Comment la température affecte-t-elle la sélection des batteries solaires au lithium-ion ?

Batteries solaires lithium-ion sont principalement utilisés dans le secteur résidentiel et pour le stockage d'énergie commercial et industriel, aidant les propriétaires ou les entreprises à étendre leur utilisation photovoltaïque (PV), à économiser de l'argent sur leurs factures d'électricité ou à fournir une alimentation de secours en cas de panne de réseau. À mesure que les prix des matériaux chutent et que les batteries au lithium deviennent plus populaires, les batteries lithium-ion remplacent le plomb-acide sur le marché du stockage de l'énergie solaire.

Deux types de lithium-ion utilisés dans les batteries solaires au lithium

Pour les fabricants de batteries solaires lithium-ion, deux types courants de batteries lithium-ion sont généralement utilisés : les batteries lithium-ion ternaires lithium-nickel-manganèse-cobalt (NMC) et les batteries lithium-fer phosphate (LFP), qui sont des acteurs majeurs du marché. marché. Bien que les deux types de batteries soient basées sur le principe de fonctionnement de l’échange d’ions lithium, elles présentent des performances et des caractéristiques sensiblement différentes.

La densité énergétique est un indicateur important pour évaluer les performances de la batterie. De manière générale, plus la densité énergétique est élevée, plus la batterie peut contenir de puissance par unité de poids ou de volume, et plus la portée est longue. le LFP a une densité énergétique d'environ 140 Wh/kg. le NMC a une densité énergétique de base de 240 kWh/kg. c'est-à-dire que sous le même poids, la densité énergétique du NMC est 1,7 fois supérieure à celle du LFP. Cela signifie qu'une batterie solaire NMC installée dans le même espace fonctionnera plus longtemps qu'une batterie solaire LFP.

Trois facteurs principaux affectent la durée de vie des batteries solaires lithium-ion : le nombre de cycles de charge/décharge, la durée d'utilisation et la température moyenne de la batterie. Le facteur le plus important affectant la durée de vie d’une batterie Li-ion est la température moyenne de la batterie, suivie de la profondeur de décharge. Nous mesurons généralement l’efficacité d’une batterie en comparant sa capacité réelle à sa capacité d’origine. Avant d'atteindre 80 % de leur capacité d'origine, les batteries solaires LFP peuvent effectuer au moins 2 000 à 3 000 cycles complets de charge/décharge, alors que les batteries NMC ne peuvent effectuer que 500 à 1 000 cycles complets de charge/décharge, ce qui signifie que Batteries solaires LFP ont une durée de vie beaucoup plus longue, généralement supérieure à 10 ans.

Sécurité des batteries lithium-ion

Contrairement aux batteries NMC, les batteries LFP ne se dégradent pas à haute température grâce à leur matériau cathodique plus sûr. Par rapport aux batteries NMC, les batteries LFP offrent la plus grande stabilité thermique et chimique, ainsi que la plus faible quantité d'énergie libérée lors d'un emballement thermique. Ils ne s'emballeront thermiquement qu'à 195°C et libéreront le moins d'énergie. À l’inverse, les batteries NMC peuvent atteindre des températures d’emballement thermique de 170°C, libérant davantage d’énergie et pouvant prendre feu si elles ne sont pas contrôlées. Bien que toutes les batteries lithium-ion soient sûres, les batteries solaires LFP comptent parmi les dispositifs de stockage d'énergie les plus sûrs disponibles.

Température et décharge

Selon l'application du stockage d'énergie résidentiel, il existe deux utilisations courantes des batteries solaires lithium-ion. La première est une source d'alimentation de secours, où la nécessité de maintenir les charges critiques en fonctionnement pendant une panne de réseau nécessite un passage immédiat à l'alimentation par batterie solaire, auquel cas la batterie de stockage doit résister à des surtensions de courant et de puissance élevées de la charge. Le deuxième scénario consiste à stocker l'énergie des panneaux photovoltaïques ou du réseau pendant la journée, puis à la décharger sur la charge pendant la nuit, ce qui nécessite généralement que la batterie soit capable de fournir de l'énergie pendant au moins 6 à 8 heures.

Les batteries Li-FePO4 ont une très faible résistance interne et peuvent supporter des taux de décharge élevés sans générer trop de chaleur, mais les batteries NMC ont une résistance interne environ 10 fois supérieure à celle des batteries LFP, donc plus de chaleur est générée à l'intérieur du NMC. batteries lorsqu'elles sont déchargées au même rythme. Par exemple, une batterie NMC 48 V 50 Ah (2,4 kWh) peut fournir un courant de décharge de 50 à 100 A, tandis qu'une LFP peut fournir un courant de décharge de 500 à 1 000 A.

Refroidissement passif ou actif

Le troisième facteur qui affecte la durée de vie d’une batterie lithium-ion est la température ambiante. Dans les applications commerciales des batteries Li-Ion, les batteries sont refroidies de différentes manières, allant du refroidissement passif (pas de ventilateur) au refroidissement actif (ventilateur fonctionnant en continu) en passant par le refroidissement actif dynamique (entraînement du ventilateur à vitesse variable) pour gérer la température de la batterie. Alors que le stockage d'énergie résidentiel utilise généralement un refroidissement passif, les batteries lithium-ion peuvent fonctionner en toute sécurité entre -20°C et 60°C, mais la plage de température optimale pour maximiser la durée de vie de la batterie est de 10°C à 30°C. Les décharges à courant élevé génèrent de la chaleur à l’intérieur de la batterie, mais un environnement à température stable peut maximiser la durée de vie de la batterie.

Il est important de noter que, en raison de la chimie et de l'impédance plus élevée des batteries NMC, elles génèrent plus de chaleur lorsqu'elles sont déchargées que les batteries LFP. La sécurité étant une question clé pour les batteries Li-ion stockage d'énergie applications, la bonne stabilité thermique des batteries solaires LFP a été sûre et respectueuse de l'environnement pour leur donner un avantage dans les applications de stockage d'énergie.

Ainsi, afin de garantir une alimentation électrique suffisante à la charge, dans l'application réelle, il peut être nécessaire de mettre en parallèle davantage de modules de batterie NMC pour répondre au courant requis, mais un petit nombre de batteries LFP peuvent atteindre cet objectif. Compte tenu de l'espace et des scénarios d'application, les batteries NMC sont plus adaptées aux applications capables de supporter un transfert de courant plus faible sur une période de décharge plus longue (c'est-à-dire 1 h 50 A), tandis que les batteries LFP peuvent également fournir un transfert de courant plus élevé sur une période de temps plus courte (c'est-à-dire 300 A en 10 min). ).

Avantages du refroidissement actif

De manière générale, ajouter un ventilateur à une batterie pour la régulation thermique peut compliquer le produit, mais cela peut apporter de très nombreux avantages à la batterie. Dans certaines applications dans des environnements météorologiques difficiles, la température des batteries peut varier de très froide et sèche à très chaude et humide. En cas d'emballement thermique, la température à l'intérieur de la batterie à refroidissement passif augmente plus rapidement qu'à l'extérieur, créant des points chauds et limitant la quantité de courant de décharge disponible, ce qui peut également provoquer un vieillissement rapide des batteries solaires Li-ion. Le refroidissement actif peut mieux minimiser la génération de chaleur pendant la charge et la décharge de la batterie. Toutes choses étant égales par ailleurs, le refroidissement actif peut prendre en charge de meilleurs courants de charge et de décharge pour les batteries solaires.

La structure interne de la batterie contient davantage de métaux, qui peuvent également provoquer des courts-circuits dus à la condensation. En raison des différences de température, l'air humide peut condenser l'eau sur les composants électroniques sensibles à l'intérieur de la batterie. Ainsi, le refroidissement actif empêche également la condensation à l’intérieur de la batterie d’altérer le fonctionnement de la batterie ou d’endommager ses composants. Sur le marché du stockage d'énergie commercial et industriel, où l'investissement initial est plus élevé, les fabricants utilisent généralement le refroidissement par air ou par liquide pour le refroidissement actif afin d'éviter les pertes économiques et la pollution environnementale causées par l'emballement thermique.

En résumé, il existe de nombreuses batteries solaires lithium-ion sur le marché. Avant de choisir le bon fabricant de batteries solaires ou modèle, vous devez connaître la puissance de ces batteries pour évaluer la puissance nécessaire au maintien du fonctionnement dans son stockage d'énergie résidentiel ou son stockage d'énergie commercial et industriel, l'autonomie requise, pour déterminer l'environnement dans lequel elle sera exploitée, ainsi que pour déterminer le rôle de la chaleur. Grâce à ces données, il est possible d'évaluer la chimie des batteries solaires lithium-ion, les caractéristiques de refroidissement passif et actif et les principales fonctionnalités offertes par les solutions disponibles.