أنظمة الطاقة الاحتياطية المنزلية – المهندسين الكهربائيين يجيبون على أسئلتك

أوضحت شركة إسكوم للكهرباء في جنوب إفريقيا أن “فصل الأحمال” – انقطاع التيار الكهربائي المجدول – لن ينتهي في أي وقت قريب. هذا الواقع ، وإعلان الرئيس سيريل رامافوزا خلال خطابه السنوي عن حالة الأمة في 9 فبراير 2023 أن الحوافز الضريبية لاستخدام الطاقة الشمسية باتت وشيكة ، يعني أن العديد من الناس يفكرون في أنظمة بديلة لتزويد منازلهم بالكهرباء.

لكن اتخاذ القرار بشأن أفضل نظام ليس بالأمر السهل. هناك مجموعة محيرة من المصطلحات التي يجب التدقيق فيها والعديد من العناصر التي يجب مراعاتها ، من النوع الصحيح من العاكس إلى حجم الألواح الشمسية الخاصة بك.

نحن مهندسون كهربائيون نعمل على شاحن مستقل للمركبات الكهربائية الصغيرة مع المعهد الوطني لتنمية الطاقة في جنوب إفريقيا كجزء من شراكة الأبحاث والابتكار المشتركة طويلة الأجل بين الاتحاد الأوروبي والاتحاد الأفريقي بشأن الطاقة المتجددة. تشبه طريقة تصميم الشاحن نوع النظام المطلوب لحلول انقطاع التيار الكهربائي المحلية. لذلك ، نحن قادرون على الإجابة على بعض الأسئلة لأولئك الذين يشعرون بالإرهاق من الخيارات. ستتوفر تعليماتنا الكاملة والمفصلة لتصميم نظام تحميل الأحمال على الإنترنت قريبًا.

ما هو العاكس؟

هذا عنصر رئيسي في أي نظام طاقة بديل. إنه جهاز إلكتروني يغير التيار المباشر (مثل الطاقة المخزنة في بطارية) إلى تيار متردد (طاقة لمنزلك).

هناك أنواع قليلة من المحولات. بعضها مرتبط بالشبكة (متزامن) مع شبكة كهرباء Eskom. يتم استخدامها عادةً مع أنظمة الطاقة الشمسية التي تزيد من إمداد Eskom. لكنها ليست مناسبة لحلول فصل الأحمال.

يمكنك أيضًا الحصول على محولات خارج الشبكة (تشكيل الشبكة) ، والتي تشكل شبكة صغيرة خاصة بها ويمكن أن تعمل أثناء انقطاع التيار الكهربائي.

نوصي باستخدام عاكس هجين ، يمكن ربطه بالشبكة لزيادة الإمداد ومواصلة التشغيل بسلاسة كحل خارج الشبكة أثناء فصل الأحمال. أنت تريد عاكسًا هجينًا يمكنه الاتصال بالشبكة والبطارية الاحتياطية والألواح الشمسية. لاستخراج الحد الأقصى من الطاقة من الألواح الشمسية ، تأكد من الحصول على واحد يحتوي على الحد الأقصى لتتبع نقطة الطاقة (MPPT).

ما الحجم الذي يجب أن يكون عليه النظام؟

يجب أن يكون هذا الشراء استثمارًا طويل الأجل. يجب أن يكون العاكس قادرًا على تحمل مجموع الأحمال التي تسحب الطاقة في أي لحظة في الوقت المناسب ويجب أن تكون البطارية قادرة على توفير الطاقة المطلوبة.

لتقليل تكلفة رأس المال الأولية والنفقات التشغيلية ، عليك أن تقرر ما هو ضروري. أضواء؟ غسالتك؟ الموقد والغلاية الكهربائية؟ ثم تحتاج إلى التأكد من أنها موفرة للطاقة قدر الإمكان قبل تغيير حجم نظام النسخ الاحتياطي. على سبيل المثال ، تستخدم المصابيح المتوهجة القديمة طاقة أكثر بعشر مرات من استخدام مصابيح LED.

يسرد هذا الجدول بعض العناصر المنزلية النموذجية واستهلاكها للطاقة.

لماذا أحتاج بطاريات لنظامي؟

من الممكن نظريًا أن يقوم العاكس بتوليد الكهرباء للاستخدام المنزلي مباشرةً من الألواح الشمسية. لكن الإمداد من الألواح متقطع وغالبًا ما يكون غير قوي بما يكفي لتزويد الطاقة بشكل موثوق للأحمال المتغيرة في المنزل.

للتغلب على هذه المشكلة ، يتم تخزين الطاقة في البطاريات. يوفر هذا مصدرًا أكثر استقرارًا للطاقة والذي يستجيب للطلب أثناء فصل الأحمال.

تم تحديد سعة البطارية بالكيلوواط / ساعة (كيلوواط / ساعة) أو آه (ساعة أمبير). هذا يحدد كمية الطاقة التي يمكن أن توفرها. يمكن لبطارية بسعة 5kWh نظريًا أن تزود 5kW لمدة ساعة. ولكن إذا تم تفريغ بطارية الليثيوم بنسبة تزيد عن 20٪ من سعتها ، فإنها تفقد قدرتها وتتقدم في العمر بشكل أسرع. وبالتالي ، فإن البطارية التي تبلغ قدرتها 5 كيلو وات في الساعة تتمتع بسعة فعالة تبلغ 4 كيلو واط في الساعة فقط. يمكنها توفير 4kW لمدة ساعة واحدة ، أو 1kW لمدة أربع ساعات.

كمثال عملي ، إذا كنت ترغب في تشغيل 20 مصباح LED 10 وات فقط وتلفزيون LED متوسط ​​الحجم ، برسم إجمالي 0.5 كيلو وات ، فإن بطارية 3.5 كيلو وات في الساعة تكفي لمدة أربع ساعات.

هل الألواح الشمسية ضرورية لنظام النسخ الاحتياطي؟

لا. تخزن البطاريات الطاقة لتوفير إمداد ثابت للعاكس عند الحاجة. من الناحية الفنية ، يمكنك استخدام التيار الكهربائي لشحن البطاريات ، بدلاً من الاعتماد على الألواح الشمسية. الألواح الشمسية موجودة فقط لزيادة إمدادات الكهرباء ويمكن أن تمنحك نطاقًا أكبر قليلاً أثناء تحميل الأحمال إذا كانت الشمس مشرقة.

ولكن إذا قام الجميع بتثبيت أنظمة احتياطية بدون الألواح الشمسية ، فإننا نستخدم البطاريات فقط لحملنا خلال انقطاع التيار الكهربائي. يؤدي ذلك إلى زيادة الحمل على Eskom خارج فترات فصل الأحمال ، حيث يجب تجديد البطاريات. سيؤدي ذلك إلى تحييد قدرة Eskom على استخدام loadshedding كأداة لإدارة الشبكة. يمكن أن يزعزع استقرار الشبكة ويؤدي إلى انقطاع التيار الكهربائي الكامل.

وإذا قدم وزير المالية ، كما هو متوقع ، إعفاءات ضريبية لنفقات توليد الطاقة الشمسية في خطاب الميزانية في 22 فبراير ، فسيتعين أن تكون الألواح الشمسية جزءًا من إعدادك إذا كنت ترغب في الاستفادة من هذه الحوافز.

بغض النظر عما يعلنه Enoch Godongwana ، نعتقد أن هذا هو الوقت المناسب للتبديل إلى نظام النسخ الاحتياطي الذي يعمل بالطاقة الشمسية ، من أجل راحة البال وتوفير المدخرات المستقبلية.

اقرأ المزيد: شبكة الكهرباء في جنوب إفريقيا تحت الضغط: كيف ولماذا

ما هي تكلفة كل هذا؟

تنخفض أسعار العاكس مع نمو السوق ، وتختلف بين الموردين. تكلف العواكس حوالي 3000 راند (حوالي 165 دولارًا أمريكيًا) لكل كيلو وات لقاع النطاق ، وأقرب إلى R7000 (حوالي 380 دولارًا أمريكيًا) لكل كيلو وات لأعلى النطاق. ستحصل معظم المنازل على عاكس من 3kW إلى 5kW ، إذا تمت إدارة أحمالها بشكل جيد ، وتتراوح تكلفتها بين R9000 (حوالي 490 دولارًا أمريكيًا) و 35000 راند (حوالي 1915 دولارًا أمريكيًا).

تختلف أيضًا بطاريات الليثيوم (LiFePO4) من حيث التكلفة ولكنها تباع عادةً بسعر يصل إلى حوالي 5000 راند (حوالي 270 دولارًا أمريكيًا) إلى 7000 راند لكل كيلو وات في الساعة. ستحصل معظم المنازل على بطارية من 5 كيلو واط في الساعة إلى 10 كيلو واط في الساعة إذا تم تحسين الأحمال وإدارتها بشكل جيد. لذا فأنت تبحث عن تكلفة تتراوح بين 25000 راند (حوالي 1370 دولارًا أمريكيًا) و 70000 راند (3830 دولارًا أمريكيًا أو نحو ذلك) للبطاريات.

تتراوح الألواح الشمسية من 8000 راند (حوالي 440 دولارًا أمريكيًا) إلى 10000 راند (حوالي 550 دولارًا أمريكيًا) لكل كيلوواط (مقياس لمدى ارتفاع إنتاج طاقة الألواح). مرة أخرى ، إنها ليست حاسمة ، ولكنها ضرورية إذا كنت تريد أن يدفع النظام لنفسه مع مرور الوقت.

هل يمكنني تثبيت هذا النظام بنفسي؟

لا ، إلا إذا كنت كهربائيًا معتمدًا. يجب تثبيت العاكس في لوحة التوزيع وستعتمد التكلفة على عدد قواطع الدائرة التي تحتاج إلى نقلها إلى النسخة الاحتياطية وكذلك مدى سهولة تثبيت الحل ؛ يتراوح التثبيت عادةً من R10،000 إلى R20،000 (حوالي 1100 دولار أمريكي فقط). يجب أن تتم الموافقة على العاكس من قبل البلدية إذا كنت ترغب في إعادة التغذية إلى الشبكة. تركيب الألواح الشمسية منفصل ، وتختلف التكاليف بشكل كبير.