Tipi e scelta delle batterie solari domestiche

Con l’aumento della domanda di fonti energetiche pulite e sostenibili, sempre più proprietari di case si rivolgono all’energia solare. Un componente essenziale di un sistema di energia solare è la batteria solare, che immagazzina l'energia generata dai pannelli solari per un uso successivo. In questo saggio discuteremo dei vari tipi di batterie solari domestiche e offrire indicazioni sulla scelta dell'opzione più adatta per la tua casa.

Tipi di batterie solari residenziali

Esistono tre tipi principali di batterie solari disponibili per uso residenziale: batterie al piombo, agli ioni di litio e a flusso. Ciascun tipo presenta vantaggi e svantaggi, che li rendono adatti a diverse applicazioni ed esigenze.

1. Batterie al piombo

Batterie al piombo sono la tecnologia più antica e consolidata nel settore delle batterie. La batteria al piombo è un dispositivo di accumulo di energia chimica che utilizza piombo e biossido di piombo (PbO2) come sostanze attive degli elettrodi negativi e positivi e acido solforico diluito come elettrolita, che realizza effettivamente la conversione reciproca tra energia elettrica ed energia chimica attraverso elettrochimica reazione; è la fonte di energia chimica preferita per tutti i tipi di sistemi di accumulo di energia, alimentazione di emergenza e dispositivi soft/black start.

La tensione nominale di una batteria al piombo-acido a cella singola è 2,0 V, che può essere scaricata a 1,5 V e ricaricata a 2,4 V; nell'applicazione pratica, viene spesso collegato in serie con 6 singole celle per formare un modulo batteria al piombo con tensione nominale di 12V, e poi attraverso opportune serie e parallelo sulla base di 12V, il valore di tensione accettato dal sistema (ad esempio come 48 V, 96 V) si ottiene per realizzare il normale lavoro di carica e scarica.

I componenti principali delle batterie al piombo includono poli positivi e negativi, piastre polari, separatori, elettroliti, contenitori e così via. Poiché nel modulo batteria è presente una grande quantità di soluzione chimica, generalmente è pesante.

Le batterie al piombo-acido sono due sottocategorie: piombo-acido allagato (FLA) e piombo-acido sigillato (SLA), che includono sia batterie Absorbent Glass Mat (AGM) che batterie al gel.

Nell’uso reale, la percentuale di batterie colloidali e piombo-carbone è in aumento. La capacità di scarica eccessiva, di autoripristino e le prestazioni di carica e scarica a bassa temperatura delle batterie colloidali sono leggermente migliori; le batterie al piombo-carbone, grazie all'aggiunta di carbonio (grafene) nell'elettrolita, prevengono il fenomeno della solfatazione dell'elettrodo negativo e migliorano il problema del facile guasto della batteria, aumentando così notevolmente la durata delle batterie.

La modalità di ricarica delle batterie al piombo-acido prevede generalmente tre modalità: corrente costante, tensione costante e carica fluttuante, nota anche come carica a tre fasi. La corrente di carica è un parametro molto importante, l'unità è generalmente espressa in C. I parametri delle specifiche della batteria saranno chiaramente contrassegnati con la corrente di carica massima della batteria, generalmente 0,1C, 0,2C o 0,3C;

Ad esempio, se la capacità di una batteria è 200Ah, la corrente di carica di 0.1C è 0.1×200=20A, 0.2C è 0.2×200=40A; la corrente di carica migliore per una batteria al piombo-acido che non richiede manutenzione dovrebbe essere di circa 0,1 C, una corrente di carica eccessiva o insufficiente influirà sulla durata della batteria.

Pro:

Costo iniziale basso

Ampia disponibilità

Riciclabile e rispettoso dell'ambiente

Contro:

Durata di vita più breve (3-5 anni)

Minore densità energetica

Per le batterie FLA è necessaria una manutenzione regolare

Non adatto per scariche profonde (50% o più)

2. Batterie agli ioni di litio

Batterie al litio sono diventate sempre più popolari negli ultimi anni grazie ai loro numerosi vantaggi rispetto alle batterie al piombo. Sono comunemente utilizzati nei veicoli elettrici, negli smartphone e nei laptop.

La batteria al litio è una classe di batterie realizzate in litio metallico o lega di litio come materiali positivi/negativi e che utilizzano una soluzione elettrolitica non acquosa; principalmente suddivisi in batterie al litio metallico e batterie agli ioni di litio. In generale, per batterie al litio si intendono le batterie agli ioni di litio, che sono batterie secondarie, ovvero possono supportare la carica e la scarica.

Le batterie agli ioni di litio utilizzano l'ossido di metallo della lega di litio come materiale positivo, la grafite come materiale negativo, il corpo principale della batteria agli ioni di litio è il litio come materiale negativo, che svolge un ruolo chiave nelle prestazioni di carica e scarica della batteria efficienza, numero di cicli, ecc.

Le batterie agli ioni di litio sono principalmente suddivise in litio-acido cobalto, litio manganato, litio-acido nichel, litio ferro fosfato, batterie al litio ternarie e così via a seconda dei diversi materiali catodici.

Prezzo di pesatura completo, costo, prestazioni, sicurezza e altri fattori, nella realtà applicazioni di sistemi di accumulo di energia , l'uso di più batterie al litio ferro fosfato. Le batterie al litio ferro fosfato sono generalmente considerate prive di metalli pesanti e metalli rari, sono batterie verdi non tossiche e non inquinanti.

Utilizza litio ferro fosfato (LiFePO4) come materiale dell'elettrodo positivo e carbonio come materiale dell'elettrodo negativo, con una singola cella con tensione nominale di 3,2 V e una tensione di interruzione della carica compresa tra circa 3,6 V e 3,65 V; la tensione e la capacità richieste vengono raggiunte in serie e in parallelo.

Pro:

Alta densità di energia

Durata della vita più lunga (10-15 anni)

Bassi requisiti di manutenzione

Maggiore efficienza

Tempi di ricarica più rapidi

Adatto per scariche profonde (80-90%)

Contro:

Costo iniziale più elevato

Sensibile alle alte temperature

Infrastruttura di riciclaggio limitata

Principali indicatori di prestazione delle batterie monoblocco al litio ferro fosfato:

Capacità nominale: in Ah o mAh

Voltaggio nominale: circa 3,2 V

Tensione di terminazione della carica: circa 3,55 V~3,6 V

Tensione di terminazione di scarica: circa 2 V ~ 2,5 V

Resistenza interna — ca. <20 mΩ

Tempo di ciclo della batteria: generalmente >3000 volte

Tasso di autoscarica: circa 5%~8%

Tra le batterie al litio dovrebbero rientrare anche i BMS (Battery Management System), cioè il sistema di gestione delle batterie, che generalmente contiene un'unità di controllo centrale, un'unità di acquisizione, un'unità di visualizzazione, un'unità di registrazione dati e un'unità di espansione esterna.

Le principali funzioni del BMS sono:

1. Monitoraggio dei parametri della singola batteria
2. Calcolo del SOC (stato di carica).
3. Monitoraggio e gestione della temperatura
4. Controllo del bilancio energetico della batteria
5. Diagnosi dei guasti e allarme
6. Visualizzazione delle informazioni
7. Registrazione dei dati
8. Comunicazione con il computer superiore

Scegliere la batteria solare giusta per la tua casa

Quando si seleziona una batteria solare per tutta la casa, considerare i seguenti fattori:

        1. Batteria al piombo o batteria al litio

Innanzitutto la batteria rappresenta un’elevata percentuale del sistema di accumulo dell’energia. Per gli inverter con accumulo di energia che supportano sia batterie al piombo che batterie al litio, la scelta dipende dalla volontà di investire, dal tipo di progetto, dall'ubicazione del progetto, dai requisiti di garanzia, ecc.

La densità energetica della batteria al litio (ρ=E/V) è maggiore, da 6 a 7 volte quella della batteria al piombo-acido, più piccola, più leggera e con un ciclo di vita lungo, da 1,5 a 5 volte quella della batteria al piombo-acido. Pertanto, i produttori generali di macchine per l'accumulo di energia che forniscono batterie in garanzia sono batterie al litio. Tuttavia, le batterie al litio hanno prestazioni relativamente peggiori in condizioni di bassa temperatura, mentre anche il prezzo è più alto, solitamente da 2 a 4 volte quello delle batterie al piombo-acido.

        2. Selezione della capacità

La capacità si riferisce alla quantità totale di energia che una batteria può immagazzinare, misurata in kilowattora (kWh). La potenza di una batteria è la quantità di elettricità che può fornire in una sola volta, misurata in kilowatt (kW).

La selezione della capacità della batteria è la più importante da determinare in base alle esigenze di archiviazione dell'utente, tenendo conto della capacità del sistema. Ad esempio, un utente deve immagazzinare 30 kWh al giorno, ha installato un set di sistemi di accumulo di energia off-grid da 3 kW e nessuna utilità complementare, quindi il suo set di batterie avrà bisogno di almeno 2 giorni per raggiungere lo stato di carica completa; incontrare una stagione delle piogge continua potrebbe non essere piena per molto tempo.

Questa situazione nella fase di progettazione del sistema deve tenere conto dei vincoli di una varietà di fattori, aumentare la capacità di installazione dei moduli fotovoltaici e aumentare la capacità di produzione delle apparecchiature di controllo dello stoccaggio dell'energia. Le specifiche della batteria al piombo dicono "xxx V / xxx Ah", ad esempio, comune 12 V / 100 Ah, la sua capacità a blocco singolo è 12 × 100 = 1200 VAh = 1200 Wh = 1,2 KWh, ovvero 1,2 gradi di elettricità se la domanda è di 30 KWh di capacità di stoccaggio, circa 30 ÷ 1,2=25 pezzi.

Le batterie al litio possono generalmente essere selezionate direttamente in base alla loro capacità del PACK, ad esempio un singolo PACK da 2,56 KWh, 2 pacchi sono da 5,12 KWh e 10 sono da 25,6 KWh.

        3. Batteria ad alta tensione o batteria a bassa tensione

Esistono serie di inverter per l'accumulo di energia ad alta tensione (HV) e serie a bassa tensione (LV) e, di conseguenza, ci sono batterie solari domestiche ad alta e bassa tensione. L'inverter generale della batteria con uscita monofase con batteria a bassa tensione, la tensione del terminale è di circa 48 V ~ 52 V.

In questo momento, se si sceglie la batteria al piombo-acido, attraverso quattro serie da 12V a 48V; se le batterie al litio possono scegliere direttamente il livello di tensione della batteria da 48 V; macchina per l'accumulo di energia trifase e off-grid integrata (ibrida) con batteria solare domestica ad alta tensione, la tensione è di circa 100 V ~ 550 V; macchina integrata più potente, la tensione della batteria è più alta, come BSLBATT Serie MatchBox e macchina integrata off-grid, la tensione nominale della batteria è 716 V, l'intervallo di tensione può essere 627-817 V, il metodo in serie e in parallelo è simile alla batteria a bassa tensione.

        4. Profondità di scarica (DoD)

La DoD è la percentuale della capacità di una batteria che può essere utilizzata prima che sia necessario ricaricarla. Un DoD più elevato significa che puoi utilizzare una maggiore quantità di energia immagazzinata nella batteria prima di doverla ricaricare. Cerca una batteria con una DoD pari ad almeno l'80% per ottenere il massimo dall'energia immagazzinata.

        5. Compatibilità

Assicurati che la batteria solare scelta sia compatibile con il tuo sistema di energia solare esistente, inclusi l'inverter e il regolatore di carica. Alcune batterie potrebbero richiedere apparecchiature specifiche o una configurazione particolare, quindi è essenziale verificare la compatibilità prima di prendere una decisione.

        6. Durata della batteria e garanzia

Le batterie solari hanno una durata di vita limitata, generalmente misurata in cicli (un ciclo corrisponde a una carica e scarica completa). Il numero di cicli che una batteria può eseguire prima che la sua capacità diminuisca in modo significativo ne determinerà la durata. Cerca una batteria con una lunga durata e una garanzia che garantisca un certo numero di cicli o anni di utilizzo.

In conclusione, non esiste una soluzione valida per tutti quando si tratta di scegliere una batteria solare domestica. Valutando il fabbisogno energetico, il budget, i vincoli di spazio, il clima e l'impatto ambientale, puoi prendere la decisione informata più adatta alle tue esigenze. Poiché la tecnologia delle batterie solari continua ad avanzare, i proprietari di case avranno ancora più opzioni tra cui scegliere, rendendo la transizione verso l’energia pulita e sostenibile più accessibile a tutti.