ما هي أفضل طريقة لتخزين الطاقة الشمسية؟

1. نظام تخزين طاقة البطارية

تخزين طاقة البطارية هو طريقة شائعة ومستخدمة على نطاق واسع. بطاريات الليثيوم أيون لها أداء رائع في مجال تخزين الطاقة الشمسية. يقومون بتخزين ويطلقون الطاقة الكهربائية عن طريق تحريك أيونات الليثيوم بين الأقطاب الإيجابية والسلبية. تتمتع بطاريات الليثيوم أيون بكثافة عالية للطاقة ، مما يعني أنه يمكنها تخزين المزيد من الطاقة الكهربائية في حجم ووزن صغير نسبيًا ، ولديها معدل تفريغ ذاتي منخفض ، وأن عمر خدمتها تتحسن باستمرار. في نظام الطاقة الشمسية المنزلية ، يمكن لبطاريات الليثيوم أيون تخزين الكهرباء الزائدة الناتجة عن الألواح الشمسية خلال النهار للاستخدام في الليل أو في الأيام الممطرة ، وتحقيق الاكتفاء الذاتي للطاقة وتقليل الاعتماد على شبكات الطاقة التقليدية. ومع ذلك ، فإنه يعاني أيضًا من مشاكل مثل التكلفة المرتفعة ، وموارد الليثيوم المحدودة ، ومخاطر السلامة المحتملة ، مثل الهرب الحراري في ظل ظروف غير طبيعية مثل ارتفاع درجة الحرارة أو الشحن الزائد.

يمكن أيضًا استخدام بطاريات حمض الرصاص لتخزين الطاقة الشمسية. مزاياها هي التكنولوجيا الناضجة والتكلفة المنخفضة وموثوقية عالية. يستخدم على نطاق واسع في بعض سيناريوهات تطبيق الطاقة الشمسية الصغيرة ، مثل أنظمة ضوء الشارع الشمسية خارج الشبكة في المناطق النائية. ومع ذلك ، فإن بطاريات الحموضة الرصاصية لها كثافة منخفضة الطاقة ، وعمر دورة قصيرة ، وحجم كبير ووزن ، مما يحد إلى حد ما قدرتها على تخزين الطاقة الشمسية على نطاق واسع وكفاءة.

2. تخزين ضخ

يعد التخزين المضخن وسيلة فعالة لتخزين الطاقة على نطاق واسع. يتمثل مبدأها في استخدام الطاقة الكهربائية لضخ المياه من الأماكن المنخفضة إلى الخزانات المرتفعة عندما يكون هناك طاقة شمسية كافية وفائض الكهرباء ، وتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة إمكانية للجاذبية للتخزين. عندما تكون الطاقة الشمسية غير كافية أو زيادة الطلب على الكهرباء ، فإن المياه في الأماكن المرتفعة ستتدفق إلى أماكن منخفضة لدفع التوربينات لتوليد الكهرباء. تحتوي هذه الطريقة على سعة تخزين ضخمة للطاقة ويمكن أن توفر كمية كبيرة من الكهرباء بشكل ثابت لفترة طويلة. يلعب دورًا مهمًا للغاية في موازنة إمدادات الطاقة والطلب من شبكات الطاقة الإقليمية وتحسين استقرار شبكة الطاقة. على سبيل المثال ، في بعض المناطق الجبلية ذات الظروف المناسبة للتضاريس ، يمكن بناء محطات طاقة تخزين كبيرة ضخمة للعمل بالتنسيق مع محطات الطاقة الشمسية. ومع ذلك ، فإن بناء محطات طاقة التخزين المضخمة له متطلبات صارمة على البيئة الجغرافية. يتطلب التضاريس مع اختلاف ارتفاع معين ومصادر المياه الكافية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن فترة البناء طويلة وتكلفة الاستثمار مرتفعة. ويشمل قضايا معقدة مثل بناء الأراضي على نطاق واسع ومشروع الحفاظ على المياه.

3. تخزين الطاقة الحرارية

يعد تخزين الطاقة الحرارية أيضًا وسيلة لتخزين الطاقة الشمسية ، وهو مناسب بشكل أساسي لأنظمة الاستخدام الحراري الشمسي. من بينها ، يستخدم تخزين الحرارة المعقول خصائص المواد التي تمتص الحرارة عندما ترتفع درجة الحرارة وتطلق الحرارة عندما تنخفض درجة الحرارة. وتشمل تلك الشائعة الماء والصخور كوسائط تخزين الحرارة. على سبيل المثال ، في سخان المياه الشمسية ، يخزن الماء الموجود في خزان المياه الحرارة التي يمتصها جامع الطاقة الشمسية للاستخدام اللاحق. يستخدم تخزين الحرارة الكامنة ظاهرة امتصاص الحرارة وإطلاق الحرارة أثناء تغيير الطور للمواد. على سبيل المثال ، تمتص بعض مواد الطور كمية كبيرة من الحرارة وتخزينها عندما تتغير من الصلبة إلى السائل ، وتطلق الحرارة عند انخفاض درجة الحرارة المحيطة. تتمثل ميزة تخزين الطاقة الحرارية في أن النظام بسيط نسبيًا ومنخفضًا في التكلفة ، ويمكن دمجه جيدًا مع أنظمة توليد الطاقة الحرارية الشمسية أو أنظمة التدفئة الشمسية. ومع ذلك ، فإن كثافة الطاقة منخفضة نسبيًا ، والطاقة المخزنة محدودة ، وهناك مشكلة في فقدان الحرارة. عند تخزينها لفترة طويلة ، ستتبدد الحرارة تدريجياً ، مما يؤثر على كفاءة تخزين الطاقة.

4. تخزين طاقة الهيدروجين

تخزين طاقة الهيدروجين هو طريقة تخزين الطاقة الشمسية المحتملة. يمكن استخدام توليد الطاقة الشمسية في ماء الإلكتروليز لإنتاج الهيدروجين ، وتحويل الطاقة الكهربائية إلى الطاقة الكيميائية للهيدروجين وتخزينها. يمكن تخزين الهيدروجين بعدة طرق ، مثل تخزين الهيدروجين المضغوط أو تخزين الهيدروجين السائل أو تخزين الهيدريد المعدني. عند الحاجة إلى الطاقة ، يمكن تحويل الهيدروجين من الطاقة الكيميائية إلى الطاقة الكهربائية أو الطاقة الحرارية من خلال خلايا الوقود أو الاحتراق. تعد مزايا تخزين طاقة الهيدروجين كثافة عالية للطاقة ، ووقت تخزين طويل ، والهيدروجين كمنتج للطاقة النظيفة خالية من التلوث ، والتي يمكن استخدامها في مجموعة متنوعة من سيناريوهات تطبيق الطاقة ، مثل مركبات خلايا وقود الهيدروجين. ومع ذلك ، فإن إنتاج وتخزين ونقل تحديات الهيدروجين يواجهون تحديات مثل التكلفة العالية والتكنولوجيا المعقدة ومتطلبات السلامة العالية. على سبيل المثال ، يتطلب تخزين الهيدروجين ذي الضغط العالي حاويات خاصة ومقاييس لحماية السلامة ، وقد يتسبب تسرب الهيدروجين في الانفجارات والمخاطر الأخرى.

باختصار ، طرق تخزين الطاقة الشمسية المختلفة مناسبة لسيناريوهات واحتياجات مختلفة. في التطبيقات التجارية المنزلية والصغيرة ، قد تكون أنظمة تخزين طاقة البطارية أكثر ملاءمة وعملية ؛ لتنظيم تخزين الطاقة على نطاق واسع وتنظيم الشبكة ، فإن التخزين المضخن وتخزين طاقة الهيدروجين لديهم إمكانات أكبر ؛ ويلعب تخزين الطاقة الحرارية دورًا فريدًا في مجال الاستخدام الحراري الشمسي. من خلال التطوير المستمر والابتكار في التكنولوجيا ، يُعتقد أن أساليب تخزين الطاقة الشمسية الأكثر كفاءة واقتصادية وآمنة ستظهر في المستقبل ، مما يعزز التطبيق على نطاق واسع للطاقة الشمسية في هيكل الطاقة العالمي ووضع أساس قوي للبشرية التحرك نحو عصر الطاقة المستدامة.