住宅用太陽電池の種類と選び方

クリーンで持続可能なエネルギー源への需要が高まるにつれ、より多くの住宅所有者が太陽光発電に目を向けるようになっています。太陽光発電システムの重要なコンポーネントの 1 つは太陽電池です。太陽電池は、後で使用するために太陽電池パネルによって生成されたエネルギーを蓄えます。このエッセイでは、さまざまなタイプの 住宅用太陽電池 そしてあなたの家に最適なオプションを選択するためのガイダンスを提供します。

住宅用太陽電池の種類

住宅用に利用できる太陽電池には、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、フロー電池の 3 つの主な種類があります。各タイプには長所と短所があり、さまざまな用途や要件に適しています。

1. 鉛蓄電池

鉛蓄電池 はバッテリー業界で最も古く、最も確立された技術です。鉛蓄電池は、負極および正極の活物質として鉛および二酸化鉛（PbO2）を使用し、電解液として希硫酸を使用する化学エネルギー貯蔵装置であり、実際には電気化学を通じて電気エネルギーと化学エネルギーの相互変換を実現します。反応;これは、あらゆる種類のエネルギー貯蔵システム、非常用電源、ソフト/ブラック スタート装置に推奨される化学電源です。

単セル鉛蓄電池の公称電圧は 2.0V で、1.5V まで放電し、2.4V まで再充電できます。実際の応用では、多くの場合、6 つの単セルと直列に接続して公称電圧 12V の鉛蓄電池モジュールを形成し、システムが受け入れる電圧値 (たとえば、 48V、96V）が得られ、通常の充放電作業を実現します。

鉛蓄電池の主な構成要素には、正極と負極、極板、セパレータ、電解液、容器などが含まれます。電池モジュール内には多量の薬液が入っているため、一般に重量が重くなっています。

鉛蓄電池は、浸水鉛蓄電池 (FLA) と密閉鉛蓄電池 (SLA) の 2 つのサブカテゴリに分かれており、これには吸収性ガラスマット (AGM) 電池とゲル電池の両方が含まれます。

実際の使用においては、コロイド電池と鉛カーボン電池の割合が増加しています。コロイド電池の過放電、自己回復能力、低温充放電性能は若干優れています。鉛炭素電池は、電解液に炭素（グラフェン）を添加することにより、負極のサルフェーション現象を防ぎ、電池が故障しやすい問題を改善し、電池の寿命を大幅に延ばします。

鉛蓄電池の充電モードには通常、定電流、定電圧、およびフローティング充電の 3 つのモードがあり、3 段階充電とも呼ばれます。充電電流は非常に重要なパラメータであり、単位は通常 C で表されます。バッテリの仕様パラメータには、バッテリの最大充電電流 (通常は 0.1C、0.2C、または 0.3C) が明確にマークされています。

例えば、バッテリーの容量が200Ahの場合、0.1Cの充電電流は0.1×200=20A、0.2Cの充電電流は0.2×200=40Aとなります。メンテナンスフリーの鉛蓄電池の最適な充電電流は約 0.1C です。充電電流が多すぎても少なすぎても、バッテリーの耐用年数に影響します。

長所:

低い初期費用

幅広い可用性

リサイクル可能で環境に優しい

短所:

寿命が短い（3～5年）

エネルギー密度が低い

FLAバッテリーには定期的なメンテナンスが必要です

深放電（50％以上）には不向きです。

2. リチウムイオン電池

リチウム電池 鉛蓄電池に比べて多くの利点があるため、近年ますます人気が高まっています。これらは電気自動車、スマートフォン、ラップトップで一般的に使用されています。

リチウム電池は、正負の材料としてリチウム金属またはリチウム合金で作られ、非水電解液を使用する電池の一種です。大きく分けてリチウム金属電池とリチウムイオン電池に分かれます。一般に、リチウム電池とは、充電と放電をサポートできる二次電池であるリチウムイオン電池を指します。

リチウムイオン電池は、正極材料としてリチウム合金金属酸化物、負極材料として黒鉛を使用しており、リチウムイオン電池の本体貯蔵リチウムは負極材料であり、電池の充放電の性能に重要な役割を果たします。効率、サイクル数など。

リチウムイオン電池は、正極材料の違いにより、主にコバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、リン酸鉄リチウム、三元リチウム電池などに分類されます。

実際の現場では、価格、コスト、性能、安全性などの要素を総合的に比較検討します。 エネルギー貯蔵システムのアプリケーション 、より多くのリン酸鉄リチウム電池の使用。リン酸鉄リチウム電池は一般に、重金属やレアメタルを含まず、無毒、無公害のグリーン電池であると考えられています。

正極材料としてリン酸鉄リチウム (LiFePO4)、負極材料として炭素を使用し、単セルの定格は 3.2V、充電終止電圧は約 3.6V ～ 3.65V です。必要な電圧と容量を直列と並列で実現します。

長所:

高いエネルギー密度

長寿命（10～15年）

メンテナンスの必要性が低い

効率の向上

充電時間の短縮

深放電（80～90％）に最適

短所:

初期費用が高い

高温に敏感

限られたリサイクルインフラ

リン酸鉄リチウムモノブロック電池の主な性能指標:

公称容量 — Ah または mAh 単位

公称電圧 - 約 3.2V

充電終了電圧 — 約3.55V～3.6V

放電終止電圧 — 約2V～2.5V

内部抵抗 — 約<20mΩ

バッテリーのサイクル時間 - 通常 > 3000 回

自己放電率 — 約5%～8%

リチウム電池には、BMS (電池管理システム)、つまり一般に中央制御ユニット、取得ユニット、表示ユニット、データロギングユニット、外部拡張ユニットを含む電池管理システムも含まれている必要があります。

BMS の主な機能は次のとおりです。

1. 単一バッテリパラメータ監視
2. SOC（充電状態）の計算
3. 温度の監視と管理
4. バッテリーエネルギーバランス制御
5. 故障診断と警報
6. 情報表示
7. データロギング
8. 上位コンピュータとの通信

ご自宅に最適な太陽電池を選択する

家全体の太陽電池を選択するときは、次の要素を考慮してください。

        1. 鉛蓄電池またはリチウム電池

まず、バッテリーはエネルギー貯蔵システムの高い割合を占めています。鉛蓄電池とリチウム電池の両方をサポートするエネルギー貯蔵インバータの場合、選択は投資意欲、プロジェクトの種類、プロジェクトの場所、保証要件などによって異なります。

リチウム電池のエネルギー密度（ρ=E/V）は鉛蓄電池の約6～7倍と高く、鉛蓄電池の1.5～5倍と小型・軽量でサイクル寿命が長くなります。したがって、一般的な蓄電機器メーカーが保証用電池を提供しているのはリチウム電池です。ただし、リチウム電池は低温条件での性能が比較的悪く、価格も高く、通常は鉛蓄電池の 2 ～ 4 倍以上です。

        2. 容量の選択

容量とは、バッテリーが蓄えることができるエネルギーの総量を指し、キロワット時 (kWh) で測定されます。バッテリーの電力は、一度に供給できる電力の量であり、キロワット (kW) で測定されます。

バッテリー容量の選択は最も重要であり、システム容量を考慮しながらユーザーのストレージのニーズに基づいて決定する必要があります。たとえば、ユーザーが 1 日あたり 30kWh を蓄電する必要があり、3KW のオフグリッド エネルギー貯蔵システムを設置し、補助的なユーティリティがない場合、バッテリーのセットがフル充電状態に達するまでに少なくとも 2 日かかります。梅雨が続くと長期間満室にならない場合があります。

このような状況に対応するには、システム設計段階でさまざまな制約を考慮し、太陽光発電モジュールの設置容量を増やし、蓄電制御装置の出力容量を増やす必要があります。鉛蓄電池の仕様には「xxx V / xxx Ah」と記載されています。たとえば、一般的な 12V / 100Ah の場合、その単一ブロック容量は 12 × 100 = 1200VAh = 1200Wh = 1.2KWh、つまり、30KWh の需要がある場合、1.2 度の電力になります。収納可能枚数は、約30÷1.2=25枚となります。

リチウム電池は通常、2.56KWh の電池パックを 1 パック、2 パックで 5.12KWh、10 個で 25.6KWh など、パック容量に応じて直接選択できます。

        3. 高電圧バッテリーまたは低電圧バッテリー

蓄電用インバータには高圧（HV）シリーズと低圧（LV）シリーズがあり、それに応じて住宅用太陽電池にも高圧と低圧があります。一般的な単相出力の低電圧バッテリー搭載バッテリーインバータで、端子電圧は約48V～52Vです。

現時点では、鉛蓄電池を選択した場合、4 つの 12V シリーズを介して 48V になります。リチウム電池が48Vバッテリーパックの電圧レベルを直接選択できる場合。高電圧家庭用太陽電池を備えた三相およびオフグリッド統合（ハイブリッド）エネルギー貯蔵機、電圧は約100V〜550Vです。より強力な統合マシン、BSLBATT などのバッテリー電圧が高くなります。 マッチボックスシリーズ およびオフグリッド統合マシン、その定格バッテリー電圧は716V、電圧範囲は627〜817Vで、直列および並列方式は低電圧バッテリーと同様です。

        4. 放電深度 (国防総省)

DoD は、再充電が必要になるまでに使用できるバッテリー容量の割合です。 DoD が高いほど、再充電が必要になる前に、バッテリーに蓄えられたエネルギーをより多く使用できることを意味します。蓄えられたエネルギーを最大限に活用するには、DoD が少なくとも 80% のバッテリーを探してください。

        5. 互換性

選択した太陽電池が、インバーターや充電コントローラーを含む既存の太陽光発電システムと互換性があることを確認してください。一部のバッテリーには特定の機器または特定の設定が必要な場合があるため、決定を下す前に互換性を確認することが重要です。

        6. バッテリー寿命と保証

太陽電池の寿命は限られており、通常はサイクルで測定されます (1 サイクルは完全な充電と放電です)。バッテリーの容量が大幅に低下するまでに実行できるサイクル数によって、バッテリーの寿命が決まります。サイクル寿命が長く、一定のサイクル数または使用年数を保証する保証が付いているバッテリーを探してください。

結論として、住宅用太陽電池の選択に関して、万能の解決策はありません。エネルギー要件、予算、スペースの制約、気候、環境への影響を評価することで、情報に基づいてニーズに最適な決定を下すことができます。太陽電池技術が進歩し続けるにつれて、住宅所有者はさらに多くの選択肢から選択できるようになり、クリーンで持続可能なエネルギーへの移行が誰にとってもよりアクセスしやすくなります。