بطارية LiFePO4 والحرارة: عمر الخدمة في المغرب

تفقد بطارية LiFePO4 لعمود الإنارة الشمسي، وفق دراسة نُشرت سنة 2024، نحو 23 % من عمرها بالدورات عندما تُشحَّن وتُفرَّغ عند 45 °C بدل 25 °C — ورأس متكامل مغلق في مراكش أو فاس أو ورزازات في يوليوز يتجاوز هذه الـ45 °C بكثير. في المغرب، حيث يبلغ الرقم القياسي الوطني 50,4 °C (أكادير، 11 غشت 2023) وحيث يتراوح متوسط الحد الأقصى لأشد الشهور حرارة بين 37 و39 °C في المناطق الداخلية، تُعد الحرارة العامل الأول في شيخوخة البطارية، قبل عدد الدورات. يقارن هذا الدليل بين LiFePO4 والرصاص-جل وNMC تحت هذه الدرجات، ويبين أين توضع البطارية وفق NM 06.8.001، وكيف تُحجَّم لشهر دجنبر دون التضحية بها في غشت.

ما درجات الحرارة التي تتعرض لها البطارية فعليا في المغرب؟

ثلاثة أرقام مهمة: الرقم القياسي المطلق (حد السلامة)، ومتوسط الحد الأقصى لأشد الشهور حرارة (الشيخوخة)، والمتوسط الشهري (درجة حرارة السكون). المصادر: NOAA 1991–2020 / DWD، والمديرية العامة للأرصاد الجوية (DGM) للرقم القياسي الوطني، وERA5 2005–2020 (PVGIS) للمتوسطات.

على الساحل (الدار البيضاء، الرباط، أكادير) يبقى متوسط الحد الأقصى دون 29 °C: تشيخ البطارية قريبا من منحناها المرجعي. في الداخل يتجاوز الهواء 35 °C كل يوم من أيام الصيف، والهيكل المعرض للشمس أشد حرارة. أما الأطلس فيفرض القيد المعاكس: صقيع ليالي يناير يمنع أي شحن لبطارية الليثيوم تحت 0 °C.

كم دورة تخسر بطارية LiFePO4 بسبب الحرارة؟

وفق دراسة نُشرت سنة 2024 في International Journal of Sustainable Energy على خلايا LiFePO4 منشورية شُحنت وفُرِّغت عند عمق تفريغ 80 %، يقل العمر المتوقع عند 45 °C بنسبة 23,2 % عن العمر المحصل عند 25 °C؛ وبحسب ظروف الاختبار، تقتطع الحرارة ما بين 23,2 % و41,4 % من العمر. ويبقى النموذج المرجعي هو نموذج Wang وآخرين (Journal of Power Sources، 2011). ويضيف المدمجون قاعدة تجريبية صناعية غير معيارية: كل شريحة 10 °C فوق 25 °C تقسم العمر بالدورات على اثنين تقريبا، والمجال الأمثل هو 15 إلى 30 °C، وأي شحن تحت 0 °C ممنوع.

استدلال هندسي من LALOGO: رأس متكامل مغلق تحت شمس يوليوز في مراكش أو ورزازات يتجاوز 45 °C بكثير أثناء الشحن؛ فاحسبوا إذن أكثر من 25 % من الدورات أقل مما تعلنه البطاقة التقنية المحددة عند 25 °C. لا يستبعد هذا LiFePO4، وهي الكيمياء التي تتحمل هذا القيد على أفضل وجه، لكنه يفرض اختيار الموضع وهامش السعة عن دراية.

LiFePO4 أم رصاص-جل أم NMC: أي كيمياء لعمود إنارة شمسي في المغرب؟

يقبل المعيار NM 06.8.001 (مشروع خاضع للاستقصاء العمومي EP 52/2024) العائلات الثلاث إذا احترمت معيار المنتج الخاص بها: NM EN 60896-22 للجل، وNM CEI 62133 لليثيوم-أيون وLiFePO4، مع مدة خدمة لا تقل عن 5 سنوات واختبار استقلالية لمدة 16 ساعة متواصلة عند 40 % من التدفق الضوئي على الأقل، عند 25 °C. فالاختيار يُحسم إذن على الحرارة والسلامة والصيانة.

يوضع الرصاص-جل في الظل عند قاعدة الصاري، لكنه ثقيل وعمره يتراجع بسرعة مع الحرارة؛ ويوفر NMC أفضل كثافة طاقة لكن بأضيق هامش للسلامة الحرارية، وهو التوافق السيئ لرأس مغلق تحت الشمس الكاملة. أما LiFePO4 فهو اختيار تشكيلة LALOGO: 3,2 V مدمجة وقابلة للاستبدال في الأعمدة المتكاملة (LS-A60: 60 Ah، 192 Wh؛ LS-A80: 80 Ah، 256 Wh؛ LS-A120: 120 Ah، 384 Wh؛ LS-A140: 160 Ah، 512 Wh)، وحزم 12,8 V في أطقم اللوح المنفصل (LS-S60: 30–50 Ah).

أين توضع البطارية: في الرأس أم عند قاعدة الصاري أم في الأساس؟

يسمح المعيار NM 06.8.001 (§5.4 من المشروع) بثلاثة مواضع: صندوق عند قاعدة الصاري، أو حيز في الأساس الخرساني، أو بطارية مدمجة في المصباح أو في الوحدة الكهروضوئية، يمكن الوصول إليها دون فك اللوح. وتحت المناخ المغربي يزن هذا الاختيار بقدر ما تزن الكيمياء.

• في الرأس (متكامل): أبسط تركيب، لا كابل، والبطارية بعيدة عن متناول الأيدي، لكنها تتقاسم درجة حرارة الهيكل تحت الشمس. على الساحل (متوسط الحد الأقصى صيفا دون 30 °C) هو توافق مقبول: موديلات LALOGO معطاة من −20 °C إلى +65 °C وتُستبدل البطارية من الأسفل.
• عند قاعدة الصاري أو في الأساس (طقم بلوح منفصل): توضع حزمة 12,8 V الخاصة بـ LS-S60 في صندوق أعلى الصاري أو مدفون. مدفونةً، تستفيد البطارية من القصور الحراري للتربة وتفلت من ذروات 45 °C: هذه توصيتنا في مراكش وفاس وورزازات والجنوب. صندوق مقفل (ضد السرقة) ومصرَّف (ضد الماء).
• الصاري المغربي يدمج الصندوق. الصاري من منشأ مغربي (رسم وقائي بنسبة 25 % على الصواري المستوردة، HS 7308.90.10)؛ والتصنيف الجمركي للمصباح مؤكد من طرف وكيل الشحن الخاص بنا. تزود LALOGO المصنّع المغربي بمخططات الصاري LS-P6.

كيف تُحجَّم البطارية لشهر دجنبر دون التضحية بها في غشت؟

يُجرى التحجيم على شهر دجنبر، أفقر الشهور شمسا وأطولها ليلا؛ أما الصيف فيطرح مشكلة حرارة لا مشكلة طاقة. طريقة LALOGO (فرضية هندسية معلنة): الحصاد اليومي (Wh) = Wp × ساعات الذروة الشمسية PSH لدجنبر × مردود النظام، بمردود من 0,70 إلى 0,75 يغطي تسخن اللوح والاتساخ وMPPT ومردود الشحن والتفريغ للبطارية. الإشعاع الأفقي لدجنبر (PVGIS-SARAH2 2005–2020، JRC): الدار البيضاء 2,99 kWh/m²/يوم، مراكش 3,46، أكادير 3,62، ورزازات 3,81، طنجة 2,58.

مثال مع LS-A60 (لوح 60 Wp، بطارية 192 Wh): 60 × 2,99 × 0,72 ≈ 129 Wh/يوم في الدار البيضاء و60 × 3,46 × 0,72 ≈ 149 Wh/يوم في مراكش، لليلة مدتها 14,1 ساعة في الدار البيضاء (حساب فلكي، 21 دجنبر). تمثل بطارية 192 Wh ما بين 1,3 و1,5 يوم من حصاد دجنبر: فبرنامج التعتيم وكشف الحركة هما اللذان يحملان الاستقلالية المعلنة، «حتى 12 ساعة في الليلة، احتياط 3–5 أيام بالبرنامج الافتراضي»؛ وتتوقف الاستقلالية على التشمس (التحجيم على دجنبر) وعلى برنامج التعتيم. في الصيف (7,3 إلى 8,2 kWh/m²/يوم، ليال من 9,4 إلى 10,1 ساعة) تمتلئ البطارية منذ منتصف النهار؛ ولا يهم سوى درجة الحرارة التي تنتظر فيها الليل.

ثلاث قواعد: عدم التحجيم على تفريغ بنسبة 100 % (دراسة 2024 كانت أصلا تعمل عند 80 %)، والاحتفاظ بهامش للأيام الغائمة، واشتراط المنظم ذي التعتيم المتكيف مع الطقس الذي يفرضه NM 06.8.001 (§5.3)، والذي يخفض التدفق عندما ينخفض الاحتياط.

ماذا يجب أن يفعل BMS عند 45 °C وعند −5 °C؟

يحوّل BMS (نظام إدارة البطارية) كيمياء متسامحة إلى منتج موثوق. ضمن مجال −20 °C إلى +65 °C لموديلات LALOGO، أربع وظائف تصنع الفرق:

1. منع الشحن تحت 0 °C — لا غنى عنه فجرا في إفران والأطلس المتوسط وورزازات في يناير (متوسط الحد الأدنى 1,8 °C، الرقم القياسي −7,0 °C): ينتج اللوح منذ شروق الشمس، لكن البطارية يجب ألا تقبل التيار إلا بعد أن تدفأ.
2. خفض تيار الشحن في الحرارة الشديدة — يحد من التسخن الداخلي أثناء شحن الظهيرة (عتبات خاصة بكل حزمة، عند الطلب).
3. قطع الجهد العالي والمنخفض — ضد الشحن الزائد صيفا والتفريغ العميق خلال أسبوع غائم من دجنبر.
4. موازنة الخلايا — وإلا فإن أضعف خلية في حزمة 12,8 V تحدد سعة الحزمة كلها.

ويكمل NM 06.8.001 هذه المنظومة: منظم بعمر 5 سنوات على الأقل، كالبطارية، ووسم (§9) يعرّف البطارية حتى تعرف الصيانة أي حزمة تستبدل.

ما يجب تذكره

• الأرقام القياسية: 50,4 °C في أكادير (11 غشت 2023)، 49,6 °C في مراكش؛ متوسط الحد الأقصى لأشد الشهور حرارة من 37 إلى 39 °C في الداخل، ودون 29 °C على الساحل.
• وفق دراسة نُشرت سنة 2024، تفقد بطارية LiFePO4 المشغَّلة عند 45 °C نسبة 23,2 % من عمرها مقارنة بـ 25 °C؛ القاعدة الصناعية: كل +10 °C تقسم العمر على اثنين تقريبا.
• يقبل NM 06.8.001 الجل (NM EN 60896-22) وLiFePO4 (NM CEI 62133)؛ مدة الخدمة ≥ 5 سنوات؛ اختبار 16 ساعة عند ≥ 40 % من التدفق عند 25 °C.
• البطارية في الرأس أو عند قاعدة الصاري أو في الأساس (§5.4): قاعدة الصاري أو الأساس في الداخل، والرأس مقبول على الساحل.
• التحجيم على دجنبر (الدار البيضاء 2,99 kWh/m²/يوم، مراكش 3,46) بمردود نظام 0,70–0,75، دون استهداف تفريغ 100 %؛ BMS مع منع الشحن تحت 0 °C.
• البنود المذكورة مأخوذة من مشروع شتنبر 2024؛ والنص المصادق عليه يُقتنى من IMANOR.

المصادر

• IMANOR، NM 06.8.001 — https://www.imanor.gov.ma/Norme/nm-06-8-001/ ؛ مشروع EP 52/2024 — https://www.imanor.gov.ma/wp-content/uploads/2024/08/EP-52-2024-DC-30-09-2024-PNM-06.8.001.pdf
• La Vie Éco، الرقم القياسي الوطني 50,4 °C (DGM) — https://www.lavieeco.com/au-royaume/canicule-historique-le-maroc-vient-pour-la-premiere-de-depasser-la-barre-des-50-celsius/
• السجلات المناخية NOAA 1991–2020 / DWD — https://en.wikipedia.org/wiki/Marrakesh ؛ https://en.wikipedia.org/wiki/Ouarzazate ؛ https://en.wikipedia.org/wiki/Casablanca ؛ https://en.wikipedia.org/wiki/Climate_of_Morocco
• PVGIS 5.2، SARAH2 وERA5 2005–2020، JRC — https://re.jrc.ec.europa.eu/api/v5_2/MRcalc
• International Journal of Sustainable Energy، 2024 — https://doi.org/10.1080/14786451.2024.2337439
• Wang وآخرون، Journal of Power Sources، 2011 — https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.11.134
• القاعدة التجريبية درجة الحرارة / العمر (مصدر صناعي، غير معياري) — https://sunlithenergy.com/impact-of-temperature-on-lifepo%e2%82%84-batteries-cycle-life/