EN
Quick Links
تستهلك معظم أنظمة تكييف الهواء المركزية ما بين 3 إلى 5 كيلوواط أثناء تشغيلها، لكن الوحدات المثبتة على النوافذ تحتاج عمومًا إلى طاقة أقل بكثير، حوالي نصف كيلوواط تصل إلى 1.5 كيلوواط اعتمادًا على حجمها وكفاءة تصنيعها. على سبيل المثال، مكيف هواء مركزي قياسي بسعة 24000 وحدة حرارية بريطانية (BTU) يستهلك عادةً حوالي 4 كيلوواط من الشبكة، مقارنة بوحدات النوافذ الأصغر بسعة 12000 وحدة حرارية بريطانية والتي تستهلك حوالي 1.2 كيلوواط وفقًا لبيانات Energy Star لعام 2023. يصبح فهم هذه المتطلبات الكهربائية الأساسية مهمًا جدًا عند تحديد حجم البطاريات الاحتياطية المناسبة للمنازل التي تفكر في حلول طاقة بديلة.
عند تشغيل مكيفات الهواء لأول مرة، فإنها تحتاج فعليًا إلى كهرباء تصل إلى ثلاثة أضعاف ما تحتاجه أثناء التشغيل الطبيعي. خذ على سبيل المثال وحدة مركزية قياسية بقوة 4 كيلوواط، فقد تصل ذروتها إلى 12 كيلوواط فقط لتشغيل الضاغط الكبير من حالة توقف تام. تواجه أنظمة البطاريات الاحتياطية تحديًا حقيقيًا هنا، لأنها يجب أن تكون قادرة على التعامل مع هذه الطلبات المفاجئة على الطاقة دون السماح بانخفاض الجهد الكهربائي إلى مستويات منخفضة جدًا، مما يؤدي إلى إيقاف تشغيل كل الأجهزة بشكل غير متوقع. هذا هو السبب في أن العديد من مالكي المنازل يجدون صعوبة في تشغيل أجهزة تحويل التي تُعلن عادةً أنها قادرة على التعامل مع 10 كيلوواط باستمرار، عندما تواجه تلك الزيادات القصيرة ولكن الشديدة بقوة 12 كيلوواط الناتجة عن وحدات تكييف 3 طن الخاصة بهم عند التشغيل.
يجب أن توفر نظام البطارية كلاً من:
| نوع التكييف الهوائي | مدة التشغيل لكل بطارية 10 كيلوواط ساعة | التصنيف الأدنى للمحول |
|---|---|---|
| مركزي (4 كيلوواط) | 1.5–2.5 ساعة | 5 كيلوواط مستمر |
| نافذة (1.2 كيلوواط) | 6-8 ساعات | 2 كيلوواط مستمر |
تقييدات عمق التفريغ (DoD) تقلل السعة القابلة للاستخدام - تسمح بطاريات الليثيوم أيون عادةً بـ 90٪ DoD، مما يعني أن الوحدة ذات 10 كيلوواط ساعة توفر حوالي 9 كيلوواط ساعة للأحمال التيار المتردد.
وبحسب دراسة نُشرت في موقع كلين تكنيكا عام 2025، والتي تناولت المنازل المبنية لتتحمل العواصف، فإن نظام بطارية الطاقة الشمسية القياسي بسعة 10 كيلوواط/ساعة يمكنه تشغيل مكيف هواء نموذجي بسعة 3 أطنان لمدة ساعة تقريبًا خلال انقطاع التيار الكهربائي إذا استخدمنا تقنيات إدارة الأحمال الذكية. هل ترغب في تشغيل أطول؟ حسنًا، يحتاج الناس عمومًا إلى إعادة شحن تلك البطاريات مرة أخرى عبر الألواح الشمسية أو تركيب حزم بطاريات إضافية للحصول على فترات تشغيل أطول بكثير. النقطة الأساسية هنا هي مطابقة سعة تخزين الطاقة لدينا مع نوع الطقس الذي نواجهه محليًا، فهذا هو ما يصنع الفرق. على سبيل المثال، يجب على المنازل الواقعة في مناطق معرّضة لحدوث موجات حرارة متكررة أن تفكر في الاستثمار في أنظمة بسعة 20 كيلوواط/ساعة أو حتى أنظمة أكبر لضمان البقاء باردًا عندما ترتفع درجات الحرارة بشكل غير متوقع.
عند التفكير في خيارات الطاقة الاحتياطية، يواجه معظم أصحاب المنازل خيارًا بين حماية الأساسيات فقط أو تغطية المنزل بالكامل. تحتاج الاحتياجات الأساسية مثل الحفاظ على برودة الطعام، والحفاظ على درجات حرارة مريحة، وتشغيل الإضاءة عادةً إلى حوالي 3 إلى 5 كيلوواط من الطاقة. ولكن إذا أراد الشخص تشغيل كل شيء أثناء انقطاع التيار الكهربائي، بما في ذلك الأجهزة الكبيرة ذات الاستهلاك المرتفع للطاقة مثل المواقد الكهربائية ومجففات الملابس، فسيحتاج حينها إلى سعة تتراوح بين ثلاثة إلى خمسة أضعاف ما هو مطلوب للأساسيات وحدها. وبحسب مختلف الدراسات الصناعية، ينتهي الأمر بحوالي سبعة من كل عشرة أشخاص باختيار أنظمة احتياطية جزئية فقط بسبب التكلفة وكفاءة هذه الأنظمة الصغيرة نسبيًا. أما الحلول التي تغطي المنزل بأكمله فتظل حكرًا على الأماكن التي تشهد انقطاعات كهرباء طويلة تمتد لعدة أيام متتالية.
الحصول على صورة دقيقة عن الحمل الكهربائي يعني جمع الواطات التشغيلية مع تلك الواطات الإضافية عند التشغيل لكل جهاز مهم. خذ على سبيل المثال وحدة التكييف المركزية، التي عادةً ما تعمل بحوالي 3.8 كيلوواط ولكن يمكن أن تصل إلى ذروة تقارب 11 كيلوواط عند تشغيلها لأول مرة. ثم هناك الثلاجة التي تستهلك ما بين 150 إلى 400 واط، بالإضافة إلى لمبات LED التي تستهلك حوالي 10 واط لكل واحدة، ناهيك عن مروحة نظام التدفئة وتكييف الهواء (HVAC) التي تتراوح قدرتها من 500 حتى 1200 واط اعتمادًا على الظروف. عند النظر في الاستهلاك الفعلي للطاقة أثناء الانقطاع، يجد معظم أصحاب المنازل من خلال أجهزة مراقبة الطاقة الخاصة بهم أن أنظمة التدفئة والتبريد وحدها تستهلك تقريبًا من 40 إلى 60 بالمئة من إجمالي الاستهلاك. هذا يجعل هذه الأنظمة العنصر الأكبر الذي يجب أخذه بعين الاعتبار عند التخطيط لحلول الطاقة الاحتياطية.
للحصول على 8 إلى 12 ساعة من المرونة، يمكن لبطارية سعة 15 كيلوواط ساعة مع بروتوكولات تخفيف الأحمال الحفاظ على تشغيل محدود لمكيف الهواء إلى جانب الأجهزة الأساسية. وللحصول على تغطية تمتد إلى 24 ساعة أو أكثر، يُوصى باستخدام بطارية بسعة 25 كيلوواط ساعة أو أكثر، على الرغم من أن درجات الحرارة المحيطة التي تزيد عن 95 درجة فهرنهايت قد تقلل السعة الفعالة بنسبة 18 إلى 25%. توفر الأنظمة الهجينة التي تجمع بين الشحن بالطاقة الشمسية والقدرات المتصلة بالشبكة الدعم الأكثر اعتمادًا لتبريد متعدد الأيام.
يتم تصنيف معظم أنظمة البطاريات الاحتياطية للمنازل من نوع الليثيوم أيون لتعمل حتى 90% من عمق التفريغ (DoD). يؤدي تجاوز هذه النسبة إلى تسريع التدهور وتقصير العمر الافتراضي. وبالتالي توفر بطارية سعتها 10 كيلوواط ساعة حوالي 9 كيلوواط ساعة من الطاقة القابلة للاستخدام أثناء تشغيل مكيف الهواء. التشغيل ضمن حدود عمق التفريغ الموصى بها يطيل عمر البطارية ويضمن أداءً ثابتًا أثناء فترات الانقطاع الحرجة.
تقوم المحولات بتحويل طاقة البطارية من التيار المستمر (DC) إلى تيار متردد (AC) للأجهزة، وعادة ما تعمل بكفاءة 92–97% تحت الأحمال المستقرة. ومع ذلك، أثناء بدء تشغيل الضواغط (الكومبروسرات) في التيار المتردد، حيث يرتفع الطلب إلى 3 أضعاف القدرة الكهربائية التشغيلية، قد تنخفض الكفاءة إلى أقل من 85%، مما يزيد من فقدان الطاقة. تقلل هذه inefficiencies ( inefficiencies تُترك كما هي) في التحويل من مدة التشغيل المتاحة، خاصة في الأنظمة التي تتعرض لدورات متكررة.
ينخفض أداء البطارية بشكل ملحوظ في درجات الحرارة المرتفعة. تُظهر الدراسات الكهروكيميائية أن السعة تتحلل بسرعة أكبر بنسبة 30% عند درجة حرارة 95° فهرنهايت مقارنة بـ 77° فهرنهايت، وتحديدًا في الوقت الذي يبلغ فيه الطلب على التبريد ذروته. تستهلك أنظمة إدارة الحرارة النشطة ما بين 5 إلى 15% من الطاقة المخزنة للحفاظ على درجات حرارة تشغيل آمنة، مما يقلل من السعة القابلة للاستخدام خلال فترات انقطاع التيار في الصيف.
يقوم المتحكم الذكاء بتحسين تشغيل الأجهزة عالية الاستهلاك من خلال إسقاط الأحمال غير الضرورية بشكل مؤقت أثناء بدء تشغيل التيار المتردد. تحافظ الخوارزميات المتقدمة على درجات حرارة داخلية ضمن نطاق 5 درجات فهرنهايت باستخدام دورات تبريد استراتيجية، مما يقلل من الاستهلاك الكلي للطاقة. يمكن لهذه الأنظمة أن تطيل مدة تشغيل التكييف القابلة للاستخدام بنسبة 35–50% مقارنة بالتشغيل المباشر المستمر.
أصبحت الألواح الشمسية اليوم تحدث فرقاً حقيقياً من حيث تقليل استخدام مكيفات الهواء. خذ على سبيل المثال نظام تكييف هواء قياسي بسعة 3 أطنان، حيث يستهلك عادةً ما بين 28 إلى 35 كيلوواط في الساعة يومياً عند التشغيل الكامل. والآن تخيل أن لديك نظاماً شمسياً بقدرة 4 كيلوواط لا يشحن بطارية بسعة 10 كيلوواط في الساعة خلال ساعتين إلى ثلاث ساعات من أشعة الشمس الجيدة فحسب، بل يبقي مكيف الهواء يعمل طوال فترة سطوع الشمس. أظهرت بعض النتائج المثيرة من دراسات حديثة أن الجمع بين المجمعات الضوئية الحرارية وتكنولوجيا المضخات الحرارية يمكنه خفض متطلبات الطاقة اللازمة للتبريد بنسبة تصل إلى النصف، وفقاً لما ذكره بيلاردو وزملاؤه في عام 2020. وبالطبع، موقع التركيب يلعب دوراً كبيراً أيضاً. وفقاً لباحثين من مختبر نيلز (NREL) في العام الماضي، فإن الأنظمة المثبتة في ولاية أريزونا المشمسة تشحن البطاريات أسرع بنسبة 80% مقارنة بالأنظمة المماثلة في ميتشيغان. تبرز هذه الفروقات مدى أهمية فهم الظروف المناخية المحلية لأي شخص يسعى إلى تحقيق أقصى استفادة من استثماره في الطاقة الشمسية.
إن البطاريات التي تُشحن من الشبكة وحدها لن تكون كافية عند تشغيل مكيف الهواء خلال فترات انقطاع الكهرباء الطويلة. خذ على سبيل المثال بطارية قياسية سعتها 15 كيلوواط ساعة تُشغل وحدة تكييف هوائي نموذجية بسعة 3 أطنان تعمل نصف الوقت أثناء تشغيلها - ستنفد هذه البطارية تقريبًا خلال 6 ساعات بعد غروب الشمس. ومع ذلك، تبدو الأمور أفضل بكثير عند دمج الطاقة الشمسية. حيث يمكن أن تمتد مدة بقاء نفس البطارية ما بين 15 إلى 20 ساعة لأنها تُعاد شحنه خلال النهار. للبطاريات المنفصلة مشكلة أخرى أيضًا. فهي تفقد حوالي 12 إلى 18 بالمائة من طاقتها كل مرة يُشغل فيها الضاغط بسبب عمليات التحويل المستمرة من التيار المستمر إلى التيار المتردد. وبحسب بحث حديث حول مرونة الشبكة، فإن هذه الفاقد يجعل الأنظمة المنفصلة أقل كفاءة بنسبة تصل إلى 23 بالمائة مقارنةً بالإعدادات الهجينة بالطاقة الشمسية في الوقت الذي نحتاج فيه أكثر ما إلى التبريد خلال أشهر الصيف. وتدعم هذه النتيجة بشكل واضح الدراسة التي أجراها معهد بونيمون السنة الماضية.
في معظم الأوقات، لا يستحق الأمر العناء من أجل الحصول على ضعف قوة البطارية فقط من أجل تشغيل التكييف لمدة تتراوح بين ساعتين إلى ثلاث ساعات. انظر إلى هذه الأرقام: تركيب بطارية بسعة 20 كيلوواط ساعة تعمل على التبريد لمدة 4 ساعات سيكلّف الشخص حوالي 14,000 إلى 18,000 دولار. وهذا يعادل تقريبًا زيادة بنسبة 92% في التكلفة مقارنةً بالاختيار النظامي القياسي بسعة 10 كيلوواط ساعة والجاهز للتكامل مع الطاقة الشمسية. بالطبع، البطاريات الأكبر تؤدي وظيفتها بشكل جيد أثناء الانقطاعات القصيرة للتيار الكهربائي من حين لآخر، لكن هناك خيارًا آخر يستحق النظر. الأنظمة التي تجمع بين البطاريات العادية ولوحات شمسية بقوة 5 إلى 7 كيلوواط توفر فعليًا ما يقارب 6 مرات من دورات التبريد في السنة وبسعر مشابه تقريبًا. إن تقنيات تخزين الطاقة الحرارية الجديدة مثيرة بالفعل للاهتمام، لكن الخبراء يعتقدون أنها لا تزال بحاجة إلى 3 إلى 5 سنوات قبل أن تصبح متداولة على نطاق واسع.
من حيث الحفاظ على تشغيل الكهرباء أثناء الانقطاعات، فإن المولدات الاحتياطية تستمر في العمل طوال الوقت. خذ على سبيل المثال موديل 10 كيلوواط، فهو قادر على تشغيل نظام تكييف هواء مركزي باستمرار طالما كان هناك وقود متاح. بالمقارنة مع بطارية 10 كيلوواط ساعة مزودة بمحول 5 كيلوواط، فإنها تجد صعوبة في الحفاظ على تشغيل وحدة تكييف 3 أطنان لأكثر من 2 إلى 3 ساعات بسبب قيود المحول المزعجة وارتفاعات الطاقة المفاجئة عند تشغيل الأجهزة. يظهر الاختلاف الحقيقي عندما تحتاج عدة أجهزة كبيرة إلى التشغيل في نفس اللحظة. المولدات تتعامل مع هذه المواقف بشكل أفضل بكثير، وهذا السبب يجعلها الخيار المفضل للحلول الاحتياطية الشاملة للمنازل على الرغم من ارتفاع تكلفتها الأولية.
تعمل أنظمة البطاريات بصمت ولا تطلق ملوثات، وهي مثالية للفترات القصيرة من الانقطاع (<12 ساعة) والمنازل المدعومة بالطاقة الشمسية. ومع ذلك، فإن الانقطاعات التي تستمر 72 ساعة تفضل المولدات، والتي تخزن طاقة أكبر بكثير - حيث يوفر كل غالون من البروبان حوالي 27 كيلوواط ساعة. تستخدم بعض الأنظمة الهجينة البطاريات لأغراض المرونة اليومية والمولدات كدعم للانقطاعات الطويلة.
| عامل | مولد احتياطي | بطارية احتياطية للمنزل |
|---|---|---|
| وقت التشغيل | غير محدود (مع الوقود) | 8–12 ساعة (نظام 10 كيلوواط ساعة) |
| مستوى الضوضاء | 60–70 ديسيبل | <30 ديسيبل |
| انبعاثات أول أكسيد الكربون | 120–200 رطلاً/يوماً | 0 رطلاً/يوماً (مشحونة بالطاقة الشمسية) |
تتراوح تكاليف المولدات بين 4000 و12000 دولار عند التركيب، وتتراوح تكاليف الوقود والصيانة السنوية بين 800 دولار أو أكثر (Ponemon 2023). تتراوح تكاليف أنظمة البطاريات (15000 إلى 25000 دولار) أعلى في البداية، لكنها تتميز بتكاليف تشغيل أقل، خاصة مع استخدام الطاقة الشمسية. على مدى 10 سنوات، تصبح البطاريات الليثيومية أرخص بنسبة 20-40٪ في المناطق التي تعاني من انقطاعات متكررة، خاصة عند أخذ الائتمان الضريبي والتكاليف المدخرة من الوقود في الاعتبار.
عادةً ما تعمل وحدات التكييف المركزية بقدرة تتراوح بين 3 و 5 كيلوواط، بينما تستهلك الوحدات الصغيرة المثبتة في النوافذ حوالي 0.5 إلى 1.5 كيلوواط اعتمادًا على الحجم والكفاءة.
عند التشغيل، تحتاج مكيفات الهواء إلى ثلاثة أضعاف الطاقة مقارنة بحالتها العادية في العمل. ويجب أن تكون أنظمة الدعم قادرة على التعامل مع هذه الزيادات لمنع انخفاض الجهد الكهربائي.
يُحسّن الدمج مع الطاقة الشمسية أداء البطارية، حيث يمددها بشحن إضافي خلال الفترات المشمسة مقارنة بالأنظمة المنفصلة.
البطاريات صامتة وخالية من الانبعاثات ومناسبة لانقطاع التيار القصير، بينما توفر المولدات وقت تشغيل غير محدود باستخدام الوقود، مما يجعلها مناسبة للانقطاعات الطويلة.