في بعض الأحيان يكون اثنان أفضل من واحد. ويعد اقتران الطاقة الشمسية وتقنيات التخزين أحد هذه الحالات. السبب: لا يتم إنتاج الطاقة الشمسية دائمًا في الوقت الذي تشتد فيه الحاجة إلى الطاقة. ذروة استخدام الطاقة غالبا ما يحدث على&نبسب;فترات بعد الظهر والمساء في الصيف&نبسب;عندما ينخفض إنتاج الطاقة الشمسية. يمكن أن تكون درجات الحرارة أكثر سخونة خلال هذه الأوقات، والأشخاص الذين يعملون لساعات النهار يعودون إلى منازلهم ويبدأون في استخدام الكهرباء لتبريد منازلهم والطهي وتشغيل الأجهزة.
يساعد التخزين الطاقة الشمسية على المساهمة في إمدادات الكهرباء حتى عندما لا تكون الشمس مشرقة. ويمكن أن يساعد أيضًا في تخفيف الاختلافات في كيفية تدفق الطاقة الشمسية على الشبكة. تُعزى هذه الاختلافات إلى التغيرات في كمية ضوء الشمس التي تشرق عليها&نبسب;الكهروضوئية&نبسب;(الكهروضوئية) الألواح أو&نبسب;تركيز الطاقة الشمسية الحرارية&نبسب;أنظمة (CSP). يمكن أن يتأثر إنتاج الطاقة الشمسية بالموسم، أو الوقت من اليوم، أو السحب، أو الغبار، أو الضباب، أو العوائق مثل الظلال، أو المطر، أو الثلج، أو الأوساخ. في بعض الأحيان يتم تخزين الطاقة في موقع مشترك مع نظام الطاقة الشمسية أو يتم وضعه بجانبه، وفي بعض الأحيان يكون نظام التخزين قائمًا بمفرده، ولكن في أي من التكوينين، يمكن أن يساعد في دمج الطاقة الشمسية بشكل أكثر فعالية في مشهد الطاقة.
ما هو تخزين الطاقة؟
يشير مصطلح "التخزين" إلى التقنيات التي يمكنها التقاط الكهرباء وتخزينها كشكل آخر من أشكال الطاقة (الكيميائية والحرارية والميكانيكية)، ثم إطلاقها للاستخدام عند الحاجة إليها.&نبسب;بطاريات ليثيوم أيون&نبسب;هي واحدة من هذه التكنولوجيا. على الرغم من أن استخدام تخزين الطاقة لا يكون فعالاً بنسبة 100% أبدًا - حيث يتم فقدان بعض الطاقة دائمًا في تحويل الطاقة واسترجاعها - إلا أن التخزين يسمح بالاستخدام المرن للطاقة في أوقات مختلفة من وقت توليدها. لذلك، يمكن للتخزين أن يزيد من كفاءة النظام ومرونته، ويمكنه تحسين جودة الطاقة من خلال مطابقة العرض والطلب.
تختلف مرافق التخزين في سعة الطاقة، وهي إجمالي كمية الطاقة التي يمكن تخزينها (عادةً بالكيلوواط/ساعة أو ميجاواط/ساعة)، وسعة الطاقة، وهي كمية الطاقة التي يمكن إطلاقها في وقت معين ( عادة بالكيلووات أو الميجاواط). يمكن استخدام سعات الطاقة والطاقة المختلفة للتخزين لإدارة المهام المختلفة. التخزين قصير المدى الذي يستمر لبضع دقائق فقط سيضمن تشغيل محطة الطاقة الشمسية بسلاسة أثناء تقلبات الإنتاج بسبب مرور السحب، في حين أن التخزين طويل الأجل يمكن أن يساعد في توفير الإمدادات على مدار أيام أو أسابيع عندما يكون إنتاج الطاقة الشمسية منخفضًا أو أثناء حدث مناخي كبير. ، على سبيل المثال.&نبسب;
مزايا الجمع بين التخزين والطاقة الشمسية
موازنة أحمال الكهرباء - بدون تخزين، يجب توليد الكهرباء واستهلاكها في نفس الوقت، وهو ما قد يعني أن مشغلي الشبكة يوقفون توليد بعض الكهرباء دون اتصال بالإنترنت، أو "يقلصونه"، لتجنب مشاكل التوليد الزائد وموثوقية الشبكة. وعلى العكس من ذلك، قد تكون هناك أوقات أخرى، بعد غروب الشمس أو في الأيام الملبدة بالغيوم، عندما يكون إنتاج الطاقة الشمسية قليلاً ولكن هناك طلب كبير على الطاقة. أدخل وحدة التخزين، والتي يمكن ملؤها أو شحنها عندما يكون التوليد مرتفعًا واستهلاك الطاقة منخفضًا، ثم يتم الاستغناء عنها عندما يكون الحمل أو الطلب مرتفعًا. عندما يتم تخزين بعض الكهرباء التي تنتجها الشمس، يمكن استخدام تلك الكهرباء عندما يحتاجها مشغلو الشبكة، بما في ذلك بعد غروب الشمس. وبهذه الطريقة، يعمل التخزين بمثابة بوليصة تأمين لأشعة الشمس.
"تثبيت" توليد الطاقة الشمسية – يمكن للتخزين قصير المدى أن يضمن أن التغييرات السريعة في التوليد لا تؤثر بشكل كبير على إنتاج محطة الطاقة الشمسية. على سبيل المثال، يمكن استخدام بطارية صغيرة للتغلب على فترة انقطاع قصيرة للجيل من سحابة عابرة، مما يساعد الشبكة في الحفاظ على إمدادات كهربائية "ثابتة" موثوقة ومتسقة.
توفير المرونة – يمكن أن توفر الطاقة الشمسية والتخزين طاقة احتياطية أثناء انقطاع التيار الكهربائي. يمكنهم الحفاظ على تشغيل المرافق الحيوية لضمان استمرار الخدمات الأساسية، مثل الاتصالات. ويمكن أيضًا استخدام الطاقة الشمسية والتخزين في الشبكات الصغيرة والتطبيقات الأصغر حجمًا، مثل وحدات الطاقة المتنقلة أو المحمولة.
أنواع تخزين الطاقة
النوع الأكثر شيوعًا لتخزين الطاقة في شبكة الطاقة هو ضخ الطاقة الكهرومائية. لكن تقنيات التخزين التي تقترن في أغلب الأحيان بمحطات الطاقة الشمسية هي التخزين الكهروكيميائي (البطاريات) مع المحطات الكهروضوئية والتخزين الحراري (السوائل) مع محطات الطاقة الشمسية المركزة. قد يكون لأنواع التخزين الأخرى، مثل تخزين الهواء المضغوط والحذافات، خصائص مختلفة، مثل التفريغ السريع جدًا أو السعة الكبيرة جدًا، مما يجعلها جذابة لمشغلي الشبكة. مزيد من المعلومات حول أنواع التخزين الأخرى أدناه.&نبسب;
الطاقة الكهرومائية للتخزين بالضخ
الطاقة الكهرومائية المخزنة بالضخ&نبسب;هي تقنية لتخزين الطاقة تعتمد على الماء. تُستخدم الطاقة الكهربائية لضخ المياه صعودًا إلى الخزان عندما يكون الطلب على الطاقة منخفضًا. وفي وقت لاحق، يمكن السماح للمياه بالتدفق عائدة إلى أسفل المنحدر وتشغيل التوربينة لتوليد الكهرباء عندما يكون الطلب مرتفعا. إن الضخ المائي عبارة عن تقنية تخزين ناضجة ومختبرة جيدًا تم استخدامها في الولايات المتحدة منذ عام 1929. ومع ذلك، فهي تتطلب مناظر طبيعية وخزانات مناسبة، والتي قد تكون بحيرات طبيعية أو من صنع الإنسان عن طريق بناء السدود، وتتطلب تصاريح تنظيمية طويلة، وطويلة. أوقات التنفيذ، ورأس المال الأولي الكبير. وبخلاف مراجحة الطاقة، فإن قيمة الخدمات التي تقدمها الطاقة المائية التي يتم ضخها لدمج مصادر الطاقة المتجددة المتغيرة لم تتحقق بالكامل، مما قد يجعل فترة الاسترداد المالي طويلة. هذه هي بعض الأسباب وراء عدم بناء محطات الضخ المائية مؤخرًا، على الرغم من الاهتمام الواضح من الطلبات المقدمة إلى اللجنة الفيدرالية لتنظيم الطاقة للحصول على التصاريح والتراخيص الأولية.
التخزين الكهروكيميائي
الكثير منا على دراية بالبطاريات الكهروكيميائية، مثل تلك الموجودة في أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة. عندما يتم تغذية البطارية بالكهرباء، يحدث تفاعل كيميائي، ويتم تخزين الطاقة. عندما يتم تفريغ البطارية، يتم عكس هذا التفاعل الكيميائي، مما يخلق جهدًا كهربائيًا بين موصلين كهربائيين، مما يتسبب في تدفق التيار خارج البطارية. الكيمياء الأكثر شيوعًا لخلايا البطارية هي بطاريات الليثيوم أيون، لكن الخيارات الشائعة الأخرى تشمل بطاريات الرصاص الحمضية والصوديوم والنيكل.
تخزين الطاقة الحرارية
تخزين الطاقة الحرارية هو مجموعة من التقنيات التي يتم فيها استخدام السوائل، مثل الماء أو الملح المنصهر، أو مواد أخرى لتخزين الحرارة. يتم بعد ذلك تخزين مادة التخزين الحرارية هذه في خزان معزول لحين الحاجة إلى الطاقة. ويمكن استخدام الطاقة مباشرة للتدفئة والتبريد، أو يمكن استخدامها لتوليد الكهرباء. في أنظمة تخزين الطاقة الحرارية المخصصة للكهرباء، يتم استخدام الحرارة لغلي الماء. يقوم البخار الناتج بتشغيل التوربين وإنتاج الطاقة الكهربائية باستخدام نفس المعدات المستخدمة في محطات توليد الكهرباء التقليدية. يُعد تخزين الطاقة الحرارية مفيدًا في محطات الطاقة الشمسية المركزة، التي تركز ضوء الشمس على جهاز استقبال لتسخين السائل العامل. يتم استكشاف ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج باعتباره سائلًا عاملاً يمكنه الاستفادة من درجات الحرارة المرتفعة وتقليل حجم محطات التوليد.
تخزين دولاب الموازنة
دولاب الموازنة عبارة عن عجلة ثقيلة متصلة بعمود دوار. إن إنفاق الطاقة يمكن أن يجعل العجلة تدور بشكل أسرع. ويمكن استخلاص هذه الطاقة عن طريق ربط العجلة بمولد كهربائي، والذي يستخدم الطاقة الكهرومغناطيسية لإبطاء العجلة وإنتاج الكهرباء. على الرغم من أن الحذافات يمكن أن توفر الطاقة بسرعة، إلا أنها لا تستطيع تخزين الكثير من الطاقة.
تخزين الهواء المضغوط
تتكون أنظمة تخزين الهواء المضغوط من أوعية كبيرة مثل الخزانات أو تكوينات طبيعية مثل الكهوف. يقوم نظام الضاغط بضخ الأوعية المليئة بالهواء المضغوط. ومن ثم يمكن إطلاق الهواء واستخدامه لتشغيل التوربينات التي تنتج الكهرباء. غالبًا ما تستخدم أنظمة تخزين طاقة الهواء المضغوط الحالية الهواء المنبعث كجزء من دورة طاقة الغاز الطبيعي لإنتاج الكهرباء.
الوقود الشمسي
يمكن استخدام الطاقة الشمسية لإنتاج أنواع وقود جديدة يمكن حرقها (حرقها) أو استهلاكها لتوفير الطاقة، وتخزين الطاقة الشمسية بشكل فعال في الروابط الكيميائية. ومن بين أنواع الوقود المحتملة التي يدرسها الباحثون الهيدروجين، الذي يتم إنتاجه عن طريق فصله عن الأكسجين الموجود في الماء، والميثان، الذي يتم إنتاجه عن طريق الجمع بين الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون. والميثان هو المكون الرئيسي للغاز الطبيعي، والذي يستخدم عادة لإنتاج الكهرباء أو تدفئة المنازل.
التخزين الظاهري
يمكن أيضًا تخزين الطاقة عن طريق تغيير كيفية استخدامنا للأجهزة الموجودة لدينا بالفعل. على سبيل المثال، من خلال تسخين أو تبريد مبنى قبل الذروة المتوقعة للطلب على الكهرباء، يمكن للمبنى "تخزين" تلك الطاقة الحرارية بحيث لا يحتاج إلى استهلاك الكهرباء في وقت لاحق من اليوم. يعمل المبنى نفسه بمثابة الترمس عن طريق تخزين الهواء البارد أو الدافئ. يمكن تطبيق عملية مماثلة على سخانات المياه لتوزيع الطلب على مدار اليوم.&نبسب;
في نهاية المطاف، يمكن لعملاء الطاقة الشمسية السكنية والتجارية، والمرافق ومشغلي الطاقة الشمسية على نطاق واسع على حد سواء، الاستفادة من ذلك&نبسب;أنظمة الطاقة الشمسية بالإضافة إلى التخزين. ومع استمرار الأبحاث وانخفاض تكاليف الطاقة الشمسية والتخزين، ستصبح حلول الطاقة الشمسية والتخزين في متناول جميع الأميركيين.
