هل تُعتبر بطاريات أيونات الصوديوم هي التطور الأبرز القادم في مجال تخزين الطاقة الشمسية؟

أصبحت البطاريات عنصرًا أساسيًا في أنظمة الطاقة الشمسية المنزلية. ستحتاج إلى واحدة إذا كنت ترغب في تخزين الطاقة لاستخدامها عندما لا تكون الشمس مشرقة، وكذلك أثناء انقطاع التيار الكهربائي. إذا كان لديك في حالة تركيب نظام الطاقة الشمسية خارج الشبكة، تعتبر البطارية حرفياً شريان الحياة لمنزلك.

في الوقت الحالي، تُعد بطاريات الليثيوم أيون الخيار الأمثل لبطاريات الطاقة الشمسية، حيث يتميز هذا النوع بموثوقية عالية ويمكن إيجاده في منتجات تخزين البطاريات الرائدة، بما في ذلك بطارية تسلا باور وول، Generac PWRcell، و إل جي كيم.

لكن، تُعد بطاريات أيونات الصوديوم تقنية واعدة، لأنها ستكون أكثر أمانًا في الاستخدام وأرخص في الإنتاج من الناحية النظرية. ومع ذلك، لم تشهد التكنولوجيا تطوراً كبيراً في السنوات القليلة الماضية، على الرغم من التقارير الأخيرة حول إنجازات.

ما هي بطارية أيون الصوديوم؟

تستخدم بطارية أيونات الصوديوم الصوديوم كناقل للشحنة. البنية الداخلية تتشابه خصائص بطاريات أيونات الصوديوم مع بطاريات أيونات الليثيوم، ولذلك غالبًا ما تُقارن بينهما. بطاريات أيونات الصوديوم قابلة لإعادة الشحن تمامًا مثل بطاريات أيونات الليثيوم، وبطاريات الرصاص الحمضية، وبطاريات الألياف الزجاجية الماصة (AGM).

يتعلم أكثر:

• هل تُعد بطاريات الليثيوم أيون الشمسية الخيار الأمثل لتخزين الطاقة؟

• هل ينبغي اختيار بطارية الرصاص الحمضية لتخزين الطاقة الشمسية؟

• كل ما يتعلق ببطاريات AGM

يعود تاريخ تطوير بطاريات أيونات الصوديوم إلى ثمانينيات القرن الماضي، وقد بدأ هذا التطوير في الازدياد مؤخراً بسبب التحديات المتعلقة بتوسيع نطاق إنتاج بطاريات أيونات الليثيوم، بما في ذلك ارتفاع تكاليف المواد والحاجة إلى الحصول على كميات كبيرة من الليثيوم للحفاظ على إنتاج البطاريات والطلب عليها.

أُجريت أبحاث مكثفة تتعلق بتحسين خلايا بطاريات أيونات الصوديوم، وتحديداً فيما يتعلق باستخدام الأزرق البروسي تُستخدم مادة الكاثود في تصنيع بطاريات أيونات الصوديوم. وتتميز هذه البطاريات بإمكانية تصنيعها بأشكال عملية متنوعة، بدءًا من البطاريات الأسطوانية التقليدية وصولًا إلى الأكياس المستطيلة. وتُعد هذه الأشكال المتنوعة مثالية للتسويق التجاري، مما يسمح باستخدام هذا النوع من البطاريات في تخزين الطاقة، والمركبات الكهربائية، والأجهزة المحمولة.

تقنيات بطاريات أيونات الصوديوم مقابل تقنيات بطاريات أيونات الليثيوم

لنقارن بطاريات أيونات الصوديوم بـ نوعان شائعان من بطاريات الليثيوم أيون – نيكل منغنيز كوبالت (NMC) وفوسفات حديد الليثيوم (LFP).

تُعد بطاريات الليثيوم أيون هذه أكثر أنواع منتجات الطاقة الشمسية شيوعًا المستخدمة في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية السكنية.

كثافة الطاقة وكفاءتها

تتميز بطاريات أيونات الصوديوم بأقل كثافة طاقة بين أنواع البطاريات الأخرى، مما يعني أنها تشغل مساحة أكبر من بطاريات أيونات الليثيوم. أما بطاريات NMC فتتميز بأعلى كثافة طاقة.

تشغل بطارية الليثيوم أيون بسعة 10 كيلوواط/ساعة مساحة أقل داخل منزلك مقارنةً ببطارية الصوديوم أيون بنفس السعة، على الرغم من تساويهما في الحجم. قد يمثل هذا مشكلةً إذا كانت مساحة منزلك محدودة، ولكن نظرًا لأن بطاريات الصوديوم أيون لا تزال قيد التطوير، فقد يتغير هذا الوضع في المستقبل.

تتميز تقنيات البطاريات الثلاث بكفاءة تزيد عن 90% في دورة الشحن والتفريغ. وهذا يعني أن البطاريات فعالة في تقليل فقد الطاقة، مما يسمح بتخزين كمية أكبر من الطاقة المولدة من الألواح الشمسية، بدلاً من فقدانها أثناء عملية التخزين.

تستطيع البطاريات ذات الكفاءة العالية في دورة الشحن والتفريغ تشغيل الأجهزة والمعدات باستمرار لفترات طويلة. تتميز بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) بكفاءة أعلى قليلاً من بطاريات أيونات الصوديوم (Na-ion) وبطاريات أيونات المغنيسيوم (NMC). مع ذلك، فإن الفروقات ضئيلة للغاية ولا تُلاحظ إلا في محطات الطاقة الشمسية واسعة النطاق.

أمان 

تُعد بطاريات أيونات الصوديوم الصلبة أكثر أمانًا من بطاريات أيونات الليثيوم لأنها غير قابل للاشتعال ويمكنها العمل بكفاءة في نطاق واسع من درجات الحرارة. ورغم استقرارها، فإن بطاريات الليثيوم قد تكون عرضة للاشتعال عند استخدامها أو شحنها أو تخزينها بشكل غير صحيح.

أصدرت إدارة إطفاء مدينة نيويورك مؤخراً تحذيراً بشأن مخاطر الحريق المرتبطة ببطاريات الليثيوم أيون، وذلك بسبب عدة حوادث متعلقة بهذه البطاريات. قد تشتعل فيها النيران. ومع ذلك، فإن هذه الحوادث نادرة ولا ينبغي أن تمنعك من شراء بطاريات الليثيوم أيون لتخزين الطاقة الشمسية في المنزل.

مع ذلك، تُعدّ بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) أكثر أمانًا من بطاريات النيكل والكربون والمغنيسيوم (NMC) لقدرتها على تحمّل درجات حرارة تشغيل أعلى، فضلًا عن قدرتها على نقل طاقة أكبر. وبالمقارنة مع بطاريات أيونات الصوديوم، فقد خضعت بطاريات أيونات الليثيوم لاختبارات مكثفة، ولها سجل حافل بالنجاح في صناعة الطاقة الشمسية.

يكلف 

تُعد التكلفة عاملاً رئيسياً في تبني تكنولوجيا البطاريات؛ فهي تضيف عدة آلاف من الدولارات إلى تكلفة تركيب نظام الطاقة الشمسية.

من المتوقع أن تكون تكلفة بطاريات أيونات الصوديوم أقل من تكلفة بطاريات أيونات الليثيوم نظرًا لاستخدامها مواد أرخص. تتراوح تكلفة بطاريات أيونات الليثيوم لتخزين الطاقة الشمسية عادةً بين 10000 دولار و 18000 دولار قبل يُمنح إعفاء ضريبي اتحادي للطاقة الشمسية، وذلك حسب النوع والسعة. تُعد بطاريات تسلا باور وول من أشهر بطاريات الليثيوم أيون. تكاليف باور وول حوالي 15500 دولار شاملة التركيب.

تستخدم بطاريات الليثيوم أيون الليثيوم والكوبالت بكثافة في عملية التصنيع. تكلفة الليثيوم هي يتزايد الطلب على المعدن مدفوعًا بالتضخم والطلب المرتفع على السيارات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة المنزلية. وقد أدى هذا الطلب المفاجئ على المعدن إلى نقص في المعروض، ومن المرجح أن يستمر هذا النقص. في السنوات القادمة. لا تستخدم بطاريات أيونات الصوديوم أي الليثيوم أو الكوبالت أو النيكل.

في الواقع، تُحفّز التحديات المرتبطة بالحصول على الليثيوم تطوير بطاريات أيونات الصوديوم. ويعتقد الكثيرون أنه ينبغي طرح نوع جديد من البطاريات لمواكبة الطلب المتزايد على تخزين الطاقة.

التوافر

تتوفر بعض بطاريات أيونات الصوديوم للشراء، مع أن معظمها لا يزال في مرحلة النماذج الأولية أو التجريبية. ولا تُعدّ عملية شراء بطاريات أيونات الصوديوم عبر الإنترنت سهلة، إذ تتطلب تقديم طلب رسمي إلى الشركة المصنّعة.

من جهة أخرى، تُباع بطاريات الليثيوم أيون لأنظمة تخزين الطاقة الشمسية من قبل العديد من مصنعي البطاريات حول العالم. وتُعد هذه المنتجات حاليًا تقنية البطاريات المفضلة لدى المستهلكين والعلامات التجارية الرائدة على حد سواء. يمكنك شراؤها بسهولة عبر الإنترنت أو من أحد المتاجر. فني تركيب أنظمة الطاقة الشمسية محلي.

الشركات التي تطور بطاريات أيونات الصوديوم

هناك العديد من الشركات التي تسعى لتطوير وإطلاق بطاريات أيونات الصوديوم. وقد جهزت العديد من هذه الشركات نماذج أولية، وهي تقترب من توفير بطاريات أيونات الصوديوم للمستهلكين العاديين.

بلوتي

بلوتي تقوم الشركة بتصنيع الألواح الشمسية، بالإضافة إلى بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم للاستخدام المحمول وبطاريات احتياطية منزلية.

أعلنت الشركة، ومقرها نيفادا، عن مولد طاقة شمسية يعمل ببطاريات أيونات الصوديوم في أوائل عام 2022، ولكنه لم يُطرح للبيع بعد. يتميز المنتج بسعة 3000 واط/ساعة، وقابل للتوسيع لتلبية متطلبات السعة العالية. تتمتع شركة بلوتي بسجل حافل بالنجاح في مجال مولدات الطاقة الشمسية، وإذا تمكنت من جعل بطارية الصوديوم جذابة للسوق السكنية، فقد يُحدث ذلك نقلة نوعية. ترقبوا هذه الشركة للحصول على حلول رائدة في مجال بطاريات أيونات الصوديوم الشمسية في المستقبل.

تكنولوجيا أمبيركس المعاصرة (CATL)

CATL هي شركة عالمية لتصنيع البطاريات، وتمتلك أكثر من 30% من حصة السوق لبطاريات الليثيوم أيون المستخدمة في المركبات الكهربائية.

تتخذ الشركة من الصين مقراً لها، وهي بصدد تطوير الجيل الأول من بطاريات أيونات الصوديوم. وتركز جهودها على زيادة كثافة الطاقة في البطارية، مما قد يساهم في توسيع نطاق استخدامات المنتج.

تُعد شركة CATL لاعباً مهماً في مجال بطاريات أيونات الصوديوم الناشئة لأنها تتمتع بالقدرة على زيادة الإنتاج بسرعة بفضل طاقتها التشغيلية الكبيرة، والتي تتكون من أكثر من 33000 موظف (حتى عام 2020).

ناترون إنرجي

ناترون إنرجي توفر بطارية أيونات الصوديوم صغيرة الحجم لاستخدامات محددة للغاية، بما في ذلك مراكز البيانات والاتصالات السلكية واللاسلكية وتطبيقات التركيب على الرفوف.

يتوافق هذا المنتج مع معايير السلامة الخاصة بمختبرات Underwriters Laboratories (UL)، وهو ما يمثل أحد التحديات التي تواجه طرح هذه البطارية في الأسواق الرئيسية. تتميز بطارية أيونات الصوديوم بعمر تشغيلي طويل وقدرة على توفير طاقة أكبر من بطاريات الرصاص الحمضية.

على الرغم من توفرها للشراء، إلا أن بطارية الشحن السريع غير كافية لتركيب الألواح الشمسية في المنزل.

قوة AMTE

قوة AMTE تُطوّر الشركة وتُصنّع بطاريات للاستخدام التجاري. وهي بصدد إطلاق بطارية أيونات الصوديوم لتخزين الطاقة الكهروكيميائية ونقلها في الربع الثالث من عام 2022. وتتعاون الشركة مع شركة فاراديون، المُصنّعة لبطاريات أيونات الصوديوم، لتعزيز جهودها في مجال التصنيع والمبيعات.

بطارية أيونات الصوديوم التي تنتجها الشركة رفيعة للغاية، وتأخذ شكل كيس مربع. تتميز هذه البطارية بانخفاض طاقتها، وهي غير مناسبة حاليًا لأنظمة الطاقة الشمسية المنزلية.

بطاريات الصوديوم: حل واعد لا يزال قيد التطوير

تُعد بطاريات أيونات الصوديوم حلولاً من الجيل التالي لصناعة الطاقة الشمسية السكنية المتنامية.

ينظر الكثيرون إلى هذه التقنية كوسيلة لتوسيع نطاق تخزين الطاقة، لأنها، مقارنةً بتقنية أيونات الليثيوم، تستخدم مواد وفيرة ومستدامة. كما أن انخفاض تكاليف إنتاج بطاريات أيونات الصوديوم قد يُسهم في تعزيز انتشارها. مع ذلك، لا يزال هذا النوع من البطاريات في المراحل الأولى من التطوير والإنتاج.

بطاريات أيونات الصوديوم، على الورقتتمتع هذه البطاريات بمزايا عديدة مقارنةً ببطاريات الليثيوم أيون وبطاريات الرصاص الحمضية الحالية، لا سيما فيما يتعلق بالاستدامة. لكن هذه البطاريات التقليدية مجرّبة ومختبرة ولها تاريخ طويل وسجل حافل بالأداء الموثوق في التطبيقات العملية. في رأينا، هذا هو المهم وهو ما يفتقر إليه بشدة عندما يتعلق الأمر ببطاريات أيونات الصوديوم.

إذا أثبتت بطاريات أيونات الصوديوم أنها خيارٌ عمليٌّ بديلٌ لبطاريات الطاقة الشمسية التقليدية على المدى الطويل، فسيكون من الأسهل التوصية بها لتركيبات الألواح الشمسية المنزلية - ولكن سيكشف لنا المستقبل ذلك. فكيف تعرف متى تصبح بطاريات أيونات الصوديوم موثوقةً بما يكفي للألواح الشمسية؟ ستعرف أن الوقت مناسبٌ لشرائها عندما:

• تبدأ شركات تركيب الطاقة الشمسية المحلية في عرضها أو التوصية بها

• يمكنك شراء المنتجات بسهولة عبر الإنترنت

يبدو أن بطاريات أيونات الصوديوم، حتى الآن، تسير على الطريق الصحيح لتكون بديلاً للبطاريات التقليدية في المستقبل، ولكن في الوقت الحالي، لا يوجد خطأ في الالتزام ببطاريات أيونات الليثيوم المتوفرة حاليًا لتركيب الطاقة الشمسية الخاص بك.