ماهو نوع البطاريات الأقل تكلفة لتخزين الطاقة الشمسية في المنظومات المعزولة عن الشبكة الكهربائية؟

أجرى باحثون من جامعة خليفة في الإمارات العربية المتحدة تحليلاً تقنياً اقتصادياً لمنظومة طاقة شمسية كهروضوئية معزولة عن الشبكة الكهربائية مع تحليل مدى جدوى ثلاث أنواع من البطاريات لاستخدامها في النظام التخزين وهي (بطاريات ليثيوم أيون ، خلايا الوقود قابلة للانعكاس بأغشية تبادل البروتون (PEM RFC) ، و بطاريات خلايا الوقود بتقنية أكسيد الصلب القابل للانعكاس (RSOC)).

قام الباحثون بعمل هذا التحليل على مبنى تجاري نموذجي متوسط ​​الحجم في مدينة لوس أنجلوس، كاليفورنيا. والذي يبلغ الحد الأدنى لقيمة الطلب على الكهرباء فيه ل 18.79 كيلوواط أثناء الليل ، في حين يبلغ الحد الأقصى للطلب على الكهرباء فيه 178.30 كيلووات في أغسطس. حيث كان من المفترض أن تبلغ سعة المصفوفة الشمسية الموجودة على سطح المبنى 400 كيلووات، وذلك باستخدام ألواح الشركة الأمريكية SunPower و من نوع  W SPR والتي تمتلك كفاءة تحويل 19٪ .

وفي مايخص تكلفة نظام التخزين فقد تم  افتراض أن قدرة بطاريات خلايا أكسيد الصلب RSOC تبلغ 250 كيلووات و تمتلك كثافة طاقة 0.312 وات لتحقق كفاءة نظام إجمالية تبلغ 43.99%. في حين تبلغ سعة خلية الوقود 251.4 كيلو واط ، وبكثافة طاقة تبلغ 0.284 وات، و بكفاءة إجمالية للنظام تبلغ 38.18٪. وفي مايخص مواصفات بطاريات الليثيوم فهي تعتمد على كاثود من النيكل والمنغنيز والكوبالت وأنود مصنوع من الجرافيت ، ولها سعة تخزين تصل إلى 400 كيلو وات في الساعة و لديها كفاءة 92.5٪ و بمعدل شحن وتفريغ يصل لأكثر من 5000 دورة.

تم تقدير تكلفة خلايا الوقود RFC بحوالي 667 دولار / كيلووات وتكلفة RSOC بمبلغ 500 دولار / كيلووات في حين تكلف بطاريات الليثيوم وصلت تكلفتها ل 339 دولار / كيلووات.

وبعد المقارنة والتحليل عن امكانية استخدام هذه الثلاث الأنظمة من أنواع البطاريات وجد الباحثون أن النظام الكهروضوئي المعزول عن الشبكة الكهربائية يمكن أن يحقق تكلفة مستوية لانتاج اللطاقة (LCOE) تبلغ 0.0237 دولار / كيلوواط ساعة. في حين كانت التكلفة المستوية للتخزين (LCOS) لأنظمة التخزين الثلاثة كتالي:

وصلت تكلفة التخزين بخلايا الوقود (RFC) ل 0.04173 دولار أمريكي/ كيلووات ساعة ، في حين حقق نظام التخزين بتقنية خلايا أكسيد الصلب (RSOC) تكلفة تعادل 0.02818 دولار أمريكي / كيلووات ساعة ، و في مايخص بطاريات الليثيوم أيون فقد كانت تكلفة التخزين هي الأقل لتساوي 0.02585 دولار أمريكي / كيلو وات ساعة.

توضح الصورة مخطط لمكونات أنظمة التخزين الثلاثة وطريقة ربطها في النظام المعزول عن الشبكة الكهربائية. a -مخطط للربط منظومة التخزين بطاريات خلايا الوقود بتقنية أغشية تبادل البروتون (PEM RFC) و طاريات خلايا الوقود بتقنية أكسيد الصلب القابل للانعكاس (RSOC). وفي الشكل b- يظهر مخطط ربط بطاريات الليثيوم أيون مع  النظام المعزول عن الشبكة. Image source: AssiaChadly, 2022

وبعد المقارنة التي تمت يتضح أن بطاريات الليثيوم أيون حتى الان تقدم الحل الأكثر اقتصاديا إلى جانب امتلاكها أقصى قدر من الكفاءة مقارنة ببقية الأنواع من البطاريات. على الرغم من أن تقنية خلايا الوقود RFCs و خلايا أكسيد الصلب RSOCs تتمتع بمرونة في التخزين عالية الأمر الذي يمكن لها المساهمة في تحسين موثوقية نظام الطاقة الشمسية المعزول عن الشبكة و جعله أكثر مرونه وذلك بسبب ماتمتلكه من خصائص مرنة في وقت و مرات الشحن والتفريغ.

وأشار البحاثون كذلك إلى أنه عند تحليل التكلفة المستوية لتخزين بالأنواع الثلاثة للبطاريات يتضح أن التكاليف الرأس مالية في أنظمة التخزين الثلاثة تمثل أكثر من 65٪ من إجمالي LCOS ، مما يجعل هناك حاجة ماسة لمزيد من البحث والتطوير لخفض التكلفة الرأسمالية لتقنيات تخزين الطاقة الذي تم تناولها.

يمكنكم مطالعة الورقة البحثية والتي نُشرت مؤخرًا في مجلة الطاقة عبر الرابط:

Techno-economic analysis of energy storage systems using reversible fuel cells and rechargeable batteries in green buildings

🎯 لأول مرة على مستوى الوطن العربي – فرصة تدريبية في مجال البحث والتطوير لتقنيات الطاقة المتجددة