إستخدام البطاريات في الطاقة الشمسية اوما يسمى البطاريات ذات التفريغ العميق Deep-cycle Batteries
البطارية Battery:
هي عبارة عن وحدة تخزين تعمل على تحويل الطاقة الكيميائية المخزنة في المادة التي تتكون منها البطارية الى طاقة كهربائية بواسطة تفاعل الأكسدة [1].
ان عملية تخزين الطاقة زاد الاهتمام بها مع توسع العالم في استخدام مصادر الطاقة المتجددة المختلفة (طاقة الرياح, الطاقة الشمسية بشقيها الحراري و الكهروضوئي, طاقة حرارة باطن الارض , طاقة المد و الجزو غيرها) و هناك تحديات تواجه بعض هذه الانواع يتمثل في عدم الاستمرارية طوال اليوم و كمثال عند استخدام الرياح في توليد الطاقة الكهربائية فان التحدي الاول هو عدم ضمان توفر رياح طوال اليوم بنفس السرعة و التدفق الكافي للتوليد, اما الطاقة الشمسية (كلا النوعين ) فانها تعتمد على الشمس و معلوم ان الشمس تظهر في اوقات معينة اثناء اليوم و حتى اثناء ظهورها قد تُحجب بعوامل اخرى كالغيوم او الاتربة .هذا التحدي جعل العلماء يبحثون في افضل البدائل لتحزين الطاقة الكهربائية وقت الوفرة و استخدامها وقت الحاجة اليها فكانت البطاريات هي البديل الامثل حتى الآن.
ولا تننسى ايضا ظهور السيارات الكهربائية اعطى الباحثين دافع اكبر لتطوير تكنلوجيا البطاريات و استخدامها بشكل اوسع
.
أنواع البطاريات:
تنقسم البطاريات الى نوعين رئسيين هما
1-البطارية الأولية Primary Batteries.
2-البطاريات الثانوية Secondary Batteries.
1-البطارية الأولية Primary Batteries:
هذا النوع من البطاريات غير قابل لاعادة الشحن non-rechargeable و صغير الحجم و يستخدم في التطبيقات و الاجهزة المحمولة كا كاشف الضوء torch و كاميرات التصوير التقليدية و العاب الاطفال و غيرها من التطبيقات.
2-البطاريات الثانوية Secondary Batteries:
هذا النوع قابل للشحن Rechargeable و كبير الحجم نسبيا و هناك عدة انواع منه حسب الاستخدام منها بطاريات السيارات او ما تعرف SLA Battery و ترمز الى الوظيفة التي تؤديها في السيارات Starting, lighting and ignition اي بدء الحركة للمحرك و الاضاءة و الاشعال, اما النوع الثاني منها فهو موضوعنا لليوم و هو البطاريات ذات التفريغ العميق او Deep-cycle batteries.
بطاريات الطاقة الشمسية Deep-Cycle Batteries:
اولاً قد يخطر ببيالنا لماذا سميت بهذا الاسم بطاريات ذات التفريغ العميق , سُميت بهذا الاسم لانها يمكن تفريغها بالكامل بنسبة 100% تحت الظروف المثالية و تحت ظروف التشغيل تقل هذه النسبة حسب ظروف مكان التشغيل من درجة حرارة محيطة الى التهوية و نظام التبريد اوالتدفئة المستخدم.
يمثل الرصاص Pb القطب السالب فيها و ثاني اكسيد الرصاص PbO2 القطب الموجب و يمثل حمض الكبريتيك H2SO4 و الماء الالكتروليت Electrolyte. هناك عدة انواع من هذا النوع مثل بطاريات ليثيوم ايون و بطاريات نيكل كادميوم و بطاريات حمض رصاص و هذا الاخير الاكثر استخداما و ينقسم الى نوعين هما :
1.البطارية السائلة او ما تعرف بFLA ) Flooded Lead-Acid Battery ).
2.Valve Regulated Lead Acid اختصارا VRLA. , f و بدوره ينقسم هذا النوع الى النوعين التاليين الاشهر و الاكثر استخداماً:-
- Absorbed Glass Mat Battery or AGM
- Gel Battery.
(سنفصل هذه الانواع في درس منفصل ان شاء الله)
بعض العوامل المهمة التي تؤثر على البطارية:
1.عمق التفريغ Depth of Discharge DoD:
هذا العامل يوضح العلاقة بين نسبة تفريغ البطارية الى عدد دوراتها بمعنى اخر هذا العامل يحدد عمر البطارية , و من المخطط (شكل 1[1] كلما فرغنا بطارية بنسبة اكبر قل عمر البطارية و لتحديد عمر البطارية يجب الرجوع الى بيانات البطارية من المصنًع.
الشكل (1):عمق التفريغ DoD عدد الدورات [1]
مواصفات هذه البطاريات و ما الفرق بينها و بين بطاريات السيارات او SLA Batteries :
- .تتميز هذه البطارية بعمق تفريغ اكبر من بطاريات السيارات و ذلك ان البنية التركيبية للخلايا الداخلية ذات سمك أكبر من نظيرتها SLA و هذا التصميم لصفائح الخلايا يجعلها تدفق تيار اقل لفترات طويلة بعكس بطارية السيارة العادية.
- عمق التفريغ العالية لكن كما ذكرنا سابقا يعتمد على ظروف التشغيل في المكان المراد , انظر الشكل (2).
- اغلب بطاريات البطاريات المستخدمة في الطاقة الشمسية هذه الايام غير قابلة للصيانة Maintenance-Free بها فتحات تهوية Vent Caps لاطلاق الغازات الناتجة اثناء الشحن و التفريغ (يجب الاهتمام بهذه الفتحات جيدا ).
2.معدل التفريغ الذاتي Self-Discharge Rate:
يقصد بالتفريغ الذاتي استهلاك طاقة البطارية ذاتياً بسبب وجود مقامة داخلية للبطارية , فعليا بالنسبة لبطارية حمض رصاص وجد ان بين 1% الي 5% من طاقتها يفرغ شهرياً عند درجة حرارة 20 درجة مئوية [2]. و تختلف هذه النسبة من نوع الى اخر حسب الظروف المحيطة و نوع البطارية و جودة المواد المصنعة منها.
3.تأثير درجة الحرارة Temperature Effect:
درجة الحرارة عامل مهم عند اختيار بطارية معينة و ذلك لانها يحدد نسبة تفريغ البطارية DoDو يؤثر بشكل مباشر في عمر البطارية
فيما يلي مثال يوضح ذلك على بطارية موديل SAGM 08 165 من شركة Trojan المشهورة للبطاريات[3].
ملاحظ تأثير درجة الحرارة يتناسب تناسب طردي مع سعة البطارية, كلما زادت الحرارة زادت سعة البطارية و العكس.
فعند درجة حرارة 20 درجة مئوية يمكن تفريغ البطارية كاملة 100% لهذا النوع SAGM 08 165 و عند درجة حرارة 20 تحت الصفر لا يمكن استخدام سوى 40% تقريبا.
شكل( 2)[3]
المصادر:
[1] Yaseen and others, Study of Batteries as Storage of Electrical Energy, with Application in
Renewable Energy Projects (Wind and Solar Energies) (scientific paper), 2017, Red Sea University journal, Sudan.
[2]PatricT.Moseley, JurganGarche, Electrochemical Storage for Renewable Sources and
Grid Balancing, North Carolina, USA, (2015), 207,210.
[3] .Trojan Battery Company, battery model SOLAR SAGM 08 165
سنقدم لاحقا العوامل الاخرى عند التصميم و حساب البطاريات لمشروع قدرته 250 kW .
إرسال تعليق
اجعل مشاركتك بناءة و احترم وجهات نظر المشاركين الآخرين
مرحبا دائماً بمشاركاتكم لاثراء جو معرفي من أجل تبادل الخبرات