Wie wirkt sich die Temperatur auf die Auswahl von Lithium-Ionen-Solarbatterien aus?

Lithium-Ionen-Solarbatterien werden hauptsächlich im Wohnsektor sowie zur gewerblichen und industriellen Energiespeicherung eingesetzt und helfen Hausbesitzern oder Unternehmen dabei, ihre Photovoltaik (PV)-Nutzung zu erweitern, Geld bei ihren Stromrechnungen zu sparen oder im Falle eines Netzausfalls Notstrom bereitzustellen. Da die Materialpreise sinken und Lithiumbatterien immer beliebter werden, ersetzen Lithium-Ionen-Batterien Bleisäure auf dem Markt für Solarenergiespeicher.

Zwei Arten von Lithium-Ionen, die in Lithium-Solarbatterien verwendet werden

Für Hersteller von Lithium-Ionen-Solarbatterien werden typischerweise zwei gängige Arten von Lithium-Ionen-Batterien verwendet: ternäre Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Lithium-Ionen-Batterien (NMC) und Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP), die wichtige Akteure in der Branche sind Markt. Obwohl beide Batterietypen auf dem Funktionsprinzip des Lithium-Ionen-Austauschs basieren, weisen sie teilweise deutlich unterschiedliche Leistungen und Eigenschaften auf.

Die Energiedichte ist ein wichtiger Indikator zur Bewertung der Batterieleistung. Generell gilt: Je höher die Energiedichte, desto mehr Energie kann die Batterie pro Gewichts- oder Volumeneinheit aufnehmen und desto größer ist die Reichweite. der LFP hat eine Energiedichte von etwa 140 Wh/kg. Der NMC hat grundsätzlich eine Energiedichte von 240 kWh/kg. das heißt, bei gleichem Gewicht ist die Energiedichte des NMC 1,7-mal höher als die des LFP. Das bedeutet, dass eine im gleichen Raum installierte NMC-Solarbatterie länger läuft als eine LFP-Solarbatterie.

Drei Hauptfaktoren beeinflussen die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Solarbatterien: die Anzahl der Lade-/Entladezyklen, die Nutzungsdauer und die durchschnittliche Temperatur der Batterie. Der größte Faktor, der die Lebensdauer eines Li-Ionen-Akkus beeinflusst, ist die durchschnittliche Temperatur des Akkus, gefolgt von der Entladetiefe. Normalerweise messen wir die Wirksamkeit einer Batterie, indem wir ihre tatsächliche Kapazität mit ihrer ursprünglichen Kapazität vergleichen. Bevor sie 80 % ihrer ursprünglichen Kapazität erreichen, können LFP-Solarbatterien mindestens 2.000 bis 3.000 vollständige Lade-/Entladezyklen durchführen, während NMC-Batterien nur 500 bis 1.000 vollständige Lade-/Entladezyklen durchführen können LFP-Solarbatterien haben eine viel längere Lebensdauer, typischerweise mehr als 10 Jahre.

Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien

Im Gegensatz zu NMC-Batterien verschlechtern sich LFP-Batterien aufgrund ihres sichereren Kathodenmaterials bei hohen Temperaturen nicht. Im Vergleich zu NMC-Batterien bieten LFP-Batterien die größte thermische und chemische Stabilität sowie die geringste Energiemenge, die beim thermischen Durchgehen freigesetzt wird. Sie werden erst bei 195 °C thermisch außer Kontrolle geraten und dabei die geringste Energiemenge freisetzen. Umgekehrt können NMC-Batterien thermische Durchgehtemperaturen von 170 °C erreichen, wodurch mehr Energie freigesetzt wird und möglicherweise Feuer fängt, wenn sie nicht kontrolliert wird. Obwohl alle Lithium-Ionen-Batterien sicher sind, gehören LFP-Solarbatterien zu den sichersten Energiespeichern auf dem Markt.

Temperatur und Entladung

Abhängig von der Anwendung der Energiespeicherung in Privathaushalten gibt es zwei häufige Verwendungszwecke von Lithium-Ionen-Solarbatterien. Die erste ist eine Notstromquelle, bei der die Anforderung, kritische Lasten während eines Netzausfalls am Laufen zu halten, eine sofortige Umstellung auf Solarbatteriestrom erfordert. In diesem Fall muss die Speicherbatterie hohen Strömen und starken Stromstößen der Last standhalten. Das zweite Szenario besteht darin, tagsüber Strom aus PV-Modulen oder dem Netz zu speichern und ihn dann nachts an die Last abzugeben, was normalerweise erfordert, dass die Batterie mindestens 6–8 Stunden lang Strom liefern kann.

Li-FePO4-Batterien haben einen sehr geringen Innenwiderstand und können hohen Entladeraten standhalten, ohne zu viel Wärme zu erzeugen. NMC-Batterien haben jedoch einen Innenwiderstand, der etwa zehnmal höher ist als der von LFP-Batterien, sodass im NMC mehr Wärme erzeugt wird Batterien, wenn sie mit der gleichen Geschwindigkeit entladen werden. Beispielsweise kann eine NMC-Batterie mit 48 V und 50 Ah (2,4 kWh) einen Entladestrom von 50–100 A liefern, während ein LFP einen Entladestrom von 500–1000 A liefern kann.

Passive oder aktive Kühlung

Der dritte Faktor, der die Lebensdauer eines Lithium-Ionen-Akkus beeinflusst, ist die Umgebungstemperatur. In Marktanwendungen für Li-Ion-Batterien werden Batterien auf verschiedene Arten gekühlt, von passiver Kühlung (kein Lüfter) über aktive Kühlung (kontinuierlich laufender Lüfter) bis hin zu dynamischer aktiver Kühlung (Lüfterantrieb mit variabler Geschwindigkeit) zur Steuerung der Batterietemperatur. Während Energiespeicher für Privathaushalte typischerweise passive Kühlung nutzen, können Lithium-Ionen-Batterien sicher bei -20 °C bis 60 °C betrieben werden, der optimale Temperaturbereich zur Maximierung der Batterielebensdauer liegt jedoch bei 10 °C bis 30 °C. Hochstromentladungen erzeugen Wärme im Inneren der Batterie, aber eine Umgebung mit stabiler Temperatur kann die Lebensdauer der Batterie maximieren.

Es ist wichtig zu beachten, dass NMC-Batterien aufgrund der Chemie und der höheren Impedanz im Vergleich zu LFP-Batterien beim Entladen mehr Wärme erzeugen. Denn Sicherheit ist bei Li-Ionen-Batterien ein zentrales Thema Energiespeicher Die gute thermische Stabilität von LFP-Solarbatterien ist sicher und umweltfreundlich, was ihnen einen Vorteil bei Energiespeicheranwendungen verschafft.

Um eine ausreichende Stromversorgung der Last sicherzustellen, müssen in der tatsächlichen Anwendung möglicherweise mehrere NMC-Batteriemodule parallel geschaltet werden, um den erforderlichen Strom zu liefern. Dieses Ziel kann jedoch mit einer kleinen Anzahl von LFP-Batterien erreicht werden. In Anbetracht des Platzbedarfs und der Anwendungsszenarien eignen sich NMC-Batterien besser für Anwendungen, die einer geringeren Stromübertragung über einen längeren Entladezeitraum (z. B. 1 Stunde 50 A) standhalten können, während LFP-Batterien auch eine höhere Stromübertragung über einen kürzeren Zeitraum (z. B. 300 A in 10 Minuten) bieten können ).

Vorteile der aktiven Kühlung

Im Allgemeinen kann das Hinzufügen eines Lüfters zu einer Batterie zur Wärmeregulierung das Produkt verkomplizieren, aber dies kann der Batterie sehr viele Vorteile bringen. In einigen Anwendungen mit rauen Wetterbedingungen können die Temperaturen der Batterien von sehr kalt und trocken bis sehr warm und feucht variieren. Im Falle eines thermischen Durchgehens steigt die Temperatur im Inneren der Batterie mit passiver Kühlung schneller an als außerhalb, wodurch Hotspots entstehen und die Menge des verfügbaren Entladestroms begrenzt wird, was auch zu einer schnellen Alterung von Li-Ionen-Solarbatterien führen kann. Durch aktive Kühlung kann die Wärmeentwicklung beim Laden und Entladen der Batterie besser minimiert werden. Unter sonst gleichen Bedingungen kann eine aktive Kühlung bessere Lade- und Entladeströme für Solarbatterien unterstützen.

Die innere Struktur der Batterie enthält mehr Metalle, die durch Kondensation ebenfalls zu Kurzschlüssen führen können. Aufgrund von Temperaturunterschieden kann feuchte Luft dazu führen, dass Wasser auf der empfindlichen Elektronik im Inneren der Batterie kondensiert. So verhindert die aktive Kühlung auch, dass Kondensation im Inneren der Batterie die Batteriefunktion beeinträchtigt oder Batteriekomponenten beschädigt. Auf dem kommerziellen und industriellen Energiespeichermarkt, wo die Vorabinvestitionen höher sind, verwenden Hersteller in der Regel Luft- oder Flüssigkeitskühlung zur aktiven Kühlung, um wirtschaftliche Verluste und Umweltverschmutzung durch thermisches Durchgehen zu verhindern.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es viele Lithium-Ionen-Solarbatterien auf dem Markt gibt. Bevor Sie das Richtige auswählen Hersteller von Solarbatterien oder Modell, sollten Sie die Leistung dieser Batterien kennen, um die Leistung zu beurteilen, die zum Aufrechterhalten des Betriebs in Ihrem privaten Energiespeicher oder gewerblichen und industriellen Energiespeicher erforderlich ist, die erforderliche Laufzeit, um die Umgebung zu bestimmen, in der sie betrieben werden, sowie um Bestimmen Sie die Rolle der Wärme. Mit diesen Daten ist es möglich, die Chemie der Lithium-Ionen-Solarbatterie, die passiven und aktiven Kühleigenschaften und die wichtigsten Funktionen der verfügbaren Lösungen zu bewerten.