في سويسرا - نظام طاقة شمسية هجين بقدرة 110 كيلوواط مع تخزين بطارية بسعة 100 كيلوواط ساعة

يُعدّ نظام الطاقة الشمسية الهجين بقدرة 110 كيلوواط مع وحدة تخزين بطاريات بسعة 100 كيلوواط/ساعة في سويسرا حلاً متكاملاً للطاقة يتميز بالكفاءة العالية والاستقرار وانخفاض انبعاثات الكربون، وقد صُمم خصيصاً ليتناسب مع خصائص مناخ جبال الألب السويسرية، وشبكة الكهرباء المتقدمة، ومتطلبات التحول الطاقي الصارمة. وباستخدام الطاقة الشمسية كمصدر أساسي للطاقة، بالإضافة إلى وحدة تخزين بطاريات بسعة 100 كيلوواط/ساعة، يتغلب النظام على مشكلة انقطاع توليد الطاقة الشمسية الناتج عن تقلبات الطقس في جبال الألب، مثل تساقط الثلوج وقصر ساعات النهار في فصل الشتاء، محققاً بذلك تشغيلاً متكاملاً للطاقة الشمسية وتخزين الطاقة وربط الشبكة والتنظيم الذكي. ويمكن لهذا النظام تلبية احتياجات الطاقة على مدار الساعة وبموثوقية عالية للمنشآت الصناعية والتجارية متوسطة الحجم، والمساكن الفاخرة، والفنادق الجبلية، والقصور الريفية، ومرافق الخدمات العامة في سويسرا، مع المساهمة في الوقت نفسه في خفض انبعاثات الكربون في سويسرا، والوفاء بالتزامها بتحقيق صافي انبعاثات صفرية، وتحسين هيكل الطاقة النظيفة لديها.

أولاً: قابلية النظام الأساسي للتكيف: التوافق مع الوضع الراهن الإقليمي والطاقي في سويسرا

تتميز سويسرا بمناخ جبلي معتدل ومناخ بحري معتدل، مع وفرة في أشعة الشمس في معظم مناطقها (متوسط ساعات سطوع الشمس السنوية من 1600 إلى 2200 ساعة، ومتوسط شدة الإشعاع الشمسي اليومي من 3.5 إلى 5 كيلوواط/م²)، لا سيما في المناطق الجنوبية والوسطى ذات الإمكانات الشمسية الفائقة. ومع ذلك، تواجه سويسرا تحدياتٍ مثل التباينات الموسمية الكبيرة في سطوع الشمس (قصر ساعات النهار وكثرة تساقط الثلوج في الشتاء، مما يؤدي إلى انخفاض توليد الطاقة الكهروضوئية)، والأهداف الوطنية الصارمة لخفض انبعاثات الكربون، والمتطلبات العالية لاستقرار شبكة الكهرباء وكفاءة الطاقة. ويُعالج نظام الطاقة الشمسية الهجين بقدرة 110 كيلوواط مع بطارية تخزين بسعة 100 كيلوواط/ساعة هذه التحديات بدقة: فهو يستغل موارد الطاقة الشمسية الوفيرة في سويسرا استغلالاً كاملاً لتوليد طاقة نظيفة، كما يمكن لبطارية تخزين الطاقة بسعة 100 كيلوواط/ساعة تخزين فائض الطاقة الشمسية في الصيف وتعويض النقص في توليد الطاقة في الشتاء. وفي الوقت نفسه، فهو متوافق للغاية مع الشبكة الذكية المتقدمة في سويسرا، مما يحقق تفاعلاً ذكياً بين النظام والشبكة، وهو ما يناسب تماماً بيئة الطاقة في سويسرا وخصائص المناخ ومتطلبات السياسة.

ثانيًا: تكوين النظام الأساسي والمعايير التقنية

يعتمد النظام على بنية متكاملة تتألف من "وحدات كهروضوئية + بطاريات تخزين طاقة بسعة 100 كيلوواط/ساعة + عاكس هجين + وحدة تحكم ذكية". جميع المكونات الأساسية مختارة من منتجات عالية الموثوقية والكفاءة ومنخفضة الانبعاثات الكربونية، ومناسبة لمناخ جبال الألب السويسري، ومقاومة لدرجات الحرارة المنخفضة وضغط الثلوج، ومتوافقة مع معايير كفاءة الطاقة في الاتحاد الأوروبي. وفيما يلي التكوين المحدد:

وحدات الطاقة الكهروضوئية (وحدة توليد الطاقة الأساسية)

تُستخدم 178 مجموعة من وحدات الخلايا الكهروضوئية أحادية البلورة عالية الكفاءة بقدرة 620 واط (إجمالي الطاقة حوالي 110 كيلوواط). تعتمد هذه الوحدات تقنية TOPCon المتقدمة من النوع N وتقنية مقاومة التدهور الناتج عن ظاهرة PID، مما يجعلها مناسبة لبيئة جبال الألب السويسرية ذات درجات الحرارة المنخفضة (-20 إلى 30 درجة مئوية) والرطوبة العالية، وتتميز بأداء ممتاز في توليد الطاقة في ظروف الإضاءة المنخفضة لمواجهة قصر ساعات النهار في فصل الشتاء. يُغطى سطحها بزجاج مقسّى عالي النفاذية، مقاوم للصدمات، ومضاد للانعكاس، يتميز بمقاومة جيدة للثلوج والماء والأشعة فوق البنفسجية. صُنع إطار الوحدة من سبائك الألومنيوم عالية القوة والمقاومة للتآكل، مما يُمكّنها من مقاومة ضغط الثلوج والرياح القوية في المناطق الجبلية. يبلغ عمرها الافتراضي أكثر من 30 عامًا، ومعدل انخفاض توليد الطاقة أقل من 10% خلال 25 عامًا، مما يقلل من تكاليف الصيانة اللاحقة.

بطارية تخزين الطاقة (وحدة تخزين الطاقة: 100 كيلوواط ساعة)

مزودة ببطارية تخزين طاقة من فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) بسعة إجمالية 100 كيلوواط/ساعة، تتناسب تمامًا مع قدرة توليد الطاقة الكهروضوئية البالغة 110 كيلوواط لتلبية الطلب على الطاقة في أوقات الذروة، وتغطية فترات انخفاض الطلب، وتعويض نقص الطاقة في سويسرا. تتميز بطاريات LFP بمزايا أمان عالية (انعدام خطر الهروب الحراري)، وعمر تشغيلي طويل (≥6000 دورة)، ومقاومة لدرجات الحرارة المنخفضة (يمكنها العمل بكفاءة عند -10 درجة مئوية)، وكفاءة عالية في الشحن والتفريغ (≥95%). يمكنها تخزين الطاقة الشمسية الفائضة خلال النهار وفي الصيف، وإطلاق الطاقة الكهربائية ليلًا وفي الشتاء أو خلال فترات ذروة استهلاك الكهرباء، مما يضمن إمدادًا مستمرًا ومستقرًا للطاقة. بالإضافة إلى نظام إدارة بطارية ذكي (BMS) يفي بمعايير السلامة الأوروبية، يراقب النظام جهد البطارية وتيارها ودرجة حرارتها وحالة شحنها (SOC) في الوقت الفعلي لمنع الشحن الزائد والتفريغ الزائد وارتفاع درجة الحرارة، مما يطيل عمر البطارية ويضمن التشغيل الآمن.

محول هجين (قلب تحويل الطاقة)

مزود بعاكس هجين معزول عالي التردد بقدرة 110 كيلوواط، متوافق مع معايير الربط بالشبكة السويسرية (VDE-AR-N 4105). يدعم هذا العاكس الوصول إلى مصادر طاقة متعددة، تشمل الطاقة الشمسية الكهروضوئية، وتخزين الطاقة بسعة 100 كيلوواط/ساعة، والشبكة الكهربائية. يتميز بقدرة تحويل الطاقة ثنائية الاتجاه، مما يحقق تحويلًا فعالًا للطاقة الشمسية المستمرة إلى طاقة متناوبة (كفاءة التحويل ≥97.5%). كما يُمكنه تنسيق أوضاع تشغيل وحدات الطاقة المختلفة، مما يتيح التبديل السلس بين وضع الربط بالشبكة (الاستخدام الذاتي التلقائي، وتوصيل الطاقة الفائضة بالشبكة) ووضع التشغيل المستقل (توفير الطاقة من مخزن الطاقة عند انقطاع الشبكة). يتميز العاكس بنطاق جهد دخل واسع وقدرة عالية على التكيف مع جهد الشبكة السويسرية المستقر. كما أنه مزود بوظائف الحماية من الصواعق، والجهد الزائد، والتيار الزائد، وقصر الدائرة، وحماية الجزر، وقد اجتاز شهادة التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) الصارمة للاتحاد الأوروبي، مما يضمن استقرارًا تشغيليًا عاليًا وملاءمة للبيئة.

وحدة التحكم الذكية (نظام جدولة المهام الأساسي)

مزود بوحدة تحكم ذكية عالية الأداء لإدارة الطاقة، تعتمد على خوارزميات جدولة ذكية سويسرية متطورة. يمكنها مراقبة توليد الطاقة الكهروضوئية، وحالة شحن بطارية 100 كيلوواط/ساعة، وحمل الشبكة، ومعلومات أسعار الكهرباء في الوقت الفعلي، وتحسين استراتيجيات جدولة الطاقة تلقائيًا. تعطي الأولوية لاستخدام الطاقة الشمسية لتلبية الطلب المحلي، وتخزن الطاقة الفائضة في حزمة البطاريات، وتربطها بالشبكة عند اكتمال شحنها. في فصل الشتاء أو عند عدم كفاية توليد الطاقة الكهروضوئية، تُحرر الطاقة تلقائيًا من بطارية تخزين الطاقة لتعويض النقص في الحمل، مما يقلل الاعتماد على طاقة الشبكة. يدعم النظام الاتصال بالشبكة الذكية السويسرية، مما يحقق استجابة للطلب ويحسن كفاءة الطاقة الإجمالية للنظام.

المعدات المساعدة

يشمل النظام أنظمة تركيب الألواح الكهروضوئية، وصناديق التجميع، والعدادات الذكية، وأنظمة الحماية من الصواعق والتأريض، وغيرها، مما يوفر حماية شاملة لضمان التشغيل الآمن والفعال والمتوافق مع المعايير. يعتمد نظام تركيب الألواح الكهروضوئية على أقواس أرضية أو سطحية مصنوعة من سبائك الألومنيوم بزوايا قابلة للتعديل، يمكن تحسينها وفقًا لخطوط العرض في مختلف مناطق سويسرا لزيادة استقبال الطاقة الشمسية إلى أقصى حد، كما يراعي تصميم الأقواس إمكانية إزالة الثلوج ومقاومة ضغطها. يتميز صندوق التجميع بمستوى حماية IP65، مما يجعله مناسبًا للبيئة الجبلية الخارجية. يتوافق العداد الذكي مع معايير قياس الكهرباء السويسرية، مما يوفر إحصائيات دقيقة عن توليد الطاقة واستهلاكها والطاقة المتصلة بالشبكة. يلبي نظام الحماية من الصواعق والتأريض متطلبات الحماية من الصواعق في المناطق الجبلية، مما يمنع بشكل فعال تلف المعدات الناتج عن العواصف الرعدية والثلجية.

ثالثًا: سيناريوهات التطبيق النموذجية

المنشآت الصناعية والتجارية متوسطة الحجم: مثل مصانع الآلات الدقيقة، والمتاجر الكبرى الراقية، والفنادق الفاخرة، ومنتجعات التزلج. يمكنها تلبية الاحتياجات اليومية من الطاقة لمعدات الإنتاج، والإضاءة، والتكييف، ومرافق منتجعات التزلج، وخفض تكاليف الكهرباء (خاصة خلال فترات ذروة أسعار الكهرباء في سويسرا)، وتجنب الخسائر التجارية الناجمة عن انقطاعات الشبكة العرضية.

المساكن الفاخرة والقصور الريفية: تتميز المساكن الفاخرة والقصور الريفية في سويسرا بمتطلبات عالية فيما يتعلق باستقرار إمدادات الطاقة وانخفاض انبعاثات الكربون. يلبي هذا النظام احتياجات الطاقة للأجهزة المنزلية وأنظمة التدفئة ومعدات الحدائق، كما تضمن بطارية تخزين الطاقة بسعة 100 كيلوواط/ساعة استمرار إمداد الطاقة دون انقطاع أثناء انقطاع التيار الكهربائي، مما يُحسّن جودة الحياة ويعزز استقلالية الطاقة.

المرافق الخدمية العامة: مثل المستشفيات الجبلية والمدارس الريفية ومراكز الخدمة المجتمعية. يضمن ذلك استمرار إمداد الطاقة للمعدات الطبية ومعدات التدريس والإضاءة الطارئة وأنظمة التدفئة، لا سيما في المناطق الجبلية النائية، مما يحسن موثوقية الخدمات العامة ويقلل تكاليف التشغيل.

قواعد الزراعة وتربية الحيوانات: مثل المراعي الجبلية وقواعد زراعة الفاكهة. يمكن استخدام الطاقة الشمسية لتشغيل أنظمة الري ومعدات التغذية وآلات معالجة المنتجات، ويمكن لبطارية تخزين الطاقة تعويض النقص في توليد الطاقة في فصل الشتاء، مما يقلل من تكاليف الطاقة في الإنتاج الزراعي وتربية الحيوانات ويحقق التنمية المستدامة.

رابعاً: تركيب النظام وصيانته

للتركيب، يمكن اختيار التركيب على السطح أو على الأرض وفقًا لظروف الموقع ولوائح استخدام الأراضي السويسرية: يعتمد التركيب على السطح على تصميم موزع، لا يشغل مساحة إضافية من الأرض، وهو مناسب للمباني الحضرية والفنادق؛ بينما يعتمد التركيب على الأرض على تصميم مركزي، وهو مناسب للمنازل الريفية ومنتجعات التزلج وغيرها من الأماكن ذات المساحة الكافية، ويمكن تعديل زاوية الحامل للتكيف مع تغيرات سطوع الشمس الموسمية. تلتزم عملية التركيب التزامًا صارمًا بمعايير البناء والسلامة الكهربائية السويسرية، وتستغرق دورة التركيب حوالي 20-25 يومًا. يمكن لفريق متخصص تقديم خدمات متكاملة تشمل التصميم المخصص، والتقييم البيئي، والبناء، والتشغيل، والربط بالشبكة (بما في ذلك إجراءات الموافقة على الربط بالشبكة السويسرية).

يتميز النظام بمستوى عالٍ من الذكاء وسهولة الصيانة. يُوصى بتنظيف الثلج والغبار المتراكم على الألواح الكهروضوئية بانتظام (خاصةً في فصل الشتاء، حيث يُمكن لإزالة الثلج البسيطة استعادة كفاءة توليد الطاقة)؛ وفحص حالة تشغيل البطارية والعاكس شهريًا؛ وإجراء فحص شامل وصيانة دورية كل ستة أشهر، تشمل إحكام تثبيت الدعامات، وحالة الأسلاك، ونظام الحماية من الصواعق. تتمتع المكونات الأساسية بفترات ضمان جودة طويلة، كما يُمكن لفرق الصيانة المتخصصة في سويسرا تقديم خدمات ما بعد البيع في الوقت المناسب لضمان التشغيل المستقر للنظام على المدى الطويل.

خامساً: ملخص

يُعدّ نظام الطاقة الشمسية الهجين السويسري بقدرة 110 كيلوواط مع وحدة تخزين طاقة بسعة 100 كيلوواط/ساعة حلاً متطوراً للطاقة النظيفة، مُصمماً خصيصاً ليتناسب مع مناخ جبال الألب السويسرية، وشبكة الكهرباء المتقدمة، ومتطلبات التنمية منخفضة الكربون الصارمة. وبفضل تصميمه المتكامل الذي يجمع بين "الخلايا الكهروضوئية + وحدة تخزين طاقة بسعة 100 كيلوواط/ساعة + نظام تنظيم ذكي"، يحقق هذا النظام أهدافاً متعددة، تشمل توليد طاقة نظيفة بكفاءة عالية، وإمداداً مستقراً بالكهرباء، وتخفيف ذروة الطلب، وسد الفجوات، وخفض انبعاثات الكربون. ولا يقتصر دور هذا النظام على حل مشكلة انقطاع توليد الطاقة الكهروضوئية الناتج عن التغيرات المناخية الموسمية في سويسرا وارتفاع تكاليف الكهرباء، بل يتوافق أيضاً بشكل مثالي مع استراتيجية سويسرا الوطنية للوصول إلى صافي انبعاثات كربونية صفرية وتطوير الشبكة الذكية. ويُعدّ هذا النظام خياراً مثالياً للطاقة للمؤسسات الصناعية والتجارية متوسطة الحجم، والمساكن الفاخرة، ومرافق الخدمات العامة، والمراكز الزراعية وتربية الحيوانات في جبال الألب السويسرية، ويتميز بقيمة اقتصادية عالية للغاية (خفض تكاليف الكهرباء والحصول على دعم الطاقة النظيفة)، وقيمة اجتماعية عالية (تعزيز أمن الطاقة)، وقيمة بيئية عالية (خفض انبعاثات الكربون).