بطارية VRLA: الاستخدام في النظام الشمسي

مقدمة

تُعرف أيضًا بطاريات VRLA أو البطاريات التي لا تحتاج إلى صيانة باسم بطاريات حمض الرصاص المختومة (SLA). هذا النوع من البطاريات مناسب لتطبيقات الطاقة الشمسية بسبب عمره الطويل وميزاته التي لا تحتاج إلى صيانة. تم تصميم بطاريات VRLA لتكون مقاومة للانسكاب، وتقوم تلقائيًا بتنفيس الغازات الناتجة عن التفاعل الكيميائي داخل البطارية. لا تحتاج إلى إعادة تعبئتها بالماء مثل البطارية الخلوية المغمورة بالمياه.

تعد بطارية الرصاص الحمضية المنظمة بالصمام تقنية ناضجة تم استخدامها في العديد من أنظمة الطاقة الشمسية، لذلك فهي عادةً الخيار الأكثر فعالية من حيث التكلفة ولها سجل حافل في أنظمة الطاقة المتجددة. وهي مصممة لاستخدامها في التطبيقات التي سيتم فيها الشحن والتفريغ بشكل مستمر، كما هو الحال عند استخدامها في أنظمة الطاقة الشمسية

ما هي بطارية حمض الرصاص المختومة؟

تحتوي بطارية حمض الرصاص المختومة (SLA) على إلكتروليت داخل الخلية ولا تحتوي على أي ماء أو سوائل أخرى مثل حمض الكبريتيك أو حمض الهيدروكلوريك. تم تطوير هذه الأنواع من البطاريات في الستينيات لتوفير الطاقة للمركبات التي لم تكن تستخدم البنزين ولكن بدلاً من ذلك كان لديها محرك كهربائي يمكنه إعادة شحن نفسه من خلال أنظمة الكبح المتجددة عند الحاجة عن طريق إعادة شحن الطاقة المخزنة في حزمة البطارية أثناء القيادة على المنحدرات على الطرق المسطحة بسرعات منخفضة على مدى فترات طويلة من الزمن خلال ظروف الطقس البارد دون الحاجة إلى الكثير من الاهتمام بالصيانة من السائقين الذين قد يُطلب منهم تشغيل الصمامات يدويًا في ظل ظروف معينة!

موردي بطاريات VRLA لقد صممت هذه البطاريات لتكون مقاومة للانسكاب، وتقوم تلقائيًا بتنفيس الغازات الناتجة عن التفاعل الكيميائي داخل البطارية.

لا تحتاج إلى إعادة تعبئتها بالماء مثل البطارية الخلوية المغمورة بالمياه.

لا يحتوي على إلكتروليت سائل وبالتالي ليس من الضروري إضافة حمض أو التحقق من مستوياته.

يمكن أن تدوم بطارية VRLA أيضًا لفترة أطول بكثير مما تتوقع، طالما أنك تحافظ عليها بشكل صحيح. إذا كنت تستخدم النظام الشمسي الخاص بك بشكل صحيح، فإن البطاريات الخاصة بك سوف تستمر لسنوات عديدة دون الحاجة إلى أي صيانة على الإطلاق!

تحتوي بطاريات VRLA على لوحين مختلفين من الرصاص، أحدهما موجب والآخر سالب، مغموران في سائل الإلكتروليت.

يتم شحن البطارية من خلال عملية التحليل الكهربائي: يؤدي التفاعل بين المعدنين المختلفين إلى توليد تيار كهربائي يعمل على تشغيل مضخة الشحن.

يحتوي سائل الإلكتروليت المستخدم في بطاريات VRLA على ماء ممزوج بحمض الكبريتيك (H2SO4). يعمل هذا الخليط كوسيط لانتقال الإلكترونات من قطب كهربائي إلى آخر عند إنتاج الكهرباء.

عندما يتم شحن البطارية، يتحرك هذا السائل إلى الألواح، التي تتفاعل لإنتاج الكهرباء لاستخدامها لاحقًا.

سائل الإلكتروليت هو الوسط الذي يسمح بحدوث التفاعلات الكيميائية في البطارية. إنه يتكون من محلول أيوني، مما يعني أنه يحتوي على أيونات (جسيمات مشحونة). وفي هذه الحالة تكون هذه الأيونات عبارة عن أيونات الليثيوم وجزيئات الماء.

تستخدم البطاريات الإلكتروليتات لأنها تسمح بحدوث تفاعلات كيميائية بين الأقطاب الكهربائية عند مستويات مختلفة من الشحن. في هذه الحالة، تشكل لوحتان دائرة كهربائية ترتبط نهايتيها الموجبة والسالبة معًا بواسطة أسلاك توصيل أو مواد موصلة أخرى مثل ألياف الكربون أو مسحوق الجرافيت المطلي على معادن مثل صفائح رقائق الألومنيوم مع إضافة معجون الفضة لتوصيل أفضل. عندما تضع الألواح الشمسية الخاصة بك فوق خط السقف الخاص بك بحيث تتلقى ضوء الشمس المباشر طوال ساعات النهار خلال أيام الشتاء عندما لا يكون هناك الكثير من الغطاء السحابي الذي يمنع الأشعة من الوصول إلى ما يزيد عن ارتفاع ستة أقدام تقريبًا عن مستوى سطح الأرض حيث تقف معظم المنازل اليوم (ولكن لا تزال غير كافية الحماية ضد التعرض للإشعاع)، ثم إذا قمت بتثبيت بطاريات VRLA داخل تلك الألواح نفسها بدلاً من ذلك...

يعني هذا الإجراء الكيميائي أن دورة حياة البطارية محدودة، مما يعني أنك ستحتاج إلى استبدال البطاريات بشكل دوري إذا كنت تريد الأداء الأمثل من نظام الطاقة الشمسية الخاص بك.

دورة حياة البطارية محدودة، مما يعني أنك ستحتاج إلى استبدال البطاريات بشكل دوري إذا كنت تريد الأداء الأمثل من نظام الطاقة الشمسية الخاص بك. إذا لم تقم باستبدال بطاريات VRLA الخاصة بك كل خمس سنوات، فقد تفقد قدرتها وتتطلب إعادة شحن متكررة. يجب فحص البطاريات بانتظام وحفظها في مكان بارد وجاف حيث يمكن الوصول إليها بسهولة دون أن تتضرر بسبب الحرارة أو البرودة.

لقد وصفنا البطاريات التي لا تحتاج إلى صيانة أعلاه. وتستخدم هذه على نطاق واسع في تركيبات النظام الشمسي المنزلية

تُعرف بطاريات VRLA أيضًا باسم بطاريات الرصاص الحمضية المختومة، وهي مصممة لتكون مقاومة للانسكاب. وهذا يعني أن البطارية لا تحتاج إلى إعادة تعبئتها بالماء مثل البطارية الخلوية المغمورة بالمياه.

تقوم هذه البطاريات تلقائيًا بتنفيس الغازات الناتجة عن التفاعل الكيميائي داخل البطارية، ولهذا السبب يوصى بشدة بعدم الإفراط في شحن هذه الأنواع من البطاريات لأن ذلك قد يؤدي إلى تلفها بشكل دائم.

تشغيل بطارية VRLA

يمكن شرح مبدأ التشغيل الأساسي لبطارية VRLA على النحو التالي:

يحتوي أحد أنواع بطاريات الرصاص الحمضية على ألواح رصاص تعمل كأقطاب كهربائية ومغمورة في المنحل بالكهرباء الذي يحتوي على سائل مشابه لحمض الكبريتيك. وبنفس الطريقة، تحتوي بطارية VRLA أيضًا على نوع مماثل من الكيمياء ويتم تثبيت الإلكتروليت في هذا النوع من البطاريات.

في نوع AGM (جل مات ممتص) في بطاريات VRLA،

المنحل بالكهرباء هو نوع غير لامع من الألياف الزجاجية، بينما في البطاريات الهلامية يكون على شكل معجون. في وقت تفريغ الخلية، يخضع الحمض المخفف والرصاص الموجود في البطارية لتفاعل كيميائي يؤدي إلى إطلاق الماء وكبريتات الرصاص. ومع استمرار عملية التفريغ، يتحول الماء وكبريتات الرصاص مرة أخرى إلى حمض ورصاص. بالنسبة لجميع أنواع بطاريات الرصاص الحمضية، يجب أن يتزامن تيار الشحن مع سعة البطارية حتى يتم امتصاص الطاقة. عندما تكون قيمة تيار الشحن أعلى، تتم عملية التحليل الكهربائي، والتي تقوم بتكسير الماء على شكل O2 وH₂. ومع هروب هذين الغازين، يجب إضافة الماء بشكل مستمر إلى البطارية.

أثناء وجودها في بطارية VRLA، فإنها تحافظ على الغازات المنتجة في البطارية حتى تصل مستويات الضغط إلى الحد الآمن. في سيناريوهات التشغيل العامة، يمكن دمج الغازات داخل البطارية، أو في بعض الحالات، استخدام محفز أو إلكتروليت.

حتى لو تجاوز الضغط المستوى الآمن، ستفتح صمامات الأمان للسماح بخروج المزيد من الغازات. وذلك لأن الضغط يتم تنظيمه وفقًا للقيم المسموح بها. ولهذا السبب، يُشار إلى البطاريات باسم "صمام منظم".

VRLA حساب الحياة

خلال دورة حياة بطارية VRLA، ستشهد البطارية تفريغًا عميقًا عندما تكون مصادر الطاقة الأساسية المستخدمة هي الطاقة الشمسية وعربات الجولف وغيرها. يتم بعد ذلك إعادة شحن البطارية وبعد تفريغها تعود إلى سعتها لاستخدامها مرارًا وتكرارًا.

بينما في الدورة التقليدية، تتكرر الدورة نفسها. يؤدي هذا إلى ضغط أكبر على اللوحة الإيجابية حيث يسقط المعجون من قسم الحامل. لذلك، بالنسبة لهذه الأنواع من التطبيقات، توجد تقنية تسمى Deep Cycle Service. يتم تشغيله بواسطة بطارية AGM، المصممة خصيصًا لتوفير عمر أطول لركوب الدراجات العادية والتطبيقات العميقة. لتحسين المتانة، تم تضمين هذه التقنية في تركيبة تشبه المعجون الإيجابي.

ويتم ذلك لمواجهة الضغط الذي ينشأ في وقت التغيرات الهيكلية التي تحدث في دورة الشحن أو التفريغ. ثم يسمح اندماج الشبكة والمعجون الموجب بقابلية التوسعة وهذا يزيد من عمر الدورة.

هذه هي الطريقة التي يتم بها حساب دورة عمر البطارية باستخدام VRLA.

VRLA أم ليثيوم أيون: أيهما أفضل؟

بطاريات VRLA هي UPS المفضلة نظرًا لموثوقيتها وجهدها الأولي المنخفض - التكلفة الأولية لمصدر الطاقة وسهولة إدارتها. ومع ذلك، نظرًا لانخفاض سعر بطاريات الليثيوم أيون في السنوات الأخيرة، فإنها سرعان ما أصبحت الخيار المفضل لأجهزة UPS في مراكز البيانات.

هل بطاريات الليثيوم أيون هي الشيء الجديد الافتراضي؟

ما هي الاختلافات بين VRLA والليثيوم أيون؟ والأهم من ذلك، أيهما أفضل؟

فيما يلي 4 أشياء يجب مراعاتها عند التفكير في البطارية التي يجب استخدامها.

1. عمر البطارية

لمعرفة المبلغ الذي تستثمره حقًا في البطارية، عليك أن تفكر في عمرها الافتراضي.

إن السرعة التي تحتاجها لاستبدال البطارية ستحدد القيمة النهائية والفوائد الإجمالية. يقيس البائعون عمر البطارية بمقياسين مختلفين: المتانة وعمر التقويم.

العمر الافتراضي هو الوقت المقدر الذي ستستمر فيه البطارية قبل أن تصل إلى 80٪ من سعة الطاقة الخاصة بها. ، مما يشير إلى نهاية عمر البطارية. يتم تحديد العمر الافتراضي من خلال افتراض أن البطارية ستعمل في ظل ظروف "العالم الحقيقي" اليومية؛ لذلك قد تختلف.

عمر البطارية هو الوقت المقدر الذي حددته الشركة المصنعة بأن البطارية ستستمر إذا تم الاحتفاظ بها في حالة شحن متقطع طوال عمرها الافتراضي. المعيشة، والحفاظ عليها في حالة ممتازة، دون انقطاع التيار الكهربائي.

يتراوح عمر بطارية VRLA النموذجي من 3 إلى 6 سنوات. على الرغم من أنها أكثر تكلفة في وقت الشراء، إلا أن بطارية الليثيوم أيون تتمتع بعمر خدمة يزيد عن عشر سنوات.

2. الحجم والوزن

لا تشغل بطاريات الليثيوم أيون مساحة أقل بسبب كثافة الطاقة العالية فحسب، بل إنها أيضًا أصغر بكثير. بالمقارنة مع بطاريات VRLA، فإن بطاريات الليثيوم أيون أصغر حجمًا بنسبة 70% وأخف وزنًا بنسبة 60%.

3. صيانة

تم تجهيز بطاريات Li-Ion بنظام إدارة البطارية (BMS) المدمج. في المقابل، تتطلب بطاريات VRLA تكاليف إضافية إذا كنت تريد إجراء فحوصات مقاومة منتظمة أو إضافة نظام إدارة المباني. يوفر نظام إدارة المباني مراقبة مستمرة لحالة البطارية، مما يطيل عمر البطارية ويمنع درجات الحرارة غير الآمنة من خلال السماح بالتحكم الكامل في الشحن والتفريغ.

4. الطاقة مقابل الطاقة

يمكن أن يعتمد تحديد البطارية الأفضل لمركز البيانات لديك على احتياجاتك المحددة من الطاقة. تتطلب وحدات UPS بطاريات يمكنها توصيل كميات كبيرة من الطاقة خلال 5 إلى 10 دقائق. الفرق بين بطاريات VRLA وبطاريات الليثيوم أيون هو السعة المتبقية بعد وقت التشغيل المطلوب.

يتم قياس طاقة البطارية بالطاقة × عدد الساعات، مما يعني أن البطارية توفر 100 فولت عند 10 أمبير، ويمكن أن تدعم 1000 واط.

باختصار، توفر خلية الطاقة كمية كبيرة من الطاقة في فترة زمنية قصيرة، باستخدام سعة الطاقة الكاملة للبطارية تقريبًا. تم تصميم خلية الطاقة لتوفير كمية صغيرة نسبيًا من الطاقة على مدى فترة زمنية طويلة.

تم تصميم بطاريات الليثيوم أيون لتكون خلايا أو خلايا طاقة، في حين أن بطاريات VRLA محدودة التصميم فقط كخلايا طاقة.

إذن أيهما أفضل؟

على الرغم من أن التكلفة الأولية لبطاريات Li-Ion أعلى من بطاريات VRLA، إلا أنها تتطلب عمليات استبدال أقل (إن وجدت) طوال عمر UPS، مما يزيل خطر التوقف عن العمل عند تغيير البطاريات. تحتوي بطارية الليثيوم أيون على ما يصل إلى عشرة أضعاف دورات التفريغ وحوالي أربع مرات أقل من التفريغ الذاتي. في حين أن بطاريات الليثيوم أيون لديها لوائح شحن أكثر صرامة وتكاليف تصنيع أعلى، إلا أنها تزن أقل بثلاث مرات تقريبًا من بطاريات VRLA ولكنها تتمتع بنفس إمكانات الطاقة. علاوة على ذلك، فإن إمكانات الشحن الخاصة بها أسرع بأربع مرات.

خاتمة

هذا هو القرار الأكثر أهمية لأي تركيب للطاقة الشمسية. سيحدد نوع البطارية التي تختارها المدة التي سيستمر فيها مصدر الطاقة لديك وتكلفة تشغيله. نوصي بمراعاة هذه العوامل عند اختيار بطارية بديلة لنظامك.

إذا كانت لديك أي أسئلة أو استفسارات بشأن هذه البطاريات أو أي علامة تجارية نمتلكها، فاتصل بنا اليوم!