تصميم وتحليل اقتصادي لنظم الطاقة الشمسية المنزلية مع أنظمة تخزين الطاقة
أنظمة تخزين الطاقة تقوم بتخزين الكهرباء لتقليل الذروة أو للطوارئ. تهيمن بطاريات الأيونات الليثيوم، رغم كفاءتها المنخفضة نسبياً، بسبب سرعة التفريغ وطول عمرها. يتضمن النظام النموذجي عدادًا ومغيرًا ومتحكمًا وصندوق بطارية وشاحن لإدارة تدفق الطاقة وضمان توافق الشبكة.
تخزين الطاقة الشمسية يتوسع في الصين، مع زيادة أنظمة المنازل بسبب توافر الأسطح وتقليل التكاليف (~2000 يوان/كيلوواط). يتيح دمج الطاقة الشمسية مع الأجهزة المنزلية وخزن الشبكة استهلاك ذاتي فعال، مما يفيد ثلث الأسر.
نقاط التركيب الرئيسية لأنظمة الطاقة الشمسية المنزلية
تعد الاستقرار هو الأولوية القصوى في مشاريع الطاقة الشمسية المنزلية. يؤدي عدم استقرار النظام إلى تعطل تشغيل محطة الطاقة وتقليل كفاءة الإنتاج، مما يتطلب بروتوكولات تركيب صارمة لضمان الأداء المستمر.
اختيار الموقع
تحتاج معظم محطات الطاقة الشمسية على الأسطح إلى زوايا هيكل داعم مُحسنة لضمان الحصول على أشعة الشمس المباشرة لمدة لا تقل عن 30 دقيقة يوميًا. يجب تجميع الألواح الشمسية على نفس الهيكل الداعم، مع وضع المكونات الأرضية بشكل استراتيجي لتقليل التداخل البيئي.
تحليل تكاليف أنظمة الطاقة الشمسية
يشمل التكلفة الإجمالية لمحطة الطاقة الشمسية اعتبارات استخدام الأرض. بالنسبة للأسطح السكنية، تكون أبعاد اللوحات الشمسية النموذجية حوالي ~0.74×0.75×0.75 = 0.34 م³ (قم بتعديل وحدات الصيغة حسب الحاجة). ترتبط مساحة السقف مباشرة بمقياس المكونات وتكاليف التركيب. يجب على المصممين موازنة المسافة بين اللوحات والتكامل مع المبنى وتكاليف الصيانة - تتسبب التخطيطات الأقرب في زيادة تكاليف التركيب، بينما تتسبب المحطات الأرضية في زيادة تكاليف البناء والصيانة، مما يجعل الوحدات السقفية أكثر اقتصادية.تركز حسابات الاستثمار على تكاليف التركيب + الصيانة، مما يتطلب تفكيك التكاليف بدقة.تندمج أنظمة تخزين الطاقة الشمسية المحلية مع ثلاثة وحدات رئيسية: إنتاج الطاقة الشمسية وخزن البطارية وتحكم النظام.
تصميم أنظمة تخزين الطاقة الشمسية
(1) وحدة إنتاج الطاقة الشمسية
تحول الطاقة الشمسية إلى كهرباء لتكميل احتياجات الطاقة المنزلية، وتعمل كمدخل الطاقة الأساسي.
(2) وحدة خزن البطارية
تخزن الطاقة الزائدة من صفيف الطاقة الشمسية للاستخدام اللاحق. يمكن تخصيص المعلمات (مثل تنظيم الطاقة والتيار الفائق) لتقديم حلول مخصصة لمختلف الأحمال (غالبًا ما يتم زوجتها مع الأجهزة المنزلية).يتطلب هذا الوحدة التواصل السلس مع الأجهزة الأخرى. يجب على المصممين التنسيق مع المستخدمين أثناء التركيب؛ غالبًا ما تستخدم مكونات الطاقة الشمسية بروتوكولات ثنائية الاتجاه لتقليل تكاليف الأجهزة الإضافية.
تحليل الفوائد الاقتصادية
توفر أنظمة الطاقة الشمسية العديد من المزايا:
تساعد هذه الميزات في استراتيجيات تخزين الطاقة المُحسنة لتحقيق أعلى عائد على الاستثمار.
الخاتمة
تقدم هذه الورقة إطار تصميم شامل لأنظمة الطاقة الشمسية وأنظمة التخزين الموزعة، تغطي اختيار نوع المحطة والمنطق التحكمي لتعزيز مرونة الشبكة وتقليل الانقطاعات.
تشمل المساهمات الرئيسية:
يوفر هذا البحث رؤى قابلة للتنفيذ لتعزيز اعتماد الطاقة الشمسية المنزلية.
