Sıcaklık Lityum İyon Güneş Pillerinin Seçimini Nasıl Etkiler?

Lityum-iyon güneş pilleri öncelikli olarak konut sektöründe ve ticari ve endüstriyel enerji depolamada kullanılmakta olup, ev sahiplerinin veya işletmelerin fotovoltaik (PV) kullanımlarını genişletmelerine, elektrik faturalarından tasarruf etmelerine veya şebeke kesintisi durumunda yedek güç sağlamalarına yardımcı olmaktadır. Malzeme fiyatları düştükçe ve lityum piller daha popüler hale geldikçe, güneş enerjisi depolama pazarında lityum iyon piller kurşun asidin yerini alıyor.

Lityum Güneş Pillerinde Kullanılan İki Tip Lityum İyon

Lityum-iyon güneş pili üreticileri için genellikle iki yaygın lityum-iyon pil türü kullanılır: lityum-nikel-manganez-kobalt üçlü lityum-iyon piller (NMC) ve lityum demir fosfat (LFP) piller. pazar. Her iki pil türü de lityum iyon değişiminin çalışma prensibine dayanmasına rağmen, bazı önemli ölçüde farklı performans ve özelliklere sahiptirler.

Enerji yoğunluğu, pil performansını değerlendirmek için önemli bir göstergedir. Genel olarak konuşursak, enerji yoğunluğu ne kadar yüksek olursa, pil birim ağırlık veya hacim başına o kadar fazla güç tutabilir ve menzil de o kadar uzun olur. LFP'nin enerji yoğunluğu yaklaşık 140 Wh/kg'dır. NMC'nin enerji yoğunluğu temel olarak 240 kWh/kg'dır. yani aynı ağırlık altında NMC'nin enerji yoğunluğu LFP'ninkinden 1,7 kat daha yüksektir. Bu, aynı alana kurulan bir NMC güneş pilinin LFP güneş pilinden daha uzun süre çalışacağı anlamına gelir.

Lityum iyon güneş pillerinin çalışma ömrünü üç ana faktör etkiler: şarj/deşarj döngülerinin sayısı, kullanım süresi ve pilin ortalama sıcaklığı. Li-ion pilin ömrünü etkileyen en büyük faktör pilin ortalama sıcaklığı ve ardından deşarj derinliğidir. Genellikle bir pilin etkinliğini, gerçek kapasitesini orijinal kapasitesiyle karşılaştırarak ölçeriz. Orijinal kapasitelerinin %80'ine ulaşmadan önce, LFP güneş pilleri en az 2.000 ila 3.000 tam şarj/deşarj döngüsü gerçekleştirebilirken, NMC pilleri yalnızca 500 ila 1.000 tam şarj/deşarj döngüsü gerçekleştirebilir; bu, şu anlama gelir: LFP güneş pilleri çok daha uzun bir çevrim ömrüne sahiptirler, genellikle 10 yıldan fazla.

Lityum İyon Pillerin Güvenliği

NMC pillerin aksine LFP piller, daha güvenli katot malzemeleri nedeniyle yüksek sıcaklıklarda bozulmaz. NMC pillerle karşılaştırıldığında, LFP piller en yüksek termal ve kimyasal kararlılığın yanı sıra termal kaçak sırasında açığa çıkan en düşük enerji miktarını da sunar. Yalnızca 195°C'de termal kaçak yapacaklar ve en az miktarda enerjiyi açığa çıkaracaklar. Tersine, NMC pilleri 170°C'lik termal kaçak sıcaklıklara ulaşabilir, daha fazla enerji açığa çıkarabilir ve kontrol edilmezse muhtemelen alev alabilir. Tüm lityum iyon piller güvenli olmasına rağmen LFP güneş pilleri mevcut en güvenli enerji depolama cihazları arasındadır.

Sıcaklık ve Deşarj

Konut enerji depolama uygulamasına bağlı olarak, lityum iyon güneş pillerinin iki yaygın kullanımı vardır. Birincisi, bir şebeke kesintisi sırasında kritik yükleri çalışır durumda tutma gereksiniminin anında güneş pili gücüne geçişi gerektirdiği, yedek güç kaynağı olmasıdır; bu durumda depolama pilinin yükten kaynaklanan yüksek akıma ve yüksek güç dalgalanmalarına dayanması gerekir. İkinci senaryo, gündüzleri PV panellerden veya şebekeden gelen gücü depolamak ve daha sonra gece boyunca yüke deşarj etmektir; bu genellikle bataryanın en az 6-8 saat güç sağlayabilmesini gerektirir.

Li-FePO4 piller çok düşük bir iç dirence sahiptir ve çok fazla ısı üretmeden yüksek deşarj oranlarına dayanabilir, ancak NMC pilleri, LFP pillerinden yaklaşık 10 kat daha yüksek bir iç dirence sahiptir, bu nedenle NMC'nin içinde daha fazla ısı üretilir. piller aynı oranda boşaldığında. Örneğin 48V 50Ah (2,4kWh) NMC akü 50-100A deşarj akımı sağlayabilirken LFP 500-1000A deşarj akımı sağlayabilir.

Pasif veya Aktif Soğutma

Lityum iyon pilin ömrünü etkileyen üçüncü faktör ortam sıcaklığıdır. Li-Ion pillere yönelik pazar uygulamalarında piller, pil sıcaklığını yönetmek için pasif soğutmadan (fansız), aktif soğutmaya (sürekli çalışan fan) ve dinamik aktif soğutmaya (değişken hızlı fan sürücüsü) kadar çeşitli şekillerde soğutulur. Konut enerji depolamasında genellikle pasif soğutma kullanılırken, lityum iyon piller -20°C ila 60°C arasında güvenli bir şekilde çalışabilir, ancak pil ömrünü en üst düzeye çıkarmak için en uygun sıcaklık aralığı 10°C ila 30°C'dir. Yüksek akımlı deşarjlar pilin içinde ısı üretir, ancak sabit sıcaklıktaki bir ortam pil ömrünü en üst düzeye çıkarabilir.

NMC pillerinin kimyası ve daha yüksek empedansı nedeniyle, LFP pillerle karşılaştırıldığında deşarj olduklarında daha fazla ısı ürettiklerini belirtmek önemlidir. Li-ion piller için güvenlik önemli bir konu olduğundan enerji depolama LFP güneş pillerinin iyi termal stabilitesi, onlara enerji depolama uygulamalarında avantaj sağlayacak şekilde güvenli ve çevre dostu olmuştur.

Dolayısıyla, yüke yeterli güç dağıtımını sağlamak amacıyla, gerçek uygulamada gerekli akımı karşılamak için daha fazla NMC akü modülünün paralel bağlanması gerekebilir, ancak az sayıda LFP aküsü bu hedefi gerçekleştirebilir. Alan ve uygulama senaryoları göz önüne alındığında, NMC piller daha uzun bir deşarj süresinde (örn. 1 saat 50A) daha düşük akım aktarımına dayanabilen uygulamalar için daha uygun olurken, LFP piller de daha kısa sürede (örn. 10 dakikada 300A) daha yüksek akım aktarımı sağlayabilmektedir. ).

Aktif Soğutmanın Avantajları

Genel olarak termal regülasyon için bataryaya fan eklemek ürünü zorlaştırabilir ancak bu bataryaya pek çok fayda sağlayabilir. Zorlu hava koşullarına sahip bazı uygulamalarda, pillerin sıcaklıkları çok soğuk ve kurudan çok sıcak ve nemliye kadar değişebilir. Termal kaçak durumunda, pasif soğutmalı pilin içindeki sıcaklık dışarıya göre daha hızlı yükselir, sıcak noktalar oluşturur ve mevcut deşarj akımı miktarını sınırlandırır, bu da Li-ion güneş pillerinin hızlı yaşlanmasına neden olabilir. Aktif soğutma, pilin şarj edilmesi ve boşaltılması sırasında ısı oluşumunu daha iyi en aza indirebilir. Her şey eşit olduğunda aktif soğutma, güneş pilleri için daha iyi şarj ve deşarj akımlarını destekleyebilir.

Pilin iç yapısı daha fazla metal içerir ve bu da yoğuşma nedeniyle kısa devreye neden olabilir. Sıcaklık farklılıklarından dolayı nemli hava, pilin içindeki hassas elektronik parçalar üzerinde suyun yoğunlaşmasına neden olabilir. Böylece aktif soğutma aynı zamanda pil içindeki yoğunlaşmanın pil işlevini değiştirmesini veya pil bileşenlerine zarar vermesini de önler. Ön yatırımın daha yüksek olduğu ticari ve endüstriyel enerji depolama pazarında üreticiler, termal kaçağın neden olduğu ekonomik kaybı ve çevre kirliliğini önlemek amacıyla aktif soğutma için genellikle hava veya sıvı soğutmayı kullanıyor.

Özetle piyasada çok sayıda lityum iyon güneş pili bulunmaktadır. Doğruyu seçmeden önce güneş pili üreticisi veya model, konutsal enerji deposunda veya ticari ve endüstriyel enerji deposunda çalışmayı sürdürmek için gereken gücü, gerekli çalışma süresini değerlendirmek, çalıştırılacağı ortamı belirlemek ve ayrıca Isının rolünü belirleyin. Bu verilerle lityum iyon güneş pilinin kimyasını, pasif ve aktif soğutma özelliklerini ve mevcut çözümlerin sunduğu temel özellikleri değerlendirmek mümkündür.