Как температура влияет на выбор литий-ионных солнечных батарей?

Литий-ионные солнечные батареи в основном используются в жилом секторе, а также для коммерческого и промышленного хранения энергии, помогая домовладельцам или предприятиям расширить использование фотоэлектрических (PV) устройств, сэкономить деньги на счетах за электроэнергию или обеспечить резервное питание в случае отключения сети. Поскольку цены на материалы падают, а литиевые батареи становятся все более популярными, литий-ионные батареи заменяют свинцово-кислотные на рынке хранения солнечной энергии.

Два типа литий-ионных аккумуляторов, используемых в литиевых солнечных батареях

Производители литий-ионных солнечных батарей обычно используют два распространенных типа литий-ионных батарей: литий-никель-марганцево-кобальтовые тройные литий-ионные батареи (NMC) и литий-железо-фосфатные батареи (LFP), которые являются основными игроками на рынке литий-ионных солнечных батарей. рынок. Хотя оба типа аккумуляторов основаны на принципе литий-ионного обмена, они имеют существенно разные характеристики и характеристики.

Плотность энергии является важным показателем для оценки производительности аккумулятора. Вообще говоря, чем выше плотность энергии, тем больше энергии может удерживать аккумулятор на единицу веса или объема и тем больше дальность действия. LFP имеет плотность энергии около 140 Втч/кг. NMC имеет плотность энергии в основном 240 кВтч/кг. то есть при том же весе плотность энергии НМК в 1,7 раза выше, чем у ЛФП. Это означает, что солнечная батарея NMC, установленная в том же помещении, будет работать дольше, чем солнечная батарея LFP.

На срок службы литий-ионных солнечных батарей влияют три основных фактора: количество циклов зарядки/разрядки, продолжительность использования и средняя температура батареи. Самым большим фактором, влияющим на срок службы литий-ионного аккумулятора, является средняя температура аккумулятора, за которым следует глубина разряда. Обычно мы измеряем эффективность батареи, сравнивая ее фактическую емкость с исходной емкостью. Прежде чем достичь 80% своей первоначальной емкости, солнечные батареи LFP могут выполнить не менее 2000–3000 циклов полной зарядки/разрядки, тогда как батареи NMC могут выполнить только 500–1000 циклов полной зарядки/разрядки, что означает, что Солнечные батареи ЛФП имеют гораздо более длительный срок службы, обычно более 10 лет.

Безопасность литий-ионных аккумуляторов

В отличие от батарей NMC, батареи LFP не разрушаются при высоких температурах благодаря более безопасному материалу катода. По сравнению с батареями NMC, батареи LFP обладают наибольшей термической и химической стабильностью, а также наименьшим количеством энергии, выделяемой при термическом разгоне. Они выйдут из-под контроля только при температуре 195°C и высвободят наименьшее количество энергии. И наоборот, батареи NMC могут достигать температуры выше 170°C, выделяя больше энергии и, возможно, воспламеняясь, если их не контролировать. Несмотря на то, что все литий-ионные аккумуляторы безопасны, солнечные батареи LFP являются одними из самых безопасных доступных устройств хранения энергии.

Температура и разряд

В зависимости от применения в качестве накопителя энергии в жилых помещениях существует два распространенных варианта использования литий-ионных солнечных батарей. Первый — это резервный источник питания, где требование поддержания работы критически важных нагрузок во время отключения сети требует немедленного переключения на питание от солнечной батареи, и в этом случае аккумуляторная батарея должна выдерживать большой ток и сильные скачки мощности от нагрузки. Второй сценарий — накапливать энергию от фотоэлектрических панелей или сети в течение дня, а затем разряжать ее в нагрузку ночью, для чего обычно требуется, чтобы батарея могла обеспечивать питание в течение как минимум 6-8 часов.

Батареи Li-FePO4 имеют очень низкое внутреннее сопротивление и могут выдерживать высокие скорости разряда, не выделяя слишком много тепла, но батареи NMC имеют внутреннее сопротивление примерно в 10 раз выше, чем у батарей LFP, поэтому внутри NMC выделяется больше тепла. Батареи разряжаются с той же скоростью. Например, аккумулятор NMC 48 В, 50 Ач (2,4 кВтч) может обеспечить ток разряда 50–100 А, а LFP — ток разряда 500–1000 А.

Пассивное или активное охлаждение

Третий фактор, влияющий на срок службы литий-ионного аккумулятора, — это температура окружающей среды. В рыночных приложениях для литий-ионных аккумуляторов батареи охлаждаются различными способами: от пассивного охлаждения (без вентилятора) до активного охлаждения (постоянно работающий вентилятор) и динамического активного охлаждения (привод вентилятора с регулируемой скоростью) для управления температурой аккумулятора. В то время как для хранения энергии в жилых домах обычно используется пассивное охлаждение, литий-ионные батареи могут безопасно работать при температуре от -20°C до 60°C, но оптимальный температурный диапазон для увеличения срока службы батареи составляет от 10°C до 30°C. Сильноточные разряды выделяют тепло внутри аккумулятора, но стабильная температура может продлить срок службы аккумулятора.

Важно отметить, что благодаря химическому составу и более высокому сопротивлению батарей NMC они выделяют больше тепла при разрядке по сравнению с батареями LFP. Поскольку безопасность является ключевым вопросом для литий-ионных аккумуляторов в накопитель энергии В приложениях хорошая термическая стабильность солнечных батарей LFP является безопасной и экологически чистой, что дает им преимущество в приложениях для хранения энергии.

Таким образом, чтобы обеспечить достаточную мощность для нагрузки, в реальном приложении может потребоваться параллельное подключение большего количества батарейных модулей NMC для обеспечения требуемого тока, но небольшое количество батарей LFP может достичь этой цели. Учитывая пространство и сценарии применения, батареи NMC больше подходят для применений, которые могут выдерживать меньшую передачу тока в течение более длительного периода разряда (например, 1 час 50 А), в то время как батареи LFP также могут обеспечивать более высокую передачу тока в течение более короткого периода времени (например, 300 А за 10 минут). ).

Преимущества активного охлаждения

В целом, добавление к аккумулятору вентилятора для терморегуляции может усложнить изделие, но это может принести аккумулятору очень много пользы. В некоторых приложениях с суровыми погодными условиями температура батарей может варьироваться от очень холодной и сухой до очень теплой и влажной. В случае температурного разгона температура внутри батареи с пассивным охлаждением повышается быстрее, чем снаружи, создавая точки перегрева и ограничивая величину доступного тока разряда, что также может вызвать быстрое старение литий-ионных солнечных батарей. Активное охлаждение может лучше минимизировать выделение тепла во время зарядки и разрядки аккумулятора. При прочих равных условиях активное охлаждение может поддерживать лучшие токи заряда и разряда солнечных батарей.

Внутренняя структура аккумулятора содержит больше металлов, что также может стать причиной короткого замыкания из-за конденсата. Из-за разницы температур влажный воздух может конденсировать воду на чувствительной электронике внутри аккумулятора. Таким образом, активное охлаждение также предотвращает образование конденсата внутри аккумулятора, вызывающее нарушение его работы или повреждение компонентов аккумулятора. На коммерческом и промышленном рынке хранения энергии, где первоначальные инвестиции выше, производители обычно используют воздушное или жидкостное охлаждение для активного охлаждения, чтобы предотвратить экономические потери и загрязнение окружающей среды, вызванные неконтролируемым перегревом.

Таким образом, на рынке представлено множество литий-ионных солнечных батарей. Прежде чем выбрать правильный производитель солнечных батарей или модели, вам следует знать мощность этих батарей, чтобы оценить мощность, необходимую для поддержания работы их бытового или коммерческого и промышленного накопителя энергии, необходимое время работы, чтобы определить среду, в которой они будут эксплуатироваться, а также для того, чтобы определить роль тепла. С помощью этих данных можно оценить химический состав литий-ионных солнечных батарей, характеристики пассивного и активного охлаждения, а также ключевые характеристики доступных решений.