكهروضوئية المنزلية في أستراليا والولايات المتحدة وألمانيا واليابان 66.5% و25.3% و34.4% و29.5% على التوالي من إجمالي السعة الكهروضوئية المُركّبة، بينما لا تتجاوز نسبة السعة الكهروضوئية المُركّبة في المنازل في الصين 4%. ويبقى هناك مجال واسع للتطور.
جوهر نظام الطاقة الكهروضوئية المنزلي هو معدات تخزين الطاقة، وهي أيضًا الجزء الأكثر تكلفة. يبلغ سعر بطاريات الليثيوم في الصين حاليًا حوالي 130 دولارًا أمريكيًا/كيلوواط/ساعة. لنأخذ عائلة مكونة من أربعة أفراد في سيدني، ووالداها من الطبقة العاملة، مثالًا على ذلك، وبافتراض أن استهلاكها اليومي من الطاقة يبلغ 22 كيلوواط/ساعة، فإن نظام تخزين الطاقة المنزلي المُركّب يتكون من مكونات كهروضوئية بقدرة 7 كيلوواط بالإضافة إلى بطارية تخزين طاقة بقدرة 13.3 كيلوواط/ساعة. هذا يعني أيضًا أن تكلفة بطاريات تخزين الطاقة الكافية لنظام كهروضوئي تبلغ 1729 دولارًا أمريكيًا.
لكن في السنوات القليلة الماضية، انخفضت أسعار معدات الطاقة الشمسية المنزلية بنسبة تتراوح بين 30% و50%، بينما زادت كفاءتها بنسبة تتراوح بين 10% و20%. ومن المتوقع أن يُسرّع هذا التطور السريع في مجال تخزين الطاقة الكهروضوئية المنزلية.
آفاق مشرقة لتخزين الطاقة الكهروضوئية المنزلية
بالإضافة إلى بطاريات تخزين الطاقة، فإن بقية المعدات الأساسية هي الخلايا الكهروضوئية ومحولات تخزين الطاقة، ويمكن تقسيم أنظمة تخزين الطاقة المنزلية إلى أنظمة تخزين الطاقة الكهروضوئية المنزلية الهجينة وأنظمة تخزين الطاقة الكهروضوئية المنزلية المقترنة وفقًا لطرق الاقتران المختلفة وما إذا كانت متصلة بالشبكة. نظام تخزين الطاقة الكهروضوئية المنزلية خارج الشبكة، ونظام إدارة طاقة تخزين الطاقة الكهروضوئية.
أنظمة تخزين الطاقة الكهروضوئية المنزلية الهجينة مناسبة بشكل عام للمنازل الجديدة التي تستخدم الطاقة الكهروضوئية، حيث تضمن استمرارية الطلب على الكهرباء بعد انقطاع التيار الكهربائي. يُعد هذا النظام الاتجاه السائد حاليًا، ولكنه غير مناسب لتحديث المنازل القائمة على الطاقة الكهروضوئية. يُعد نظام التوصيل مناسبًا للمنازل القائمة على الطاقة الكهروضوئية، حيث يحول النظام الكهروضوئي المتصل بالشبكة إلى نظام تخزين طاقة، ويتميز بتكلفة إدخال منخفضة نسبيًا، وكفاءة شحن منخفضة نسبيًا. أما النظام غير المتصل بالشبكة، فهو مناسب للمناطق غير المتصلة بالشبكة، وعادةً ما يتطلب توصيل مولدات ديزل.
بالمقارنة مع بطاريات تخزين الطاقة، تُمثل العاكسات والوحدات الكهروضوئية حوالي نصف التكلفة الإجمالية للبطاريات فقط. إضافةً إلى ذلك، يتعين على فنيي التركيب تركيب منتجات تخزين الطاقة المنزلية، وتتراوح تكلفة التركيب أيضًا بين 12% و30%.
على الرغم من ارتفاع تكلفتها، فإن العديد من أنظمة تخزين البطاريات تتيح أيضًا جدولة ذكية لدخول وخروج الكهرباء، ليس فقط لبيع الطاقة الفائضة لشبكة الطاقة، بل إن بعضها مُحسّن للدمج في مرافق شحن المركبات الكهربائية. وفي ظل تزايد شعبية المركبات الكهربائية، ستساعد هذه الميزة المستخدمين على توفير الكثير من التكاليف.
في الوقت نفسه، سيؤدي الاعتماد المفرط على مصادر الطاقة الخارجية إلى أزمة طاقة، لا سيما في ظل الوضع العالمي المتوتر اليوم. فإذا أخذنا هيكل الطاقة في أوروبا كمثال، يُمثل الغاز الطبيعي ما يصل إلى 25%، ويعتمد الغاز الطبيعي الأوروبي اعتمادًا كبيرًا على الواردات، مما يُبرز الحاجة المُلحة إلى تحوّل في قطاع الطاقة في أوروبا.
قدّمت ألمانيا هدفها المتمثل في توليد طاقة متجددة بنسبة 100% من عام 2050 إلى عام 2035، محققةً بذلك 80% من الطاقة المُولّدة من مصادر متجددة. وقد أقرّت المفوضية الأوروبية مقترح REPowerEU لزيادة أهداف الاتحاد الأوروبي في مجال الطاقة المتجددة لعام 2030، والذي سيزيد إنتاج الكهرباء بمقدار 17 تيراواط/ساعة في السنة الأولى من خطة الطاقة الكهروضوئية المنزلية، ويولّد 42 تيراواط/ساعة إضافية من الكهرباء بحلول عام 2025. جميع المباني العامة مُجهّزة بألواح كهروضوئية، وتشترط تركيب أسقف كهروضوئية على جميع المباني الجديدة، وتتم عملية الموافقة في غضون ثلاثة أشهر.
حساب القدرة المركبة للطاقة الكهروضوئية الموزعة على أساس عدد الأسر، والنظر في معدل انتشار تخزين الطاقة المنزلية للحصول على عدد وحدات تخزين الطاقة المنزلية المثبتة، وافتراض متوسط ​​القدرة المركبة لكل أسرة للحصول على القدرة المركبة لتخزين الطاقة المنزلية في العالم وفي الأسواق المختلفة.
بافتراض أنه في عام 2025، سيكون معدل انتشار تخزين الطاقة في سوق الطاقة الكهروضوئية الجديدة 20٪، ومعدل انتشار تخزين الطاقة في سوق الأوراق المالية 5٪، وتصل مساحة تخزين الطاقة المنزلية العالمية إلى 70 جيجاوات ساعة، فإن مساحة السوق ضخمة.
ملخص
مع تزايد أهمية الطاقة الكهربائية النظيفة في الحياة اليومية، دخلت أنظمة الطاقة الكهروضوئية تدريجيًا إلى آلاف المنازل. لا يقتصر نظام تخزين الطاقة الكهروضوئية المنزلي على تلبية الطلب اليومي على الكهرباء في المنزل فحسب، بل يُمكّن أيضًا من بيع الفائض إلى الشبكة العامة كمصدر دخل. ومع ازدياد استخدام الأجهزة الكهربائية، قد يصبح هذا النظام ضروريًا للعائلات المستقبلية.