EN
روابط سريعة
تُخزِّن حلول تخزين البطاريات المنزلية الكهرباء الزائدة إما من شبكة الطاقة أو من مصادر متجددة مثل الألواح الشمسية لاستخدامها عند الحاجة. وعادةً ما يشمل النظام عدة مكونات تعمل معًا: حزم البطاريات نفسها، وعاكس التيار الذي يحوّل التيار المستمر إلى تيار متناوب، بالإضافة إلى ما يُعرف بنظام إدارة البطارية (BMS). ويؤدي هذا النظام دورًا محوريًا في الحفاظ على السلامة وضمان التشغيل الفعّال. وقد أصبحت بطاريات الليثيوم أيون الخيار المفضّل في معظم الأنظمة الحديثة لأنها تستهلك مساحة أقل وتتمتع بعمر أطول بكثير مقارنةً بالخيارات القديمة من بطاريات الرصاص الحمضية. وعادةً ما توفر ما بين ثلاث إلى خمس مرات أكثر من دورات الشحن قبل الحاجة إلى الاستبدال، مما يجعلها أكثر فعالية من حيث التكلفة على المدى الطويل رغم ارتفاع تكلفتها الأولية.
عندما ينقطع تيار الشبكة الكهربائية، تدخل بطاريات النسخ الاحتياطي المنزلية حيز العمل تقريبًا على الفور، وعادةً أسرع من المولدات المحمولة القديمة التي لا يزال الناس يعتمدون عليها. ستحافظ معظم الأنظمة ذات سعة 10 كيلوواط ساعة على تشغيل الأمور لمدة تتراوح بين 12 إلى 24 ساعة، وتغطي الأساسيات مثل تشغيل الثلاجة، والأجهزة الطبية الحرجة، واحتياجات الإضاءة الأساسية. كما أن إصدارات الليثيوم أيون أكثر كفاءة بكثير، حيث تحقق كفاءة ذهاب وإياب تتراوح بين 90 و95% مقارنةً بـ70 إلى 85% فقط من بدائل الرصاص الحمضية. مما يجعل بطاريات الليثيوم خيارات أفضل بكثير للمنازل التي تحتاج إلى طاقة موثوقة أثناء حالات الطوارئ، خاصةً في المناطق التي تحدث فيها الانقطاعات بانتظام على مدار العام.
معظم المنازل التي تقوم بتركيب بطاريات تعتمد على تكنولوجيا فوسفات الليثيوم الحديدي (LFP أو LiFePO4) لأن هذه البطاريات تحتل حوالي 90% من حصة السوق. فهي تتمتع بكثافة طاقية تتراوح بين 150 و200 واط في الساعة لكل كيلوغرام، وتتوافق بشكل ممتاز مع العاكسات الشمسية القياسية، وتُعدّ طويلة الأمد بشكل استثنائي — نتحدث عن 6,000 دورة شحن، ما يعادل تقريبًا من 10 إلى 15 عامًا إذا استُخدمت يوميًا. ما يجعل بطاريات LFP جذابة للغاية هو درجة أمانها العالية مقارنةً بالخيارات الأخرى. فتركيبتها الكيميائية لا تشتعل بسهولة كما هو الحال مع بعض البدائل. بالإضافة إلى ذلك، فإنها تتحمل درجات الحرارة المتجمدة بشكل أفضل من العديد من المنافسين، ولا تحتاج إلى أنظمة تبريد متقدمة تعمل باستمرار، مما يوفر المال والمساحة في البيئات السكنية حيث تكون مساحة التركيب محدودة.
على الرغم من أن بطاريات الرصاص الحمضية تكلف أقل بنسبة 50—70٪ في البداية (200—400 دولارًا أمريكيًا/كيلوواط ساعة)، إلا أنها تدوم فقط من 500 إلى 1,000 دورة ولها كفاءة دوران أقل (70—80٪). كما تتطلب صيانة منتظمة وتتدهور بسرعة إذا تم تفريغها بأكثر من 50٪، مما يحد من ملاءمتها للدورات اليومية مع الألواح الشمسية ويجعل استخدامها مقصورًا على أدوار الدعم الطارئ.
تعمل بطاريات الصوديوم والكبريت عند درجات حرارة عالية، عادة بين 300 و350 درجة مئوية، وهي درجات مرتفعة جداً وفق أي معيار. وتبلغ كفاءتها حوالي 80 إلى 85 بالمئة مع الحفاظ على استقرار حراري جيد، لكن هذه الخصائص تجعلها مقتصرة في الغالب على البيئات المعملية بدلاً من الاستخدام المنزلي. أما بطاريات التدفق الأكسدة-اختزال (ريدوكس)، فهي تتميز بعمر افتراضي مثير للإعجاب يتجاوز 20,000 دورة شحن، ويمكنها التعامل مع عمليات تفريغ طويلة تمتد من ست إلى اثني عشر ساعة أو أكثر. ومع ذلك، يتراوح سعرها بين 500 و1,000 دولار لكل كيلوواط ساعة، بالإضافة إلى الحاجة إلى مساحة كبيرة نسبياً، مما يجعلها عملية بشكل رئيسي في العمليات الكبيرة مثل المرافق التجارية أو الشبكات الدقيقة، وليس في تركيبات المنازل الفردية.
| المتر | ليثيوم-أيون (LFP) | حمض الرصاص | ريدوكس فلو |
|---|---|---|---|
| كفاءة الدورة الكاملة (Round-trip Efficiency) | 95—98% | 70—80% | 75—85% |
| دورة الحياة | 6,000+ | 500—1,000 | 20,000+ |
| الصيانة | لا شيء | الفحص الشهري | سائل ربع سنوي |
| خطر الحريق | منخفض | معتدلة | مهمل |
توفر بطاريات LFP أفضل توازن للاستخدام المنزلي — تشغيل خالٍ من الصيانة، كفاءة عالية، وعمر وظيفي يبلغ ضعف أنظمة البطاريات الرصاصية الحمضية.
يستند استهلاك الطاقة في المنزل إلى السعة المثلى للبطارية. يستخدم المنزل الأمريكي المتوسط 25—35 كيلوواط ساعة يوميًا، ولكن السعة المطلوبة تعتمد على أهداف الاستخدام:
| سيناريو الاستخدام | السعة المقترحة | التطبيقات الرئيسية |
|---|---|---|
| الأساسيات الاحتياطية | 5—10 كيلوواط ساعة | الثلاجة، والإضاءة، والإنترنت |
| تحويل جزئي للطاقة | 10—15 كيلوواط ساعة | احتياجات الطاقة في المساء، وتكييف الهواء والتدفئة |
| تخزين كامل للطاقة الشمسية | 15+ كيلوواط في الساعة | منزل كامل، دعم متعدد الأيام |
تُفضل أنظمة الليثيوم أيون لقابلية توسيعها وكفاءتها العالية.
تحدد سعة البطارية (كيلوواط في الساعة) المدة التي يمكنك فيها تشغيل الأجهزة؛ بينما يحدد تصنيف القدرة (كيلوواط) عدد الأجهزة التي يمكن تشغيلها في وقت واحد. على سبيل المثال، توفر بطارية سعتها 5 كيلوواط في الساعة وانتاجها 5 كيلوواط طاقة فورية أكبر مقارنة بوحدة سعتها 10 كيلوواط وتصنيفها 3 كيلوواط. يجب مطابقة معدل التفريغ المستمر مع أعلى أحمال للأجهزة:
لحساب حجم النظام بدقة:
يستفيد منزل يستهلك 30 كيلوواط ساعة يوميًا مع ذروة طلب تبلغ 8 كيلوواط من بطارية سعة 15 كيلوواط ساعة وبمخرج 10 كيلوواط. وتسمح الأنظمة المعيارية بالتوسع في المستقبل مع تزايد احتياجات الطاقة.
تجمع أنظمة الطاقة الشمسية مع البطاريات بين الألواح المثبتة على السطح ووحدات التخزين المنزلية، مما يسمح للأشخاص باستغلال فائض طاقة أشعة الشمس بدلًا من إرسال كل هذه الطاقة إلى شركة الكهرباء. تستخدم معظم الأنظمة الحديثة بطاريات من نوع LiFePO4 جنبًا إلى جنب مع عاكسات هجينة خاصة تقوم بكلا الوظيفتين في آنٍ واحد. تقوم هذه الأجهزة باستقبال التيار المستمر من الألواح وتحويله إلى كهرباء منزلية عادية، وفي الوقت نفسه تخزن أي فائض في بنوك البطاريات. وتتفاوت درجة المساعدة في تقليل الاعتماد على الشبكة بشكل كبير حسب عدة عوامل. تشير بعض الدراسات إلى أن مالكي المنازل قد يتمكنون من خفض اعتمادهم على مصادر الطاقة الخارجية بنسبة تتراوح بين أربعين بالمئة وتصل إلى ثمانين بالمئة خلال الفترات التي تكون فيها أسعار الكهرباء في أعلى مستوياتها. بطبيعة الحال، تعتمد النتائج في العالم الواقعي بشكل كبير أيضًا على الظروف المحلية وجودة المعدات.
تعمل أنظمة الطاقة الشمسية المركبة منذ عام 2015 فما بعد بشكل جيد عمومًا مع البطاريات عند توصيلها عبر الاقتران التيار المتردد (AC coupling)، وهذا يعني ببساطة توصيل البطارية مباشرةً باللوحة الكهربائية الرئيسية. أما بالنسبة للأنظمة الأقدم التي تستخدم عواكس سلسلة (string inverters)، فإن الأمور تصبح أكثر تعقيدًا بعض الشيء. فقد يحتاج أصحاب المنازل إلى تركيب عاكس طاقة منفصل تمامًا، أو التحول إلى أحد النماذج الهجينة الحديثة التي يمكنها التعامل مع تدفق الطاقة في كلا الاتجاهين. والخبر الجيد هو أن معظم الأشخاص يجدون أن استثمارهم يُسترد بشكل مقبول عند الترقية. تشير الدراسات إلى أن ما بين نصف وثلاثة أرباع التكلفة يتم استردادها على مدى فترة تتراوح بين 8 إلى 12 سنة تقريبًا، وذلك بفضل انخفاض فواتير الكهرباء والقدرة على توفير طاقة احتياطية أثناء الانقطاعات. وهذا أداء لا بأس به لجعل المنازل أكثر اكتفاءً ذاتيًا.
عند التأكد من أن كل شيء يعمل معًا بشكل صحيح، هناك بعض الأمور الأساسية التي يجب التحقق منها أولًا. يجب أن تتطابق الجهد الكهربائي، وعادةً ما يكون حوالي 48 فولت كمقياس قياسي. كما يجب أن تتطابق تصنيفات القدرة بشكل دقيق بين المكونات. على سبيل المثال، عندما يقوم شخص ما بتثبيت نظام ألواح شمسية بقدرة 10 كيلوواط مع نظام تخزين بطاريات سعته حوالي 13.5 كيلوواط في الساعة. فإن نوع العاكس المناسب هنا يجب أن يتعامل باستمرار مع ما بين سبعة إلى عشرة كيلوواط دون أن يسخن بشكل مفرط أو يفشل. في الوقت الحاضر، يُفضّل العديد من الأشخاص العاكسات الهجينة لأنها تقوم بعدة مهام في آنٍ واحد — تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء، وإدارة كمية الطاقة المخزنة في البطاريات، بل وحتى التواصل مع شبكة الكهرباء المحلية من جهاز واحد فقط. ولا ننسَ أيضًا معايير الاتصال المفتوحة مثل تقنية حافلة CAN التي تساعد المعدات المختلفة من مختلف الشركات المصنعة على العمل معًا بسلاسة بدلاً من التسبب في مشكلات لاحقة.
قامت عائلة بتثبيت نظام شمسي بقدرة 10 كيلوواط مع وحدة تخزين بطارية سعتها 15 كيلوواط في الساعة، ولاحظت انخفاضًا كبيرًا في الاعتماد على شبكة الكهرباء - ليصل إلى 17٪ فقط سنويًا. خلال أشهر الصيف الحارة، تمكّنت العائلة من تخزين فائض الطاقة الشمسية المنتَجة عند الظهر واستخدامه لاحقًا في تشغيل أجهزة التكييف مساءً، ما وفّر لهم حوالي 220 دولارًا شهريًا من فواتير الذروة المرتفعة. كما طرأ تغيير ملحوظ خلال فصل الشتاء. من خلال احتفاظهم بجزء من طاقة البطارية مخصصًا لاحتياجات التدفئة في الصباح الباكر، ارتفع معدل استهلاكهم للطاقة التي يُولدونها أنفسهم من حوالي 30٪ إلى ما يقارب 70٪. بلغت تكلفة النظام بالكامل 18,000 دولار في البداية، لكنه بدأ بالفعل في تحقيق عائد على الاستثمار بفضل الادخار الذكي من فواتير المرافق، بالإضافة إلى بعض الإعفاءات الضريبية الفيدرالية الجيدة المتوفرة على الاستثمارات الخضراء مثل هذه.
تتراوح تكلفة أنظمة البطاريات السكنية بين 10,000 و20,000 دولار أمريكي في البداية، حسب السعة والتكنولوجيا. وقد انخفضت الأسعار بنسبة 40٪ منذ عام 2020 بسبب التطورات في إنتاج بطاريات الليثيوم أيون وزيادة الاعتماد عليها. وتغطي الإعفاءات الضريبية الفيدرالية والحوافز المحلية من 30 إلى 50٪ من تكاليف التركيب في العديد من المناطق، مما يقلل بشكل كبير من المصروفات الصافية.
يتجنب أصحاب المنازل الذين يستخدمون الطاقة الشمسية مع نظام التخزين من 60 إلى 90٪ من استهلاك الشبكة في أوقات الذروة، ما يؤدي إلى تخفيض الفواتير الشهرية بمقدار 100–300 دولارًا في المناطق ذات الأسعار المرتفعة. ومن خلال تخزين الطاقة الشمسية خلال النهار واستخدامها في فترات المساء ذات الأسعار العالية — وهي استراتيجية تُعرف باسم المضاربة في الطاقة — يحصل المستهلكون على تحكم أكبر في تكاليف طاقتهم.
تصل معظم الأنظمة إلى نقطة التعادل خلال 7–12 سنة، وتتأثر بما يلي:
أظهرت دراسة أجريت في عام 2024 أن 68% من مالكي البطاريات استردوا استثمارهم بشكل أسرع مما كان متوقعًا، نتيجة لمزايا الادخار والقدرة على التحمل معًا.
يجد أصحاب المنازل الذين يعيشون في مناطق تُطبَّق فيها أسعار كهرباء تعتمد على الوقت أو تمتلك شبكات كهرباء غير مستقرة، أن تركيب أنظمة تخزين البطاريات يُحقق فوائد مالية وعملية على المدى الزمني. حوالي 72% من الأشخاص الذين استخدموا هذه الأنظمة لمدة ثلاث سنوات تقريبًا يقولون إنهم راضون عنها، ويرجع ذلك أساسًا إلى استقرار فواتيرهم الشهرية وعدم قلقهم كثيرًا عند انقطاع التيار الكهربائي. بالتأكيد، قد تؤدي تقنيات جديدة مثل البطاريات الحالة الصلبة إلى تحسين الأداء في المستقبل، ولكن حاليًا يحقق معظم الناس نتائج جيدة من أنظمة الليثيوم أيون. تعمل هذه الأنظمة بشكل كافٍ اليوم لمساعدة الأسر على تقليل اعتمادها على الشبكة دون تكبد تكاليف باهظة.