كم هو العمر الحقيقي للبطاريات في منظومات الطاقة الشمسية؟ وماهي العوامل المؤثرة في ذلك ؟
سنتحدث في مقالنا الأخير من سلسلة المقالات حول العمر التشغيلي للمنظومة الشمسية الكهروضوئية المثبّتة على أسطح المنازل عن المكوّن الثالث وهو البطاريات:
ازداد في الآونة الأخيرة انتشار استخدام البطاريات في المنازل بشكل كبير, و وفقاً لاستطلاع للرأي الذي أجرته شركة Sun Power, على أكثر من 1500 منزل في أمريكا, ووجدت أنّه لدى أكثر من 40% من مالكي هذه المنازل تخوّف وقلق من انقطاعات التيار الكهربائي بشكل منتظم, لذلك فهم يلجؤون إلى تركيب منظومات شمسية كهروضوئية على منازلهم, وأكثر من 70% منهم يعتزمون إضافة البطاريات لمنظوماتهم, ليس فقط من أجل توفير الطاقة الكهربائية خلال فترات انقطاع التيار الكهربائي من الشبكة العامّة, بل من أجل استخدامه في تأمين جدولة ذكية لاستهلاك الطاقة أو ضخّها إلى الشبكة العامّة, أو استخدامها لشحن السيارات الكهربائية, وذلك من خلال تزويدها بتقنيات إضافية, وبهذا يمكن استثمار المنظومة الشمسية الكهروضوئية في المنزل بالشكل الأمثل.
وتتصدر أمريكا قائمة الدول التي تستخدم فيها البطاريات على اختلاف أنواعها في المنازل, لكن تحتل شركتي LG Chem و Tesla المراتب الأولى في التصنيع والبيع, حيث تشكل مبيعات بطارياتها من نوع ليثيوم-أيون أكثر من 90% من المنتجات الموجودة في السوق علماً أنّ أكثر من 60% منها تعود لشركة Tesla وحدها.
حيث تضمن شركة Tesla عمل بطارياتها لمدة لا تقل عن 10 أعوام بعد تركيبها, حيث وبحسب الشركة تبدأ البطاريات التي تنتجها دورة عملها بسعة 13.5kWh وتحافظ على هذه السعة وفقاً لجدول التقادم المرافق.
بينما تدعي شركة LG بأنّها تضمن أنّ بطارياتها ستحافظ بعد 10 أعوام من العمل والاستهلاك على 60% على الأقل من سعتها الاسمية والتي تبلغ 9.8kWh, إذا تمّ تشغيلها في ظروف العمل التي توصي بها الشركة لاستمرارية الضمان, كأن تتراوح درجات حرارة الوسط المحيط بين -10 إلى 45 درجة مئوية.
وللوقوف على العمر الافتراضي للبطاريات والعوامل المؤثّرة فيه:
فقد صرحت شركة تركيب المنظومات الشمسية Sunrun أنّ العمر التشغيلي الافتراضي للبطاريات يتراوح ما بين 5 إلى 15 عام, أي أنه لا بدّ من استبدال البطاريات خلال عمر المنظومة الشمسية الكهروضوئية والذي يتراوح بين 20 لـ 30 عام, علماً أنّ عمر البطارية مرتبط بشكل وثيق بدورات الشحن والتفريغ ونمط الاستخدام, كما لاحظنا سابقاً في الضمانات التي تقدمها شركتي Tesla و LG.
وبحسب مختبر Faraday, فإنّ المسببين الأساسين لتقادم البطاريات وتآكلها هما الشحن الزائد والشحن المنخفض إضافةً لانخفاض أيونات الليثيوم المحمولة في البطارية مع الوقت, حيث يحدث الشحن الزائد عندما يتم توصيل التيار الكهربائي إلى البطارية بعد شحنها بالكامل, مما قد يؤدي إلى ارتفاع حرارتها لدرجة قد تصل إلى احتراقها. بينما يحدث انخفاض الشحن عندما تستمر البطارية بالشحن لتصل إلى 100%, بوجود بعض الفواقد التي تسبب تأرجح الشحن بين 100% أو أقل بقليل, مما قد يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارية الداخلية للبطارية وانخفاض السعة والعمر التشغيلي لها. أمّا عن انخفاض أيونات الليثيوم بمرور الوقت, فقد يؤدي إلى انخفاض سعة البطارية تدريجياً نتيجةً لحبس أيونات الليثيوم الحرّة القابلة للاستخدام. مع ملاحظة أنّه بالرغم من توقف بطاريات الليثيوم عن العمل عند درجات الحرارة المنخفضة إلّا أن هذا لا يؤثّر على عمرها التشغيلي ولا يؤدي إلى تهالكها, وعلى العكس, تسبب درجات الحرارة المرتفعة انخفاض العمر التشغيلي للبطاريات نتيجةً لانهيار الإلكتروليت الموجود بين أقطابها عند ارتفاع درجة الحرارة, فتفقد قدرتها على نقل أيونات الليثيوم.
وحول صيانة البطاريات:
فقد أوصى المختبر الوطني للطاقات المتجددة National Renewable Energy Laboratory (NREL) بتركيب البطاريات في أماكن جافة, باردة, ومعزول كالمرآب, مع المحافظة على مسافات تباعد كافية بين جميع المكونات لتتيح المجال للتبريد ولسهولة المراقبة والصيانة الدورية, وتجنّب التفريغ العميق للبطارية كونه يؤدي إلى إنقاص عمر البطارية التشغيلي.
المصدر :
NREL Sun Power
