อุณหภูมิส่งผลต่อการเลือกแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนพลังงานแสงอาทิตย์อย่างไร

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนพลังงานแสงอาทิตย์ ใช้เป็นหลักในภาคที่อยู่อาศัยและสำหรับการจัดเก็บพลังงานเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม ช่วยให้เจ้าของบ้านหรือธุรกิจขยายการใช้ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ (PV) ประหยัดเงินค่าไฟฟ้า หรือจัดหาพลังงานสำรองในกรณีที่ไฟฟ้าขัดข้อง เนื่องจากราคาวัสดุลดลงและแบตเตอรี่ลิเธียมได้รับความนิยมมากขึ้น แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนกำลังเข้ามาแทนที่กรดตะกั่วในตลาดการจัดเก็บพลังงานแสงอาทิตย์

ลิเธียมไอออนสองประเภทที่ใช้ในแบตเตอรี่ลิเธียมโซลาร์

สำหรับผู้ผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนพลังงานแสงอาทิตย์ โดยทั่วไปจะใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไปสองประเภท: แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนลิเธียมนิกเกิลแมงกานีสโคบอลต์แบบไตรภาค (NMC) และแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LFP) ซึ่งเป็นผู้เล่นหลักใน ตลาด. แม้ว่าแบตเตอรี่ทั้งสองประเภทจะขึ้นอยู่กับหลักการทำงานของการแลกเปลี่ยนลิเธียมไอออน แต่ก็มีประสิทธิภาพและคุณลักษณะที่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ

ความหนาแน่นของพลังงานเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญในการประเมินประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ โดยทั่วไป ยิ่งความหนาแน่นของพลังงานสูง แบตเตอรี่ก็จะสามารถกักเก็บพลังงานได้มากขึ้นตามน้ำหนักหรือปริมาตรต่อหน่วย และระยะการทำงานก็จะยิ่งยาวขึ้น LFP มีความหนาแน่นของพลังงานประมาณ 140 Wh/kg NMC มีความหนาแน่นของพลังงานโดยทั่วไปอยู่ที่ 240 kWh/kg กล่าวคือ ภายใต้น้ำหนักที่เท่ากัน ความหนาแน่นของพลังงานของ NMC จะสูงกว่า LFP ถึง 1.7 เท่า ซึ่งหมายความว่าแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ NMC ที่ติดตั้งในพื้นที่เดียวกันจะมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ LFP

ปัจจัยหลักสามประการที่ส่งผลต่ออายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน จำนวนรอบการชาร์จ/คายประจุ ระยะเวลาการใช้งาน และอุณหภูมิเฉลี่ยของแบตเตอรี่ ปัจจัยที่ใหญ่ที่สุดที่ส่งผลต่ออายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคืออุณหภูมิเฉลี่ยของแบตเตอรี่ ตามด้วยความลึกของการคายประจุ โดยทั่วไปเราจะวัดประสิทธิภาพของแบตเตอรี่โดยการเปรียบเทียบความจุจริงกับความจุเดิม ก่อนที่จะถึง 80% ของความจุเดิม แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ LFP สามารถทำงานได้อย่างน้อย 2,000 ถึง 3,000 รอบการชาร์จ/คายประจุเต็ม ในขณะที่แบตเตอรี่ NMC สามารถทำงานได้เพียง 500 ถึง 1,000 รอบการชาร์จ/คายประจุเต็มเท่านั้น ซึ่งหมายความว่า แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ LFP มีวงจรชีวิตที่ยาวนานกว่ามาก โดยทั่วไปแล้วจะมากกว่า 10 ปี

ความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

ต่างจากแบตเตอรี่ NMC ตรงที่แบตเตอรี่ LFP จะไม่เสื่อมสภาพที่อุณหภูมิสูงเนื่องจากวัสดุแคโทดที่ปลอดภัยกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่ NMC แล้ว แบตเตอรี่ LFP มีเสถียรภาพทางความร้อนและทางเคมีมากที่สุด ตลอดจนปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาน้อยที่สุดในระหว่างที่ความร้อนหนี่ง พวกมันจะหนีความร้อนที่อุณหภูมิ 195°C เท่านั้น และจะปล่อยพลังงานออกมาน้อยที่สุด ในทางกลับกัน แบตเตอรี่ NMC สามารถเข้าถึงอุณหภูมิความร้อนที่ควบคุมไม่ได้ที่ 170°C ซึ่งจะปล่อยพลังงานออกมามากขึ้นและอาจติดไฟได้หากไม่ได้รับการควบคุม แม้ว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั้งหมดจะปลอดภัย แต่แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ LFP ก็เป็นหนึ่งในอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานที่ปลอดภัยที่สุดที่มีอยู่

อุณหภูมิและการคายประจุ

แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ลิเธียมไอออนมีการใช้งานทั่วไปสองแบบ ขึ้นอยู่กับการประยุกต์ใช้การจัดเก็บพลังงานที่อยู่อาศัย ประการแรกคือเป็นแหล่งพลังงานสำรอง ซึ่งข้อกำหนดในการให้โหลดที่สำคัญทำงานต่อไปในระหว่างที่ไฟฟ้าดับจำเป็นต้องเปลี่ยนมาใช้พลังงานจากแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ทันที ซึ่งในกรณีนี้แบตเตอรี่จัดเก็บจะต้องทนต่อกระแสไฟฟ้าสูงและไฟกระชากสูงจากโหลด สถานการณ์ที่สองคือการเก็บพลังงานจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์หรือโครงข่ายในระหว่างวัน แล้วปล่อยจ่ายไฟให้กับโหลดในช่วงกลางคืน ซึ่งโดยปกติแล้วจะต้องให้แบตเตอรี่สามารถจ่ายพลังงานได้อย่างน้อย 6-8 ชั่วโมง

แบตเตอรี่ Li-FePO4 มีความต้านทานภายในต่ำมากและสามารถทนต่ออัตราการคายประจุที่สูงโดยไม่สร้างความร้อนมากเกินไป แต่แบตเตอรี่ NMC มีความต้านทานภายในสูงกว่าแบตเตอรี่ LFP ประมาณ 10 เท่า จึงสร้างความร้อนภายใน NMC ได้มากขึ้น แบตเตอรี่เมื่อคายประจุในอัตราเดียวกัน ตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่ NMC ขนาด 48V 50Ah (2.4kWh) สามารถจ่ายกระแสคายประจุได้ที่ 50-100A ในขณะที่ LFP สามารถจ่ายกระแสคายประจุได้ที่ 500-1000A

การระบายความร้อนแบบพาสซีฟหรือแบบแอคทีฟ

ปัจจัยที่สามที่ส่งผลต่ออายุการใช้งานแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคืออุณหภูมิแวดล้อม ในการใช้งานแบตเตอรี่ Li-Ion ในตลาด แบตเตอรี่จะถูกระบายความร้อนในหลากหลายวิธี ตั้งแต่การระบายความร้อนแบบพาสซีฟ (ไม่มีพัดลม) ไปจนถึงการระบายความร้อนแบบแอคทีฟ (พัดลมที่ทำงานอย่างต่อเนื่อง) ไปจนถึงการระบายความร้อนแบบแอคทีฟแบบไดนามิก (การขับเคลื่อนด้วยพัดลมแบบความเร็วรอบ) เพื่อจัดการอุณหภูมิของแบตเตอรี่ ในขณะที่การจัดเก็บพลังงานในที่พักอาศัยโดยทั่วไปจะใช้การระบายความร้อนแบบพาสซีฟ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถทำงานได้อย่างปลอดภัยตั้งแต่ -20°C ถึง 60°C แต่ช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุดในการยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่คือ 10°C ถึง 30°C การคายประจุกระแสไฟสูงจะสร้างความร้อนภายในแบตเตอรี่ แต่สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิคงที่สามารถยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ได้

สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าตามคุณสมบัติทางเคมีและความต้านทานที่สูงขึ้นของแบตเตอรี่ NMC แบตเตอรี่เหล่านี้จะสร้างความร้อนมากขึ้นเมื่อปล่อยออกมาเมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่ LFP เนื่องจากความปลอดภัยถือเป็นประเด็นสำคัญสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนค่ะ การจัดเก็บพลังงาน การใช้งาน ความเสถียรทางความร้อนที่ดีของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ LFP นั้นปลอดภัยและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เพื่อให้มีความได้เปรียบในการใช้งานการจัดเก็บพลังงาน

ดังนั้นเพื่อให้แน่ใจว่ามีการส่งพลังงานเพียงพอให้กับโหลด ในการใช้งานจริงอาจจำเป็นต้องขนานโมดูลแบตเตอรี่ NMC เพิ่มเติมเพื่อให้ตรงตามกระแสไฟฟ้าที่ต้องการ แต่แบตเตอรี่ LFP จำนวนเล็กน้อยสามารถบรรลุเป้าหมายนี้ได้ เมื่อพิจารณาถึงพื้นที่และสถานการณ์การใช้งาน แบตเตอรี่ NMC เหมาะกว่าสำหรับการใช้งานที่สามารถทนต่อการถ่ายโอนกระแสไฟฟ้าที่ต่ำกว่าในช่วงเวลาคายประจุที่ยาวนานขึ้น (เช่น 1 ชั่วโมง 50A) ในขณะที่แบตเตอรี่ LFP ยังสามารถให้การถ่ายโอนกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นในช่วงเวลาที่สั้นลง (เช่น 300A ใน 10 นาที ).

ข้อดีของการทำความเย็นแบบแอคทีฟ

โดยทั่วไป การเพิ่มพัดลมลงในแบตเตอรี่เพื่อควบคุมอุณหภูมิอาจทำให้ผลิตภัณฑ์ยุ่งยาก แต่อาจให้ประโยชน์มากมายแก่แบตเตอรี่ ในการใช้งานบางประเภทที่มีสภาพอากาศเลวร้าย แบตเตอรี่อาจมีอุณหภูมิตั้งแต่เย็นจัดและแห้งมาก ไปจนถึงอุ่นและชื้นมาก ในกรณีที่ความร้อนหนีความร้อน อุณหภูมิภายในแบตเตอรี่ที่มีการระบายความร้อนแบบพาสซีฟจะเพิ่มขึ้นเร็วกว่าภายนอก ทำให้เกิดจุดร้อนและจำกัดปริมาณกระแสไฟคายประจุที่มีอยู่ ซึ่งอาจทำให้แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ Li-ion มีอายุอย่างรวดเร็ว การระบายความร้อนแบบแอคทีฟสามารถลดการสร้างความร้อนระหว่างการชาร์จและการคายประจุแบตเตอรี่ได้ดีขึ้น ทุกอย่างเท่าเทียมกัน การระบายความร้อนแบบแอคทีฟสามารถรองรับกระแสการชาร์จและคายประจุที่ดีขึ้นสำหรับแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์

โครงสร้างภายในของแบตเตอรี่ประกอบด้วยโลหะมากกว่า ซึ่งอาจทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรเนื่องจากการควบแน่นได้ เนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิ อากาศชื้นสามารถควบแน่นน้ำไปยังอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความละเอียดอ่อนภายในแบตเตอรี่ได้ การระบายความร้อนแบบแอคทีฟยังช่วยป้องกันการควบแน่นภายในแบตเตอรี่จากการเปลี่ยนแปลงฟังก์ชันของแบตเตอรี่หรือสร้างความเสียหายให้กับส่วนประกอบของแบตเตอรี่ ในตลาดการจัดเก็บพลังงานเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรมซึ่งมีการลงทุนล่วงหน้าสูงกว่า ผู้ผลิตมักจะใช้การระบายความร้อนด้วยอากาศหรือของเหลวเพื่อการทำความเย็นแบบแอคทีฟ เพื่อป้องกันการสูญเสียทางเศรษฐกิจและมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมที่เกิดจากความร้อนที่ระบายออก

โดยสรุปในตลาดมีแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอยู่มากมาย ก่อนที่จะเลือกสิ่งที่ถูกต้อง ผู้ผลิตแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ หรือรุ่น คุณควรทราบกำลังของแบตเตอรี่เหล่านี้เพื่อประเมินกำลังที่จำเป็นในการรักษาการทำงานในการจัดเก็บพลังงานที่อยู่อาศัยหรือการจัดเก็บพลังงานเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม ระยะเวลารันไทม์ที่ต้องการ เพื่อกำหนดสภาพแวดล้อมที่จะใช้งานแบตเตอรี่ ตลอดจน กำหนดบทบาทของความร้อน ด้วยข้อมูลนี้ คุณสามารถประเมินคุณสมบัติทางเคมีของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน คุณลักษณะการทำความเย็นแบบพาสซีฟและแอคทีฟ และคุณสมบัติหลักที่นำเสนอโดยโซลูชันที่มีอยู่