مع ازدياد الطلب على الطاقة، أصبح تطوير تقنيات تخزين الطاقة موضوعًا بالغ الأهمية في هذا القطاع، إذ يُمثّل 60% من تكاليف أنظمة تخزين الطاقة، وقد حظيت بطاريات تخزين الطاقة باهتمام واسع النطاق. وتزداد شعبية حزم بطاريات الليثيوم منخفضة الجهد كحلٍّ فعّال وموثوق لتخزين الطاقة.
1. ما هي بطارية الليثيوم ذات الجهد المنخفض لتخزين الطاقة؟
تجمع حزمة بطاريات الليثيوم منخفضة الجهد، كما يوحي الاسم، بين المفاهيم الثلاثة “الجهد المنخفض” و”بطارية الليثيوم” و”الحزمة”.
أولاً، ما هو Pack؟
تُعرف حزمة البطارية، أو وحدة البطارية، بأنها نوع من أنواع التغليف والتجميع المستخدمة في إنتاج البطاريات. وهي تجمع بين عدة خلايا فردية متصلة على التوازي والتوالي لتشكيل شكل محدد يُسمى حزمة، وذلك وفقًا لمتطلبات العميل.
ثانيًا، ما هي بطارية الليثيوم؟
في قطاع المنازل الحالي الذي يعتمد على “الخلايا الكهروضوئية وتخزين الطاقة”، تُعدّ بطاريات الرصاص الحمضية وبطاريات الليثيوم أيون الركيزة الأساسية لتكنولوجيا تخزين الطاقة الكهروكيميائية، مع هيمنة بطاريات الليثيوم أيون. من المتوقع أن تصل القدرة المركبة العالمية لتخزين الطاقة الكهروكيميائية إلى 21.1 جيجاواط في عام 2021. ومن هذه القدرة، استحوذت بطاريات الليثيوم أيون على 93.9%، وبطاريات الرصاص الحمضية على 2.2%، وبطاريات الصوديوم الحمضية على 2.0%، وبطاريات التيار السائل على 1.2%. تتميز بطاريات الليثيوم أيون، مقارنةً ببطاريات الرصاص الحمضية، بدورة شحن وتفريغ ممتازة، وكثافة طاقة عالية، وسرعة استجابة فائقة، فضلاً عن كونها صديقة للبيئة. في الماضي، حدّت التكاليف المرتفعة من انتشارها. ولكن في السنوات الأخيرة، ومع التقدم التكنولوجي، استمرت التكاليف في الانخفاض، ومن المتوقع أن تصبح بطاريات الليثيوم أيون اتجاهًا رئيسيًا للتطوير في المستقبل.
وأخيرًا، ما هي البطارية ذات الجهد المنخفض؟
تتميز بطاريات الجهد المنخفض عادةً بجهد يتراوح بين 48 و60 فولتًا، ولا يمكن توصيلها على التوالي لزيادة الجهد (أي أن الجهد يبقى ثابتًا بغض النظر عن عدد البطاريات). كما أن متطلبات نظام إدارة البطارية (BMS) لهذه البطاريات منخفضة، وهي أقل تأثرًا بعدم توازن البطاريات، وتقنيتها أكثر نضجًا، لذا فإن سعرها منخفض نسبيًا.
يبلغ الجهد الفردي لبطارية الجهد العالي عادةً 80-100 فولت، ويمكن زيادة الجهد الكلي النهائي إلى حوالي 400-600 فولت (للتخزين المنزلي) عن طريق توصيل بطاريات الجهد العالي على التوالي. وتتطلب بطاريات تخزين الجهد العالي في أنظمة إدارة البطاريات متطلبات تقنية وأمنية أعلى، لذا فإن سعرها أعلى أيضًا.
نظراً لكثافة الطاقة العالية لخلايا البطاريات عالية الجهد، فإن خصائص السلامة فيها أقل من خصائص البطاريات منخفضة الجهد، التي تكون أكثر عرضة للاحتراق التلقائي أو الانفجار. تُسهم البطاريات منخفضة الجهد بشكل كبير في تقليل مخاطر السلامة أثناء النقل والتركيب والاستخدام. أما فيما يتعلق بسلسلة التوريد، فإن محدودية المعروض الحالي من البطاريات عالية الجهد في السوق تُصعّب على العملاء شراء البطاريات التي تلبي احتياجاتهم، بينما توفر بطاريات CHISAGE ESS منخفضة الجهد خيارات أوسع.
2. التركيب البنيوي لحزمة بطاريات الليثيوم ذات الجهد المنخفض
تتكون حزمة البطاريات ذات الجهد المنخفض بشكل أساسي من وحدة بطارية واحدة، ونظام كهربائي، وصندوق، والعديد من الأجزاء الرئيسية لنظام إدارة البطارية (BMS).
بمقارنة البطارية بجسم الإنسان، يمكن اعتبار وحدة البطارية بمثابة القلب، المسؤول عن تخزين الطاقة الكهربائية وإطلاقها؛ ويمكن اعتبار النظام الكهربائي بمثابة الشرايين والأوعية الدموية والجهاز العصبي، التي تنقل الطاقة الكهربائية باستمرار من البطارية إلى الأجهزة النهائية وتنقل إشارات الكشف والتحكم في الوقت الفعلي؛ ويمكن اعتبار الغلاف بمثابة الهيكل العظمي، الذي يلعب دورًا في الدعم ومقاومة الصدمات الميكانيكية وحماية البيئة؛ ويمكن اعتبار نظام إدارة البطارية بمثابة الدماغ، المسؤول عن قياس معايير مثل الجهد والتيار ودرجة الحرارة وغيرها من معايير البطارية.
3. مبدأ وعملية بطارية الليثيوم منخفضة الجهد لتخزين الطاقة
يعتمد مبدأ التشغيل الأساسي لحزمة بطاريات الليثيوم منخفضة الجهد على الخصائص الكهروكيميائية لتفاعلات الأكسدة والاختزال. أثناء الشحن، تتشكل أيونات الليثيوم على هيئة LiCoO₂ أو LiFePO₄ في مادة القطب الموجب (مثل LiCoO₂ أو LiFePO₄)، بينما في الوقت نفسه، في مادة القطب السالب (مثل الجرافيت)، تهاجر أيونات الليثيوم من الإلكتروليت إلى الجرافيت المعدني وتُختزل إلى ذرات ليثيوم. عند التفريغ، تعود أيونات الليثيوم إلى البطارية في الاتجاه المعاكس، مُشكلةً LiFePO₄ أو LiCoO₂، وتتأكسد في الوقت نفسه إلى أيونات ليثيوم.
بطارية ليثيوم منخفضة الجهد. تجمع عملية اللحام المتقدمة بالليزر واللحام بالموجات فوق الصوتية بين طريقتين رئيسيتين. يستخدم اللحام بالليزر شعاع ليزر عالي الكثافة كمصدر للحرارة، مما ينتج عنه طريقة لحام عالية الكفاءة والدقة. أما اللحام بالموجات فوق الصوتية فيستخدم موجات اهتزاز عالية التردد تُنقل إلى سطحي قطعتي عمل تحت ضغط، مما يُسبب احتكاكًا على سطحيهما واندماجًا بين الطبقات الجزيئية. تستخدم حزمة بطاريات CHISAGE ESS منخفضة الجهد تقنية اللحام بالليزر، وتعتمد حاليًا على أفضل ليزر IPG ألماني، لتجنب الاحتكاك بالموجات فوق الصوتية على سطح اللحام الناتج عن تلف صمام تخفيف الضغط، مما يجعلها أكثر موثوقية.
4. معايير واختيار حزمة بطاريات الليثيوم منخفضة الجهد
ترتبط معايير حزمة بطاريات الليثيوم منخفضة الجهد واختيار البطارية ارتباطًا وثيقًا بضرورة مراعاة مسائل التركيب، والكهرباء، والسلامة، والبيئة. فيما يلي مثال على حزمة بطاريات الليثيوم منخفضة الجهد CE48100-W (51.2 فولت/100 أمبير/ساعة) من CHISAGE ESS، يوضح المعايير التي يجب مراعاتها عند اختيار البطارية:
معايير التركيب
(1) الوزن/الأبعاد
يبلغ وزن بطارية CE48100-W 55 كجم، وأبعادها 430×191.5×630 مم. عند اختيار حزمة البطاريات، يجب على العملاء مراعاة قدرة تحمل الأرضية أو الجدار، ومساحة التركيب المتاحة، بالإضافة إلى ما إذا كانت أبعاد نظام البطاريات (الطول، العرض، الارتفاع) محدودة ضمن تلك المساحة.
(2) التركيب
تتوفر بطاريات الليثيوم منخفضة الجهد من CHISAGE ESS بنسختين: أرضية وجدارية، مما يتيح لك اختيار الأنسب لك بناءً على تفضيلاتك الشخصية ومدى صعوبة التركيب. يدعم طراز CE48100-W كلا نوعي التركيب، ويتميز بتصميمه البسيط والأنيق الذي يناسب مجموعة واسعة من الاستخدامات.
(3) درجة الحماية
يشير هذا إلى قدرة غلاف المعدات الكهربائية على الحماية من دخول الأجسام الغريبة (الغبار، السوائل، إلخ)، وكلما ارتفع مستوى الحماية، كان التأثير أفضل. يتميز جهاز CE48100-W بتصنيف IP65، وهو مستوى حماية أعلى.
المعايير الكهربائية
(1) الطاقة الاسمية
يُعدّ اختيار سعة البطارية المناسبة عملية معقدة. فبالإضافة إلى مراعاة الحمل، يجب أيضًا مراعاة قدرة البطارية على الشحن والتفريغ، وأقصى قدرة للعكس، وساعات تشغيل الحمل، وسيناريوهات الاستخدام المحددة، وغير ذلك. تتمتع بطارية CE48100-W بسعة اسمية تبلغ 5.12 كيلوواط ساعة، وهي سعة كافية لتلبية احتياجات تخزين الطاقة العامة للعائلة بأكملها.
(2) جهد التشغيل
يجب أن يتوافق نطاق الجهد هذا مع نطاق جهد دخل البطارية الخاص بالعاكس. سيؤدي استخدام جهد أعلى أو أقل من نطاق جهد البطارية الخاص بالعاكس إلى عدم إمكانية استخدام نظام البطارية مع العاكس. يتراوح نطاق جهد التشغيل للعاكس CE48100-W بين 40 و58.4 فولت، وهو مناسب لأي عاكس تخزين طاقة منزلي من CHISAGE ESS.
(3) الحد الأقصى لتيار الشحن/التفريغ
يُحدد الحد الأقصى لتيار الشحن/التفريغ الذي يدعمه نظام البطارية مدة شحن/تفريغ البطارية. تتميز بطارية CE48100-W بتيار شحن أقصى يبلغ 50 أمبير وتيار تفريغ أقصى يبلغ 100 أمبير، أي أنها تدعم الشحن بمعدل 0.5C والتفريغ بمعدل 1C.
معايير السلامة
(1) نوع بطارية الليثيوم أيون
تُصنّف بطاريات الليثيوم أيون بشكل رئيسي إلى بطاريات الليثيوم كوبالت، وبطاريات الليثيوم منغنيز، وبطاريات الليثيوم نيكل، وبطاريات الليثيوم فوسفات الحديد، وبطاريات الليثيوم أيون، وغيرها، وذلك تبعًا لاختلاف مواد الكاثود. ونظرًا لاعتبارات السلامة والاستقرار والفعالية من حيث التكلفة، يستخدم طراز CE48100-W بطارية ليثيوم فوسفات الحديد الأكثر استقرارًا وموثوقية.
(2) الضمان
انتبه جيدًا لشروط ضمان البطارية ومدته ونطاقه. بشكل عام، يؤثر عاملان على ضمان البطارية: مدة الضمان وعدد دورات الشحن والتفريغ ضمن عمق تفريغ محدد، حيث تبدأ فترة الضمان عند أول دورة شحن أو تفريغ. على سبيل المثال، تتمتع بطارية CE48100-W بضمان لمدة 5 سنوات (مع ضمان ممتد لمدة 10 سنوات) وعدد دورات شحن وتفريغ يصل إلى 6000 دورة عند عمق تفريغ 80%. إذا تجاوز عدد دورات الشحن والتفريغ 6000 دورة خلال فترة الخمس سنوات، ينتهي الضمان.
المعايير البيئية
(1) نطاق درجة الحرارة
يرجى الانتباه إلى نطاق درجة الحرارة المحيطة التي تدعمها البطارية. تجاوز هذا النطاق سيؤثر على الاستخدام الطبيعي للبطارية. تدعم بطارية CE48100-W نطاق درجة حرارة شحن من 0 إلى 55 درجة مئوية، ونطاق درجة حرارة تفريغ من -20 إلى 55 درجة مئوية.
(2) الرطوبة
بالنسبة لبعض المناطق الرطبة أو المرتفعة، يرجى الانتباه إلى هذه المعلمة، حيث أن نطاق الرطوبة لبطارية CE48100-W هو 20 ~ 95٪ RH.
بالإضافة إلى ذلك، ينبغي مراعاة خصائص أخرى لبطاريات الجهد المنخفض لتوفير تجربة استخدام أكثر سهولة وراحة للمستخدمين. على سبيل المثال، تستخدم بطارية CHISAGE ESS بطاريات من الفئة A ذات سعة استخدام أكبر؛ وتدعم توصيل ما يصل إلى 15 بطارية بالتوازي لتلبية الطلب على زيادة سعة البطارية؛ كما تدعم ضبط عنوان نظام إدارة البطارية (BMS) تلقائيًا، ما يجعلها متوافقة مع نطاق أوسع من أجهزة العاكس. يمكن للمستخدمين اختيار البطارية الأنسب بناءً على احتياجاتهم الفعلية، مع مراعاة الوظائف المختلفة للبطاريات.
يتمتع نظام تخزين الطاقة ببطاريات الليثيوم منخفضة الجهد بآفاق تطبيق واسعة في مجال الطاقة المتجددة. وهو مناسب بشكل خاص لأنظمة تخزين الطاقة المنزلية والصناعية والتجارية، حيث يغطي نطاقًا واسعًا من التطبيقات في المنازل والمكاتب والمراكز التجارية والمتاجر الكبرى والمستشفيات وغيرها من التطبيقات متعددة الاستخدامات. وتجعله مزاياه، مثل الأمان العالي والعمر الطويل وكثافة الطاقة العالية، اتجاهًا هامًا في تطوير تكنولوجيا تخزين الطاقة. وستواصل شركة CHISAGE ESS تكريس جهودها للبحث والتطوير والتطبيق لأنظمة تخزين الطاقة ببطاريات الليثيوم منخفضة الجهد، مساهمةً بذلك في تطوير صناعة الطاقة المتجددة.
