Zonnebatterij: oplossingen voor energieopslag

Waarom uzelf uitrusten met een zonnebatterij?

Er zijn een aantal redenen waarom u een zonnebatterij aan uw systeem zou willen toevoegen. Of het nu gaat om een ​​geïsoleerde locatie, een hybride of een commercieel en industrieel scenario, wij hebben een batterij die aan uw behoeften wordt aangepast, winstgevend en duurzaam, van 2 tot enkele honderden kWh.

Maximaliseer het gebruik van energie uit zonnepanelen  : Met batterijen kunt u zonne-energie opslaan voor gebruik 's avonds en 's nachts. Met de installatie van een zonnebatterij importeert u minder energie van EDF en bespaart u op uw elektriciteitsrekening. We kunnen het hier dus hebben over het optimaliseren van het eigen verbruik (hybride), gekoppeld aan uw zonnepanelen.

Maak HP/HC-arbitrage: Als u geen zonnebatterij heeft, kunnen de gebruikstijdtarieven uw elektriciteitsrekening aanzienlijk verhogen. Maar een batterij met een ‘voorraad’ energie (capaciteit) in KwH, en voldoende zonnepanelen, kunnen je van stroom voorzien tijdens deze piekperiodes waarin de elektriciteitsprijs hoger is.

Sommige batterijsystemen (bijv. SIGENERGIE) zijn in staat om dit soort intelligente arbitrage uit te voeren, om buiten de piekuren elektriciteit van het netwerk op te laden als dat zinvol is. Als het er bijvoorbeeld op lijkt dat er niet genoeg zon zal zijn om de batterijen de volgende dag op te laden via de panelen, door er een weersvoorspelling aan te koppelen.

Zelfvoorziening op zonne-energie dankzij batterijen (back-up): Al onze aangeboden reeksen batterijen kunnen geïsoleerd werken, dat wil zeggen zonder de aanwezigheid van EDF. Zo kunt u profiteren van een gedeeltelijke of volledige zogenaamde “nood” (=back-up) functie om uw kosten in huis veilig te stellen. Als er overdag een EDF-storing optreedt, kunt u via uw panelen blijven profiteren van zonne-energie.

Wat zijn de verschillende soorten zonnebatterijen?

De evolutie van zonnebatterijen: de achteruitgang van GEL- en loodbatterijen:

Zonnebatterijen hebben een aanzienlijke ontwikkeling doorgemaakt, gekenmerkt door het verval van oude technologieën zoals GEL- en loodbatterijen (merk Hoppecke, Victron, Enersys, enz.). Ooit populair waren GEL-batterijen, met hun elektrolyt in gelvorm, en AGM-batterijen (Absorbed Glass Mat), hoewel ze weinig onderhoud vergen en een relatief lange levensduur bieden, nu verouderd. Hun prestaties en levensduur, doorgaans tussen 800 en 900 cycli voor GEL en tot 10 jaar voor AGM, verbleken in vergelijking met de vooruitgang op het gebied van lithiumbatterijen. Op dezelfde manier vergen open loodbatterijen, ondanks hun economische kosten, aanzienlijk onderhoud en worden ze beperkt door hun niet-waterdichte ontwerp. Tegenwoordig worden ze nog steeds verkocht in zonnekits op instapniveau, waarbij AGM-batterijen, vanwege hun zeer lage prijs, goedkope installaties mogelijk maken, vooral voor campers.

De technische superioriteit van lithium-ion zonnebatterijen:

Lithium-ion zonnebatterijen hebben zich, dankzij hun compactheid en lange levensduur, snel gevestigd als de technologie bij uitstek voor de opslag van zonne-energie. Ze bieden een hogere energie-efficiëntie en een aanzienlijk langere levensduur dan GEL- en loodbatterijen, wat een keerpunt markeert in de opslag van zonne-energie. Lithiumbatterijen zijn uitgerust met een elektronisch intern beheersysteem, een BMS, dat het ontladen en opladen optimaliseert op basis van de spanningen van de gebruikte zonnepanelen en de gebruikte omvormer-lader. Capaciteiten variëren tussen de 2 en 10 kWh per element, afhankelijk van het batterijmerk. Het ontladingsvermogen kan bij sommige modellen oplopen tot 5000 W. De kwaliteit van het GBS zal ook invloed hebben op de levensduur van de lithiumbatterij, en op de ontladingscapaciteit en dus op de teruggeleverde energie.

Zogenaamde ‘alternatieve’ batterijtechnologieën: nikkel-ijzer, lithiumtitanaat en natriumion:

Tegelijkertijd zijn er ook andere opkomende technologieën, zoals nikkel-ijzer-, lithiumtitanaat- en natriumionbatterijen. Nikkel-ijzerbatterijen, bekend om hun robuustheid en lange levensduur, onderscheiden zich door hun vermogen om diepe laad- en ontlaadcycli te weerstaan ​​zonder noemenswaardige achteruitgang, terwijl ze indien nodig een snelle ontlading garanderen. Ze zijn ideaal voor off-grid zonnesystemen. Ze kunnen tot 8000 cycli leveren en hun elektrolyt kan worden vernieuwd. Ze kunnen zonder risico tot 0% worden afgevoerd. De prijs ligt rond de € 600,- per kWh.

Lithium Titanate zonnebatterijtechnologie biedt daarentegen extreem snel opladen en een langere levensduur, zelfs bij extreme weersomstandigheden. Hoewel duur, hebben lithiumtitanaat-zonnebatterijen de beste garantie op de markt (20 jaar voor Zenaji), of 10x die van een Hoppecke- of Victron AGM-loodbatterij! De prijs is daarentegen ongeveer 3x keer hoger dan die van een conventionele lithiumbatterij.

Ten slotte komen natriumionbatterijen naar voren als een veelbelovend alternatief, dat een meer betaalbare en ecologisch duurzame oplossing biedt. Hoewel ze zich nog in de ontwikkelingsfase bevinden, worden deze batterijen overwogen voor grootschalige toepassingen, vanwege hun lage productiekosten en de overvloed aan natrium. Hun energiecapaciteit is iets lager dan die van lithiumzonnebatterijen, vanwege een energiedichtheid van ongeveer 130 Wh/kg, vergeleken met 160 voor LiFePO-batterijen.

De transitie naar meer geavanceerde batterijtechnologieën, waaronder lithium-ion, nikkel-ijzer, lithiumtitanaat en natrium-ion, weerspiegelt de voortdurende vooruitgang op het gebied van de opslag van zonne-energie. Deze ontwikkeling belooft meer efficiëntie, betere duurzaamheid en een kleinere ecologische voetafdruk, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor een nieuw en duurzamer tijdperk van zonne-energie.

Waarom zijn lithiumzonnebatterijen superieur aan loodbatterijen (AGM, OPZ's)?

Het meest opvallende verschil tussen lithiumtechnologie (bijvoorbeeld LIFEPO) en AGM/GEL-accu's zoals Hoppecke of Enersys ligt in de laad-/ontlaadcapaciteit. De onderstaande grafiek geeft de capaciteit weer als een percentage van de nominale capaciteit versus de ontladingssnelheid (of snelheid) (in vermogen). Bij zeer hoge ontlaadsnelheden van de accu bedraagt ​​de capaciteit van een AGM/GEL-loodzuuraccu slechts 60% van de nominale capaciteit:

Daarom zal in zonnesystemen waar de accu zwaar belast is of regelmatig ontladingspieken heeft, een lithiumaccu met een lagere capaciteit een grotere BRUIKBARE capaciteit hebben dan een loodzuuraccu met een vergelijkbare capaciteit. Met andere woorden: bij een vergelijkbare capaciteit zal de lithiumbatterij zeker meer kosten, maar u kunt een lagere capaciteit gebruiken omdat het niet nodig is om hem te groot te maken om ontladingspieken op te vangen.

Het andere voordeel van LIFEPO-lithiumbatterijen, vergeleken met AGM/GEL-loodbatterijen, ligt in de cycluscapaciteit (levensduur). LIFEPO-technologie heeft ongeveer 10x meer cycluscapaciteit vergeleken met de beste OPZ-batterijen. Dit maakt de kosten van opgeslagen kWh veel lager dan die van lood, wat betekent dat de lithiumbatterij gedurende de levensduur van het zonnestelsel niet vervangen hoeft te worden:

Hoe werkt een zonnebatterij?

Een zonnebatterij kan worden voorgesteld als een soort elektrochemische ‘sandwich’ die wordt gebruikt om energie op te slaan. Aan de ene kant heb je de anode en aan de andere kant de kathode. Tussen de twee bevindt zich een ionisch geleidend grensvlak, de elektrolyt genoemd, en een separator.

Negatief geladen elektronen uit de batterij concentreren zich aan de anode. Terwijl tegenpolen elkaar aantrekken, willen ze naar de positief elektrisch geladen kathode in de batterij gaan. De elektrolyt fungeert als buffer en voorkomt dat elektronen de kortste weg vanaf de batterij volgen (wat een elektrische kortsluiting zou veroorzaken!).

Door de anode en kathode met behulp van een externe draad aan te sluiten, kunnen de elektronen in de batterij stromen. Deze stroom van elektronen noemen we elektriciteit.

Principediagram (bron: www.solarquotes.com)

Bij oplaadbare zonnebatterijen (technisch "secundaire" batterijen genoemd, in tegenstelling tot batterijen voor eenmalig gebruik), wordt een externe energiebron gebruikt om de stroom om te keren (bijvoorbeeld via zonnepanelen). Zo wordt energie opgeslagen (we spreken van kWh), voor later gebruik of opladen via het zonnepaneel.

Er zijn veel manieren om de kathode-, anode- en scheidingsplaten in een moderne lithium-ion-zonnebatterij te rangschikken.

Ze zijn meestal gebouwd als een rol in metalen cilinders die cellen worden genoemd. Een energieopslagsysteem voor thuis kan duizenden van deze cilindrische batterijcellen bevatten. We kunnen ook een rechthoekige constructie vinden, die prismatisch wordt genoemd. Tenslotte zijn er nog de ‘pouch-cell’-folderontwerpen die vooral bij Pylontech te vinden zijn:

Batterijkracht EN energie! niet te verwarren …

In onze gids over zonne-autonomie: we hebben het onderscheid uitgelegd dat moet worden gemaakt tussen vermogen en energiedichtheid (of capaciteit). Hier is het diagram van de badkuip, dat gemakkelijk te begrijpen is:

Als het om batterijen gaat, is een bruikbare analogie dat water door een pijp in een container stroomt, behalve dat het water elektriciteit zou zijn en het vermogen de stroomsnelheid zou zijn:

• Vermogen (kW), of “power” in het Engels, is de snelheid waarmee water door de buis stroomt, in of uit de container.
• Energie (kWh), of capaciteit, is de hoeveelheid water die de container kan bevatten.

De meeste lithium-ion-zonnebatterijen hebben een maximaal continu vermogen tussen 3 en 5 kW. Een Pylontech US5000 heeft bijvoorbeeld een vermogen van 2.4 kW continu en maximaal 5 kW piek. Als ik ooit 10 kW vermogen uit mijn accusysteem wil halen, zal ik een tweede accu moeten toevoegen.

Nikkel-ijzer, NIFE, lithium-LFP, NMC, natrium? Wat te kiezen?

Toen we het een paar jaar geleden hadden over batterijopslag, was het een veilige gok dat u zich in een situatie van het type geïsoleerde locatie (off-grid) bevond. En niet voor niets was de prijs van vooral lithium-ionbatterijen 4 tot 6 keer hoger dan vandaag:

De dominante technologie zo'n tien jaar geleden was nog steeds loodzuur (met name OPZ's van het merk Victron, Hoppecke). Er waren ook AGM- of GEL-batterijen, altijd in loodtechnologie. Loodzuurtechnologie had nadelen (omslachtig formaat, beperkte levensduur, gasuitstoot, intolerantie voor deep cycling, etc.) en vereiste regelmatig onderhoud, wat complex was. Bovendien was het, ondanks hun op het eerste gezicht vrij lage prijs, noodzakelijk om rekening te houden met de lage beschikbare capaciteit omdat de maximale ontlading beperkt was tot 30%, om een ​​correcte levensduur te behouden!

De prijs van lithiumbatterijen is daarom drastisch gedaald tot 139 dollar per kWh (Bloomberg-artikel.) 

De twee belangrijkste lithiumtechnologieën zijn nikkel-mangaan-kobalt (NMC) en lithium-ijzerfosfaat (LifePO). De TESVOLT HV maakt bijvoorbeeld gebruik van NMC Samsung SDI-cellen, terwijl batterijen voor huishoudelijk gebruik zoals Pylontech of BYD uitsluitend LifePO gebruiken.

Opgemerkt zal worden dat elke batterij zijn eigen specifieke kenmerken heeft, maar dat de LifePo de overhand heeft wat betreft het aantal cycli, thermische stabiliteit en levensduur.

LiFePO-accu: onverslaanbare prijs-kwaliteitverhouding:

Zonnebatterijen op basis van LFP-chemie zijn vrij van kobalt en strategische metalen en zijn daarom deugdzamer vanuit ecologisch en C2G-oogpunt (“cradle to gate = levenscyclus van de batterij vanaf de winning tot de recycling ervan).

Nikkel-ijzerbatterij: prioriteit voor duurzaamheid:

Er bestaan ​​ook andere technologieën, zoals Nikkel-ijzer batterij die we sinds 2018 verkopen en die robuustheid en onvergelijkbare winterhardheid combineert voor ‘niche’-toepassingen (vooral geïsoleerde locaties). Dit zijn hele bijzondere batterijen die weliswaar omvangrijk zijn en onderhoud vergen, maar die een vrijwel onbeperkte levensduur hebben. Ze vereisen ook geen GBS, wat een voordeel is voor degenen die “low tech” ontwerpen waarderen.

Het bestaat ook lithiumtitanaat (LTO) batterijen, die wij al 3 jaar aanbieden via het Australische merk Zenaji. Een hoogwaardige technologie, met ongelooflijke cyclusmogelijkheden (20000 cycli), maar tegen een onbetaalbare prijs.

Natrium-ion-batterijen eindelijk, beginnen op de markt te komen. We gaan het in 2024 aanbieden, met name via ons partnerschap met BIWATT en hun volledig geïntegreerde oplossing. Deze laatste hebben unieke voordelen in termen van tolerantie voor extreme temperaturen en de afwezigheid van het gebruik van metalen met een hoge kriticiteit (= in beperkte hoeveelheid). Hun prijs is momenteel echter vergelijkbaar of zelfs iets hoger dan die van LIFEPO-zonnebatterijen, en we moeten een perspectief hebben op het gebruik om er zeker van te zijn dat hun levensduur interessant is in vergelijking met technisch volwassen batterijen.

Controleer zorgvuldig de garantievoorwaarden voor de batterij!

Het lezen van batterijgarantiecontracten kan vervelend zijn. Hier zijn de essentiële punten die u moet weten over elk energieopslagsysteem dat u overweegt aan te schaffen.

Batterijdegradatie (“EOL”), een primair criterium voor het evalueren van het aantal beschikbare cycli! 

Wat is de capaciteit van de zonnebatterij aan het einde van de garantieperiode? 70% na 10 jaar is een typische waarde. Dit is de beroemde “EOL”. Fabrikanten bieden grafieken aan die het aantal cycli bepalen dat de batterij kan bereiken voordat de restcapaciteit de beroemde “EOL”-drempel (= einde levensduur) overschrijdt. Bij de TESVOLT zonnebatterij zien we bijvoorbeeld dat de batterijen gegarandeerd 6500 cycli meegaan bij 100% ontlading, gedurende 10 jaar. Met andere woorden: je kunt ze 6500 keer op 100% laten draaien gedurende 10 jaar en je mag aan het einde van deze cycli niet onder de 70% restcapaciteit komen!

Een andere manier om het te interpreteren zou zijn door te zeggen dat bij standaardgebruik een residentiële batterij wordt ongeveer 280 keer per jaar gebruikt in “volledige cyclus”-equivalent (= 100% DOD). Dit wordt verklaard door seizoensinvloeden (in feite zal de batterij in de zomer minder worden gebruikt dan in de winter!) Een TESVOLT-garantie van 6500 cycli stelt u dus feitelijk in staat om 6500/280 = Ongeveer 23 jaar in bedrijf voordat grote degradatie plaatsvond.

De gezondheid van uw zonnebatterij, de SOH!

Het andere belangrijke concept om te onthouden is dat de SOH, wat ‘gezondheidstoestand’ van de batterij betekent, de resterende capaciteit aangeeft. Een SOH van 98% geeft aan dat de EOL dat is

Het is ook belangrijk om in gedachten te houden dat de productiekwaliteit van een lithiumcel invloed heeft op de levensduur ervan, d.w.z. de levensduur exclusief slijtage (ongeacht of deze wordt gebruikt of niet). Op TESVOLT is de geëxtrapoleerde degradatie bijvoorbeeld zeer laag, ongeveer 70% na 16 jaar intensief gebruik bij 100% DOD. Dit wordt bevestigd door onze praktijkervaring, aangezien een van onze installaties op een geïsoleerde locatie gedurende 4 jaar met een TESVOLT nog steeds een intacte SOH (“state of health”) vertoont!

Daar tegenover staat de vervanging van de SOH op een van onze autonome systemen (Studer) met batterijen, 4 jaar in gebruik. Dit is een TESVOLT TS48V accu met Samsung SDI cellen. De capaciteit is altijd 100% wat duidt op een zeer lange levensduur.

Nogal bemoedigend na 4 jaar dienst op een afgelegen locatie!

Hiernaast de SOH van een Pylontech-batterij, ook al 4 jaar in gebruik. We zien dat de SOH veel lager is, en dat de batterijen 8% aan capaciteit hebben verloren. De degradatie is dus veel groter.

Concluderend is het van cruciaal belang om de problemen die verband houden met de technische keuze die u maakt voor uw zonnebatterij volledig te begrijpen. Dit heeft impact op de veiligheid, maar ook op de winstgevendheid en het goede verloop van uw project op de lange termijn. Niet alle batterijen zijn gelijk!