لقد انخفضت أسعار الوحدات الشمسية والبطاريات الليثيوم بشكل حاد خلال العقد الماضي، مما جعل الشبكات الصغيرة الشمسية أكثر جدوى عبر المواقع النائية والتجارية والصناعية [1]. ومع ذلك، فإن انخفاض التكلفة لا يزيل الحدود الفيزيائية لإنتاج الطاقة الشمسية. قد تواجه شبكة صغيرة تعتمد فقط على الطاقة الشمسية فترات غيوم ممتدة، وأحمال عالية خلال الليل، ومتطلبات بدء تشغيل المحركات التي تتجاوز ما يمكن للبطارية تغطيته اقتصاديًا. تضيف الشبكة الهجينة توليدًا قابلًا للتوجيه وتخزينًا أعمق غالبًا لمعالجة تلك الظروف مباشرة.

كيفية عمل شبكة صغيرة تعتمد فقط على الطاقة الشمسية

عادةً ما تتكون الشبكة الصغيرة الشمسية من مصفوفة فلطائية، واحد أو أكثر من العواكس، بنك بطاريات، ومتحكم إدارة الطاقة. في وضع الجزيرة، يشكل العاكس الشبكة ويوازن بين خرج الطاقة الشمسية والحمل وشحن البطارية. خلال ظروف الشمس الجيدة، يشحن النظام البطارية ويخدم الحمل في الوقت ذاته. في الليل أو تحت الغيوم، تفرغ البطارية حتى تصل إلى أدنى حالة شحن لها. عند تلك النقطة، يجب على المتحكم إما تقليل الحمل غير الضروري أو إيقاف التشغيل تمامًا.

توجهات تصميم النظام مثل IEC 62257 توجه مشاريع الكهرباء المتجددة والهجينة من خلال ربط الحجم بالطلب اليومي على الطاقة، وموارد الشمس، والاستقلالية المطلوبة [2]. الحد الأساسي ليس إنتاج الطاقة الشمسية نفسه، بل مدة التخزين. إذا كان الموقع لديه حمل حرج لمدة 24 ساعة، قد يتطلب التصميم الشمسي فقط بطارية كبيرة جدًا، أو تقليل الحمل بشكل كبير، أو قبول خطر الانقطاع.

كيفية تعزيز بنية الشبكة الهجينة

تضيف الشبكة الهجينة مولدات قابلة للتوجيه واحدة أو أكثر، عادة ديزل أو غاز، وغالبًا بطارية أكبر مع إلكترونيات طاقة سريعة. يمكن للنظام أن يعمل بشكل كامل باستخدام الطاقة المتجددة عندما تكون الشمس والتخزين كافيين، ويبدأ المولد لشحن البطارية أو دعم التحميل الزائد، ويعود إلى التشغيل بقيادة الشمس بمجرد تحسن الظروف. التصاميم الحديثة يمكنها التبديل بين مصادر الطاقة الشمسية، والتخزين، والمولد في غضون ميلي ثانية.

في هذا الهيكل، ليست البطارية مجرد طاقة احتياطية؛ إنها طبقة التوجيه التي تحول طاقة الشمس إلى ساعات الليل وتنعيم تشغيل المولد. على سبيل المثال، قائمة نطاق الطاقة الهجينة لشركة Tide Power تتضمن تكوينات من 10 ك.ف.أ إلى 250 ك.ف.أ مع تبديل في غضون ميلي ثانية وتشغيل بدون مراقبة. وحدة مثل TP-50P مُقاسة للمواقع الصغيرة النائية، بينما قد تتوسع المواقع الصناعية الأكبر نحو الحد الأعلى من النطاق.

تحول الشبكات الهجينة التخزين من مجرد مخزن مؤقت إلى أصل قابل للتوجيه. <التنقل في تخزين الطاقة: الفروق الرئيسية بين أنظمة تخزين الطاقة الكبيرة والصغيرة الحجم> يغطي كيف يتغير تخطيط التخزين بين تطبيقات الشبكة على مستوى المرافق والتوزيع الميداني.

مقارنة بين الشبكة الشمسية والهجينة: الاختلافات الفنية والتشغيلية

حيث يمكن لشبكة صغيرة الاتصال بالمرفق، يحدد معيار IEEE 1547 متطلبات الأداء والتشغيل البيني لموارد الطاقة الموزعة، بما في ذلك تنظيم الجهد، والمرور خلال الأعطال، وتنسيق الحماية [3]. يجب تحديد نظام هجين يمكنه أيضًا العمل في وضعية التوازي مع المرفق وفقًا لهذه المتطلبات بدلاً من معاملته فقط كمولد احتياطي.

مقايضات التكلفة، الاعتمادية، ومدة التشغيل

أرخص بنية معمارية ليست ثابتة. يتم تحديدها بواسطة شكل الحمل اليومي، وتكلفة توصيل الوقود، ومدة الانقطاع المقبولة. نظام الطاقة الشمسي فقط يتجنب تكاليف المولد ومعالجة الوقود، لكنه قد يتطلب زيادة كبيرة في حجم البطاريات للوصول إلى استقلالية لعدة أيام. يضيف النظام الهجين تكلفة المولد وصيانة المحرك، لكنه يمكن أن يقلل من حجم البطارية لأن المولد يغطي فترات الإشعاع المنخفض الطويلة.

الاعتمادية هي الفرق الأوضح. يمكن تصميم شبكة صغيرة تعتمد على الطاقة الشمسية فقط لتكون متاحة بشكل كبير خلال النهار، لكن أداؤها خلال الليل والعواصف محدود بالطاقة المخزنة. يمكن للشبكة الصغيرة الهجينة الاستمرار في العمل طالما تم الحفاظ على إمدادات الوقود وفترات خدمة المحرك. يجب أن تلتزم أنظمة البطاريات في أي من البنيتين بمعايير السلامة مثل UL 9540 لأنظمة وتخزين الطاقة [4].

قارن حالة التشغيل الخاصة بك. أرسل منحنى الحمل اليومي الخاص بك، وتقدير الموارد الشمسية، وأقصى مدة انقطاع مسموح بها إلى [email protected]. اطلب ورقة مقارنة بين الشبكة الشمسية والهجينة مع خيارات تحديد حجم الألواح الشمسية، البطاريات، والمولدات. إذا كان الموقع متصلًا بالشبكة ولكن يتطلب احتياطي، قم بتضمين معيار الربط مع المرفق الكهربائي في طلبك.

إطار اختيار الموقع وتحديد الحجم

عادةً ما يكون الشبكة الشمسية فقط مناسبة عندما:

• الحمل يكون في الغالب خلال النهار أو يمكن تقليله خلال الليل.
• المساحة لمصفوفة الألواح الشمسية كافية.
• توصيل الوقود صعب أو مكلف أو محدود.
• لوائح الانبعاثات تجعل تصاريح المولدات صعبة.
• الانقطاع المجدول أو تقليل الخدمة الليلية مقبول.

عادةً ما يكون الشبكة الهجينة مناسبة عندما:

• الموقع يحتوي على أحمال حرجة على مدار الساعة طوال الأسبوع.
• المحركات الكبيرة أو الضواغط تخلق تيارات بداية عالية.
• توصيل الوقود ممكن وآمن.
• الموقع بعيد، معزول، أو يتعرض لعواصف طويلة.
• الصيانة الدعم تتوفر خدمة المولدات.

القرار ليس فقط حول المعدات. على سبيل المثال، قد يتجنب موقع بمتوسط حمل 15 كيلواط ومدة استقلالية ليلية ست ساعات مضاعفة بنك البطاريات بإضافة مولد صغير بدلاً من ذلك. توصي أعمال الابتكار في الشبكات الصغيرة من الوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA) بالهياكل الهجينة حيث تكون كثافة الحمل منخفضة وتحسن النسخ الاحتياطي القابل للتوجيه الاعتمادية دون الحاجة إلى تخزين مفرط [5].

هل تحتاج إلى مسار تصميم؟ أرسل مخططًا خطيًا واحدًا أو قائمة الأحمال إلى [email protected]. حدد ما إذا كان يجب أن تعمل الشبكة الصغيرة في وضع الجزيرة، أو وضع الشبكة المتوازية، أو كلاهما. يمكن للفريق أن يختصر TP-250P التكوينات الهجينة أو التخطيط الذي يهيمن عليه الطاقة الشمسية قبل الالتزام بالمشتريات.

قائمة التحقق من المشتريات للأنظمة الصغيرة الشمسية والهجينة

استخدم قائمة التحقق التالية قبل طلب اقتراح نظام:

• ملف تحميل لمدة 8760 ساعة أو بيانات الفاصل المقاسة
• التحميل الأقصى بالكيلوواط، قدرة بدء المحرك بالكيلو فولت أمبير، ومعامل القدرة
• الطلب اليومي على الطاقة بالكيلوواط ساعة
• تقييم مصدر الطاقة الشمسية أو مراجعة الظل في الموقع
• الاعتمادية المطلوبة بالساعات
• توفر الوقود وسعة الخزان للمولد
• متطلبات رمز الشبكة أو موافقة المرفق الكهربائي
• الامتثال لمعايير سلامة البطاريات
• خطة التشغيل والصيانة
• استراتيجية المراقبة عن بعد وقطع الغيار

ملف الحمل الكامل أكثر قيمة من رقم الذروة الواحد. يظهر ما إذا كان التصميم يجب أن يكون بقيادة الطاقة الشمسية مع مولد صغير، أو بقيادة المولد مع دعم من الطاقة الشمسية.

يجب أن تحدد مسار الشراء العملي أيضًا نطاق الخدمة، ودعم القطع الاحتياطية، وملكية التشغيل التجريبي.ما بعد التوليد: حلول الطاقة المتكاملة من Tide Power وخدمة مخصصةيغطي كيف يتم تحديد نطاق حلول الطاقة المتكاملة حول ملفات الحمل وقيود الموقع.

الأسئلة الشائعة

هل نظام الطاقة الشمسية فقط أرخص من النظام الهجين؟

عادةً ما يكون التكلفة المبدئية أقل للطاقة الشمسية فقط، لكن التكلفة الإجمالية على مدى العمر تعتمد على حجم البطارية والاعتمادية المطلوبة. قد يقلل النظام الهجين من حجم البطارية الزائد مع إضافة تكاليف المولد والوقود. الاختيار الأفضل يعتمد على شكل حمل الموقع وتحمل الانقطاعات.

هل يمكن لنظام الطاقة الهجين العمل بدون وقود ديزل؟

نعم. يمكن لنظام ميكروجريد هجين العمل على الطاقة الشمسية والتخزين فقط عندما تكون الموارد وحالة الشحن كافية. يتوفر المولد للتعويض عن العجز، والصيانة، أو العواصف الممتدة، لكنه لا يجب أن يعمل بشكل مستمر.

أي بنية تحتية هي الأفضل لحمولة صناعية تعمل على مدار الساعة طوال الأسبوع؟

الهجين هو بشكل عام الأنسب. لا يمكن لنظام يعتمد فقط على الطاقة الشمسية ضمان استمرارية التيار خلال الغيوم الطويلة أو الأحمال الليلية العالية بدون تخزين كبير جدًا. المولد القابل للتشغيل بشكل مرن يقلل بشكل كبير من ذلك الخطر.

كمية التخزين بالبطارية التي يحتاجها نظام ميكروجريد هجين؟

يجب أن يغطي حجم البطارية ساعات الحمل المنخفضة المقصودة، ويقبل الشحن الشمسي، ويدعم تشغيل/إيقاف المولد بدون دورات مفرطة. يتم تحديد الحجم الدقيق بواسطة نمذجة الاستقلالية بدلاً من نسبة ثابتة من الحمل اليومي.

هل يمكنني إضافة مولد إلى شبكة الطاقة الشمسية الصغيرة الموجودة في وقت لاحق؟

غالبًا نعم، ولكن يجب أن يدعم العاكس ووحدة إدارة الطاقة إدخال المولد، ومنطق تشكيل الشبكة، وتنسيق الحماية. في بعض الحالات، يتطلب الأمر ترقية التحكم وتغييرات في حماية الموقع.

كيف أبدأ المقارنة؟

جمع بيانات الحمل خلال الفترات، وتحديد مدة الانقطاع المقبولة، ومراجعة موارد الطاقة الشمسية، والتأكد من توفر الوقود. ثم قم بإجراء تمرين تحديد الحجم الذي يقارن بين البطارية فقط، والطاقة الشمسية مع التخزين، والتكوينات الهجينة مقابل نفس ملف الحمل.

cURL Too many subrequests by single Worker invocation. To configure this limit, refer to https://developers.cloudflare.com/workers/wrangler/configuration/#limits

[1] الوكالة الدولية للطاقة المتجددة، “تكاليف توليد الطاقة المتجددة في 2024”، 2025.

[2] IEC 62257-4:2018، “توصيات لأنظمة الطاقة المتجددة والهجينة للكهرباء الريفية - الجزء 4: اختيار وتصميم النظام.”

IEEE، “IEEE Std 1547-2018 — معيار الربط والتشغيل البيني لمصادر الطاقة الموزعة مع واجهات أنظمة الطاقة الكهربائية المرتبطة بها,” 2018.

[4] UL 9540، “المعيار لأنظمة وتجهیزات تخزين الطاقة.”

[5] الوكالة الدولية للطاقة المتجددة، “نظرة مستقبلية للابتكار: الشبكات الصغيرة المتجددة”، 2018.

إذا كنت مهتمًا، اطلع على هذه المقالات ذات الصلة:

شكرًا لانضمامكم إلينا في إلكتريك & باور إندونيسيا 2024
سيجعل السوق الآسيوي توليد الطاقة بالغاز أحد أسرع المناطق نموًا
انضم إلى Tide Power في معرض كانتون لمشاهدة الابتكار قيد التنفيذ
تيد باور تكشف عن حلول طاقة هجينة متقدمة، تعيد تعريف مرونة الطاقة الصناعية
التزامن الناجح لـ 7 مجموعات توليد غاز في أفريقيا