بطاريات الليثيوم أم الرصاص للطاقة الشمسية: تحليل التكلفة الإجمالية للملكية على مدى 10 سنوات

قد يخفي عرض السعر الأقل للبطارية تكلفة إجمالية أعلى على مدى 10 سنوات. بالنسبة إلى مشتري أنظمة الطاقة الشمسية، لا تتمثل المقارنة الأساسية في السعر لكل كيلوواط ساعة اسمي، بل في تكلفة الطاقة التي يمكن للبطارية توفيرها فعليًا طوال عمرها التشغيلي. تختلف أنظمة الليثيوم والرصاص الحمضي في السعة القابلة للاستخدام والكفاءة وتكرار الاستبدال والصيانة، لذلك قد ينتهي الأمر بالخيار الأقل تكلفة عند الشراء إلى تكلفة أعلى بمرور الوقت.

يقارن هذا المثال العملي بين مجموعتي بطاريات بسعة 10 كيلوواط ساعة لنظام مستقل عن الشبكة يعمل بدورة يومية. وهو مثال توضيحي وليس توقعًا عامًا للأسعار؛ إذ تختلف تكاليف التركيب والتعرفة والمناخ وظروف الشحن وشروط الضمان من مشروع إلى آخر. استبدل هذه الافتراضات بعروض الموردين وبيانات الأحمال الخاصة بالموقع قبل اتخاذ قرار الشراء.

ابدأ بالطاقة القابلة للاستخدام. توفر بطارية LiFePO4 بسعة 10 كيلوواط ساعة، عند تشغيلها بعمق تفريغ (DoD) يبلغ 80%، نحو 8 كيلوواط ساعة من السعة الاسمية القابلة للاستخدام لكل دورة كاملة. وتحتاج مجموعة بطاريات الرصاص الحمضي عادةً إلى نطاق تشغيل أكثر تحفظًا، يقارب 50% من DoD، للحد من التآكل، ما يوفر نحو 5 كيلوواط ساعة. وتعتمد الحدود الفعلية على تصميم البطارية ودرجة الحرارة ومعدل التفريغ والضمان.

لأغراض هذا المثال، افترض أن كل نظام يجب أن يوفر 8 كيلوواط ساعة يوميًا من جهة البطارية. تبلغ السعة الاسمية لمجموعة الليثيوم 10 كيلوواط ساعة؛ أما مجموعة الرصاص الحمضي فتبلغ سعتها الاسمية 16 كيلوواط ساعة لتوفير كمية قابلة للاستخدام مماثلة عند DoD تبلغ 50%. وإذا كان مطلوبًا من البطارية توفير 8 كيلوواط ساعة لأحمال التيار المتردد، فاحتسب أيضًا فاقد العاكس وكفاءة البطارية؛ إذ ستكون السعة المطلوبة أعلى.

استخدم افتراضات التخطيط التالية لإجراء تقدير قابل للمقارنة: تكلفة تركيب LiFePO4 تبلغ 5,000 دولار، وكفاءة ذهاب وإياب تبلغ 90%، وفترة خدمة تبلغ 10 سنوات؛ وتكلفة تركيب الرصاص الحمضي تبلغ 3,200 دولار، وكفاءة ذهاب وإياب تبلغ 80%، مع استبدال في السنة الخامسة بتكلفة إضافية قدرها 3,200 دولار. أضف 300 دولار على مدى 10 سنوات لصيانة الرصاص الحمضي ومراقبته، وافترض عدم وجود تكلفة صيانة منفصلة لليثيوم. ولا تشمل هذه الأرقام التمويل أو القيمة المتبقية أو تغيرات أسعار الكهرباء.

وفقًا لهذه الافتراضات، تبلغ تكلفة رأس المال المخصصة للبطارية الليثيوم 5,000 دولار على مدى 10 سنوات. وتبلغ تكلفة الرصاص الحمضي 6,700 دولار: 3,200 دولار للمجموعة الأولية، و3,200 دولار للاستبدال، و300 دولار للصيانة. توقيت الاستبدال افتراض مبسط؛ إذ يعتمد العمر الفعلي بالدورات على المنتج ومتوسط DoD ومعدل C ونطاق SOC ودرجة الحرارة وجودة الشحن.

تؤثر الكفاءة في فاتورة الطاقة كما تؤثر في تكلفة البطارية. لتوفير 8 كيلوواط ساعة يوميًا من البطارية، يتطلب المثال نحو 8.9 كيلوواط ساعة من طاقة الشحن لليثيوم بكفاءة ذهاب وإياب تبلغ 90%، مقابل 10 كيلوواط ساعة للرصاص الحمضي بكفاءة 80%. وعلى مدى 10 سنوات وبمعدل 365 دورة سنويًا، يعني ذلك نحو 3,245 كيلوواط ساعة إضافية من طاقة الشحن للرصاص الحمضي. وعند احتساب 0.15 دولار لكل كيلوواط ساعة من الطاقة الشمسية ذات تكلفة الفرصة البديلة أو طاقة الإحلال، يبلغ الفرق نحو 487 دولارًا؛ وقد تقترب قيمته من الصفر إذا كانت الطاقة الشمسية ستُهدر لولا ذلك، أو ترتفع إذا لزم شراء الطاقة.

مقارنة مبسطة على مدى 10 سنوات بصيغة نصية: الليثيوم، سعة اسمية 10 كيلوواط ساعة، ونحو 8 كيلوواط ساعة قابلة للاستخدام، وتكلفة رأسمالية مفترضة للبطارية قدرها 5,000 دولار، وكفاءة 90%، وتكلفة بطارية وصيانة قدرها 5,000 دولار؛ الرصاص الحمضي، سعة اسمية 16 كيلوواط ساعة، ونحو 8 كيلوواط ساعة قابلة للاستخدام، وتكلفة أولية قدرها 3,200 دولار تضاف إليها عملية استبدال مفترضة و300 دولار للصيانة، وكفاءة 80%، وتكلفة بطارية وصيانة قدرها 6,700 دولار. أضف تكلفة الطاقة المقدرة المرتبطة بالكفاءة، والبالغة 487 دولارًا، إلى حالة الرصاص الحمضي وفق افتراض 0.15 دولار/كيلوواط ساعة المذكور، ليصبح إجماليها التوضيحي 7,187 دولارًا مقابل 5,000 دولار لليثيوم.

لا تعني هذه المقارنة أن كل بطارية ليثيوم تدوم 10 سنوات أو أن كل بطارية رصاص حمضي تحتاج إلى الاستبدال في السنة الخامسة. قارن عمر الخدمة المضمون والعمر بالدورات عند DoD ودرجة الحرارة المتوقعة، وتحقق مما إذا كان عدد الدورات المذكور مرتبطًا بسعة محددة عند نهاية العمر التشغيلي. قد تختلف السعة القابلة للاستخدام أو مدة عمر البطارية منخفضة التكلفة المصنفة لمعدل C مرتفع تحت الأحمال المستمرة عما تكون عليه في اختبار بمعدل أبطأ.

لتقدير تكلفة المشروع، اجمع البيانات التالية قبل مقارنة عروض الأسعار:

- الحمل اليومي وحمل الذروة بالكيلوواط ساعة والكيلوواط، بما في ذلك فاقد العاكس.

- مدة الاستقلالية المطلوبة للطوارئ والحد الأدنى لاحتياطي SOC.

- DoD المتوقعة ومعدل C للشحن والتفريغ ونطاق درجة الحرارة المحيطة.

- السعر بعد التركيب واستثناءات الضمان وظروف اختبار العمر بالدورات وأجور الاستبدال.

- الكفاءة واحتياجات الصيانة ومتطلبات النقل والتعامل مع البطارية عند نهاية عمرها.

تؤثر التقنية والشهادات في مدى ملاءمة النظام للمشروع. تأكد من أن حزمة الليثيوم تتضمن BMS بوسائل حماية مناسبة من التيار الزائد وارتفاع درجة الحرارة والجهد المنخفض، إضافة إلى موازنة الخلايا. اطلب وثائق الاختبارات المعمول بها، بما فيها UN38.3 للنقل وIEC 62619 أو UL 1973 عندما تكون ذات صلة بالمشروع والسوق. تحقق من توافق النظام مع العاكس ومعدات الشحن؛ ولا تفترض أن تطابق الجهد الاسمي كافٍ.

عند توريد نظام مخصص، حدد بوضوح كيمياء الخلايا وجهد الحزمة وسعتها وبروتوكول الاتصال وتصنيف حماية الغلاف والشهادات المطلوبة والحد الأدنى لكمية الطلب (MOQ) والمهلة الزمنية للتوريد. يمكن أن تكون Newbeebattery شريك OEM/ODM لتصنيع حزم مخصصة لمشروعات تخزين الطاقة الشمسية التي تتطلب مواصفات كهربائية وميكانيكية محددة.

في هذا المثال الممتد على 10 سنوات، تتمتع LiFePO4 بتكلفة إجمالية مقدرة أقل رغم ارتفاع سعرها الأولي، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن نظام الرصاص الحمضي المفترض يتطلب سعة اسمية أكبر ومجموعة بديلة وصيانة وطاقة شحن أكثر. أعد الحساب باستخدام عروض أسعار خاصة بالمشروع وشروط الضمان وقيمة الطاقة الشمسية؛ فالخيار الأفضل هو الذي يلبي متطلبات الحمل وعمر الخدمة بأقل تكلفة دورة حياة يمكن الوثوق بها.