بطاريات الطاقة الشمسية هي بطاريات وظيفتها تخزين الطاقة الكهربية التي ولدتها الواح الطاقة الشمسية اثناء فترات سطوع الشمس، لكي نستخدم هذه الطاقة الكهربية المخزنة في البطاريات اثناء فترات غياب الشمس بالمساء او أوقات الغيوم.
وكما هو مُوضح في الدائرة البسيطة بالأعلى، فإن الواح الطاقة الشمسية Solar panels تقوم بتحويل ضوء الشمس الي تيار مستمر ثم يمر التيار عبر اسلاك التوصيل الي منظم الشحن Regulator، وأحيانا نسميه Charge controller، ووظيفته هي تنظيم الجهد قبل مروره الي بطاريات الطاقة الشمسية Solar Batteries، التي بدورها تقوم بتخزين الطاقة الكهربية طوال فترة عمل الالواح الشمسية في فترة النهار.
يمكنك قراءة موضوع مكونات وأنواع أنظمة الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء لتتعرف بالتفصيل على طريقة عمل بطاريات الطاقة الشمسية في نظام توليد الكهرباء بالطاقة الشمسية.
الفرق بين بطارية الطاقة الشمسية وبطارية السيارة
بطارية السيارة
تسميSLI Batteries (starting, Light and ignition battery) وتتكون بطارية السيارة من شرائح من سبائك الرصاص مغمورة في محلول حمضي، ويوجد منها في الأسواق نوعان وهما البطارية السائلة والبطارية الجافة، والبطارية الجافة تشبه تماما البطارية السائلة وهي ليست جافة بل يوجد بها سائل حمضي ايضاً ولكن نظرا لإحكام الغلق فلن يحدث تطاير للسائل الموجود بداخلها، ويسميها البعض بطارية الكالسيوم حيث ان الشرائح بداخلها تتكون من سبيكة من الرصاص والكالسيوم.
بطارية السيارة صممت لكي تلبي بشكل اساسي الكهرباء اللازمة لبداية تدوير المحرك وهذا يستلزم خروج أمبير عالي دفعة واحدة، ولكي تستطيع القيام بهذا الدور نلاحظ أن شرائح الرصاص في بطارية السيارة رقيقة وعددها كبير مما يعطي مساحة سطحية أكبر ملامسة للحمض مما يعطيها قدرة أكبر علي تفريغ الشحنة سريعا وتلبية احتياج التدوير من الأمبير العالي.
صممت هذه البطارية لتعيش عدة آلاف من دورات الشحن والتفريغ (حسب مواصفات ونوع البطارية) ولكن بنسبة تفريغ لا تزيد عن 5%.، وفي حالة ما تم تفريغ البطارية من شحنتها بنسبة تتعدي النسبة المذكورة في مواصفات البطارية (غالبا ما تكون 5%)، تبدأ شرائح الرصاص في التحلل وتسقط قطع منها في قاع البطارية مما يقلل من عمق البطارية وقدرتها على الشحن والتفريغ.
بطارية الطاقة الشمسية
بطارية الطاقة الشمسية هي بطارية الشحن العميق Deep Cycle Battery، وتستخدم في انظمة الطاقة الشمسية، وكذلك انظمة طاقة الرياح، وتطبيقات صناعية وبحرية متعددة، وبطاريات الطاقة الشمسية تستطيع ان تقوم بعملية الشحن في وقت طويل وبتيار منخفض، وكذلك تستطيع تفريغ الشحنة في وقت طويل، كما ان كفاءة الشحن والتفريغ بها قد تصل الي 90% وهذا رقم كبير جدا ويجعلها مميزة.
وبطاريات الطاقة الشمسية تستطيع ان تتحمل ان تفرغ شحنتها كاملة دون ان تتلف 1200 مرة، أما بطاريات الشحن العميق للأغراض الملاحية وفي عربات الجولف فتستطيع ان تقوم ما بين 200 الي 300 مرة من تفريغ شحنتها كاملة دون ان تتلف، أما بطارية السيارة العادية فقد تتحمل ذلك ما بين 50 الي 100 مرة.
فبطاريات الطاقة الشمسية هي بطارية شحن عميق حقيقية، ويميزها ان حجم وسمك صفائح الرصاص التي بداخلها كبير، حتى يتحمل الحمل الواقع عليها اثناء الشحن الكامل أو التفريغ الكامل، وهذا ما يرفع ثمنها نظرا لأن الرصاص سعره مرتفع.
انواع بطاريات الطاقة الشمسية
يبحث الناس عن أفضل بطاريات الطاقة الشمسية، وهذا السؤال لا يمكن الإجابة عنه قبل ان نتحدث عن أنواعها، فهناك أربعة أنواع من بطاريات الشحن العميق، وكل نوع تندرج تحته عدة تصنيفات منبثقة، وسنذكر أشهرها بشيء من التفصيل.
- بطاريات الرصاص الغير مغمورة VRLA
- بطاريات الرصاص المغمورة FLA
- بطاريات الليثيوم للطاقة الشمسية
- بطارية الحديد والنيكل Ni-Fe
1- بطارية الرصاص المغمورة
أحد أنواع بطاريات الشحن العميق Flooded Lead Acid ويوجد بها سائل يجب تغييره كل فترة كبطارية السيارة السائلة، وكما هو واضح من اسمها، فالواح الرصاص بها تكون مغمورة تماما بسائل قابل للتأين الكهربي، وعليك ان تأخذ في اعتبارك ان هذا النوع اثناء عمله يقوم بإطلاق غاز الهيدروجين القابل للانفجار، فعليك ان تكون حذر جدا الا يتواجد بجانبها اي نوع من اللهب او الشرارة اثناء عملها.
وهي أقل أنواع بطاريات الطاقة الشمسية في السعر، ويمكن ان تحافظ علي عمر افتراضي أطول إذا تم تغيير السائل في الوقت المناسب.
2- بطارية الرصاص الغير مغمورة
واسمها العلمي هو Valve Regulated Lead وأحياناً يطلق عليها Sealed Lead Acid وهذا النوع من بطاريات الطاقة الشمسية لا تحتاج الي صيانة، كما انها تطلق كمية مهملة من غاز الهيدروجين، ما يجعلها أسهل في النقل وفي التركيب، ولا يعتبر التعامل معها فيه شيء من الخطورة، وهذا النوع يوجد منه ثلاثة انواع رئيسية وهم Wet، AGM ، Gel
- بطارية الطاقة الشمسية Wet
- بطاريات AGM
- بطاريات جيل Gel
تستطيع ان تقوم بعمل ما يقرب من 500 عملية تفريغ عميقة لما يقرب من 80% من شحنتها، وهي اصلا مصممة لأغراض ملاحية، ولكن يمكن استخدامها في انظمة الطاقة الشمسية، وهي تعتبر حل مثالي واقتصادي إذا كنت تبحث عن التوفير.
فهو اختصار Absorbed Glass Mat وهو يعني السائل القابل للتأين الكهربي تم امتصاصه في حصيرة اسفنجية
من اسمها، واضح ان السائل تم تحويله الي ما يشبه الجيلي، اي انه أصبح أقل ميوعة وأكثر تماسك.
أيهما أفضل بطاريات الطاقة الشمسية من النوع Gel أم AGM ؟
كلا النوعين سواء AGM أو Gel هما جيدان جدا، ولكن بالطبع بطاريات ال Gel هو أفضل وأكثر كفاءة وعمرها الافتراضي أكبر كما انها تستطيع ان تقوم بعمل دورة تفريغ عميقة قد يصل فيها الي تفريغ 80% من الشحنة الموجودة بالبطارية، ولكن لا يفضل ان نجعل نسبة التفريغ تزيد عن 60% في الظروف العادية، لذلك هي أفضل في الطاقة الشمسية.
أما بطاريات ال AGM تكون أفضل في حالة ال UPS المستخدم في مكاتب التصميم والإدارات وغيرها وذلك لأن عمرها الافتراضي مقارنة بسعرها يكون أفضل في حالات عمق تفريغ لا يتجاوز 30 % وهذا أوقع حيث ان انظمة ال UPS صممت لتعمل في الحالات الطارئة كانقطاع التيار الكهربي ولا يتوقع منها ان تعمل ساعات عمل طويلة كما هو الحال في أنظمة الطاقة الشمسية والتي قد تظل تعمل طوال الليل.
3- بطاريات الليثيوم للطاقة الشمسية
انتشرت بطاريات الليثيوم للطاقة الشمسية مؤخراً في انحاء العالم، وبدأ انتشارها في مصر والدول العربية، ورغم ما يشاع عنها انها قابلة للاحتراق في درجات الحرارة العالية، يكفيك ان تعلم ان هذا النوع من البطاريات هو المستخدم حاليا في هاتفك الجوال، وكافة الأجهزة المحمولة والساعات الذكية وغيرها.
سعرها مرتفع ويبلغ ضعف سعر بطاريات الجيل Gel، ولكن حينما تعلم ان عمرها الافتراضي يصل الي أربع أضعاف العمر الافتراضي لبطاريات الجيل، فهكذا لا تكون غالية ابداً، بالإضافة ان كفاءتها تصلي الي 95% وتتحمل عمق تفريغ 80% من شحنتها بشكل طبيعي دون ان تتعرض لأي مشاكل.
والأهم من هذا كله انه من الملحوظ ان ثمنها في تناقص مستمر وتعتبر أكثر أنواع البطاريات تطوراً في السنين الأخيرة وذلك لأن حجمها ثلث حجم نظائرها من البطاريات الأخرى ذات نفس السعة التخزينية، الأمر الذي كان حافزاً لكافة الشركات المنتجة للأجهزة المحمولة للتطوير فيها، وهذا التطوير قد اتي بثماره.
4- بطاريات الحديد والنيكل Ni-Fe
سأتحدث الآن عن نوع من البطاريات للأسف الشديد لن تستطيع ان تحصل عليه بسهولة في السوق العربي، وهي بطارية الحديد والنيكل، وستعجب حينما أخبرك ان هذا النوع من البطاريات تم استخدامه في الحرب العالمية الثانية، وتم تسجيل اختراعها لتوماس اديسون منذ قرن من الزمان.
هذه البطارية تقريبا لا تتلف، فعمرها الافتراضي يصل الي 30 عام والشركات المنتجة لها تقدم ضمان 10 سنوات، ويعد سبب اختفاءها كل تلك العقود الماضية هو ان حجمها كبير مقارنة بنظائرها من البطاريات الأخرى، والسبب الآخر انها تنتج 1.5 فولت وليس 12 فولت، وحديثا تم تدارك هذه المشكلة من قبل شركات أمريكية وبعض الشركات الصينية لتقدم نموذج مثالي من هذه البطاريات الخارقة.
للأسف الشديد بسبب احكام للسوق ومصالح الشركات التي تتحكم في اتجاه التصنيع، ليس من المتوقع ان تنتشر هذه البطاريات في السنوات القليلة القادمة، ولكن انصحك بالبحث عنها ولو اردت ان اخبرك بشركات مصنعة لها يمكنك التواصل معها من خلال التعليقات إذا كان الأمر يهمك.
أسعار بطاريات الطاقة الشمسية
- سعر بطارية FLA 200 أمبير في المتوسط حوالي 300 دولار أمريكي
- سعر بطارية Wet 200 أمبير في المتوسط حوالي 350 دولار أمريكي
- سعر بطارية AGM 200 أمبير في المتوسط حوالي 400 دولار أمريكي
- سعر بطارية جل Gel 200 أمبير يبلغ في المتوسط 450 دولار أمريكي
- سعر بطارية الليثيوم 200 أمبير يبلغ في المتوسط 700 دولار أمريكي
- سعر بطارية الحديد والنيكل Ni-Fe 200 أمبير حوالي 2500 دولار أمريكي
هذه الأسعار استناداً الي أسعار البطاريات من أفضل المُصنعين لبطاريات الطاقة الشمسية، ويمكن ان تجد في الأسواق بعض البطاريات الصينية بأسعار أقل من ذلك (نحن لا نقول إنها سيئة ولكن أيضاً لا يمكننا أن نجزم بجودتها)، آخر تحديث للأسعار لعام 2021
نعلم أنك تبحث عن أفضل بطاريات الطاقة الشمسية، ولكن الأمر يعتمد على عدة عوامل، وأهم شيء يجب ان تبحث عنه عند الشراء هي ورقة المواصفات الفنية التي تحدد خصائص البطارية المختلفة، وسوف نسرد في الفقرة التالية أهم خصائص البطاريات التي يجب ان تهتم بمعرفتها.
اختيار بطاريات الطاقة الشمسية
سعة البطارية Capacity:
وتقاس بوحدة (AH) امبير ساعة وستجد عدة سعات مختلفة للبطاريات في السوق من 50 أمبير الي 210 أمبير، وكل هذه السعات متوفرة في كافة أنواع البطاريات سواء بطاريات السيارات أو المعدات الثقيلة أو بطاريات الطاقة الشمسية بأنواعها.
وهي تمثل السعة التخزينية للبطارية ويكون اختيارها معتمد على التصميم الذي تم وضعه لمصفوفة البطاريات اعتماداً على عدة عوامل منها السعة التخزينية المطلوبة من البطاريات أثناء فترات غياب الشمس، وجهد الشحن والأمبير الخاص بمنظم الشحن، وللمزيد من التفاصيل حول هذا الأمر ننصحك بقراءة موضوع تصميم انظمة الطاقة الشمسية المنفصلة عن الشبكة.
جهد البطارية Voltage:
ودون الدخول في تفاصيل كثيرة فمعظم البطاريات المتوفرة في الأسواق تعمل بجهد 12 فولت و24 فولت، وفي أغلب التصميمات يتم اختيار بطاريات ذات جهد 12 فولت.
عدد دورات الشحن والتفريغ:
بالنسبة لعدد دورات الشحن والتفريغ للبطارية يعتمد بشكل أساسي على عمق الشحن أو ما يعرف ب Depth of Discharge (D.O.D) وهذا لابد أن تجده على شكل منحني في ورقة المواصفات الفنية الخاصة بالبطارية كالصورة التالية.
فالصورة بالأعلى توضح عدد دورات التفريغ التي تستطيع هذه البطارية القيام بها اعتماداً على عمق التفريغ Depth of Discharge (D.O.D)، وعمق التفريغ لمن لا يعرفه هو نسبة تفريغ الشحنة المخزنة في البطارية ويمكن التحكم فيه عن طريق التصميم الخاص بمصفوفة البطاريات الموجود في نظام الطاقة الشمسية.
فمثلا لو أن لدينا بطارية 100 أمبير وقلنا إننا سنأخذ لها معدل تفريغ 50% هذا يعني اننا في التصميم سنعامل هذه البطارية كما لو انها 50 أمبير فقط، أرجو أن يكون الأمر أتضح هكذا.
وهذا يعني وكما هو واضح من المنحني الخاص بهذه البطارية في حالة عمق تفريغ 50% سيكون عمر البطارية في حدود 1200 دورة تفريع أي تقريبا 1200 يوم أي حوالي ثلاث سنوات وشهرين وهذا هو العمر المتوقع للبطارية في هذه الحالة.
تأثير الحرارة علي عمر البطارية:
تؤثر الحرارة المحيطة بالبطارية في عمرها الافتراضي، فكلما زادت درجة حرارة المكان الموجودة فيه البطارية يقل عمرها الافتراضي، وهذا أيضا لابد أن يتوفر في ورقة المواصفات الخاصة بالبطارية على شكل منحني والصورة بالأسفل تمثل منحني الحرارة الخاص بنفس البطارية.
فمثلا دعنا نقول إن متوسط درجة حرارة المكان الذي توجد به البطارية هو 35 درجة مئوية فمن المنحني الواضح بالأعلى نجد أن العمر الافتراضي لهذه البطارية سيكون 3 سنوات ونصف تقريبا، وهذا يتوافق مع عمق التفريغ الذي أخترناه منذ قليل إذن نحن على الطريق الصحيح.
ولكن مثلا دعنا نقول إن هذه البطارية ستكون متواجدة في مكان متوسط درجة الحرارة فيه 50 درجة مئوية، فعمر هذه البطارية سيكون عام ونصف تقريبا، في هذه الحالة فعمر البطارية لن يزيد عن عام ونصف مهما قمنا بتقليل عمق التفريغ، لذلك من الأفضل الرجوع واختيار عمق تفريغ أكبر حتى يصبح عمر البطارية حوالي سنة ونصف ايضا وذلك لتحقيق الاستفادة القصوى من البطارية في العام ونصف التي لن تستطيع ان تعيش أكثر منهم في مثل هذه الحرارة. أرجو أن أكون وفقت في توضيح هذه النقطة.
أسباب سرعة تلف بطاريات الطاقة الشمسية
- كما أوضحنا في خصائص البطاريات قد يكون السبب وغالبا ما يكون عدم مراعاة عمق التفريغ الأنسب عند تصميم مصفوفة بطاريات الطاقة الشمسية.
- وأيضا قد يكون عدم توافق عمر البطارية المعتمد علي عمق التفريغ مع عمر البطارية المعتمد علي درجة حرارة الجو المحيط كأن نضع البطارية في الشمس مثلا أو في غرفة مغلقة لا يوجد بها تهوية وما الي ذلك من اسباب ترفع من درجة حرارة البطارية.
- قد يكون السبب عدم توافق الأمبير والجهد الخاص بمنظم الشحن مع مصفوفة البطاريات وهذا ابضا يعتمد علي التصميم
- وجدت احد ما يسألني عن سبب تلف بطاريته ووجدت أنه يقوم بشحنها مباشرة من الألواح دون منظم شحن !!!!
- شراء بطاريات بتاريخ انتاج قديم ومخزنة منذ فترات طويلة
- شراء بطاريات من مصادر مجهولة، وعدم التأكد من جودة الضمان
اصلاح بطاريات الطاقة الشمسية
يتحدث البعض عن إمكانية اصلاح بطاريات الطاقة الشمسية، ولكن سأقول لك شيئاً، أولاً لا تتوقع ان تعمل البطارية بكفائتها مجددا بعد تلفها، لأن هذا درب من الخيال ولكن في الواقع يمكن عمل صيانة للبطاريات ولكن هذا يعتبر بمثابة مسكن فقط في معظم الأحيان.
فالبطاريات السائلة بجميع انواعها حتي ولو كانت محكمة الغلق يمكن فتحها وتزويدها بالسائل بعد تفريغها من شحنتها بالكامل بشكل بطيء ثم إعادة إحكام إغلاقها وشحنها وقد تعمل بعد ذلك، ولا تقم بذلك بنفسك الا بعد ان تتعرف علي الطريقة من فيديوهات متوفرة علي اليوتيوب حتي لا تتلف البطارية، حتي بطاريات ال AGM علمت اشخاصا يقومون بفتحها وملئها بماء مقطر واعادة اغلاقها
أما بطارية ال Gel فمحاولة صيانة البطاريات تقتصر علي محاولة تفريغها علي حمل ضعيف كمصباح سيارة مثلا حتي يتم تفريغها بالكامل ثم أعادة شحنها بتيار ضعيف في حدود 5 أمبير حتي يتم شحنها بالكامل ثم تجربتها بعد ذلك، وأثناء هذه العملية والتي قد تستغرق أيام يجب متابعة حرارتها بإستمرار ولو وجدت ان حرارتها ارتفعت بشكل ملحوظ يجب فصل الشحن عنها حتي تهدأ ثم محاولة شحنها مرة أخري حتي يتم شحنها بالكامل وتعلم ان البطارية أتمت شحنها اذا قرأت جهد يتعدي 13 فولت بحد اقصي 13.2 فولت.
ولاحظ انه يجب مراقبتها باستمرار ولاحظ ايضا انها مجرد محاولة وليس بالضرور ان تجدي نفعا في كل الحالات