يجب أن يتجاوز دور نظام تخزين الطاقة التجاري في المصانع غير المتصلة بالشبكة مجرد تخزين الطاقة، إذ يجب أن يدعم الإنتاج اليومي. إضافةً إلى ذلك، يجب أن يحمي المعدات الأساسية، ويوازن بين الطاقة الشمسية المولدة، ويضمن استمرار عمل الموقع عند انقطاع التيار الكهربائي أو عدم استقراره. بالنسبة للمصانع في المناطق النائية، ومناطق معالجة المنتجات الزراعية، ومواقع التعدين، والمباني الصناعية الكبيرة، ينبغي أن يبدأ تصميم النظام بتحليل الأحمال، وليس بحجم البطارية.

يُجسّد مشروع شركة صنواي للطاقة الشمسية مع نظام تخزين الطاقة بقدرة 500 كيلوواط/2 ميغاواط ساعة، والمُصمّم خصيصًا لمصنع معالجة البن في باجوا، بيرو، هذا الأمر بوضوح. يعمل الموقع بشكل مستقل تمامًا عن الشبكة الكهربائية. تُشحن الطاقة الشمسية نظام البطاريات خلال النهار، وتُستخدم الطاقة المُخزّنة لتزويد المصنع بالطاقة عند انخفاض إنتاج الطاقة الشمسية. بالنسبة للمشترين الذين يُخططون لإنشاء نظام تخزين طاقة مماثل لمصانعهم، يُقدّم هذا المشروع مرجعًا عمليًا لتحديد الحجم، ومطابقة المكونات، وتخطيط النظام. كما يُبيّن كيف تتعامل صنواي مع المشاريع الصناعية المستقلة عن الشبكة الكهربائية كأنظمة طاقة متكاملة، بدلًا من اعتبارها مجرد ألواح شمسية وبطاريات ومحولات منفصلة.

لماذا تحتاج المصانع غير المتصلة بالشبكة إلى أنظمة الطاقة الشمسية والتخزين؟

لا يمكن لمصنع لا يتمتع باتصال مستقر بشبكة الكهرباء الاعتماد على الألواح الشمسية وحدها. يتغير إنتاج الطاقة الشمسية تبعًا لضوء الشمس والغيوم وساعات الإنتاج والظروف الموسمية. يساعد نظام الطاقة الشمسية مع التخزين على تحويل هذا الإنتاج المتغير إلى طاقة قابلة للاستخدام في التشغيل اليومي.

بالنسبة لمصنع معالجة البن الذي يعمل خارج الشبكة الكهربائية، يجب أن يدعم النظام معدات مثل المحركات والمضخات والناقلات والإضاءة وأنظمة التحكم وأحمال المكاتب وأجهزة السلامة. قد لا تعمل هذه الأحمال في الوقت نفسه، لكنها مع ذلك تتطلب طاقة مستقرة. يقوم نظام تخزين طاقة البطاريات المصمم جيدًا بتخزين فائض إنتاج الطاقة الشمسية الكهروضوئية وإطلاقه بناءً على الطلب الفعلي.

بالنسبة للمشترين، السؤال الرئيسي ليس "ما حجم البطارية؟" بل السؤال الأفضل هو "ما هي الأحمال التي يجب أن تبقى متصلة بالإنترنت، وكم من الوقت؟"

ابدأ بملف تعريف التحميل من المصنع

لكل موقع صناعي نمط استهلاكه للطاقة الخاص. قد يحتاج مصنع معالجة البن، ومرفق التخزين المبرد، وورشة النسيج، والمستودع إلى تخزين الطاقة بالبطاريات الصناعية، ولكن منحنيات استهلاك الطاقة الخاصة بها قد تختلف اختلافًا كبيرًا.

تحديد الأحمال الحرجة وغير الحرجة

تتمثل الخطوة الأولى في فصل الأحمال الحرجة عن الأحمال العامة. قد تشمل الأحمال الحرجة أنظمة التحكم في الإنتاج، وآلات معالجة محددة، وأنظمة التبريد، والمضخات، وأنظمة الأمن، ومعدات الاتصالات، وإضاءة الطوارئ. أما الأحمال غير الحرجة، فيمكن في كثير من الأحيان نقلها أو تخفيضها خلال فترات انخفاض الطاقة.

يُحافظ هذا الفصل على فعالية النظام. فإذا اعتُبر كل جهاز أساسيًا، فقد يتطلب المشروع بطاريات ذات سعة أكبر وعواكس ذات قدرة أعلى. أما إذا كانت قائمة الأحمال الحرجة واضحة، فيمكن للنظام توفير طاقة مستقرة مع تحكم أفضل في التكاليف.

تطابق كيلوواط (kW) وكيلوواط ساعة (kWh)

تحدد وحدة الكيلوواط مقدار الطاقة التي يمكن للنظام توفيرها في وقت واحد، بينما تحدد وحدة الكيلوواط ساعة مدة قدرة النظام على دعم هذا الحمل. قد يحتاج مصنع مزود بمحركات أو معدات إنتاج إلى خرج عاكس قوي، حتى عندما تكون مدة النسخ الاحتياطي المطلوبة متوسطة. وقد يحتاج موقع يعمل في المساء إلى سعة بطارية أكبر، حتى لو لم يكن الحمل الأقصى مرتفعًا جدًا.

الصيغة البسيطة للمرحلة المبكرة هي:

سعة البطارية المطلوبة = طاقة الحمل الحرج × ساعات التشغيل الاحتياطية ÷ النسبة المئوية للبطارية القابلة للاستخدام

هذه الصيغة ليست سوى نقطة انطلاق. يجب أن تأخذ المشاريع الحقيقية في الاعتبار أيضًا احتياطي البطارية، وساعات الشحن بالطاقة الشمسية، وكفاءة العاكس، ودرجة الحرارة المحيطة، وتيار بدء تشغيل المعدات، ونمو الإنتاج المستقبلي.

كيف تم إعداد مشروع الطاقة خارج الشبكة

تم إنشاء المشروع في بيرو كنظام متكامل للطاقة الشمسية مع تخزين الطاقة، يعمل خارج الشبكة، ومخصص للاستخدام في الإنتاج الصناعي. يجمع هذا النظام بين توليد الطاقة الكهروضوئية، وتخزين الطاقة في بطاريات الليثيوم، وتحويل الطاقة، والتحكم في نقطة الطاقة القصوى (MPPT)، والمراقبة، والحماية داخل حاويات. بالنسبة لشركة صن واي، لا يقتصر هذا النوع من المشاريع على توريد المعدات فحسب، بل يجب تصميم النظام وفقًا لمتطلبات العميل، بما في ذلك نمط استهلاك الطاقة، وظروف الموقع، وموارد الطاقة الشمسية، وجدول التشغيل، واحتياجات الصيانة طويلة الأجل.

جانب الخلايا الكهروضوئية الشمسية

يتضمن المشروع قدرة 612 كيلوواط من الطاقة الشمسية الكهروضوئية، وهو مصمم لتوليد أكثر من 800 ميغاواط ساعة سنويًا. تتكون كل سلسلة من 12 وحدة من الألواح الشمسية. يستخدم نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية 12 صندوق تجميع، يحتوي كل منها على 8 مداخل ومخرج واحد بجهد 1000 فولت.

 تُثبّت الوحدات على قواعد خرسانية أرضية بزاوية ميل 5 درجات. يُعدّ هذا النظام الأرضي مناسبًا عادةً لمواقع المصانع، حيث تتوفر فيها مساحات أرضية كافية، كما يسهل الوصول إليها لأغراض الصيانة، بالإضافة إلى أنها لا تفرض قيودًا كبيرة على هياكل الأسطح.

بالنسبة للمشاريع غير المتصلة بالشبكة، لا يُعد تصميم الألواح الكهروضوئية مجرد تفصيل تركيبي، بل يؤثر بشكل مباشر على سرعة إعادة شحن البطاريات وكمية الطاقة التي يمكن للمصنع استخدامها خلال الإنتاج اليومي.

جانب التخزين وتحويل الطاقة

يستخدم نظام تخزين الطاقة عشر مجموعات من بطاريات الليثيوم. تبلغ سعة كل مجموعة 768 فولت و280 أمبير/ساعة، بسعة تخزين إجمالية قدرها 2150 كيلوواط/ساعة. تم دمج نظام البطاريات في حاوية خارجية بطول 40 قدمًا مزودة بنظام حماية من الحرائق، ونظام مراقبة، وتكييف هواء. تربط خزانة توزيع مركزية جميع مجموعات البطاريات.

يستخدم جانب تحويل الطاقة عاكسًا ثنائي الاتجاه بقدرة 500 كيلوواط مع محول عزل. ويشمل النظام أيضًا 12 وحدة تحكم في الطاقة من نوع MPPT DC/DC. تربط أربع وحدات منها 8 سلاسل من الألواح الشمسية، بينما تربط ثماني وحدات منها 7 سلاسل.

يسمح هذا الهيكل بتوليد الطاقة الشمسية وشحن البطاريات وإمداد الأحمال كنظام طاقة واحد منسق خارج الشبكة.

كما يعكس ذلك إحدى المزايا الرئيسية لحلول تخزين الطاقة المتكاملة من صن واي: حيث صُممت أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية والبطاريات والعاكسات وأنظمة الحماية والمراقبة للعمل معًا. بالنسبة للمصانع غير المتصلة بالشبكة، يُمكن لهذا التكامل تقليل المكونات غير المتوافقة، وتبسيط تنسيق المشروع، وتسهيل العمليات اللاحقة لفريق الموقع.

أين يمكن تركيب نظام تخزين الطاقة بقدرة 500 كيلوواط وسعة 1075 كيلوواط ساعة؟

لا يحتاج كل مصنع إلى نظام كامل بسعة 2 ميغاواط/ساعة في المرحلة الأولى. قد تبدأ بعض المشاريع بوحدة بطاريات أصغر وتتوسع لاحقًا مع نمو الإنتاج. بالنسبة لهذا النوع من متطلبات التجارة والاستثمار متوسطة الحجم، فإن صنواي ٥٠٠ كيلوواط ١٠٧٥ كيلوواط ساعة تخزين الطاقة يُعد خيارًا مناسبًا للنظام.

يوفر النظام سعة تخزين طاقة مصنفة تبلغ 1075 كيلوواط ساعة وقدرة تيار متردد مصنفة تبلغ 500 كيلوواط. ويستخدم النظام بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم، وبنية PCS معيارية، ونظام إدارة الطاقة (EMS)، ونظام إدارة البطارية (BMS)، ونظام توزيع الطاقة، ونظام إدارة الحرارة، ونظام الحماية من الحرائق، وخزانة خارجية متكاملة. ويبلغ جهد النظام المصنّف 768 فولت، ويتراوح نطاق الجهد من 672 فولت إلى 864 فولت، ويحتوي على 10 مسارات MPPT، وتيار أقصى للخلايا الكهروضوئية يبلغ 160 أمبير، وغلاف مصنف IP54.

لا تقتصر قيمة هذا النظام على سعته فحسب، بل يجمع تصميمه المتكامل بين تخزين البطاريات، ونظام التحكم في الطاقة، وإدارة الطاقة، والتحكم في درجة الحرارة، والحماية في نظام واحد. تدعم تقنية بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم دورات شحن وتفريغ مستقرة للاستخدامات التجارية والصناعية. كما يساعد نظام إدارة الطاقة ونظام إدارة البطارية في إدارة عمليات الشحن والتفريغ، وحالة البطارية، والإنذارات، وحماية النظام. وتُعدّ الحماية من الحرائق والإدارة الحرارية من الأمور بالغة الأهمية في المواقع الصناعية الخارجية حيث قد يعمل النظام لساعات طويلة في ظل ظروف بيئية متغيرة.

يُناسب هذا النوع من الأنظمة المصانع المتوسطة، ومحطات معالجة المنتجات الزراعية، والمستودعات الكبيرة، والمجمعات الصناعية، والمواقع التجارية التي تحتاج إلى استهلاك الطاقة الشمسية ذاتيًا، أو دعم الطاقة خارج الشبكة، أو إدارة ذروة الأحمال. أما بالنسبة للمنشآت الأكبر حجمًا، فيمكن النظر في استخدام وحدات متعددة أو أنظمة حاويات أكبر بعد دراسة الأحمال.

عوامل التصميم التي يجب على المشترين التحقق منها

نظام تخزين الطاقة بقدرة 500 كيلوواط ليس منتجًا قياسيًا يمكن توصيله مباشرةً. بل يجب أن يتوافق مع التصميم الكهربائي للمصنع، وجدول التشغيل، وبيئة التركيب.

موارد الطاقة الشمسية وقدرة الخلايا الكهروضوئية

ينبغي تصميم منظومة الألواح الشمسية الكهروضوئية بما يتناسب مع الاستهلاك اليومي للطاقة واحتياجات شحن البطارية. فإذا كانت سعة الألواح الشمسية صغيرة جدًا، فقد لا تُشحن البطارية بالسرعة الكافية بعد تفريغها بشكل كبير. أما إذا كانت سعة الألواح الشمسية عالية ولكن سعة البطارية منخفضة، فقد تُهدر الطاقة الشمسية الزائدة.

بالنسبة للمصانع التي لا تعتمد على الشبكة الكهربائية، ينبغي أيضاً مراجعة التغيرات الموسمية في ضوء الشمس. قد يحتاج النظام الذي يعمل بكفاءة في الأشهر الجافة إلى احتياطي إضافي خلال فترات الغيوم أو الأمطار.

احتياطي البطارية واستراتيجية التشغيل

ينبغي لأنظمة الطاقة خارج الشبكة الاحتفاظ باحتياطي طاقة مُخطط له في البطارية. فاستنزاف البطارية بالكامل بشكل متكرر قد يُقلل من استقرار النظام ويُقصر عمره الافتراضي. وتُحدد الاستراتيجية الجيدة أوقات شحن البطارية وتفريغها، والأحمال ذات الأولوية، وأوقات تأجيل الأحمال غير الضرورية.

يُعد التحكم في نظام إدارة الطاقة (EMS) ونظام إدارة البطارية (BMS) أمراً بالغ الأهمية هنا. فهما يساعدان في إدارة حالة البطارية، وسلوك الشحن والتفريغ، والإنذارات، وحماية النظام.

ظروف الموقع وإمكانية الوصول للصيانة

تحتاج الأنظمة الصناعية الخارجية إلى مساحة للحاويات أو الخزائن، وتمديد الكابلات، والتأريض، والتهوية، والسلامة من الحرائق، وإمكانية الوصول للصيانة. كما ينبغي على المصانع البعيدة مراعاة توفير قطع الغيار، وإمكانية الوصول للمراقبة، وتدريب المشغلين، وقدرات الصيانة المحلية.

صنواي تُناسب هذه المجموعة ألواح الطاقة الشمسية، ومحولات الطاقة الشمسية، وبطاريات تخزين الطاقة، وأنظمة الربط بالشبكة، وأنظمة التشغيل المنفصلة عن الشبكة، والأنظمة الهجينة، وأنظمة التركيب، وحلول تخزين الطاقة الكهروضوئية. تُسهّل هذه المجموعة ربط جوانب الطاقة الكهروضوئية، وأنظمة التخزين، ومحولات الطاقة، وتصميم المشاريع بسلاسة أكبر.

بالنسبة للمشاريع الصناعية الخارجية، يُعدّ دعم التسليم والخدمة من الأمور بالغة الأهمية. يحتاج المشترون إلى أكثر من مجرد شحن المعدات، فهم بحاجة إلى دعم في تهيئة النظام، والوثائق الفنية، وإرشادات التشغيل، وإعداد أنظمة المراقبة، وخدمات ما بعد البيع. تُساعد خبرة شركة Sunway في مشاريع الطاقة الشمسية خارج الشبكة والمشاريع الهجينة التي تجمع بين الطاقة الشمسية وتخزين الطاقة المشترين على تقليل حالة عدم اليقين التي غالباً ما تظهر بين مراحل التصميم والتسليم والتركيب والتشغيل طويل الأمد.

أخطاء شائعة في مشاريع تخزين المصانع خارج الشبكة

الخطأ الأول هو اختيار النظام بناءً على سعة البطارية فقط. قد يكون نظام بسعة 1075 كيلوواط/ساعة ونظام بسعة 2 ميغاواط/ساعة مناسبين في ظروف مختلفة. يعتمد الاختيار الصحيح على حجم الحمل، وساعات التشغيل الاحتياطية، وإنتاج الطاقة الشمسية، وجدول الإنتاج.

الخطأ الثاني هو تجاهل تيار بدء تشغيل المعدات. فالمحركات والمضخات والضواغط وآلات المعالجة قد تُحدث ارتفاعات مفاجئة في الطاقة. لذا، يجب أن يُراعي تصميم العاكس ونظام تحويل الطاقة هذا الأمر.

الخطأ الثالث هو التعامل مع الأنظمة المتصلة بالشبكة والأنظمة المنفصلة عنها بنفس الطريقة. يمكن للموقع المتصل بالشبكة استخدام الشبكة كحاجز احتياطي. أما المصنع المنفصل عن الشبكة فيحتاج إلى كمية كافية من الطاقة الشمسية، واحتياطي من البطاريات، وموثوقية عالية في العاكس ليعمل بشكل مستقل.

الخطأ الرابع هو إغفال التوسع على المدى الطويل. قد تضيف المصانع خطوط إنتاج جديدة، أو معدات تبريد، أو إضاءة، أو آلات تعبئة وتغليف. يجب أن يتيح التصميم الجيد مجالاً لتخطيط الطاقة الإنتاجية المستقبلية.

قائمة التحقق النهائية قبل طلب تصميم النظام

قبل طلب التصميم، قم بإعداد موقع المصنع، والصناعة الرئيسية، والاستخدام اليومي للكهرباء، وذروة الحمل، وقائمة المعدات، وقائمة الأحمال الحرجة، وساعات التشغيل المطلوبة، ومساحة تركيب الطاقة الشمسية المتاحة، وظروف ضوء الشمس المحلية، وحالة الوصول إلى الشبكة، ومتطلبات الجهد والطور، ومساحة التركيب، وخطة التوسع.

بالنسبة للمشاريع المشابهة لمصنع معالجة البن هذا في بيرو، والذي يعمل خارج الشبكة الكهربائية، ينبغي تخطيط النظام كنظام متكامل للطاقة الشمسية مع تخزين الطاقة، وليس كألواح شمسية وبطاريات منفصلة. يجب أن تعمل سعة الألواح الكهروضوئية، وسعة البطاريات، وقدرة العاكس، وتصميم نظام تتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT)، والحماية، والمراقبة، وخدمة ما بعد البيع بتناغم تام.

توفر شركة صن واي حلول تخزين الطاقة الشمسية بالنسبة لمشاريع الطاقة التجارية والصناعية والمنفصلة عن الشبكة والهجينة. أما بالنسبة للمصانع ومواقع معالجة المنتجات الزراعية والمستودعات والمباني التجارية الكبيرة، فإن نقطة البداية الأكثر فائدة هي بيانات الأحمال الفعلية. أرسل لنا تفاصيل مشروعك، ويمكننا المساعدة في مراجعة نظام تخزين الطاقة المناسب من فئة 500 كيلوواط أو تكوين الطاقة الشمسية بالإضافة إلى التخزين الأكبر لموقعك.

يمكن أن تشمل المراجعة الكاملة أيضًا سعة البطارية، ومطابقة الخلايا الكهروضوئية، وحماية النظام، وتخطيط التركيب، ودعم التشغيل، ودعم التشغيل، بحيث يكون النظام النهائي أسهل في النشر والصيانة بعد التسليم.

التعليمات

س: هل نظام تخزين الطاقة بقدرة 500 كيلوواط كافٍ لمصنع خارج الشبكة؟

ج: يعتمد ذلك على ذروة الحمل في المصنع، والمعدات الحيوية، وساعات التشغيل، ووقت تشغيل البطارية المطلوب. يمكن لنظام بقدرة 500 كيلوواط أن يدعم العديد من المشاريع الصناعية متوسطة الحجم، ولكن يجب أن يستند التكوين النهائي إلى بيانات الحمل الفعلية وظروف توليد الطاقة الشمسية.

س: ما الفرق بين نظام تخزين الطاقة بسعة 1075 كيلوواط ساعة ونظام الطاقة الشمسية بالإضافة إلى التخزين بسعة 2 ميغاواط ساعة؟

ج: يوفر نظام تخزين الطاقة بسعة 1075 كيلوواط/ساعة سعة تخزين أقل، وقد يناسب مشاريع تجارية وصناعية متوسطة الحجم أو النشر المرحلي. أما نظام بسعة 2 ميغاواط/ساعة فيمكنه دعم فترات تشغيل أطول أو أحمال أكبر خارج الشبكة. يعتمد الخيار الأمثل على طلب الإنتاج، وساعات النسخ الاحتياطي، وقدرة شحن الألواح الشمسية.

س: لماذا تحتاج المصانع التي لا تعتمد على الشبكة الكهربائية إلى بطاريات بدلاً من الألواح الشمسية فقط؟

ج: لا تُولّد الألواح الشمسية الطاقة إلا عند توفر ضوء الشمس. أما البطاريات، فتخزن الطاقة الشمسية خلال النهار وتُطلقها عندما يتجاوز الطلب على الإنتاج إنتاج الألواح الكهروضوئية، أو خلال فترات الغيوم، أو بعد غروب الشمس. بالنسبة للمصانع غير المتصلة بالشبكة، يُحوّل التخزين توليد الطاقة الشمسية المتغير إلى مصدر طاقة أكثر استقرارًا.