Saulės baterija: energijos saugojimo sprendimai

Kodėl verta įsigyti saulės bateriją?

Yra keletas priežasčių, kodėl norėtumėte prie savo sistemos pridėti saulės bateriją. Nesvarbu, ar tai būtų izoliuota vieta, hibridas, komercinis ir pramoninis scenarijus, mes turime akumuliatorių, kuris bus pritaikytas jūsų poreikiams, pelningas ir patvarus, nuo 2 iki kelių šimtų kWh.

Maksimaliai išnaudokite saulės baterijų energiją  : Baterijos leidžia kaupti saulės energiją, kurią galima naudoti vakare ir naktį. Sumontavę saulės bateriją, iš EDF importuosite mažiau energijos, sutaupysite elektros sąskaitų. Todėl čia galime kalbėti apie savarankiško vartojimo optimizavimą (hibridą) kartu su saulės baterijomis.

HP/HC arbitražas: Jei neturite saulės baterijos, naudojimo laikas gali žymiai padidinti jūsų elektros sąskaitas. Tačiau akumuliatorius, kurio energijos „atsargos“ (talpa) KwH, ir pakankamai saulės baterijų gali aprūpinti jus šiais piko laikotarpiais, kai elektros kaina yra didesnė.

Kai kurios akumuliatorių sistemos (pvz. SIGENERGY) gali atlikti tokio tipo išmanųjį arbitražą, kad būtų galima įkrauti elektros energiją iš tinklo ne piko valandomis, kai tai prasminga. Pavyzdžiui, jei atrodo, kad kitą dieną saulės neužteks įkrauti baterijas per skydelius, susiejant orų prognozę.

Savarankiškas saulės energijos aprūpinimas baterijomis (atsarginė): Visi mūsų siūlomi akumuliatorių asortimentai gali veikti atskirai, ty be EDF. Taigi galite pasinaudoti daline arba visiška vadinamąja „avarine“ (= atsargine) funkcija, kad užtikrintumėte savo mokesčius namuose. Dienos metu, jei nutrūktų EDF, galite ir toliau naudotis saulės energija per savo skydelius.

Kokie yra saulės baterijų tipai?

Saulės baterijų evoliucija: GEL ir švino baterijų nuosmukis:

Saulės baterijos buvo smarkiai išplėtotos, pasižymėjusios senų technologijų, tokių kaip GEL ir švino baterijos, nuosmukis (Hoppecke prekės ženklas, Victron, Enersys ir kt.). Kadaise populiarūs GEL akumuliatoriai, kurių elektrolitas yra gelio pavidalu, ir AGM (absorbuoto stiklo kilimėlio) akumuliatoriai, nors ir nereikalauja mažai priežiūros ir pasižymi gana ilgą tarnavimo laiką, dabar yra pasenę. Jų veikimas ir eksploatavimo trukmė, paprastai nuo 800 iki 900 ciklų GEL ir iki 10 metų AGM, yra blyški, palyginti su ličio baterijų pažanga. Taip pat atviros švino baterijos, nepaisant jų ekonominių sąnaudų, reikalauja didelės priežiūros ir yra ribojamos dėl vandens nepralaidžios konstrukcijos. Šiandien jie vis dar parduodami pradinio lygio saulės baterijų rinkiniuose, kur AGM baterijos dėl labai mažos kainos leidžia įrengti nebrangiai, ypač kemperiams.

Techninis ličio jonų saulės baterijų pranašumas:

Ličio jonų saulės baterijos dėl savo kompaktiškumo ir ilgaamžiškumo greitai įsitvirtino kaip geriausia saulės energijos kaupimo technologija. Jie pasižymi didesniu energijos vartojimo efektyvumu ir žymiai ilgesniu tarnavimo laiku nei GEL ir švino baterijos, o tai žymi lūžio tašką saulės energijos kaupime. Ličio baterijose įdiegta elektroninė vidinė valdymo sistema, BMS, kuri optimizuos iškrovą ir įkrovimą pagal saulės baterijų ir naudojamo inverterio-įkroviklio įtampas. Vieno elemento talpa svyruoja nuo 2 iki 10 kWh, priklausomai nuo akumuliatoriaus prekės ženklo. Kai kurių modelių iškrovos galia gali siekti iki 5000 W. BMS kokybė taip pat turės įtakos ličio baterijos eksploatavimo trukmei, jo iškrovimo galiai ir grąžinamai energijai.

Vadinamosios „alternatyvios“ baterijų technologijos: nikelio-geležies, ličio titanato ir natrio jonų:

Tuo pačiu metu kitos naujos technologijos, tokios kaip nikelio ir geležies, ličio titanato ir natrio jonų baterijos. Nikelio-geležies baterijos, žinomos dėl savo tvirtumo ir ilgaamžiškumo, išsiskiria gebėjimu atlaikyti gilų įkrovimo ir iškrovimo ciklus be reikšmingo gedimo, o prireikus užtikrina greitą išsikrovimą. Jie idealiai tinka išorinėms saulės sistemoms. Jie gali atlikti iki 8000 ciklų, o jų elektrolitas gali būti atnaujinamas. Jie gali būti iškrauti iki 0% be rizikos. Kaina apie 600 eurų už kWh.

Kita vertus, ličio titanato saulės baterijų technologija užtikrina itin greitą įkrovimą ir ilgesnį tarnavimo laiką net ir ekstremaliomis oro sąlygomis. Nors ir brangios, ličio titanato saulės baterijos turi geriausią garantiją rinkoje (20 metų Zenaji) arba 10 kartų didesnę už Hoppecke arba Victron AGM švino akumuliatorių! Kita vertus, kaina yra maždaug 3 kartus didesnė nei įprastos ličio baterijos.

Galiausiai, natrio jonų baterijos iškyla kaip perspektyvi alternatyva, siūlanti pigesnį ir aplinką tausojantį sprendimą. Nors šios baterijos vis dar tik kuriamos, dėl mažų gamybos sąnaudų ir natrio gausos šios baterijos svarstomos dėl didelio masto pritaikymo. Jų energijos talpa yra šiek tiek mažesnė nei ličio saulės baterijų, nes energijos tankis yra maždaug 130 Wh/kg, o LiFePO baterijų – 160.

Perėjimas prie pažangesnių baterijų technologijų, įskaitant ličio jonų, nikelio ir geležies, ličio titanato ir natrio jonų, atspindi nuolatinę saulės energijos kaupimo pažangą. Ši plėtra žada didesnį efektyvumą, geresnį tvarumą ir mažesnį ekologinį pėdsaką, atveriantį kelią naujai ir tvaresnei saulės energijos erai.

Kodėl ličio saulės baterijos yra pranašesnės už švino baterijas (AGM, OPZ)?

Ryškiausias skirtumas tarp ličio technologijos (pavyzdžiui, LIFEPO) ir AGM/GEL baterijų, tokių kaip Hoppecke ar Enersys, yra įkrovimo/iškrovimo talpa. Toliau pateiktoje diagramoje pavaizduota talpa kaip vardinės talpos procentinė dalis, palyginti su iškrovos greičiu (arba greičiu) (galia). Esant labai dideliam akumuliatoriaus išsikrovimo greičiui, AGM/GEL švino rūgšties akumuliatoriaus talpa sudaro tik 60 % jo vardinės talpos:

Todėl saulės sistemose, kuriose akumuliatorius yra labai apkrautas arba reguliariai su iškrovimo smailėmis, mažesnės talpos ličio baterija turės didesnę NAUDOJAMĄ talpą nei panašios talpos švino-rūgšties baterija. Kitaip tariant, esant panašiai talpai, ličio baterija tikrai kainuos brangiau, tačiau galėsite naudoti mažesnę talpą, nes nebūtina jos didinti, kad sugertų iškrovos smailes.

Kitas LIFEPO ličio akumuliatorių pranašumas, palyginti su AGM/GEL švino akumuliatoriais, yra ciklo talpa (eksploatavimo trukmė). LIFEPO technologija turi maždaug 10 kartų didesnę ciklo talpą, palyginti su geriausiomis OPZ baterijomis. Dėl to saugomų kWh kaina yra daug mažesnė nei švino, o tai reiškia, kad per visą saulės sistemos veikimo laiką ličio baterijos nereikės keisti:

Kaip veikia saulės baterija?

Saulės bateriją galima įsivaizduoti kaip tam tikrą elektrocheminį „sumuštinį“, naudojamą energijai kaupti. Vienoje pusėje yra anodas, o kitoje pusėje yra katodas. Tarp jų yra joninė laidžioji sąsaja, vadinama elektrolitu, ir separatorius.

Neigiamai įkrauti elektronai iš akumuliatoriaus koncentruojasi prie anodo. Kadangi priešingybės traukia, jie nori eiti link teigiamai įkrauto katodo baterijoje. Elektrolitas veikia kaip buferis, neleidžiantis elektronams nueiti trumpiausiu keliu iš akumuliatoriaus (dėl to sukeltų trumpąjį elektros laidą!).

Anodo ir katodo sujungimas naudojant išorinį laidą leidžia tekėti baterijos elektronams. Šį elektronų srautą mes vadiname elektra.

Principo diagrama (šaltinis: www.solarquotes.com)

Įkraunamose saulės baterijose (techniškai vadinamose „antrinėmis“ baterijomis, o ne vienkartinėmis baterijomis) srovės srautui pakeisti naudojamas išorinis energijos šaltinis (pavyzdžiui, naudojant saulės baterijas). Taigi energija kaupiama (kalbame apie kWh) vėlesniam naudojimui arba įkrovimui per saulės kolektorių.

Yra daug būdų, kaip išdėstyti katodo, anodo ir separatoriaus lakštus šiuolaikinėje ličio jonų saulės baterijoje.

Paprastai jie yra sukonstruoti kaip volelis metaliniuose cilindruose, vadinamuose ląstelėmis. Namų energijos kaupimo sistemoje gali būti tūkstančiai šių cilindrinių baterijų elementų. Taip pat galime rasti stačiakampio tipo konstrukciją, kuri vadinama prizminiu. Galiausiai, „Pylontech“ rasite „maišelio elementų“ lankstinukų dizainą:

Baterijos galia IR energija! nesupainioti…

Mūsų saulės autonomijos vadove paaiškinome, kaip atskirti galią ir energijos tankį (arba talpą). Čia yra vonios schema, kurią lengva suprasti:

Kalbant apie baterijas, naudinga analogija yra vanduo, tekantis vamzdžiu į konteinerį, išskyrus tai, kad vanduo būtų elektra, o galia būtų srauto greitis:

• Galia (kW) arba „galia“ angliškai, yra greitis, kuriuo vanduo teka vamzdžiu, konteineryje arba iš jo.
• Energija (kWh), arba talpa, yra vandens kiekis, kurį talpina talpykla.

Dauguma ličio jonų saulės baterijų turi didžiausią nuolatinę galią nuo 3 iki 5 kW. Pavyzdžiui, Pylontech US5000 turi 2.4 kW nuolatinę galią ir iki 5 kW didžiausią galią. Jei kada nors norėsiu gauti 10 kW galios iš savo akumuliatoriaus sistemos, turėsiu pridėti antrą akumuliatorių.

Nikelis-geležis, NIFE, ličio LFP, NMC, natrio? Ką rinktis?

Prieš kelerius metus, kai kalbėjome apie akumuliatoriaus saugojimą, buvo saugu, kad atsidūrėte izoliuotoje svetainės (ne tinklo) tipo situacijoje. Ir dėl geros priežasties ličio jonų baterijų kaina buvo 4–6 kartus didesnė nei šiandien:

Maždaug prieš dešimt metų dominuojanti technologija vis dar buvo švino rūgštis (ypač Victron prekės ženklo Hoppecke OPZ). Taip pat buvo AGM arba GEL baterijos, visada švino technologijos. Švino rūgšties technologija turėjo trūkumų (sudėtingas dydis, ribota eksploatavimo trukmė, dujų išsiskyrimas, netoleravimas giliam ciklui ir kt.) ir reikalavo reguliarios priežiūros, kuri buvo sudėtinga. Be to, nepaisant iš pirmo žvilgsnio gana žemos kainos, reikėjo atsižvelgti į mažą turimą pajėgumą, nes maksimali iškrova buvo apribota iki 30%, kad būtų išlaikytas tinkamas eksploatavimo laikas!

Todėl ličio baterijų kaina smarkiai sumažėjo ir pasiekė 139 USD už kWh.„Bloomberg“ straipsnis.) 

Dvi pagrindinės ličio technologijos yra nikelio-mangano-kobalto (NMC) ir ličio-geležies fosfato (LifePO). TESVOLT HV pavyzdžiui, naudoja NMC Samsung SDI elementus, o buitinėms reikmėms, pvz., Pylontech ar BYD, skirtus akumuliatorius, naudoja tik LifePO.

Pažymėtina, kad kiekviena baterija turi savo specifiką, tačiau LifePo vyrauja ciklų skaičiumi, terminiu stabilumu ir tarnavimo laiku.

LiFePO baterija: neprilygstamas kainos ir kokybės santykis:

LFP chemijos pagrindu pagamintuose saulės baterijose nėra kobalto ir strateginių metalų, todėl jos yra naudingesnės ekologiniu ir C2G požiūriu („nuo lopšio iki vartų = akumuliatoriaus gyvavimo ciklas nuo jo ištraukimo iki perdirbimo).

Nikelio ir geležies baterija: pirmenybė patvarumui:

Yra ir kitų technologijų, pvz Nikelio-geležies baterija kurį prekiaujame nuo 2018 m., kuris sujungia tvirtumą ir neprilygstamą atsparumą „nišinėms“ reikmėms (ypač izoliuotoms vietoms). Tai labai ypatingos baterijos, kurios tikrai yra didelių gabaritų ir reikalauja priežiūros, tačiau turi beveik neribotą tarnavimo laiką. Jiems taip pat nereikia BMS, o tai yra pranašumas tiems, kurie vertina „žemų technologijų“ dizainą.

Jis taip pat egzistuoja ličio titanato (LTO) baterijos, kurį jau 3 metus siūlome per Australijos prekės ženklą Zenaji. Didelio našumo technologija su neįtikėtinu važiavimu dviračiu (20000 XNUMX ciklų), bet už pernelyg didelę kainą.

Natrio jonų baterijos pagaliau pradeda patekti į rinką. Mes ketiname jį pasiūlyti 2024 m., ypač bendradarbiaudami su BIWATT ir jų visiškai integruotu sprendimu. Pastarieji turi unikalių pranašumų, nes yra atsparūs ekstremalioms temperatūroms ir nenaudojami didelio kritiškumo metalai (= ribotais kiekiais). Tačiau jų kaina šiuo metu yra panaši arba net šiek tiek didesnė nei LIFEPO saulės baterijų, todėl turime turėti perspektyvą dėl naudojimo, kad įsitikintume, jog jų tarnavimo laikas yra įdomus, palyginti su techniškai brandžiomis baterijomis.

Atidžiai patikrinkite akumuliatoriaus garantijos sąlygas!

Akumuliatoriaus garantijos sutarčių skaitymas gali būti varginantis. Štai pagrindiniai dalykai, kuriuos reikia suprasti apie bet kokią energijos kaupimo sistemą, kurią ketinate įsigyti.

Akumuliatoriaus nusidėvėjimas (EOL) – pagrindinis kriterijus, leidžiantis įvertinti galimų ciklų skaičių! 

Kokia yra saulės baterijos talpa pasibaigus garantijai? 70% po 10 metų yra tipinė vertė. Tai garsusis „EOL“. Gamintojai pateikia diagramas, kuriose nustatomas ciklų skaičius, kurį gali pasiekti akumuliatorius, kol jo likutinė talpa neperžengia garsiosios „EOL“ slenksčio (= eksploatavimo pabaigos). Pavyzdžiui, su TESVOLT saulės baterija matome, kad baterijoms suteikiama 6500 ciklų garantija esant 100% išsikrovimui, 10 metų. Kitaip tariant, galite važiuoti jais 6500 kartų 100% 10 metų ir šių ciklų pabaigoje neturėtumėte nukristi žemiau 70% likutinės talpos!

Kitas būdas tai interpretuoti būtų pasakyti, kad naudojant standartinį gyvenamojo namo akumuliatorius per metus įjungiamas maždaug 280 kartų, taikant „viso ciklo“ ekvivalentą (= 100 % DOD). Tai paaiškinama sezoniškumu (tiesą sakant, vasarą akumuliatorius bus naudojamas mažiau nei žiemą!) Taigi TESVOLT garantuotas 6500 ciklų iš tikrųjų leis jums išgauti 6500/280 = Maždaug 23 eksploatavimo metai iki didelio gedimo.

Jūsų saulės baterijos sveikata, SOH!

Kita svarbi sąvoka, kurią reikia atsiminti, yra SOH, reiškianti akumuliatoriaus „sveikatos būklę“, nurodo jo likutinę talpą. 98 % SOH rodo, kad jo EOL yra

Taip pat turite nepamiršti, kad ličio elemento gamybos kokybė turės įtakos jo kalendoriniam tarnavimo laikui, t. y. jo eksploatavimo trukmei, neįskaitant nusidėvėjimo (nesvarbu, ar jis naudojamas, ar ne). Pavyzdžiui, naudojant TESVOLT, ekstrapoliuotas skilimas yra labai mažas, maždaug 70 % po 16 metų intensyvaus naudojimo esant 100 % DOD. Tai patvirtina mūsų lauko patirtis, nes vienas iš mūsų įrenginių izoliuotoje vietoje 4 metus su TESVOLT vis dar rodo nepažeistą SOH („sveikatos būklę“)!

Priešingai, SOH pakeitimas viename iš mūsų autonominės sistemos („Studer“) su baterijomis, eksploatuojamas 4 metus. Tai TESVOLT TS48V baterija su Samsung SDI elementais. Talpa visada yra 100%, o tai rodo labai ilgą būsimą gyvenimo trukmę.

Veikiau džiuginantis po 4 metų darbo izoliuotoje svetainėje!

Priešingai, Pylontech akumuliatoriaus SOH, taip pat eksploatuojamas 4 metus. Matome, kad SOH yra daug mažesnis, o baterijos prarado 8% talpos. Taigi degradacija yra daug didesnė.

Apibendrinant, labai svarbu visapusiškai suprasti problemas, susijusias su techniniu saulės baterijos pasirinkimu. Tai turės įtakos saugumui, bet ir ilgalaikiam jūsų projekto pelningumui bei sklandžiam veikimui. Ne visos baterijos yra vienodos!