مقدمة

"مع توقعات بهطول أمطار لمدة أسبوع، هل سيظل نظام الطاقة الشمسية الخاص بي يعمل بشكل صحيح؟"

يُعدّ هذا أحد أكبر المخاوف لدى العديد من مستخدمي الطاقة الشمسية. فخلال موسم الأمطار، أو الانتقال من الخريف إلى الشتاء، أو فترات الأمطار المتواصلة، ينخفض ​​توليد الطاقة من الألواح الشمسية بشكل ملحوظ، مما يدفع المستخدمين إلى التساؤل: هل الكهرباء المولدة كافية؟ هل ستنفد البطاريات؟ هل سنضطر للعودة إلى شراء الكهرباء لتلبية احتياجاتنا اليومية؟

هذا القلق مفهوم. فأنظمة الطاقة الشمسية تعتمد بشكل أساسي على الأحوال الجوية؛ ومن الطبيعي انخفاض إنتاج الطاقة خلال فترات الطقس الغائم أو الممطر. مع ذلك، لا يعني هذا أن أنظمة الطاقة الشمسية غير قابلة للاستخدام في الأيام الغائمة أو الممطرة، فالمفتاح يكمن في تصميم النظام واستعداد المستخدم. ستتناول هذه المقالة بالتفصيل مدى تأثير الأيام الغائمة أو الممطرة على أنظمة الطاقة الشمسية، وكيفية ضمان استمرارية تشغيل النظام واستقراره من خلال تصميمات تخزين الطاقة المناسبة.

أولاً: ما مدى أهمية تأثير الأيام الممطرة على أنظمة الطاقة الشمسية؟

قبل مناقشة استراتيجيات التكيف، نحتاج إلى توضيح مسألة "مقدار انخفاض توليد الطاقة في الأيام الممطرة".

تُنتج الألواح الشمسية الكهرباء بناءً على التأثير الكهروضوئي، الذي يقوم أساسًا على إثارة الفوتونات للإلكترونات لتوليد تيار كهربائي. في الأيام الغائمة، تخترق أشعة الشمس السحب الكثيفة، مما يقلل بشكل كبير من عدد الفوتونات؛ إذ لا تتجاوز شدة ضوء الشمس الواصل إلى الألواح الشمسية 10% إلى 30% من شدته في يوم مشمس. ويعتمد مقدار الانخفاض الدقيق على سمك ونوع الغطاء السحابي. ففي يوم غائم ذي سحب رقيقة، قد تصل الطاقة المُنتجة إلى 30% إلى 50% من الطاقة المُنتجة في يوم مشمس؛ أما في يوم غائم ذي سحب كثيفة، فقد لا تتجاوز الطاقة المُنتجة 10% إلى 20% من الطاقة المُنتجة في يوم مشمس.

لتوضيح ذلك بشكلٍ أدق، دعونا ننظر إلى بعض الأرقام المحددة. في شرق الصين، يمكن لنظام بقدرة 5 كيلوواط توليد ما بين 20 و25 كيلوواط ساعة من الكهرباء يوميًا في يوم مشمس؛ وفي يوم غائم جزئيًا، قد ينخفض ​​الإنتاج إلى ما بين 8 و12 كيلوواط ساعة؛ وخلال فترة متواصلة من الأيام الممطرة، قد لا يتجاوز الإنتاج 3 إلى 6 كيلوواط ساعة. وإذا استمر هطول الأمطار لمدة أسبوع كامل، فقد لا يتجاوز الإنتاج خلال ذلك الأسبوع خُمس ما يُنتجه في يوم مشمس، أو حتى أقل.

مع ذلك، لا يقتصر تأثير الأيام الغائمة والممطرة على انخفاض توليد الطاقة فحسب، بل هناك مشكلة أخرى يسهل تجاهلها، ألا وهي درجة الحرارة. يعلم الكثيرون أن كفاءة توليد الطاقة من الألواح الشمسية تنخفض مع ارتفاع درجة الحرارة. في المقابل، تؤثر درجات الحرارة المنخفضة أيضًا على كفاءة الألواح الشمسية، ولكن هذا التأثير إيجابي، إذ تكون كفاءة توليد الطاقة أعلى في الواقع عند درجات الحرارة المنخفضة. لذلك، على الرغم من أن الأيام الغائمة والممطرة تقلل من ضوء الشمس، فإن الزيادة في الكفاءة الناتجة عن انخفاض درجات الحرارة لا تعوض فقدان ضوء الشمس، وبالتالي يبقى توليد الطاقة الإجمالي منخفضًا.

بالإضافة إلى ذلك، بعد سلسلة من الأيام الممطرة، قد يتراكم الغبار والأوساخ على سطح الألواح الشمسية. وبمجرد أن يتحسن الطقس، قد تنخفض كفاءة توليد الطاقة في الألواح بنسبة تتراوح بين 10% و15%. وهذا تأثير خفي آخر للأمطار على أنظمة الطاقة الشمسية.

باختصار، ينعكس تأثير الأيام الممطرة المستمرة على أنظمة الطاقة الشمسية بشكل رئيسي في ثلاثة جوانب: انخفاض توليد الطاقة إلى 10% إلى 30% من توليدها في الأيام المشمسة، وتراكم الغبار على الألواح قد يؤثر على كفاءة توليد الطاقة بعد الأيام المشمسة، وسيصبح المستخدمون أكثر ترشيدًا في استهلاكهم للكهرباء.

ثانيًا: كيف تعمل أنظمة تخزين الطاقة في الأيام الممطرة
في الأيام الغائمة أو الممطرة، ينخفض ​​إنتاج الطاقة الشمسية، لكن الأجهزة المنزلية لا تزال بحاجة إلى الاستخدام والشحن. فمن سيسد هذه الفجوة؟ الجواب هو بطاريات تخزين الطاقة.

يمكن فهم دور أنظمة تخزين الطاقة في الطقس الممطر على ثلاث مراحل.

تبدأ المرحلة الأولى خلال النهار في الأيام الغائمة أو الممطرة. تستمر الألواح الشمسية في توليد الكهرباء، ولكن بكمية أقل من الأيام المشمسة. في هذه المرحلة، تكون البطاريات في حالة "شحن وتفريغ"؛ حيث تُعطى الأولوية للكهرباء المولدة من الألواح للاستخدام المنزلي؛ فإذا كان هناك فائض، يُشحن البطاريات؛ وإذا كان إنتاج الألواح غير كافٍ، تُفرغ البطاريات لتعويض النقص. هذه عملية توازن ديناميكي. وتعتمد حالة شحن وتفريغ البطارية في الأيام الغائمة أو الممطرة بشكل أساسي على عاملين: الشحنة المتبقية في البطارية (SOC) والحمل الكهربائي الحالي للمنزل.

المرحلة الثانية تحدث خلال الليالي الغائمة أو الممطرة. تتوقف الألواح الشمسية عن توليد الكهرباء، ويعتمد استهلاك الطاقة بالكامل على البطاريات. إذا كانت سعة البطارية كافية، يمكنها دعم الأحمال الأساسية ليلاً، كالثلاجة وجهاز التوجيه والإضاءة وبعض المقابس الكهربائية. يكمن جوهر هذه المرحلة في مفهوم "الحمل الأساسي". فليس من الضروري تشغيل جميع الأجهزة ليلاً، بل من المهم تنظيم أوقات استهلاك الكهرباء بوعي، مع جدولة استخدام الأجهزة عالية الطاقة خلال النهار قدر الإمكان.

المرحلة الثالثة هي الجزء الأخير من فترة هطول أمطار متواصلة. إذا استمر الطقس الممطر لعدة أيام، فقد تنفد البطارية تدريجيًا. في هذه الحالة، توجد عدة طرق ممكنة للتعامل مع الأمر: أولًا، تقليل استخدام الأجهزة الكهربائية غير الضرورية لتخفيف الحمل الكهربائي؛ ثانيًا، تشغيل مصدر الطاقة الاحتياطي، مثل مولد الديزل (في حال كان النظام هجينًا)؛ ثالثًا، استئناف شراء الكهرباء من الشبكة مؤقتًا، والعودة إلى وضع تخزين الطاقة بعد شحن البطارية بالكامل عند تحسن الأحوال الجوية.

بمجرد فهمك لهذه المراحل الثلاث، ستعرف قيمة أنظمة تخزين الطاقة في الأيام الغائمة أو الممطرة - فهي تعمل كـ "حاجز"، مما يقلل من تقلبات توليد الطاقة الشمسية ويسمح للمستخدمين باستخدام الكهرباء المولدة بواسطة الأنظمة الشمسية بشكل طبيعي في الأيام الغائمة أو الممطرة، بدلاً من الاعتماد كلياً على الشبكة.

ثالثًا: كم يومًا يمكن أن تدوم بطاريات تخزين الطاقة ذات السعات المختلفة؟
هذا هو السؤال الذي يشغل بال الجميع: "كم يومًا ممطرًا ستدوم بطاريتي؟"

للإجابة على هذا السؤال، نحتاج أولاً إلى معرفة رقمين: كمية الكهرباء المطلوبة كل يوم في الأيام الممطرة، وكمية الكهرباء الصافية التي تستهلكها البطارية كل يوم.

لنأخذ عائلة نموذجية مكونة من ثلاثة أفراد كمثال، يبلغ استهلاكها الأساسي من الكهرباء ليلاً (الثلاجة، جهاز التوجيه، الإضاءة، شحن الهاتف، إلخ) حوالي 1 إلى 2 كيلوواط/ساعة. إذا ولّدت الألواح الشمسية ما يكفي من الكهرباء للعائلة خلال النهار ولم تشحن البطارية، فستتبقى في بطارية سعتها 10 كيلوواط/ساعة 8 كيلوواط/ساعة بعد استهلاك 2 كيلوواط/ساعة ليلاً. أما إذا ولّدت الألواح 5 كيلوواط/ساعة فقط في اليوم التالي (في يوم غائم)، واستهلكت العائلة 2 كيلوواط/ساعة، فسيكون هناك شحن صافٍ قدره 3 كيلوواط/ساعة، مما يعيد سعة البطارية إلى 11 كيلوواط/ساعة. لذلك، في هذه الحالة، يمكن لبطارية سعتها 10 كيلوواط/ساعة أن تُغذي العائلة لعدة أيام متتالية في أيام غائمة أو ممطرة.

مع ذلك، بالنسبة للأسر ذات الاستهلاك العالي للكهرباء، أو تلك التي تحتاج إلى تشغيل أجهزة عالية الطاقة مثل مكيفات الهواء وسخانات المياه ليلاً، ستنفد البطارية بسرعة أكبر. قد يستهلك منزل مزود بمكيف هواء مركزي ما بين 5 إلى 8 كيلوواط/ساعة من الكهرباء للتبريد ليلاً في الصيف، لذا قد لا تدوم بطارية سعتها 10 كيلوواط/ساعة إلا ليوم أو يومين.

فيما يلي مرجع لـ "عمر البطارية" لسعات البطاريات المختلفة تحت أحمال كهربائية مختلفة:

تكوين بطارية 10 كيلو واط ساعة: الحمل الأساسي (1-2 كيلو واط ساعة / ليلة) يمكن أن يدعم 5-7 أيام؛ الحمل المتوسط ​​(3-4 كيلو واط ساعة / ليلة) يمكن أن يدعم 2-3 أيام؛ الحمل العالي (5-8 كيلو واط ساعة / ليلة) يمكن أن يدعم 1-2 أيام.

تكوين البطارية 20 كيلو واط ساعة: يمكن للحمل الأساسي أن يدعم من 10 إلى 14 يومًا؛ ويمكن للحمل المتوسط ​​أن يدعم من 5 إلى 7 أيام؛ ويمكن للحمل العالي أن يدعم من 2 إلى 4 أيام.

تكوين البطارية 30 كيلو واط ساعة: يمكن للحمل الأساسي أن يدعم من 15 إلى 21 يومًا؛ ويمكن للحمل المتوسط ​​أن يدعم من 7 إلى 10 أيام؛ ويمكن للحمل العالي أن يدعم من 3 إلى 5 أيام.

تم حساب هذه الأرقام بافتراض عدم شحن البطارية خلال النهار. في الواقع، حتى في الأيام الغائمة أو الممطرة، ستولد الألواح الشمسية بعض الكهرباء (10-30% في الأيام المشمسة)، لذا سيكون عمرها الافتراضي أطول من القيمة النظرية. إضافةً إلى ذلك، إذا كان لديك محطة شحن بطيئة لسيارتك الكهربائية في المنزل، فإن شحن السيارة بالبطارية ليلاً سيؤدي إلى استنزافها بشكل أسرع.

رابعاً: اقتراحات عملية لتكوين نظام تخزين الطاقة في الأيام الممطرة
والآن بعد أن غطينا الجانب النظري، دعونا ننتقل إلى الجانب العملي - كيف ينبغي تكوين أنظمة تخزين الطاقة واستخدامها أثناء الطقس الممطر؟

أولًا، أنصح بتصميم سعة البطارية بحيث تدوم لثلاثة أيام على الأقل. هذا هو اقتراحي الأساسي. بالنسبة لمعظم العائلات، تُعدّ ثلاثة أيام متتالية من الأمطار مدة معقولة. إذا كانت منطقتك تشهد أمطارًا غزيرة، أو إذا كان هناك ضباب دخاني كثيف وقلة في أشعة الشمس خلال فصل الشتاء، فيمكنك تصميمها لتدوم من أربعة إلى خمسة أيام. عادةً ما تكون بطارية بسعة 10 كيلوواط/ساعة كافية للحمل الأساسي لعائلة متوسطة مكونة من ثلاثة أفراد؛ أما بالنسبة للعائلات التي لديها مكيف هواء مركزي أو أجهزة كهربائية عالية الطاقة، فأوصي ببطارية بسعة 20 كيلوواط/ساعة على الأقل.

ثانيًا، يجب أن تتناسب سعة الألواح الكهروضوئية مع سعة البطارية. يعتقد البعض أنه طالما كانت سعة البطارية كافية، فلا داعي للقلق بشأن الألواح. في الواقع، يُعدّ تصميم الألواح الكهروضوئية بنفس أهمية تصميم البطارية، إذ يكون توليد الطاقة منخفضًا في الأيام الغائمة أو الممطرة. إذا كان تصميم الألواح غير كافٍ، فستكون البطارية في حالة "استهلاك الطاقة فقط دون شحن كامل" يوميًا، مما سيؤدي إلى تناقص مداها تدريجيًا. يُنصح بأن يكون تصميم الألواح الكهروضوئية أكبر قليلًا من تصميم العاكس. بهذه الطريقة، على الرغم من انخفاض الطاقة المولدة من الألواح في الأيام الغائمة أو الممطرة، إلا أنها ستساهم على الأقل في تعويض نقص سعة البطارية.

ثالثًا، حاول جدولة استخدام الأجهزة عالية الطاقة خلال النهار. فرغم أن الألواح الشمسية تولد كهرباء أقل خلال النهار في الأيام الغائمة أو الممطرة، إلا أنها تستمر في توليد الكهرباء طالما وُجد ضوء الشمس. لذا، فإن استخدام الأجهزة عالية الطاقة، كالغسالات والمجففات وغسالات الأطباق، خلال النهار يُقلل من استهلاك البطارية ليلًا ويُطيل عمرها.

رابعًا، انتبه لتوقعات الطقس وخطط لاستهلاكك للكهرباء مسبقًا. هذه نصيحة مفيدة يغفل عنها الكثيرون. في الوقت الحاضر، تُظهر توقعات الطقس على الهواتف المحمولة أحوال الطقس للأسبوع القادم أو حتى لفترة أطول. إذا لاحظت أن الأيام القليلة القادمة ستكون غائمة وماطرة، يمكنك شحن بطارية هاتفك بالكامل في الأيام المشمسة واستخدام المزيد من الأجهزة الكهربائية خلال النهار لتوفير الطاقة مسبقًا.

خامساً، يُنصح بالنظر في إعداد نظام طاقة احتياطية هجين يعمل بالديزل. بالنسبة للمستخدمين الذين يُعطون الأولوية لإمداد الطاقة المستمر، يُمكن النظر في حل هجين يجمع بين الطاقة الشمسية وتخزين الطاقة ومولد الديزل. يُمكن لمولد الديزل أن يعمل كمصدر طاقة احتياطي عند نفاد شحن البطارية أو في الأيام الغائمة لفترات طويلة، إما لشحن البطارية أو لتوفير الطاقة مباشرةً. هذا النظام أغلى ثمناً، ولكنه قادر على التعامل مع الظروف القاسية.

سادساً، نظّف الألواح الشمسية بانتظام. بعد سلسلة من الأيام الغائمة أو الممطرة، قد يتراكم الغبار والأوراق وفضلات الطيور وغيرها من الشوائب على الألواح. يمكن لهذه الأوساخ أن تحجب ضوء الشمس وتقلل من كفاءة توليد الطاقة. تنظيف الألواح فور انقشاع الغيوم يُعيد كفاءة توليد الطاقة. في المناطق الجافة قليلة الأمطار، يُنصح بتنظيفها مرة واحدة شهرياً؛ أما في المناطق التي يكثر فيها الضباب الدخاني أو الغبار الكثيف، فيمكن زيادة وتيرة التنظيف حسب الحاجة.

خاتمة
تؤثر الأيام الممطرة المتتالية على أنظمة الطاقة الشمسية، لكن هذا لا يعني أنها "غير قابلة للاستخدام"، بل يعني أنها "لا تعمل بكفاءة كالمعتاد". سينخفض ​​توليد الطاقة إلى ما بين 10% و30% من مستواه في الأيام المشمسة، مما يستدعي استخدام بطاريات تخزين الطاقة لتعويض هذا النقص.

يكمن مفتاح حل هذه المشكلة في تصميم مناسب لتخزين الطاقة. وتتمثل المبادئ الأساسية فيما يلي: يجب أن تكون سعة البطارية كبيرة بما يكفي لتدوم ثلاثة أيام على الأقل؛ ويجب أن يتضمن تصميم الألواح الكهروضوئية هامشاً يضمن إمكانية تزويد البطارية ببعض الطاقة حتى في الأيام الغائمة أو الممطرة؛ كما يجب تنسيق عادات استهلاك الكهرباء، مع جدولة استخدام الأجهزة عالية الطاقة خلال النهار قدر الإمكان.

وأخيرًا، دعونا نتحدث عن العقلية. بعد تركيب نظام الطاقة الشمسية، ينتاب الكثيرين قلق مفرط بشأن كل وحدة كهرباء يتم توليدها. يشعرون بالقلق عندما يكون إنتاج الطاقة منخفضًا، وبالتوتر عندما ينخفض ​​مستوى شحن البطارية. هذه العقلية مفهومة، ولكنها غير ضرورية. صُممت أنظمة الطاقة الشمسية لتتأثر بالطقس؛ فوجود بضعة أيام غائمة أو ممطرة أمر طبيعي. مع نظام مُهيأ بشكل صحيح، وسعة بطارية كافية، وعقلية هادئة، يمكن التعامل مع حتى الأيام الغائمة أو الممطرة بسلاسة.

ففي النهاية، ستصفو السماء دائمًا.

يرجى الاتصال بسيمون على الفور لمناقشة مشروعك:
WeChat: TY530643572
رقم الهاتف: +86 137 1166 0041