Rodzaje i wybór domowych baterii słonecznych

Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na czyste i zrównoważone źródła energii coraz więcej właścicieli domów zwraca się w stronę energii słonecznej. Jednym z istotnych elementów systemu energii słonecznej jest bateria słoneczna, która przechowuje energię wytworzoną przez panele słoneczne do późniejszego wykorzystania. W tym eseju omówimy różne rodzaje domowe baterie słoneczne i oferują wskazówki dotyczące wyboru najbardziej odpowiedniej opcji dla Twojego domu.

Rodzaje mieszkaniowych baterii słonecznych

Istnieją trzy główne typy baterii słonecznych dostępnych do użytku domowego: akumulatory ołowiowo-kwasowe, litowo-jonowe i przepływowe. Każdy typ ma zalety i wady, dzięki czemu nadaje się do różnych zastosowań i wymagań.

1. Akumulatory kwasowo-ołowiowe

Akumulatory kwasowo-ołowiowe to najstarsza i najbardziej ugruntowana technologia w branży akumulatorów. Akumulator kwasowo-ołowiowy to urządzenie do magazynowania energii chemicznej wykorzystujące ołów i dwutlenek ołowiu (PbO2) jako substancje czynne elektrody ujemnej i dodatniej oraz rozcieńczony kwas siarkowy jako elektrolit, który faktycznie realizuje wzajemną konwersję energii elektrycznej i energii chemicznej poprzez elektrochemię reakcja; jest to preferowane chemiczne źródło zasilania dla wszelkiego rodzaju systemów magazynowania energii, zasilania awaryjnego i urządzeń miękkiego/czarnego startu.

Napięcie nominalne jednoogniwowego akumulatora kwasowo-ołowiowego wynosi 2,0 V, który można rozładować do 1,5 V i naładować do 2,4 V; w praktyce często łączy się go szeregowo z 6 pojedynczymi ogniwami tworząc moduł akumulatora kwasowo-ołowiowego o napięciu nominalnym 12V, a następnie poprzez odpowiednie szeregowo i równolegle na bazie 12V wartość napięcia akceptowanego przez system (np. jak 48 V, 96 V) uzyskuje się w celu realizacji normalnych prac związanych z ładowaniem i rozładowywaniem.

Głównymi elementami akumulatorów kwasowo-ołowiowych są bieguny dodatnie i ujemne, płyty biegunowe, separatory, elektrolity, pojemniki i tak dalej. Ponieważ w module akumulatorowym znajduje się duża ilość roztworu chemicznego, jest on zazwyczaj ciężki.

Akumulatory kwasowo-ołowiowe dzielą się na dwie podkategorie: zalane kwasowo-ołowiowe (FLA) i uszczelnione kwasowo-ołowiowe (SLA), które obejmują zarówno akumulatory z absorpcyjną matą szklaną (AGM), jak i akumulatory żelowe.

W rzeczywistym użyciu wzrasta udział akumulatorów koloidalnych i ołowiowo-węglowych. Nieco lepsze są właściwości związane z nadmiernym rozładowaniem, samoodzyskiem oraz niskimi temperaturami ładowania i rozładowywania akumulatorów koloidalnych; akumulatory ołowiowo-węglowe, dzięki dodatkowi węgla (grafenu) w elektrolicie, zapobiegają zjawisku zasiarczenia elektrody ujemnej oraz eliminują problem łatwej awarii akumulatora, znacznie zwiększając w ten sposób żywotność akumulatorów.

Tryb ładowania akumulatorów kwasowo-ołowiowych obejmuje zazwyczaj trzy tryby: prąd stały, napięcie stałe i ładunek płynny, znany również jako ładowanie trójstopniowe. Prąd ładowania jest bardzo ważnym parametrem, jednostkę wyraża się zazwyczaj w C. Parametry specyfikacji akumulatora będą wyraźnie oznaczone maksymalnym prądem ładowania akumulatora, zwykle 0,1C, 0,2C lub 0,3C;

Na przykład, jeśli pojemność akumulatora wynosi 200Ah, prąd ładowania 0,1C to 0,1×200=20A, 0,2C to 0,2×200=40A; najlepszy prąd ładowania bezobsługowego akumulatora kwasowo-ołowiowego powinien wynosić około 0,1 C, zbyt duży lub zbyt mały prąd ładowania wpłynie na żywotność akumulatora.

Plusy:

Niski koszt początkowy

Szeroka dostępność

Nadaje się do recyklingu i jest przyjazny dla środowiska

Wady:

Krótsza żywotność (3-5 lat)

Niższa gęstość energii

Akumulatory FLA wymagają regularnej konserwacji

Nie nadaje się do głębokiego rozładowania (50% lub więcej)

2. Baterie litowo-jonowe

Baterie litowe cieszą się w ostatnich latach coraz większą popularnością ze względu na ich liczne zalety w porównaniu z akumulatorami kwasowo-ołowiowymi. Są powszechnie stosowane w pojazdach elektrycznych, smartfonach i laptopach.

Bateria litowa to klasa baterii wykonanych z litu metalicznego lub stopu litu jako materiałów dodatnich/ujemnych i wykorzystujących niewodny roztwór elektrolitu; podzielone głównie na baterie litowo-metalowe i baterie litowo-jonowe. Ogólnie rzecz biorąc, baterie litowe odnoszą się do akumulatorów litowo-jonowych, które są akumulatorami wtórnymi, to znaczy mogą wspierać ładowanie i rozładowywanie.

Baterie litowo-jonowe wykorzystują tlenek metalu ze stopu litu jako materiał dodatni, grafit jako materiał ujemny, główny korpus akumulatora litowo-jonowego lit jest materiałem ujemnym, który odgrywa kluczową rolę w wydajności ładowania i rozładowywania akumulatora wydajność, liczba cykli itp.

Baterie litowo-jonowe dzielą się głównie na kwas litowo-kobaltowy, manganian litu, kwas litowo-niklowy, fosforan litowo-żelazowy, trójskładnikowe baterie litowe i tak dalej, w zależności od różnych materiałów katodowych.

Kompleksowe ważenie, cena, wydajność, bezpieczeństwo i inne czynniki w rzeczywistości zastosowania systemów magazynowania energii , zastosowanie większej liczby baterii litowo-żelazowo-fosforanowych. Baterie litowo-żelazowo-fosforanowe są ogólnie uważane za wolne od metali ciężkich i metali rzadkich, są nietoksycznymi i niezanieczyszczającymi środowisko bateriami.

Wykorzystuje fosforan litowo-żelazowy (LiFePO4) jako materiał elektrody dodatniej i węgiel jako materiał elektrody ujemnej, z pojedynczym ogniwem o napięciu znamionowym 3,2 V i napięciu odcięcia ładowania od około 3,6 V do 3,65 V; wymagane napięcie i pojemność są osiągane poprzez połączenie szeregowe i równoległe.

Plusy:

Wysoka gęstość energii

Dłuższa żywotność (10-15 lat)

Niskie wymagania konserwacyjne

Większa wydajność

Szybsze czasy ładowania

Nadaje się do głębokiego rozładowania (80-90%)

Wady:

Wyższy koszt początkowy

Wrażliwy na wysokie temperatury

Ograniczona infrastruktura recyklingu

Główne wskaźniki wydajności akumulatorów monoblokowych z fosforanem litowo-żelazowym:

Pojemność nominalna — w Ah lub mAh

Napięcie nominalne — około 3,2 V

Napięcie zakończenia ładowania — około 3,55 V ~ 3,6 V

Napięcie zakończenia rozładowania — około 2 V ~ 2,5 V

Opór wewnętrzny — ok. <20 mΩ

Czas cyklu baterii — ogólnie > 3000 razy

Stopień samorozładowania — około 5% ~ 8%

Baterie litowe powinny obejmować także BMS (Battery Management System), tj. system zarządzania baterią, który zazwyczaj składa się z centralnej jednostki sterującej, jednostki zbierającej, jednostki wyświetlającej, jednostki rejestrującej dane i zewnętrznej jednostki rozszerzającej.

Główne funkcje BMS to:

1. Monitorowanie parametrów pojedynczego akumulatora
2. Obliczanie SOC (stanu naładowania).
3. Monitorowanie i zarządzanie temperaturą
4. Kontrola bilansu energetycznego akumulatora
5. Diagnoza usterek i alarm
6. Wyświetlacz informacyjny
7. Rejestrowanie danych
8. Komunikacja z górnym komputerem

Wybór odpowiedniej baterii słonecznej dla Twojego domu

Wybierając baterię słoneczną dla całego domu, należy wziąć pod uwagę następujące czynniki:

        1. Bateria kwasowo-ołowiowa lub bateria litowa

Po pierwsze, akumulator stanowi dużą część systemu magazynowania energii. W przypadku falowników magazynujących energię, które obsługują zarówno akumulatory kwasowo-ołowiowe, jak i akumulatory litowe, wybór zależy od chęci inwestycji, rodzaju projektu, lokalizacji projektu, wymagań gwarancyjnych itp.

Gęstość energii akumulatora litowego (ρ=E/V) jest wyższa, około 6 do 7 razy większa niż w przypadku akumulatora kwasowo-ołowiowego, jest mniejsza, lżejsza i charakteryzuje się długim cyklem życia, 1,5 do 5 razy większa niż w przypadku akumulatora kwasowo-ołowiowego. Dlatego też głównymi producentami maszyn do magazynowania energii, którzy zapewniają akumulatory gwarancyjne, są akumulatory litowe. Baterie litowe charakteryzują się jednak stosunkowo gorszą wydajnością w warunkach niskich temperatur, a jednocześnie cena jest wyższa, zwykle ponad 2 do 4 razy większa niż w przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych.

        2. Wybór wydajności

Pojemność odnosi się do całkowitej ilości energii, którą akumulator może zmagazynować, mierzonej w kilowatogodzinach (kWh). Moc akumulatora to ilość energii elektrycznej, jaką może dostarczyć jednocześnie, mierzona w kilowatach (kW).

Najważniejszy jest wybór pojemności baterii, który należy określić na podstawie potrzeb użytkownika w zakresie przechowywania, biorąc pod uwagę pojemność systemu. Na przykład użytkownik musi zmagazynować 30 kWh dziennie, zainstalował zestaw pozasieciowego systemu magazynowania energii o mocy 3 kW i nie posiada dodatkowego źródła energii, wówczas jego zestaw akumulatorów będzie potrzebował co najmniej 2 dni, aby osiągnąć stan pełnego naładowania; napotkać ciągłą porę deszczową, może nie być pełna przez długi czas.

Ta sytuacja na etapie projektowania systemu musi uwzględniać ograniczenia różnych czynników, zwiększać wydajność instalacji modułów fotowoltaicznych i zwiększać moc wyjściową urządzeń sterujących magazynowaniem energii. Specyfikacje akumulatorów kwasowo-ołowiowych mówią „xxx V / xxx Ah”, na przykład wspólny 12 V / 100 Ah, jego pojemność pojedynczego bloku wynosi 12 × 100 = 1200 VAh = 1200 Wh = 1,2 kWh, czyli 1,2 stopnia energii elektrycznej, jeśli zapotrzebowanie na 30 kWh pojemność magazynowa ok. 30 ÷ 1,2=25 sztuk.

Baterie litowe można ogólnie wybrać bezpośrednio w zależności od ich pojemności PAKIETU, np. pojedynczy PAKIET zawierający pakiet akumulatorów 2,56 kWh, 2 pakiety to 5,12 kWh, a 10 to 25,6 kWh.

        3. Bateria wysokiego napięcia lub bateria niskiego napięcia

Istnieją serie inwerterów magazynujących energię wysokiego napięcia (HV) i niskiego napięcia (LV), a zatem istnieją domowe baterie słoneczne wysokiego i niskiego napięcia. Ogólny jednofazowy falownik wyjściowy z akumulatorem niskiego napięcia, napięcie na zaciskach wynosi około 48 V ~ 52 V.

W tej chwili, jeśli wybór akumulatorów kwasowo-ołowiowych, poprzez cztery serie 12V do 48V; jeśli baterie litowe mogą bezpośrednio wybrać poziom napięcia akumulatora 48 V; trójfazowa, zintegrowana (hybrydowa) maszyna do magazynowania energii poza siecią z domową baterią słoneczną wysokiego napięcia, napięcie około 100 V ~ 550 V; mocniejsza zintegrowana maszyna, napięcie akumulatora jest wyższe, np. BSLBATT Seria MatchBox i zintegrowana maszyna poza siecią, jej znamionowe napięcie akumulatora wynosi 716 V, zakres napięcia może wynosić 627–817 V, metoda szeregowa i równoległa jest podobna do akumulatora niskonapięciowego.

        4. Głębokość rozładowania (DoD)

DoD to procent pojemności akumulatora, który można wykorzystać, zanim będzie konieczne jego ponowne naładowanie. Wyższy DoD oznacza, że ​​możesz wykorzystać więcej energii zmagazynowanej w akumulatorze, zanim będziesz musiał go ponownie naładować. Aby maksymalnie wykorzystać zmagazynowaną energię, szukaj akumulatora o DoD wynoszącym co najmniej 80%.

        5. Kompatybilność

Upewnij się, że wybrana bateria słoneczna jest kompatybilna z istniejącym systemem zasilania energią słoneczną, w tym z falownikiem i kontrolerem ładowania. Niektóre akumulatory mogą wymagać specjalnego sprzętu lub szczególnej konfiguracji, dlatego przed podjęciem decyzji konieczne jest sprawdzenie kompatybilności.

        6. Żywotność baterii i gwarancja

Baterie słoneczne mają ograniczoną żywotność, zwykle mierzoną w cyklach (jeden cykl to pełne ładowanie i rozładowanie). Liczba cykli, które akumulator może wykonać, zanim jego pojemność znacząco spadnie, określi jego żywotność. Szukaj akumulatora o długiej żywotności i gwarancji gwarantującej określoną liczbę cykli lub lat użytkowania.

Podsumowując, nie ma jednego uniwersalnego rozwiązania, jeśli chodzi o wybór domowej baterii słonecznej. Oceniając swoje wymagania energetyczne, budżet, ograniczenia przestrzenne, klimat i wpływ na środowisko, możesz podjąć świadomą decyzję, która najlepiej odpowiada Twoim potrzebom. W miarę ciągłego rozwoju technologii baterii słonecznych właściciele domów będą mieli jeszcze więcej opcji do wyboru, dzięki czemu przejście na czystą i zrównoważoną energię stanie się bardziej dostępne dla każdego.