ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی: سیستم‌های بدون اتصال به شبکه در مقابل سیستم‌های متصل به شبکه

در جهان امروز، انرژی خورشیدی به‌عنوان راه‌حل تجدیدپذیر مورد اعتماد و پرکاربردی باقی خواهد ماند که بیشتر افراد به‌سوی آن روی می‌آورند. درک انواع ابتدایی‌ترین سیستم‌ها امری مهمی است. در این راستا، بحث ما را حول سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی برای سیستم‌های بدون اتصال به شبکه (Off-grid) و سیستم‌های متصل به شبکه (Grid-tied) متمرکز می‌کنیم. سیستم‌های بدون اتصال به شبکه به شبکه عمومی متصل نمی‌شوند، در حالی که سیستم‌های متصل به شبکه این امکان را دارند. سیستم‌های Off-grid مستقل از نظر انرژی هستند و شامل پنل‌های خورشیدی، باتری‌ها و اینورترها می‌شوند که نیازهای انرژی را تأمین می‌کنند. سیستم‌های Grid-tied به شبکه عمومی وابسته‌اند و قابلیت دریافت انرژی از شبکه را در زمانی که تولید انرژی خورشیدی توسط پنل‌ها کم است، دارند؛ همچنین در زمان‌هایی که تولید انرژی بالا است، قادر به انتقال انرژی اضافی به شبکه هستند. سیستم‌های Off-grid برای مناطق دورافتاده‌ای که دسترسی به شبکه وجود ندارد، ایده‌آل هستند؛ با این حال، این سیستم‌ها نیازمند بانک‌های باتری برای ذخیره‌سازی انرژی در شب و دوره‌های ابری می‌باشند. در محیط‌های شهری و حومه‌شهری، سیستم‌های Grid-tied بهترین عملکرد را دارند، زیرا این مناطق دارای ذخیره‌سازی باتری هستند و نگرانی‌ای درباره قطعی یا عدم دسترسی به شبکه ندارند.

مزایای فنی سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی بدون اتصال به شبکه

در زمینه مصرف مستقل انرژی، سیستم‌های ذخیره‌سازی خورشیدی بدون اتصال به شبکه مزایای فنی منحصربه‌فردی دارند. مهم‌ترین این مزایا، استقلال کامل انرژی است که کاربران را در برابر قبض‌های بالای برق، قطعی برق و نوسانات هزینه‌های تأمین انرژی محافظت می‌کند. این سیستم‌ها از باتری‌های LiFePO4 استفاده می‌کنند که دارای بیش از ۶۰۰۰ دوره شارژ/دشارژ و مقاومت در برابر دماهای شدید هستند. سیستم‌های هوشمند مدیریت باتری (BMS) که درون باتری‌ها یکپارچه شده‌اند، پوشش‌دهنده رایج‌ترین سناریوهای خرابی باتری از جمله شارژ بیش از حد، دمای بالا و اتصال کوتاه هستند.

مزیت اصلی دیگر، مقیاس‌پذیری سیستم‌های خورشیدی بدون اتصال به شبکه است. جوامع دورافتاده، خانه‌های روستایی و فعالیت‌های تجاری مستقر در مناطق دورافتاده می‌توانند ابتدا از سیستم‌های خورشیدی بدون اتصال به شبکه استفاده کنند و در آینده سیستم‌های خود را با افزودن باتری‌ها یا پنل‌های اضافی گسترش دهند تا نیازهای رو به افزایش انرژی الکتریکی‌شان را برآورده سازند. سیستم‌های بدون اتصال به شبکه همچنین مزیت سکوت را دارند. در مواردی که سایت‌های مناسب‌تر برای نصب سیستم‌های خورشیدی هم‌زمان مسکونی هستند یا حساسیت صوتی دارند، این ویژگی اهمیت زیادی دارد؛ زیرا این سیستم‌ها از اجزای باکیفیت، سلول‌های لیتیوم‌یون قدرتمند و الکترونیک قدرت کارآمد بهره می‌برند که نیاز به نگهداری را به حداقل می‌رسانند.

مزایای سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی متصل به شبکه

هنگام بررسی سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی، سیستم‌های خورشیدی متصل به شبکه می‌توانند مزایایی را که از نظر فنی ویژه‌ای دارند — از جمله نحوه اتصال آن‌ها به شبکه — برای کاربران فراهم کنند. از دیدگاه فنی، صرفه‌جویی در هزینه یا اثربخشی هزینه‌ای، انگیزه‌ای بزرگ است: زیرا کاربران انتخاب می‌کنند از شبکه به‌عنوان یک باتری مجازی استفاده کنند و بدین ترتیب می‌توانند از نصب سیستم‌های ذخیره‌سازی بزرگ در محل صرف‌نظر کنند که منجر به کاهش هزینه‌ها می‌شود. این کاربران می‌توانند در برنامه «شمارش خالص» (Net Metering) شرکت کنند؛ یعنی انرژی اضافی تولیدشده توسط آن‌ها را به شبکه بازگردانند. این امر منجر به کاهش هزینه‌های انرژی آن‌ها شده و زمان کلی بازگشت سرمایه اولیه نیز کوتاه‌تر می‌شود. در مجموع، سادگی نصب را می‌توان به عدم وجود ژنراتورهای پشتیبان یا سیستم‌های باتری بزرگ نسبت داد.

امروزه سیستم‌های متصل به شبکه برق امکان استفاده از فناوری هوشمند را فراهم می‌کنند که به کاربران این توانایی را می‌دهد تا تمام انرژی تولیدشده، مصرف‌شده و مورد استفاده قرارگرفته در شبکه را به‌صورت بلادرنگ مشاهده کنند. این قابلیت به کاربران این فرصت را می‌دهد تا مصرف انرژی خود را بهینه‌سازی کنند تا بیشتر از انرژی خورشیدی و کمتر از انرژی شبکه استفاده نمایند. این امر فشار واردشده بر شبکه را کاهش داده و میزان استفاده از منابع تجدیدپذیر را افزایش می‌دهد که نوعی حمایت از شبکه محسوب می‌شود. این سیستم‌ها قابلیت ادغام با سیستم‌های موجود شبکه را دارند و دارای گواهی‌های UL، CE و RoHS هستند.

در استفاده روزانه، سیستم‌های غیرمتصل به شبکه برای عملیات دورافتاده حیاتی بوده‌اند. طول عمر چرخه‌ای بلند و مقاومت در برابر شرایط آب‌وهوایی این سیستم‌ها، تأمین انرژی بدون وقفه‌ای را فراهم کرده‌اند که جایگزین ژنراتورهای گران‌قیمت دیزل شده و انتشار کربن را حذف نموده است. کاربران بهبود پایداری عملکرد و صرفه‌جویی قابل‌توجه در بلندمدت را گزارش داده‌اند که نشان‌دهنده این است که این سیستم به‌طور مؤثری نگرانی‌های مربوط به سیستم‌های غیرمتصل به شبکه را برطرف کرده است.

سیستم‌های متصل به شبکه در میان صاحبان کسب‌وکارها و خانه‌های شهری محبوبیت پیدا کرده‌اند. یک فروشگاه خرد فروشی کوچک یک سیستم متصل به شبکه نصب کرده و از اندازه‌گیری خالص (Net Metering) استفاده کرده تا ۷۵٪ از قبض برق خود را پس‌انداز کند. او از نظارت بلادرنگ تجاری بر عملیات خود استفاده کرده تا فعالیت‌هایش را بیشتر در ساعات اوج تولید انرژی خورشیدی جابه‌جا کند. صاحبان خانه و کسب‌وکارها از تغییر خودکار بین انرژی خورشیدی و برق شبکه لذت می‌برند. بسیاری از آن‌ها اشاره کرده‌اند که افزودن قابلیت ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی، ارزش املاکشان را افزایش داده است.

درک عملکرد و بازدهی

تفاوت‌هایی از نظر طراحی و کاربرد بین این دو سیستم وجود دارد. سیستم‌های بدون اتصال به شبکه (Off-grid) به بازدهی پنل‌ها و ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی و چرخه‌های باتری وابسته‌اند. باتری‌های LiFePO4 به دلیل داشتن چگالی بالاتر انرژی و طول عمر چرخه‌ای، ترجیح داده می‌شوند. بازدهی پنل‌های خورشیدی که نور خورشید را مستقیماً به برق تبدیل می‌کنند، تأثیر مستقیمی بر خروجی سیستم دارد. ترکیب ذخیره‌سازی بهتر و تبدیل انرژی با کاهش اتلاف انرژی، منجر به ایجاد یک سیستم کارآمدتر می‌شود.

سیستم‌های متصل به شبکه (Grid-tied) به دلیل اتصال به شبکه، از منطق اضافی ذخیره‌سازی رنج نمی‌برند. بازدهی آن‌ها بر اساس سازگانی پنل‌ها و اینورترها با شبکه تعیین می‌شود. اینورترهای با کیفیت بالاتر، انرژی کمتری را در فرآیند تبدیل برق مستقیم (DC) به برق متناوب (AC) مورد استفاده در شبکه هدر می‌دهند. سیستم شمارش خالص (Net metering) با توجه به سیاست‌های مربوطه، نمره‌ای بهتر از لحاظ بازدهی ارائه می‌دهد. تنظیم متعادل سیستم با الگوی مصرف کاربر، عملکرد بهتری در زمینه ذخیره‌سازی فراهم می‌کند.

تحلیل ارزش بلندمدت و مقایسه هزینه‌ها

در ارزیابی هر دو سیستم، شفافیت هزینه‌ها امری حیاتی است. سیستم‌های بدون اتصال به شبکه (Off-grid) به دلیل نیاز به بانک‌های باتری و اجزای پشتیبان، سرمایه‌گذاری اولیه بیشتری را طلب می‌کنند. با این حال، این هزینه‌ها جبران می‌شوند، زیرا مشتریان هیچ پرداختی به شبکه ندارند، در برابر افزایش نرخ‌های برق‌رسانی محافظت می‌شوند و با توجه به عمر پیش‌بینی‌شده باتری‌ها که بیش از ۶۰۰۰ سیکل است، هزینه کلی در طول زمان به‌طور قابل تضمینی کم خواهد بود. این سیستم‌ها ارزشی بی‌همتا در مناطقی که دسترسی به شبکه وجود ندارد، فراهم می‌کنند.

سیستم‌های متصل به شبکه هزینه‌های اولیه کمتری دارند. این سیستم‌ها بلافاصله پس از نصب به‌دلیل صرفه‌جویی‌های حاصل از اندازه‌گیری خالص (Net Metering) شروع به بازپرداخت سرمایه می‌کنند. بازپرداخت سرمایه‌گذاری در این سیستم‌ها سریع‌تر از سیستم‌های غیرمتصل به شبکه (Off-grid) است، زیرا منجر به کاهش قبض‌های برق می‌شود. این سیستم‌ها به دسترس‌پذیری شبکه و سیاست‌های اندازه‌گیری خالص تعیین‌شده توسط نهادهای ذیصلاح وابسته‌اند. بنابراین، بررسی دقیق سیاست‌های محلی و مقررات ارائه‌دهندگان خدمات برق برای اطمینان از پایداری بلندمدت این سیستم‌ها ضروری است. فناوری‌های مرتبط با انرژی خورشیدی پیشرفت خواهند کرد و افزایش هزینه‌های انرژی را در هر دو نوع سیستم جبران خواهند کرد.

نتیجه‌گیری

از دیدگاه استقلال انرژی، سیستم‌های خارج از شبکه عالی هستند. این سیستم‌ها همچنین برای مناطق دورافتاده قابل اعتماد بوده و محافظت در برابر مشکلات شبکه، آن‌ها را به گزینه‌ای ایده‌آل برای مناطق روستایی، کسب‌وکارهای دورافتاده یا دستیابی به خودکفایی تبدیل می‌کند. صرفه‌جویی در هزینه‌ها و نصب ساده‌تر، استفاده از این سیستم‌ها را برای مناطق روستایی و حومه‌شهری بسیار مناسب می‌سازد. هنگام انتخاب سیستم، محل نصب، نیازهای انرژی، ملاحظات مالی و اهداف تعیین‌شده برای سیستم را در نظر بگیرید. همکاری با تولیدکنندگان معتبر و مشاوران انرژی تجدیدپذیر، امکان اتخاذ تصمیمی آگاهانه را فراهم می‌کند. هر دو نوع سیستم همراه با پیشرفت فناوری باتری‌ها و افزایش قابلیت اطمینان انرژی‌های تجدیدپذیر، در حال تحول هستند.