Nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào đến việc lựa chọn pin năng lượng mặt trời Lithium ion?

Pin năng lượng mặt trời Lithium-ion chủ yếu được sử dụng trong khu dân cư và để lưu trữ năng lượng thương mại và công nghiệp, giúp chủ nhà hoặc doanh nghiệp mở rộng việc sử dụng quang điện (PV), tiết kiệm tiền trên hóa đơn tiền điện hoặc cung cấp nguồn điện dự phòng trong trường hợp mất điện lưới. Khi giá nguyên liệu giảm và pin lithium trở nên phổ biến hơn, pin lithium-ion đang thay thế axit chì trên thị trường lưu trữ năng lượng mặt trời.

Hai loại Lithium-ion được sử dụng trong pin năng lượng mặt trời Lithium

Đối với các nhà sản xuất pin năng lượng mặt trời lithium-ion, hai loại pin lithium-ion phổ biến thường được sử dụng: pin lithium-ion ternary lithium-niken-mangan-coban (NMC) và pin lithium iron phosphate (LFP), là những loại pin chính trong ngành chợ. Mặc dù cả hai loại pin đều dựa trên nguyên lý hoạt động trao đổi ion lithium nhưng chúng có một số hiệu suất và đặc điểm khác nhau đáng kể.

Mật độ năng lượng là một chỉ số quan trọng để đánh giá hiệu suất của pin. Nói chung, mật độ năng lượng càng cao thì pin có thể chứa được càng nhiều năng lượng trên mỗi đơn vị trọng lượng hoặc thể tích và phạm vi hoạt động càng dài. LFP có mật độ năng lượng khoảng 140 Wh/kg. NMC có mật độ năng lượng cơ bản là 240 kWh/kg. nghĩa là, dưới cùng một trọng lượng, mật độ năng lượng của NMC cao hơn LFP 1,7 lần. Điều này có nghĩa là pin năng lượng mặt trời NMC được lắp đặt trong cùng một không gian sẽ chạy lâu hơn pin năng lượng mặt trời LFP.

Ba yếu tố chính ảnh hưởng đến tuổi thọ hoạt động của pin năng lượng mặt trời lithium-ion là số chu kỳ sạc/xả, thời lượng sử dụng và nhiệt độ trung bình của pin. Yếu tố lớn nhất ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin Li-ion chính là nhiệt độ trung bình của pin, tiếp theo là độ sâu phóng điện. Chúng tôi thường đo lường hiệu quả của pin bằng cách so sánh dung lượng thực tế của pin với dung lượng ban đầu. Trước khi đạt 80% công suất ban đầu, pin mặt trời LFP có thể thực hiện ít nhất 2.000 đến 3.000 chu kỳ sạc/xả đầy, trong khi pin NMC chỉ có thể thực hiện 500 đến 1.000 chu kỳ sạc/xả đầy, nghĩa là Pin năng lượng mặt trời LFP có vòng đời dài hơn nhiều, thường là hơn 10 năm.

An toàn của pin Lithium-ion

Không giống như pin NMC, pin LFP không bị phân hủy ở nhiệt độ cao do vật liệu làm cực âm an toàn hơn. So với pin NMC, pin LFP mang lại độ ổn định nhiệt và hóa học cao nhất cũng như lượng năng lượng giải phóng thấp nhất trong quá trình thoát nhiệt. Chúng sẽ chỉ thoát nhiệt ở nhiệt độ 195°C và giải phóng ít năng lượng nhất. Ngược lại, pin NMC có thể đạt nhiệt độ tỏa nhiệt lên tới 170°C, giải phóng nhiều năng lượng hơn và có thể bốc cháy nếu không được kiểm soát. Mặc dù thực tế là tất cả các loại pin lithium-ion đều an toàn nhưng pin năng lượng mặt trời LFP là một trong những thiết bị lưu trữ năng lượng an toàn nhất hiện có.

Nhiệt độ và xả

Tùy thuộc vào ứng dụng lưu trữ năng lượng dân dụng, có hai cách sử dụng phổ biến của pin năng lượng mặt trời lithium-ion. Đầu tiên là nguồn điện dự phòng, trong đó yêu cầu duy trì hoạt động của các tải quan trọng trong thời gian mất điện lưới đòi hỏi phải chuyển ngay sang sử dụng năng lượng pin mặt trời, trong trường hợp đó, pin lưu trữ cần phải chịu được dòng điện cao và dòng điện tăng vọt từ tải. Kịch bản thứ hai là lưu trữ năng lượng từ các tấm PV hoặc lưới điện vào ban ngày và sau đó xả vào phụ tải vào ban đêm, điều này thường đòi hỏi pin phải có khả năng cung cấp điện trong ít nhất 6-8 giờ.

Pin Li-FePO4 có điện trở trong rất thấp và có thể chịu được tốc độ phóng điện cao mà không tạo ra quá nhiều nhiệt, nhưng pin NMC có điện trở trong cao hơn khoảng 10 lần so với pin LFP nên nhiệt sinh ra bên trong NMC nhiều hơn pin khi xả ở cùng một tốc độ. Ví dụ: pin NMC 48V 50Ah (2,4kWh) có thể cung cấp dòng xả 50-100A, trong khi LFP có thể cung cấp dòng xả 500-1000A.

Làm mát thụ động hoặc chủ động

Yếu tố thứ ba ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin lithium-ion là nhiệt độ môi trường. Trong các ứng dụng trên thị trường dành cho pin Li-Ion, pin được làm mát theo nhiều cách khác nhau, từ làm mát thụ động (không có quạt) đến làm mát chủ động (quạt chạy liên tục) đến làm mát chủ động động (ổ quạt tốc độ thay đổi) để quản lý nhiệt độ pin. Trong khi bộ lưu trữ năng lượng dân dụng thường sử dụng phương pháp làm mát thụ động, pin lithium-ion có thể hoạt động an toàn từ -20°C đến 60°C, nhưng phạm vi nhiệt độ tối ưu để tối đa hóa tuổi thọ pin là 10°C đến 30°C. Dòng điện phóng điện cao tạo ra nhiệt bên trong pin, nhưng môi trường nhiệt độ ổn định có thể tối đa hóa tuổi thọ của pin.

Điều quan trọng cần lưu ý là dựa trên tính chất hóa học và trở kháng cao hơn của pin NMC, chúng tạo ra nhiều nhiệt hơn khi xả điện so với pin LFP. Vì an toàn là vấn đề then chốt đối với pin Li-ion ở lưu trữ năng lượng ứng dụng, độ ổn định nhiệt tốt của pin năng lượng mặt trời LFP an toàn và thân thiện với môi trường giúp chúng có lợi thế trong các ứng dụng lưu trữ năng lượng.

Vì vậy, để đảm bảo cung cấp đủ năng lượng cho tải thì trong ứng dụng thực tế có thể cần song song nhiều mô-đun pin NMC hơn để đáp ứng dòng điện yêu cầu, nhưng một số lượng nhỏ pin LFP có thể hoàn thành mục tiêu này. Xem xét các tình huống về không gian và ứng dụng, pin NMC phù hợp hơn cho các ứng dụng có thể chịu được dòng điện truyền thấp hơn trong thời gian xả dài hơn (tức là 1h50A), trong khi pin LFP cũng có thể cung cấp khả năng truyền dòng điện cao hơn trong khoảng thời gian ngắn hơn (tức là 300A trong 10 phút). ).

Ưu điểm của làm mát chủ động

Nhìn chung, việc thêm quạt vào pin để điều chỉnh nhiệt có thể làm phức tạp sản phẩm nhưng điều này có thể mang lại rất nhiều lợi ích cho pin. Trong một số ứng dụng có môi trường thời tiết khắc nghiệt, pin có thể có nhiệt độ dao động từ rất lạnh và khô đến rất ấm và ẩm. Trong trường hợp thoát nhiệt, nhiệt độ bên trong pin có hệ thống làm mát thụ động tăng nhanh hơn bên ngoài, tạo ra các điểm nóng và hạn chế dòng phóng điện có sẵn, điều này cũng có thể khiến pin năng lượng mặt trời Li-ion bị lão hóa nhanh chóng. Làm mát tích cực có thể giảm thiểu sinh nhiệt tốt hơn trong quá trình sạc và xả pin. Tất cả mọi thứ đều bình đẳng, việc làm mát tích cực có thể hỗ trợ dòng sạc và xả tốt hơn cho pin năng lượng mặt trời.

Cấu trúc bên trong của pin chứa nhiều kim loại hơn, điều này cũng có thể gây đoản mạch do ngưng tụ. Do chênh lệch nhiệt độ, không khí ẩm có thể làm ngưng tụ nước trên các thiết bị điện tử nhạy cảm bên trong pin. Vì vậy, việc làm mát tích cực cũng ngăn chặn sự ngưng tụ bên trong pin làm thay đổi chức năng của pin hoặc làm hỏng các bộ phận của pin. Trong thị trường lưu trữ năng lượng thương mại và công nghiệp, nơi vốn đầu tư ban đầu cao hơn, các nhà sản xuất thường sử dụng làm mát bằng không khí hoặc chất lỏng để làm mát chủ động nhằm ngăn ngừa tổn thất kinh tế và ô nhiễm môi trường do thoát nhiệt.

Tóm lại, trên thị trường có rất nhiều loại pin năng lượng mặt trời lithium-ion. Trước khi chọn đúng nhà sản xuất pin năng lượng mặt trời hoặc kiểu máy, bạn nên biết công suất của các loại pin này để đánh giá công suất cần thiết để duy trì hoạt động trong bộ lưu trữ năng lượng dân dụng hoặc bộ lưu trữ năng lượng thương mại và công nghiệp, thời gian chạy cần thiết, để xác định môi trường mà pin sẽ được vận hành, cũng như để biết xác định vai trò của nhiệt Với dữ liệu này, có thể đánh giá tính chất hóa học của pin mặt trời lithium-ion, đặc tính làm mát thụ động và chủ động cũng như các tính năng chính được cung cấp bởi các giải pháp hiện có.