تخزين الطاقة الكهروضوئية وتحليل جودة الطاقة الكهربائية

الهدف من تخزين الطاقة الكهروضوئية وتحليل جودة الطاقة الكهربائية

تم تعزيز الإقبال الكبير على الطاقة الكهروضوئية على الأسطح من خلال السياسات الحكومية وخطط الدعم في العديد من البلدان في أوروبا وخارجها، بحيث كانت هذه السياسات مدفوعة بالسعي وراء الشواغل الاقتصادية والبيئية مثل الحاجة إلى الحد من انبعاثات الكربون، وفي المملكة المتحدة تلقى العملاء الذين يمتلكون المولدات الكهربائية الموزعة والمتجددة (DGs) تعويضاً يصل إلى (12.03) بنساً / كيلوواط ساعة مقابل الطاقة المصدرة إلى شبكة المرافق اعتباراً من عام 2012م.

وهذا ما يسمى التعريفة في التغذية (FiT)، والمثير للدهشة أن عدد الخلايا الكهروضوئية المملوكة للعملاء سرعان ما تجاوز الهدف الذي حددته الحكومة، كما وقد أدى ذلك إلى خفض معدل استهلاك الطاقة الإضافي إلى أقل من (5) بنس / كيلوواط ساعة في النهاية انسحابه.

ووفقاً لذلك يقوم معظم العملاء الذين يمتلكون الكهروضوئية بتعديل وحداتهم بتخزين الطاقة على نطاق صغير (SSES)، وبهذه الطريقة يتم استخدام التوليد من الكهروضوئية لشحن (SSES) في وقت الظهيرة عندما يكون التوليد الكهروضوئي في ذروته والطاقة الزائدة المستخدمة في فترة المساء لتلبية الطلب المنزلي.

أيضاً من المتوقع أن يستمر هذا الاتجاه في كل من المملكة المتحدة ودول أخرى خاصة مع استمرار انخفاض تكاليف وحدات (SSES)، على سبيل المثال اعتباراً من عام 2016م  تم شراء حوالي خمسين ألف وحدة من وحدات (SSES) في ألمانيا، كما وتشير التوقعات إلى أن الاتجاه سيستمر، وعلاوة على ذلك يُقال أن بعض مشكلات جودة الطاقة (PQ) المرتبطة بأنظمة الطاقة الكهروضوئية يمكن التخفيف منها عندما يتم تحديث (PVs) بوحدات (SSES).

كما تتضمن مشكلات (PQ) هذه ارتفاع الجهد وتدفق الطاقة العكسي (RPF)، بحيث يعتبر (SSES) قادراً على تنعيم ملف توليد الطاقة الكهروضوئية وتقليل ذروة الطلب، وهذا بالإضافة إلى تخفيض فواتير الكهرباء للعملاء حيث من المتوقع أن ينخفض صافي الواردات من الشبكة الكهربائية.

وفي الواقع، وبينما توجد العديد من الأعمال في الدراسات حول (PVs) و (SSES) غالباً ما تمت دراسة هذه الوحدات بشكل منفصل، كما تم التحقيق في حدوث الجهد الكهربائي الزائد بسبب تكامل نظام الكهروضوئية على السطح في الشبكة، أيضاً اقترح أن الشبكات الحضرية كانت أكثر عرضة للتأثر بمشاكل الجهد الزائد التي تسببها الخلايا الكهروضوئية على الأسطح.

وبالمثل فقد تمت مراقبة نظام الطاقة الكهروضوئية على الأسطح بقدرة 13 كيلوواط في (ليون – فرنسا)، وذلك من أجل كل من الحالة المستقرة والأداء العابر، بحيث وجد الباحثون بأن القياسات الميدانية لم تكشف عن أي تأثير كبير على نظام الجهد المنخفض بسبب التكامل الكهروضوئي، أيضاً قيل أن هذا النظام الذي يحتوي على إجمالي (6) عاكسات يفي بالحدود التوافقية القانونية باستثناء انتهاك الحد السادس والثامن (حتى التوافقي).

وصف واقع الحال من خلال المراقبة الميدانية

الرسم التخطيطي للتجربة الميدانية كما هو مبين في الشكل التالي (1)، بحيث تم توصيل ثلاثة مستشعرات (عدادات جودة الطاقة (PQM)) في محطات الإخراج الخاصة بـ (PV) و (SSES) والأنابيب الرئيسية في مقر العميل كما هو موضح في الرسم التخطيطي، بحيث كانت العملية الافتراضية هي تلبية طلب العميل من خلال التوليد من الكهروضوئية والطاقة الناتجة الزائدة المستخدمة لشحن البطارية.

وبمعنى آخر؛ فقد بدأت (SSES) في الشحن عندما تم اكتشاف أن طلب العميل قد تم تلبيته بالكامل وتم إعادة تغذية الطاقة إلى الشبكة الكهربائية، ومن ناحية أخرى تم تفريغ (SSES) عندما لوحظ أن الطاقة تم سحبها من الشبكة ولا تزال البطاريات بها طاقة مخزنة كافية من فترات الشحن السابقة.

كما يمكن تلخيص التسلسل المنطقي لعمليات الشحن والتفريغ الخاصة بـ (SSES) من خلال مخطط التدفق في الشكل التالي (2).

التحكم المنسق في الأنظمة الكهروضوئية اللامركزية وأنظمة SSES

كما ذكر سابقاً كان الهدف الافتراضي لكل أسرة معيشية مثبتة على (SSES) هو تقليل صافي الطاقة المستوردة من الشبكة، وبالتالي تقليل تكاليف فواتير الكهرباء لتحقيق هذا الهدف، لذلك قام العميل بشحن (SSES) من توليد الطاقة الكهروضوئية الزائدة خلال ساعات ذروة الإنتاج، ويكون عادةً في وقت الظهيرة تقريباً (وقت الذروة) وبعد ذلك قام بتفريغ (SSES) في فترات الطلب المسائية.

ولتقييم فعالية الطريقة الافتراضية في تقليل طلب العملاء للفصول الأربعة في المملكة المتحدة في فصل الخريف والربيع والشتاء والصيف؛ فقد تم رسم ملفات تعريف الطلب بناءً على القياسات الميدانية لمدة عام واحد، وفي الواقع تم النظر في المواسم المختلفة حيث أنه من المعروف أن ملامح الحمل الكهربائي تتأثر بالطقس والتغيرات الموسمية، وعلى سبيل المثال يستخدم العملاء أجهزة التدفئة الخاصة بهم خلال فترات الشتاء الباردة أكثر من الصيف، لذلك من الواضح أن هذا سيؤثر على نمط الحمل لكلا الموسمين.

ونظراً لأن معظم الأسر أظهرت اتجاهاً مشابهاً؛ فقد تم عرض قطع الأراضي الخاصة بواحد من المنازل للتوضيح فقط. يشير الشكلان الآتيين (3) و (4) على التوالي إلى ملامح فترتي الصيف والشتاء.، وذلك من أجل الاكتمال، بحيث تظهر ملامح الربيع والخريف أيضاً في الشكلين (5) و (6) بوضوح، كما يوضح الشكلان (3) و (5) أن (SSES) ساعدت بشكل كبير في خفض (RPFs) وكذلك ذروة الطلب في المساء، وهذا واضح عندما يكون الخطان الأحمر والأسود في المؤامرات مقارنة.

ومع ذلك في الشكل (4)، كان ملف تعريف الأسرة مع وبدون (SSES) هو نفسه، بحيث أظهر فحص إضافي لشحنة وتفريغ قوة (SSES)، وذلك خلال فترة الشتاء أن (SSESs) كانت في الغالب معطلة في هذه الفترة من العام، وذلك لأن (SSES) لم يتم شحنها بشكل كافٍ لأن مستوى الإشعاع الشمسي (بالإضافة إلى توليد الطاقة الكهروضوئية) كان منخفضاً، وبالتالي لم تتمكن (SSES) من التفريغ خلال ذروة الطلب المسائي للعميل.

كما أظهر هذا بوضوح أن هناك حاجة إلى شكل من أشكال التحكم الذكي للعميل وكذلك (DNO) لاستخدام (SSES)، وعلى النحو الأمثل على مدار السنة؛ فإن الفكرة هي أنه إذا تم إثبات وجود حجة قوية لاستخدام الأصول المملوكة للعملاء للخدمات الإضافية؛ فعندئذ يمكن لـ (DNO) تطوير الحوافز أو المكافآت المالية اللازمة لخدمات المرونة هذه.

وبالتالي، تمت إعادة برمجة البرامج الثابتة لبعض (SSESs) المحددة من قبل شريك الصناعة، بحيث يمكن شحن الوحدات من خارج الشبكة أو التفريغ لتزويد طلب الأسرة عند تلقي إشارة تحكم من موقع بعيد (من DNO)، كذلك تمت الإشارة إلى هذا باسم تجربة التحكم النشط (ACT) في العرض الميداني، وأثناء التجربة الميدانية؛ فقد تم تنشيط إشارات التحكم في بعض الأوقات المحددة مسبقاً بناءً على معرفة مسبقة بملفات تعريف شبكة (DNO).