في ظل التسارع المستمر في الصين نحو الانتقال إلى مصادر الطاقة النظيفة، كشفت شركة «زسن ريسون إنيرجي تكنولوجوز» اليوم عن نظامها الجديد لتخزين الطاقة المنزلية «نوفا غارد إس٥» خلال معرض شنغهاي الدولي لتكنولوجيا تخزين الطاقة ٢٠٢٤. ويُمثِّل هذا الإطلاق محطةً فارقةً في مسار البحث والتطوير بالشركة، حيث اعتمدت «نوفا غارد إس٥» منهجيةً تطويريةً مشتركةً بين الفرق المختلفة استغرقت ١٢ شهرًا، مما مكَّنها من تحقيق كثافة طاقية أعلى بنسبة ٢٥٪، وسرعة شحن أسرع بنسبة ٤٠٪، وعمر افتراضي يبلغ ١٥ عامًا—مُحدِّدةً بذلك معيارًا جديدًا لأداء البطاريات السكنية. وانعقد المعرض تحت شعار «التخزين الأخضر، طاقة المستقبل»، وجذب أكثر من ٣٥٠٠٠ زائرٍ من ٤٢ دولة، ليكون بذلك أكبر تجمعٍ لأصحاب المصلحة في مجال تخزين الطاقة في آسيا لهذا العام.
السياق: سباقٌ نحو إزالة الكربون
تُعقد هذه المعرض في لحظة حاسمة: إذ أفادت الإدارة الوطنية الصينية للطاقة بأن تركيبات الأنظمة الشمسية المدمجة مع وحدات التخزين المنزلية ارتفعت بنسبة ٩٨٪ مقارنةً بالفترة نفسها من العام السابق خلال النصف الأول من عام ٢٠٢٤، مدفوعةً بالحوافز الوطنية ومخاوف تتعلق بموثوقية الشبكة الكهربائية. ومع ذلك، لا يزال العديد من الأسر يواجهون مفاضلات بين تكلفة النظام وعمره الافتراضي وسلامته. ووجد استطلاعٌ حديثٌ أجرته جمعية الطاقة المتجددة الصينية أن ٦٢٪ من مالكي المنازل يُشاركون «مدى متانة البطاريات» باعتبارها مصدر قلقهم الرئيسي، بينما يشعر ٤٨٪ منهم بالقلق إزاء التكاليف الأولية المرتفعة.
«تخزين الطاقة المنزلية ليس مجرد مصدر احتياطي للطاقة — بل هو حجر الزاوية في شبكة كهربائية لامركزية خالية من الكربون»، هكذا علَّق الدكتور وي قيانغ، رئيس تطوير المنتجات في شركة Zsen Risun، خلال إطلاق المنتج. «إن نظام NovaGuard S5 هو ردُّنا على الطلب المتزايد في السوق لنظامٍ لا يُجبر مالكي المنازل على الاختيار بين الأداء والطمأنينة.» وقد عُرِض النظام في جناح العرض الخاص بشركة Zsen Risun، الذي تبلغ مساحته ٢٠٠ متر مربع (كما في الصورة)، وحقَّق بالفعل طلبات مسبقة بلغت ٢١٠٠٠ وحدة من الموزِّعين الأوروبيين والأستراليين، ما يدلُّ دلالةً واضحةً على جاذبيته العالمية.
الرحلة البحثية والتطويرية التي استغرقت ١٢ شهرًا وراء نظام NovaGuard S5
تتميَّز عملية البحث والتطوير التي اتبعتها شركة Zsen Risun لنظام NovaGuard S5 بأنها نموذجٌ متميزٌ للتعاون المرن، حيث دمجت علوم المواد وهندسة الحرارة واختبارات الذكاء الاصطناعي لتقديم منتجٍ يتفوَّق على المعايير الصناعية. وشمل المشروع، الذي أُطلِق عليه الاسم الرمزي «مشروع الفجر»، ٨٧ مهندسًا، و١٢ دورة عمل تكاملية متعددة التخصصات، وأكثر من ١٤٠٠٠ ساعة من الاختبارات المخبرية.
1. المرحلة 1: جمع المتطلبات المرتكزة على المستخدم (يناير–فبراير ٢٠٢٤)
بدأ المشروع باستبيان عالمي شمل ٣٥٠٠ عميل سكني و٢٠٠ مُركِّب، وكشف عن ثلاث مشكلات رئيسية:
بطء سرعات الشحن التي تحد من جاهزية النظام للعمل كمصدر احتياطي أثناء انقطاع التيار الكهربائي عن الشبكة
التكلفة الأولية العالية مقارنةً بالعمر الافتراضي، ما يؤدي إلى فترات استرداد طويلة
المخاوف المتعلقة بخطر الانفلات الحراري، والتي تتفاقم في المناخات ذات درجات الحرارة المرتفعة
وقد شكَّلت هذه الملاحظات بشكل مباشر خارطة طريق البحث والتطوير: حيث أولى الفريق أولوية قصوى لتحقيق عمر افتراضي يبلغ ١٠٠٠٠ دورة، وشحن من ٠٪ إلى ٨٠٪ خلال ٩٠ دقيقة، ونظام سلبي لإدارة الحرارة يلغي الحاجة إلى مراوح صاخبة تتطلب صيانة عالية. وللتحقق من صحة هذه الأولويات، نظَّم الفريق ١٢ مجموعة تركيز في شنغهاي وبيرلين وسيدني، حيث اختبر أصحاب المنازل واجهات الشحن النموذجية وقدموا ملاحظاتهم حول التصميم المدمج القائم على الأرض.
2. المرحلة 2: الابتكار في المواد وتركيب الخلايا (مارس–أبريل ٢٠٢٤)
في مركز زسن ريسون للأبحاث والتطوير في سوتشو، ركّز علماء المواد على تحسين تركيب خلايا فوسفات الليثيوم-الحديد (LFP)، التي تشكّل العمود الفقري لبطارية نوفا غارد S5. وطوّر الفريق أنودًا مركبًا من السيليكون النانوي الحصري الذي يرفع كثافة الطاقة إلى ١٦٥ واط ساعة/كغ—أي بنسبة أعلى بـ ٢٥٪ مقارنةً بالخلايا القياسية من نوع LFP—مع الحفاظ على الاستقرار الحراري الذي يجعل تقنية LFP أأمن تقنية بطاريات متاحة في السوق.
كما صمّم الفريق طبقة إلكتروليت حالتها صلبة قلّلت المقاومة الداخلية بنسبة ١٨٪، ما مكّن البطارية من الشحن السريع خلال ٩٠ دقيقة. وعلّق الدكتور لين مِي، الكيميائي الرئيسي المختص بالخلايا: «لقد اختبرنا أكثر من ٧٠ تركيبة إلكتروليت قبل أن نصل إلى التركيبة التي توازن بين التوصيلية والاستقرار. وبحد ذاتها، حقّقت هذه القفزة العلمية خفضَ وقت الشحن المستهدف لدينا إلى النصف.» ولتوسيع نطاق هذه الابتكار، تعاونت شركة زسن ريسون مع معهد علوم المواد في جامعة تشينغهوا لتحسين عملية تصنيع الطبقة الإلكتروليتية، مما قلّل هدر المواد بنسبة ٣٢٪.
3. المرحلة الثالثة: تصميم الوحدة وهندسة الحرارة (مايو–يونيو ٢٠٢٤)
كانت إحدى التحديات الرئيسية هي تبديد الحرارة الناتجة أثناء الشحن السريع دون استخدام تبريد نشط. وقام فريق الهندسة بتصميم طبقة واجهة حرارية من رغوة الجرافيت التي تلتف حول كل خلية، لسحب الحرارة نحو مُبدد حراري ألومنيوم مدمج في قاعدة الوحدة. ولا يقتصر هذا النظام السلبي على القضاء على ضوضاء المراوح وصيانة أقل فحسب، بل ويضمن أيضًا أن تبقى درجات حرارة الخلايا دون ٤٥°م حتى أثناء التفريغ المستمر عند معدل ١C.
«أجرينا اختبارات التمدد الحراري لمدة ٣٠٠٠ ساعة للتحقق من صحة هذا التصميم»، قال الدكتور تشين هاو، المهندس الميكانيكي الرئيسي. «وفي أسوأ سيناريو ممكن — أي التعرُّض المباشر لأشعة الشمس في بيئة تبلغ درجة حرارتها ٤٠°م — لم تتجاوز درجة حرارة وحداتنا أبدًا ٤٢°م.» وقد تم أيضًا تحسين التصميم المدمج القائم على الأرض لوحدة NovaGuard S5 (الظاهرة في عرض الجناح) لتسهيل تركيبها، حيث تتضمَّن إدارة متكاملة لكابلات التوصيل ولوحة أمامية قابلة للإزالة دون الحاجة إلى أدوات للوصول إلى نظام إدارة البطاريات (BMS). وأشاد المُركِّبون المشاركون في مجموعات التركيز بهذا التصميم، مشيرين إلى أنه يقلِّل من وقت إعداد الوحدة في الموقع بمتوسط ٤٥ دقيقة لكل وحدة.
٤. المرحلة الرابعة: تطوير نظام إدارة البطاريات المدعوم بالذكاء الاصطناعي (يوليو–أغسطس ٢٠٢٤)
وقد طوَّرت فرقة نظام إدارة البطاريات الداخلية في شركة Zsen Risun نظام إدارة بطاريات مدعومًا بالذكاء الاصطناعي، يتعلَّم من أنماط الاستخدام الفعلي لتعظيم عمر البطارية. ويتمتَّع نظام إدارة البطاريات (BMS) بالخصائص التالية:
موازنة خلوية تنبؤية: تُعدِّل تيارات الشحن لمنع الإجهاد الزائد على الخلايا الفردية، ما يطيل عمر الدورة بنسبة ١٢٪
خوارزميات دمج الشبكة: تُحوِّل تلقائيًّا بين طاقة الشبكة والطاقة الشمسية وطاقة البطارية لتقليل تكاليف الكهرباء
تشخيصات السلامة في الوقت الفعلي: تراقب ٢٤ معلَّمة، منها الجهد والتيار ودرجة الحرارة، مع زمن استجابة قدره ١٠٠ ملي ثانية للانحرافات عن القيم الطبيعية
وأثناء الاختبارات الميدانية في قوانغدونغ، خفَّض نظام إدارة البطاريات (BMS) فواتير الكهرباء لدى العملاء بنسبة متوسطها ٣٨٪ من خلال الاستفادة من إشارات أسعار الكهرباء المتغيرة حسب أوقات الاستخدام — وهي ميزة أصبحت نقطة بيع رئيسية لدى الموزِّعين الأوروبيين. كما دمج الفريق نظام تحديث البرامج الثابتة القائم على السحابة، ما يسمح بتطبيق التصليحات وتحسين الأداء عن بُعد دون الحاجة إلى زيارات ميدانية. وفي اختبارٍ حديث، مكَّنت هذه الميزة الفريق من حل عطل برمجي طفيف أثَّر على ٣٠٠ وحدة ميدانية خلال ٧٢ ساعة، دون أي توقف في تشغيل أنظمة العملاء.
٥. المرحلة ٥: الاختبار والتحقق المُسرَّعَان (سبتمبر–أكتوبر ٢٠٢٤)
وقبل الإنتاج الضخم، خضع نظام NovaGuard S5 لبرنامج تقدم اصطناعي مُسرَّع مدته ٦ أشهر، مُحاكٍ لـ١٥ سنة من الاستخدام. وشملت الاختبارات الرئيسية ما يلي:
محاكاة الانهيار الحراري: شحن الخلية بشكل مفرط للتحقق من أن نظام التبريد السلبي والغلاف المقاوم للحريق قادران على احتواء أي حادث
التدوير بين درجات الحرارة القصوى: اختبار الأداء في نطاق يتراوح بين -٢٠°م و٥٥°م لضمان الموثوقية في المناخات القاسية
اختبارات الإجهاد الميكانيكي: إسقاط الوحدة من ارتفاع ١٫٥ متر وخضاعها لاهتزاز بقوة ٥ جي لتأكيد متانة التصميم
اجتاز النظام جميع الاختبارات دون حدوث أي فشل حرج، وبقيت نسبة الاحتفاظ بالسعة أعلى من ٨٠٪ بعد ١٠٠٠٠ دورة — أي ما يفوق المعايير الصناعية بنسبة ٢٠٪. وأكد الاختبار المستقل الذي أجرته شركة TÜV Rheinland أن نظام NovaGuard S5 يتوافق مع معايير السلامة IEC 62619، وبتحقيق معدل موثوقية بلغ ٩٩٫٩٧٪ في الظروف الواقعية.
المرحلة ٦: الإنتاج التجريبي والتجارب الميدانية (أكتوبر ٢٠٢٤)
وقد تم نشر دفعة تجريبية مكوَّنة من ٥٠٠ وحدة في ١٢٠ منزلًا عبر الصين وألمانيا وأستراليا. وقد كانت الملاحظات الأولية إيجابيةً جدًّا: فذكر أحد مالكي المنازل في ملبورن أن النظام وفَّر الطاقة لمنزلهم بالكامل لمدة ٣٦ ساعة خلال انقطاع حديث في شبكة الكهرباء، بينما لاحظت عائلة في قوانغتشو خفضًا بنسبة ٤٢٪ في فاتورتها الشهرية للكهرباء. كما أشاد المُركِّبون في ألمانيا بتوافق النظام مع بروتوكولات الشبكة الأوروبية، وأشار أحدهم إلى أن «نوفا غارد S5 يتكامل بسلاسة مع تركيباتنا الشمسية الحالية، مما يقلل من وقت التشغيل التجريبي لدينا بنسبة ٢٠٪.»
الأثر على القطاع والخريطة الطريق المستقبلية
لقد حازت منظومة نوفا غارد S5 بالفعل على اعتراف خبراء القطاع. وعلّق جيمس أوكونور، المحلل الأول في شركة وود ماكنزي، قائلاً: «إن قدرة شركة زسن ريسون على دمج الابتكار في المواد وهندسة الحرارة والذكاء الاصطناعي في منتج واحد تُعدّ نقطة تحول جوهرية». وأضاف: «وتُعالج هذه المنظومة أكبر العوائق التي تحول دون اعتماد أنظمة التخزين المنزلية، ونتوقع أن تحقّق حصة سوقية تتراوح بين ٨٪ و١٠٪ في السوق الأوروبية بحلول عام ٢٠٢٦.»
وللاستفادة من هذه الزخم، تخطط شركة زسن ريسون لـ:
توسيع مركزها للبحث والتطوير في سوتشو بنسبة ٤٠٪ في عام ٢٠٢٥ لتسريع تطوير بطاريات الحالة الصلبة
إطلاق برنامج ضمان يمتد لعشر سنوات لمنظومة نوفا غارد S5، وهو أطول برنامج ضمان في القطاع
الشراكة مع شركات تركيب الألواح الشمسية في أوروبا لتغليف المنظومة مع الألواح المركّبة على الأسطح، مما يعزّز اعتمادها أكثر فأكثر
استثمار ٥٠ مليون دولار أمريكي في مصنع إنتاج جديد في هنغاريا لخدمة السوق الأوروبية، ما يقلّل أوقات التسليم بنسبة ٦٠٪
وبينما يتسابق العالم نحو إزالة الكربون، يُعَدّ نظام نوفا غارد S5 شاهدًا على ما يمكن تحقيقه عندما تستند أبحاث وتطوير المنتجات إلى احتياجات المستخدم والتميُّز الهندسي. وفي معرض شنغهاي، حيث تجمّع الزوّار حول جناح شركة زسن ريسون لمشاهدة النظام أثناء العمل، بدا واضحًا أن مستقبل تخزين الطاقة المنزلية قد وصل بالفعل.
