Các loại và lựa chọn pin năng lượng mặt trời gia đình

Khi nhu cầu về các nguồn năng lượng sạch và bền vững tăng lên, ngày càng có nhiều chủ nhà chuyển sang sử dụng năng lượng mặt trời. Một thành phần thiết yếu của hệ thống năng lượng mặt trời là pin mặt trời, nơi lưu trữ năng lượng do các tấm pin mặt trời tạo ra để sử dụng sau này. Trong bài viết này, chúng ta sẽ thảo luận về các loại khác nhau của nhà pin năng lượng mặt trời và đưa ra hướng dẫn lựa chọn phương án phù hợp nhất cho ngôi nhà của bạn.

Các loại pin năng lượng mặt trời dân dụng

Có ba loại pin năng lượng mặt trời chính được sử dụng trong dân dụng: pin axit chì, pin lithium-ion và pin dòng chảy. Mỗi loại đều có ưu điểm và nhược điểm, khiến chúng phù hợp với các ứng dụng và yêu cầu khác nhau.

1. Pin axit chì

Pin axit chì là công nghệ lâu đời nhất và lâu đời nhất trong ngành công nghiệp pin. Pin axit chì là một thiết bị lưu trữ năng lượng hóa học sử dụng chì và chì dioxide (PbO2) làm chất hoạt động của điện cực âm và dương, và axit sulfuric loãng làm chất điện phân, thực sự thực hiện sự chuyển đổi lẫn nhau giữa năng lượng điện và năng lượng hóa học thông qua điện hóa sự phản ứng lại; nó là nguồn năng lượng hóa học được ưu tiên cho tất cả các loại hệ thống lưu trữ năng lượng, nguồn điện khẩn cấp và các thiết bị khởi động mềm/đen.

Điện áp danh định của pin axit chì một cell là 2,0V, có thể xả xuống 1,5V và sạc lại lên 2,4V; trong ứng dụng thực tế, nó thường được nối nối tiếp với 6 ô đơn để tạo thành mô-đun pin axit chì có điện áp danh định là 12V, sau đó nối tiếp và song song thích hợp trên cơ sở 12V, giá trị điện áp được hệ thống chấp nhận (chẳng hạn như như 48V, 96V) thu được để thực hiện công việc sạc và xả bình thường.

Các thành phần chính của pin axit chì bao gồm cực dương và cực âm, tấm cực, bộ phân tách, chất điện phân, thùng chứa, v.v. Bởi vì có một lượng lớn dung dịch hóa học trong mô-đun pin nên nó thường nặng.

Pin axit chì có hai loại phụ: axit chì ngập nước (FLA) và axit chì kín (SLA), bao gồm cả tấm thủy tinh thấm (AGM) và pin Gel.

Trong thực tế sử dụng, tỷ lệ pin keo và chì-carbon ngày càng tăng. Khả năng xả quá mức, khả năng tự phục hồi và hiệu suất sạc và xả ở nhiệt độ thấp của pin keo tốt hơn một chút; Pin chì-carbon, do bổ sung carbon (graphene) trong chất điện phân, ngăn chặn hiện tượng sunfat điện cực âm và cải thiện vấn đề dễ hỏng pin, do đó làm tăng đáng kể tuổi thọ của pin.

Chế độ sạc của pin axit chì thường có ba chế độ: dòng điện không đổi, điện áp không đổi và sạc nổi, còn được gọi là sạc ba giai đoạn. Dòng sạc là một thông số rất quan trọng, đơn vị thường được biểu thị bằng C. Các thông số thông số kỹ thuật của pin sẽ được đánh dấu rõ ràng bằng dòng sạc tối đa của pin, thường là 0,1C, 0,2C hoặc 0,3C;

Ví dụ: nếu dung lượng của pin là 200Ah thì dòng sạc 0,1C là 0,1×200=20A, 0,2C là 0,2×200=40A; dòng sạc tốt nhất của ắc quy không cần bảo trì axit chì phải ở khoảng 0,1C, dòng sạc quá nhiều hoặc quá ít sẽ ảnh hưởng đến tuổi thọ của ắc quy.

Ưu điểm:

Chi phí trả trước thấp

Tính sẵn có rộng rãi

Có thể tái chế và thân thiện với môi trường

Nhược điểm:

Tuổi thọ ngắn hơn (3-5 năm)

Mật độ năng lượng thấp hơn

Cần bảo trì thường xuyên cho pin FLA

Không thích hợp để xả sâu (50% trở lên)

2. Pin Lithium-Ion

Pin lithium đã trở nên ngày càng phổ biến trong những năm gần đây do có nhiều ưu điểm so với pin axit chì. Chúng thường được sử dụng trong xe điện, điện thoại thông minh và máy tính xách tay.

Pin lithium là loại pin được làm bằng kim loại lithium hoặc hợp kim lithium làm vật liệu dương/âm và sử dụng dung dịch điện phân không chứa nước; chủ yếu được chia thành pin kim loại lithium và pin lithium ion. Nói chung, pin lithium dùng để chỉ pin lithium-ion, là pin thứ cấp, nghĩa là chúng có thể hỗ trợ sạc và xả.

Pin lithium-ion sử dụng oxit kim loại hợp kim lithium làm vật liệu dương, than chì làm vật liệu âm, thân chính của bộ lưu trữ pin lithium-ion lithium là vật liệu âm, đóng vai trò chính trong hiệu suất sạc và xả pin hiệu quả, số chu kỳ, v.v.

Pin lithium-ion chủ yếu được chia thành axit lithium coban, lithium manganate, axit lithium niken, lithium sắt photphat, pin lithium ternary, v.v. theo các vật liệu catốt khác nhau.

Cân toàn diện về chi phí, hiệu suất, độ an toàn và các yếu tố khác, trong thực tế ứng dụng hệ thống lưu trữ năng lượng , việc sử dụng nhiều pin lithium iron phosphate hơn. Pin lithium sắt photphat thường được coi là không chứa bất kỳ kim loại nặng và kim loại hiếm nào, là loại pin xanh không độc hại, không gây ô nhiễm.

Nó sử dụng lithium iron phosphate (LiFePO4) làm vật liệu điện cực dương và carbon làm vật liệu điện cực âm, với một tế bào duy nhất có điện áp định mức 3,2V và điện áp cắt sạc khoảng 3,6V đến 3,65V; điện áp và công suất yêu cầu đạt được bằng cách nối tiếp và song song.

Ưu điểm:

Mật độ năng lượng cao

Tuổi thọ dài hơn (10-15 năm)

Yêu cầu bảo trì thấp

Hiệu quả cao hơn

Thời gian sạc nhanh hơn

Thích hợp cho việc xả sâu (80-90%)

Nhược điểm:

Chi phí trả trước cao hơn

Nhạy cảm với nhiệt độ cao

Cơ sở hạ tầng tái chế hạn chế

Các chỉ số hoạt động chính của pin monobloc lithium iron phosphate:

Dung lượng danh nghĩa - tính bằng Ah hoặc mAh

Điện áp danh định - khoảng 3,2V

Điện áp kết thúc sạc - khoảng 3,55V ~ 3,6V

Điện áp kết thúc phóng điện - khoảng 2V ~ 2,5V

Điện trở trong - xấp xỉ. <20mΩ

Thời gian chu kỳ của pin - thường> 3000 lần

Tỷ lệ tự xả - khoảng 5% ~ 8%

Pin lithium cũng phải bao gồm BMS (Hệ thống quản lý pin), tức là hệ thống quản lý pin, thường chứa bộ điều khiển trung tâm, bộ thu nhận, bộ hiển thị, bộ ghi dữ liệu và bộ mở rộng bên ngoài.

Các chức năng chính của BMS là:

1. Giám sát thông số pin đơn
2. Tính toán SOC (trạng thái sạc)
3. Giám sát và quản lý nhiệt độ
4. Kiểm soát cân bằng năng lượng pin
5. Chẩn đoán lỗi và báo động
6. Hiển thị thông tin
7. Ghi dữ liệu
8. Giao tiếp với máy tính phía trên

Chọn pin năng lượng mặt trời phù hợp cho ngôi nhà của bạn

Khi chọn pin năng lượng mặt trời cho cả nhà, hãy xem xét các yếu tố sau:

        1. Pin axit chì hoặc pin lithium

Đầu tiên, pin chiếm tỷ trọng cao trong hệ thống lưu trữ năng lượng. Đối với các bộ biến tần lưu trữ năng lượng hỗ trợ cả pin axit chì và pin lithium, việc lựa chọn phụ thuộc vào mức độ sẵn sàng đầu tư, loại dự án, địa điểm của dự án, yêu cầu bảo hành, v.v.

Mật độ năng lượng của pin lithium (ρ=E/V) cao hơn, gấp khoảng 6 đến 7 lần so với pin axit chì, nhỏ hơn, nhẹ hơn và có tuổi thọ dài, gấp 1,5 đến 5 lần so với pin axit chì. Vì vậy, các nhà sản xuất máy lưu trữ năng lượng nói chung cung cấp pin bảo hành đều là pin lithium. Tuy nhiên, pin lithium có hiệu suất tương đối kém hơn trong điều kiện nhiệt độ thấp, đồng thời giá thành cũng cao hơn, thường gấp 2 đến 4 lần so với pin axit chì.

        2. Lựa chọn công suất

Công suất đề cập đến tổng lượng năng lượng mà pin có thể lưu trữ, được đo bằng kilowatt giờ (kWh). Công suất của pin là lượng điện mà nó có thể cung cấp cùng một lúc, được đo bằng kilowatt (kW).

Việc lựa chọn dung lượng pin là quan trọng nhất hoặc dựa trên nhu cầu lưu trữ của người dùng để xác định, đồng thời có tính đến dung lượng hệ thống. Ví dụ, một người dùng cần lưu trữ 30kWh/ngày, anh ta đã lắp đặt một bộ hệ thống lưu trữ năng lượng độc lập 3KW và không có tiện ích bổ sung nào, thì bộ pin của anh ta sẽ cần ít nhất 2 ngày để đạt trạng thái sạc đầy; gặp phải một mùa mưa liên miên có thể lâu ngày không đầy.

Tình huống này trong giai đoạn thiết kế hệ thống cần phải tính đến sự hạn chế của nhiều yếu tố khác nhau, tăng công suất lắp đặt các mô-đun quang điện và tăng công suất đầu ra của thiết bị điều khiển lưu trữ năng lượng. Thông số kỹ thuật của ắc quy axit chì cho biết “xxx V/xxx Ah”, ví dụ 12V/100Ah thông thường, dung lượng khối đơn của nó là 12 × 100 = 1200VAh = 1200Wh = 1,2KWh, tức là 1,2 độ điện nếu nhu cầu 30KWh dung lượng lưu trữ khoảng 30  1,2=25 chiếc.

Pin lithium nói chung có thể được lựa chọn trực tiếp theo dung lượng GÓI của chúng, chẳng hạn như một gói pin 2,56KWh, 2 gói là 5,12KWh và 10 là 25,6KWh.

        3. Pin điện áp cao hoặc pin điện áp thấp

Có dòng biến tần lưu trữ năng lượng dòng điện áp cao (HV) và dòng điện áp thấp (LV), và theo đó, có pin năng lượng mặt trời cho gia đình điện áp cao và điện áp thấp. Biến tần pin đầu ra một pha chung với pin điện áp thấp, điện áp đầu cuối khoảng 48V ~ 52V.

Tại thời điểm này, nếu lựa chọn pin axit chì, hãy thông qua bốn dòng 12V đến 48V; nếu pin lithium có thể trực tiếp chọn mức điện áp của bộ pin 48V; máy lưu trữ năng lượng tích hợp ba pha và không nối lưới (Hybrid) với pin năng lượng mặt trời gia đình điện áp cao, điện áp khoảng 100V ~ 550V; Máy tích hợp mạnh hơn, điện áp pin cao hơn, chẳng hạn như BSLBATT Dòng MatchBox và máy tích hợp ngoài lưới, điện áp pin định mức của nó là 716V, dải điện áp có thể là 627-817V, phương pháp nối tiếp và song song tương tự như pin điện áp thấp.

        4. Độ sâu xả (DoD)

DoD là phần trăm dung lượng của pin có thể được sử dụng trước khi cần sạc lại. DoD cao hơn có nghĩa là bạn có thể sử dụng nhiều năng lượng dự trữ của pin hơn trước khi cần sạc lại. Hãy tìm loại pin có DoD ít nhất 80% để tận dụng tối đa năng lượng dự trữ của bạn.

        5. Khả năng tương thích

Đảm bảo rằng pin năng lượng mặt trời bạn chọn tương thích với hệ thống năng lượng mặt trời hiện tại của bạn, bao gồm bộ biến tần và bộ điều khiển sạc. Một số loại pin có thể yêu cầu thiết bị cụ thể hoặc cách thiết lập cụ thể, vì vậy, điều cần thiết là phải xác minh tính tương thích trước khi đưa ra quyết định.

        6. Tuổi thọ pin và bảo hành

Pin năng lượng mặt trời có tuổi thọ giới hạn, thường được đo bằng chu kỳ (một chu kỳ là sạc đầy và xả). Số chu kỳ mà pin có thể thực hiện trước khi dung lượng pin giảm đáng kể sẽ quyết định tuổi thọ của pin. Hãy tìm loại pin có tuổi thọ dài và chế độ bảo hành đảm bảo số chu kỳ hoặc số năm sử dụng nhất định.

Tóm lại, không có giải pháp nào phù hợp cho tất cả khi lựa chọn pin năng lượng mặt trời cho gia đình. Bằng cách đánh giá các yêu cầu về năng lượng, ngân sách, hạn chế về không gian, khí hậu và tác động môi trường, bạn có thể đưa ra quyết định sáng suốt phù hợp nhất với nhu cầu của mình. Khi công nghệ pin mặt trời tiếp tục phát triển, chủ nhà sẽ có nhiều lựa chọn hơn, giúp mọi người dễ dàng tiếp cận quá trình chuyển đổi sang năng lượng sạch và bền vững hơn.