لقد لعبت بطاريات حمض الرصاص دوراً كبيراً في تخزين الطاقة منذ زمن بعيد، خاصة في بداية انتشار السيارات في أواخر القرن التاسع عشر. تظل هذه البطاريات التقليدية موجودة لأنها تعمل بشكل جيد جداً ولا تكلف الكثير. بالتأكيد، إنها تقدم طاقة أقل لكل وحدة مقارنةً بتقنيات البطاريات الأحدث، لكن ما يحبه الناس فيها هو سعرها المنخفض. في المتوسط، تكون تكاليف بطاريات حمض الرصاص أقل بكثير لكل كيلوواط ساعة مقارنةً بتلك الحزم المتطورة من بطاريات الليثيوم أيون التي يتحدث الجميع عنها الآن. هذا هو السبب في أن الناس ما زالوا يختارون بطاريات حمض الرصاص عندما تكون الميزانية عاملاً مهماً. إنها رائعة للاستخدام في مولدات السيارات العادية، وأنظمة الطاقة الاحتياطية في المكاتب والمستشفيات، وحتى في تركيبات الطاقة الشمسية الصغيرة حيث يكون ترشيد الإنفاق مهماً للغاية. غالباً ما تجعل القيود المالية هذه البطاريات التقليدية الخيار الأمثل رغم سمعيتها القديمة نسبياً.
لقد أصبحت بطاريات الليثيوم أيون هي المعيار الذهبي هذه الأيام، لأنها توفر قدرًا كبيرًا من الطاقة في حزم صغيرة جدًا مقارنةً بالبطاريات التقليدية ذات الحمض الرصاصي. إذا نظرت إلى أرقام الكثافة энергية، فسيتضح لك أن الليثيوم يتفوق على الحمض الرصاصي بشكل كبير من حيث كمية الطاقة التي تحصل عليها لكل رطل. ويجعلها هذا خيارًا مثاليًا لأنظمة الطاقة الشمسية المنزلية حيث تعد المساحة عاملاً مهمًا، كما أنها تعمل بشكل ممتاز مع التوربينات الريحية ومشاريع الطاقة النظيفة الأخرى. لكن العامل الأهم هو عامل المتانة. يمكن لهذه البطاريات أن تتحمل مئات دورات الشحن الإضافية مقارنةً بالبطاريات الرصاصية الحمضية قبل الحاجة إلى استبدالها، وهو ما يفسر سبب ظهورها في كل مكان، من الألواح الشمسية في الحدائق المنزلية إلى مشاريع تخزين الطاقة على نطاق الشبكة الكهربائية. تشير أحدث الأبحاث السوقية إلى استمرار الاتجاه نحو الحلول الأخف وزنًا بلا انقطاع، مع سباق الشركات لتطوير حزم بطاريات تناسب المساحات الأضيق مع تقديم أداء قوي في مختلف التطبيقات.
تتميز بطاريات النيكل معدن الهيدريد أو NiMH بتوازن جيد من حيث الأداء، خاصة فيما يتعلق بالسيارات الهجينة والأجهزة الإلكترونية المنزلية اليومية. يميل الناس إلى استخدام هذه البطاريات في بعض الأسواق لأنها تحتفظ بالشحنة بشكل جيد وتُنتج طاقة ثابتة دون أن تكون كثافة الطاقة مرتفعة بشكل مفرط. عند مقارنتها بالبطاريات الليثيوم أيون وبطاريات الرصاص الحمضية التقليدية، فإن بطاريات NiMH تقع في مكان ما بينهما من حيث قوة الإخراج والوزن. من الناحية البيئية، يتفق معظم الناس على أن بطاريات NiMH أفضل للبيئة لأنها قابلة لإعادة التدوير بسهولة أكبر مقارنة بأنواع أخرى، مما يجعلها خيارًا أكثر صداقة للبيئة للشركات التي تهتم بتأثيرها على الطبيعة.
تخضع مساحة تخزين البطاريات لتغيرات مثيرة للغاية في الوقت الحالي، مع ظهور تقنيات جديدة مثل البطاريات ذات الحالة الصلبة والبطاريات التدفقية التي تحدث تأثيراً في ما يمكننا القيام به فيما يتعلق بطاقة التخزين. تبدو البطاريات ذات الحالة الصلبة واعدة للغاية لأنها أكثر أماناً وتملك كثافة طاقة أعلى لكل وحدة وزن، لكن لا يزال هناك عمل يجري على خفض تكاليف الإنتاج وتوسيع نطاق التصنيع. من ناحية أخرى، تمتلك البطاريات التدفقية ميزات خاصة بها من حيث المشاريع الكبيرة لأنها تدوم لفترة أطول وتسمح للمشغلين بتعديل إخراج الطاقة بشكل منفصل عن السعة الكلية. يشير الخبراء في الصناعة إلى البطاريات ذات الحالة الصلبة باعتبارها شيئاً قد يُحدث تحولاً كاملاً في القطاع بمجرد حل مشكلة الأسعار. وباستشراف المستقبل، يعتقد العديد من الباحثين أن هذه الابتكارات ستواصل التطور بفضل الاكتشافات اليومية التي تحدث في مختبرات علوم المواد حول العالم. قد نشهد أنظمة مختلفة تماماً من أنظمة تخزين الطاقة خلال بضع سنوات فقط إذا استمرت الاتجاهات الحالية على هذا المنوال.
يُساعد معرفة سعة البطارية والجهد الكهربائي في تحديد كمية الطاقة التي توفرها البطارية فعليًا. تُقاس السعة عادةً بوحدة أمبير-ساعة (Ah) وتشير إلى كمية الكهرباء التي تحتفظ بها البطارية بشكل عام. أما الجهد فهو يقيس الفرق في الضغط الكهربائي داخل البطارية، ويُظهر تقريبًا كمية الطاقة التي يمكن الحصول عليها في أي لحظة. عند اختيار البطاريات للاستخدامات المختلفة، فإن الأرقام الأكبر عادةً ما تعني نتائج أفضل. فكر في السيارات الكهربائية التي تحتاج إلى طاقة كبيرة مقابل الأجهزة الصغيرة التي تعمل بطاقة ضئيلة. خذ على سبيل المثال الألواح الشمسية المتصلة بأنظمة المنازل، فإن بطارية ذات جهد كهربائي أعلى تعمل بشكل أفضل عند تشغيل عدة أجهزة كهربائية في وقت واحد خلال المساء حين يرتفع الطلب. تقوم اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) بوضع معظم المعايير الصناعية لاختبار كل هذه المواصفات، وبالتالي يمتلك المصنعون إرشادات واضحة أثناء تصميم المنتجات الخاصة بالمنازل أو الشركات على حد سواء. وتؤثر هذه المعايير في النهاية على نوع البطاريات التي ينتهي الناس بشرائها بناءً على احتياجاتهم وميزانياتهم الخاصة.
عند الحديث عن البطاريات، هناك عاملان رئيسيان يبرزان لأي شخص يريد معرفة مدة استمرارها: عمر الدورة وعمق التفريغ (DoD). يشير عمر الدورة بشكل أساسي إلى عدد المرات التي يمكن أن تخضع فيها البطارية لعمليات الشحن والتفريغ قبل أن تبدأ في فقدان قوتها. لا يدرك معظم الناس أن عمق التفريغ يوضح لنا أي جزء من السعة الإجمالية للبطارية يتم استخدامه في كل مرة نستخدم فيها البطارية حتى تنفد. على سبيل المثال، البطاريات الليثيومية الأيونية تستمر عادةً بين 500 إلى 1500 دورة كاملة، وهو ما يفسر سبب اعتماد العديد من الأجهزة عليها اليوم. من حيث التكلفة، تعني البطاريات التي تدوم لفترة أطول الحاجة إلى استبدالات أقل على المدى الطويل، مما يوفّر المال بمرور الوقت. التعرف على هذه الأرقام يساعد الأشخاص على اختيار حلول التخزين المناسبة لما يحتاجونه، سواء كان ذلك لتشغيل أدوات في موقع العمل أو الحفاظ على الإضاءة خلال انقطاع التيار الكهربائي.
إن معدلات الشحن والتفريغ تلعب دوراً كبيراً في أداء البطاريات في الظروف المختلفة. ببساطة، تخبرنا هذه المعدلات مدى سرعة قدرة البطارية على استقبال الطاقة أو إخراجها، وهو ما يحدد نوع المهمة التي تكون البطارية مناسبة لها. على سبيل المثال، عادةً ما تتعامل بطاريات الليثيوم أيون بشكل جيد مع الشحن والتفريغ السريع، لذا فهي تعمل بشكل ممتاز في التطبيقات التي تحتاج إلى دفعات سريعة من الطاقة، مثل السيارات الكهربائية (EV). من ناحية أخرى، لا تتحمل بطاريات الحمض الرصاصي (Lead Acid) الدورات السريعة للشحن والتفريغ بشكل جيد، ولهذا نجد استخدامها أكثر انتشاراً في التطبيقات الأقل طلباً. يجب على أي شخص يعمل في مجال تخزين الطاقة أن يفحص هذه العوامل بدقة قبل اختيار نوع البطارية. إن اختيار التوافق الصحيح بين المتطلبات والتكنولوجيا المتاحة هو الفارق الحقيقي في إنشاء أنظمة تخزين تعمل بشكل موثوق به على المدى الطويل ولأي غرض مطلوب.
تلعب أنظمة تخزين الطاقة للمنازل دوراً كبيراً في جعل استخدام الطاقة السكنية أكثر كفاءة واستدامة. تتضمن معظم الأنظمة مكونات مختلفة، مع وجود البطاريات في صميم هذه الأنظمة. وقد أصبحت بطاريات الليثيوم أيون شائعة جداً في الآونة الأخيرة لأنها تخزن طاقة أكبر في مساحات أصغر وتستمر لفترة أطول مقارنة بمعظم البدائل. إن الجمع بين تخزين الطاقة ولوحات الطاقة الشمسية في المنازل أمر منطقي، لأنه يسمح للعائلات باستخدام الطاقة التي تولدها لوحات الألواح الشمسية الخاصة بهم بدلاً من الاعتماد بشكل كبير على مصادر الطاقة الخارجية. تشير بعض الدراسات إلى أن دمج الطاقة الشمسية مع أنظمة التخزين يمكن أن يقلل فاتورة الكهرباء السنوية بنسبة تصل إلى 40%، مما يعني توفير مال حقيقي وزيادة السيطرة على توقيت استخدام الطاقة وطريقة استخدامها. ومع ذلك، يتطلب تركيب هذه الأنظمة دقة في التفاصيل. يجب على أصحاب المنازل التأكد من تطابق الأسلاك بشكل صحيح والتحقق بانتظام من حالة البطاريات بحثاً عن علامات التآكل أو التلف إذا أرادوا أن يستمر الاستثمار في هذه الأنظمة لسنوات قادمة.
تُعد أنظمة البطاريات الكبيرة الحجم مهمة بشكل متزايد لضمان استقرار شبكات الطاقة مع دمج مصادر الطاقة المتجددة. ببساطة، ما يحدث هو أن هذه البطاريات الكبيرة تخزن الكهرباء الناتجة عن مصادر غير متوقعة مثل مزارع الرياح والألواح الشمسية عندما تكون هناك كمية إنتاج زائدة، مما يساعد في الحفاظ على توزيع موثوق عبر الشبكة. بالنظر إلى الأرقام الأخيرة، يتوقع الخبراء أن تقفز السعة العالمية لتخزين الطاقة على مستوى الشبكات من حوالي 10 غيغاواط في عام 2020 إلى نحو 200 غيغاواط بحلول عام 2030. هذا النوع من النمو يُظهر بوضوح مدى أهمية هذه التكنولوجيا بالنسبة لإدارة الطاقة الحديثة. لقد بدأت العديد من الدول بالفعل في ضخ استثمارات في تطوير تقنيات بطاريات أفضل، حيث ترى فيها عنصراً أساسياً في الانتقال بعيداً عن الوقود الأحفوري التقليدي نحو بدائل أنظف. يمكننا توقع رؤية المزيد من التغيرات في السياسات في المستقبل التي تشجع على اعتماد واسع لهذه حلول التخزين، مما سيساعد في نهاية المطاف في تسريع الانتقال نحو بنية تحتية كهربائية أكثر نظافة واستدامة.
لا تشبه احتياجات الطاقة الخاصة بالتخزين الصناعي احتياجات المنازل من حيث الحجم والطلب على الطاقة الكهربائية. عادةً ما تحتاج المصانع والمستودعات الكبيرة إلى مجموعات ضخمة من البطاريات قادرة على توفير طاقة مستمرة على مدار الساعة لضمان سير العمليات بسلاسة. على سبيل المثال، تعتمد مصانع السيارات أو مراكز التوزيع على هذه الأنظمة، لكنها تواجه مشكلات في التكلفة الأولية وفي تركيبها بشكل صحيح مع البنية التحتية الحالية. أما الأنظمة المنزلية فتعمل بشكل مختلف. يميل أصحاب المنازل إلى اختيار أنظمة مدمجة تفي بالاحتياجات الأساسية مثل الإضاءة والتدفئة، وربما تشغيل بعض الأجهزة خلال انقطاع التيار. يشير معظم من يثبتون بطاريات منزلية إلى أنهم راضون عنها إلى حد كبير لأنها توفر المال وتجعل الحياة اليومية أكثر سهولة. في المقابل، يهتم مديرو المصانع أكثر بأن يكون النظام قادرًا على الصمود طوال فترة الإنتاج دون أن يعاني من أي عطل. فهم هذا الاختلاف مهم جدًا عند اختيار حل التخزين المناسب لكل حالة على حدة.