Solbatteri: Energilagringsløsninger

Hvorfor utstyre deg med et solcellebatteri?

Det er flere grunner til at du ønsker å legge til et solcellebatteri til systemet ditt. Enten i et isolert sted, hybrid eller kommersielt og industrielt scenario, har vi et batteri som vil være tilpasset dine behov, lønnsomt og holdbart, fra 2 til flere hundre kWh.

Maksimer bruken av energi fra solcellepaneler  : Batterier lar deg lagre solenergi for bruk om kvelden og natten. Med installasjon av et solcellebatteri vil du importere mindre energi fra EDF, og du vil spare på strømregningen. Vi kan derfor her snakke om å optimalisere eget forbruk (hybrid), kombinert med dine solcellepaneler.

Gjør HP/HC arbitrage: Hvis du ikke har et solcellebatteri, kan brukstidspriser øke strømregningene dine betydelig. Men et batteri med et "lager" av energi (kapasitet) i KwH, og nok solcellepaneler kan gi strøm til deg i disse høye periodene når prisen på strøm er høyere.

Noen batterisystemer (f.eks. SIGENERGI) er i stand til å lage denne typen intelligent arbitrage, for å lade opp med strøm fra nettverket utenom rushtiden når det er fornuftig. For eksempel hvis det ser ut til at det ikke vil være nok sol til å lade opp batteriene neste dag via panelene, ved å koble en værmelding.

Solenergi selvforsyning takket være batterier (backup): Alle våre utvalg av batterier som tilbys er i stand til å fungere isolert, det vil si uten tilstedeværelse av EDF. Dermed kan du dra nytte av en delvis eller total såkalt "nød" (= backup) funksjon for å sikre dine ladninger i hjemmet. I løpet av dagen, hvis et EDF-brudd oppstår, kan du fortsette å dra nytte av solenergi, via panelene dine.

Hva er de forskjellige typene solcellebatterier?

Utviklingen av solcellebatterier: nedgangen av GEL- og blybatterier:

Solbatterier har gjennomgått en betydelig utvikling, preget av nedgangen av gamle teknologier som GEL og blybatterier (merke Hoppecke, Victron, Enersys, etc.). En gang populære, GEL-batterier, med deres elektrolytt i gelform, og AGM (Absorbed Glass Mat) batterier, selv om de krever lite vedlikehold og tilbyr en relativt lang levetid, er nå utdaterte. Deres ytelse og levetid, vanligvis mellom 800 og 900 sykluser for GEL og opptil 10 år for AGM, blekner sammenlignet med fremskritt innen litiumbatterier. På samme måte krever åpne blybatterier, til tross for deres økonomiske kostnader, betydelig vedlikehold og begrenses av deres ikke-vanntette design. I dag selges de fortsatt i solcellesett på inngangsnivå, hvor AGM-batterier, på grunn av sin svært lave pris, gjør det mulig å ha lavkostinstallasjoner, spesielt for bobiler.

Den tekniske overlegenheten til litium-ion solcellebatterier:

Lithium-ion solcellebatterier har, takket være deres kompakthet og lange levetid, raskt etablert seg som den foretrukne teknologien for lagring av solenergi. De tilbyr høyere energieffektivitet og betydelig lengre levetid enn GEL- og blybatterier, og markerer et vendepunkt i lagring av solenergi. Litiumbatterier er utstyrt med et elektronisk internt styringssystem, et BMS, som vil optimere utlading og lading i henhold til spenningene til solcellepanelene og inverter-laderen som brukes. Kapasitetene varierer mellom 2 til 10 kWh per element, avhengig av batterimerkene. Utladningseffekten kan være opptil 5000W for noen modeller. Kvaliteten på BMS vil også påvirke levetiden til litiumbatteriet, og dets utladningskapasitet og dermed energien som returneres.

Såkalte "alternative" batteriteknologier: nikkeljern, litiumtitanat og natriumion:

Samtidig, andre nye teknologier, som nikkel-jern, litium titanat, og natrium-ion batterier. Nikkel-jern-batterier, kjent for sin robusthet og lang levetid, utmerker seg ved deres evne til å tåle dyplading og utladingssykluser uten vesentlig forringelse, samtidig som de sikrer rask utlading om nødvendig. De er ideelle for off-grid solcellesystemer. De kan levere opptil 8000 sykluser, og elektrolytten deres kan fornyes. De kan slippes ut til 0 % uten risiko. Prisen er rundt €600 per kWh.

Lithium Titanate solcellebatteriteknologi tilbyr derimot ekstremt rask lading og forlenget levetid, selv under ekstreme værforhold. Selv om de er dyre, har litiumtitanat solcellebatterier den beste garantien på markedet (20 år for Zenaji), eller 10 ganger så stor som et Hoppecke eller Victron AGM blybatteri! Prisen er på den annen side omtrent 3 ganger høyere enn et konvensjonelt litiumbatteri.

Til slutt dukker natriumion-batterier opp som et lovende alternativ, og tilbyr en rimeligere og miljømessig bærekraftig løsning. Selv om de fortsatt er i utviklingsfasen, vurderes disse batteriene for bruk i stor skala, på grunn av deres lave produksjonskostnader og overflod av natrium. Energikapasiteten deres er litt lavere enn litium-solbatterier, på grunn av en energitetthet på rundt 130 Wh/Kg, sammenlignet med 160 for LiFePO-batterier.

Overgangen til mer avanserte batteriteknologier, inkludert litiumion, nikkeljern, litiumtitanat og natriumion, gjenspeiler fortsatt fremskritt innen lagring av solenergi. Denne utviklingen lover økt effektivitet, bedre bærekraft og redusert økologisk fotavtrykk, og baner vei for en ny og mer bærekraftig æra av solenergi.

Hvorfor er litium-solcellebatterier bedre enn blybatterier (AGM, OPZ)?

Den mest bemerkelsesverdige forskjellen mellom litiumteknologi (for eksempel LIFEPO) og AGM/GEL-batterier som Hoppecke eller Enersys ligger i lade-/utladingskapasiteten. Diagrammet nedenfor viser kapasitet som en prosentandel av nominell kapasitet versus utladningshastighet (eller hastighet) (i kraft). Med svært høye batteriutladningshastigheter er kapasiteten til et AGM/GEL blysyrebatteri bare 60 % av dets nominelle kapasitet:

Derfor, i solcelleanlegg hvor batteriet er tungt belastet eller regelmessig med utladningstopper, vil et litiumbatteri med lavere kapasitet ha en større BRUKbar kapasitet enn et blybatteri med tilsvarende kapasitet. Med andre ord, med tilsvarende kapasitet vil litiumbatteriet sikkert koste mer, men du vil kunne bruke en lavere kapasitet siden det ikke er nødvendig å overdimensjonere det for å absorbere utladningstopper.

Den andre fordelen med LIFEPO litiumbatterier, sammenlignet med AGM/GEL blybatterier, ligger i sykluskapasiteten (levetiden). LIFEPO-teknologien har omtrent 10 ganger større sykluskapasitet sammenlignet med de beste OPZ-batteriene. Dette gjør kostnadene for lagret kWh mye lavere enn bly, noe som betyr at litiumbatteriet ikke trenger å skiftes ut i løpet av solsystemets levetid:

Hvordan fungerer et solcellebatteri?

Et solbatteri kan tenkes som en slags elektrokjemisk "sandwich" som brukes til å lagre energi. På den ene siden har du anoden, og på den andre siden har du katoden. Mellom de to er det et ionisk ledende grensesnitt, kalt elektrolytten, og en separator.

Negativt ladede elektroner fra batteriet konsentrerer seg ved anoden. Ettersom motsetninger tiltrekker seg, ønsker de å gå mot den positivt elektrisk ladede katoden i batteriet. Elektrolytten fungerer som en buffer, og hindrer elektroner i å ta den korteste veien fra batteriet (noe som vil forårsake en elektrisk kortslutning!).

Ved å koble anoden og katoden ved hjelp av en ekstern ledning kan elektronene i batteriet strømme. Denne strømmen av elektroner er det vi kaller elektrisitet.

Prinsippdiagram (kilde: www.solarquotes.com)

I oppladbare solcellebatterier (teknisk kalt "sekundære" batterier, i motsetning til engangsbatterier), brukes en ekstern energikilde for å snu strømstrømmen (via solcellepaneler for eksempel). Energi lagres altså (vi snakker om kWh), for senere bruk, eller opplading via solcellepanelet.

Det er mange måter å ordne katode-, anode- og skillearkene i et moderne litium-ion solcellebatteri.

De er vanligvis bygget som en rulle inne i metallsylindere kalt celler. Et energilagringssystem i hjemmet kan ha tusenvis av disse sylindriske battericellene. Vi kan også finne en rektangulær type konstruksjon, som kalles prismatisk. Til slutt er det brosjyredesignene for "poseceller" som finnes spesielt hos Pylontech:

Batterikraft OG energi! ikke å forveksle...

I vår guide til solar autonomi, vi forklarte skillet som skal gjøres mellom kraft og energitetthet (eller kapasitet). Her er diagrammet over badekaret som er lett å forstå:

Når det gjelder batterier, er en nyttig analogi vann som strømmer gjennom et rør inn i en beholder, bortsett fra at vannet er elektrisitet, og kraften vil være strømningshastigheten:

• Power (kW), eller "power" på engelsk, er hastigheten som vannet strømmer gjennom røret med, inn eller ut av beholderen.
• Energi (kWh), eller kapasitet, er mengden vann beholderen kan holde.

De fleste litium-ion solcellebatterier har en maksimal kontinuerlig ytelse mellom 3 og 5 kW. En Pylontech US5000 har for eksempel en effekt på 2.4 kW kontinuerlig, og opptil 5KW topp. Hvis jeg noen gang ønsker å få 10 kW strøm fra batterisystemet mitt, må jeg legge til et ekstra batteri.

Nikkeljern, NIFE, Litium LFP, NMC, Natrium? Hva skal man velge?

For noen år siden, da vi snakket om batterilagring, var det sikkert at du var i en isolert situasjon (utenfor nettet). Og med god grunn var prisen på litium-ion-batterier spesielt 4 til 6 ganger høyere enn i dag:

Den dominerende teknologien for rundt ti år siden var fortsatt blysyre (spesielt OPZ-er fra merket Victron, Hoppecke). Det fantes også AGM- eller GEL-batterier, alltid i blyteknologi. Blysyreteknologi hadde ulemper (tung størrelse, begrenset levetid, gassutslipp, intoleranse for dyp sykling osv.) og krevde regelmessig vedlikehold, noe som var komplekst. I tillegg, til tross for deres ganske lave pris ved første øyekast, var det nødvendig å ta hensyn til den lave tilgjengelige kapasiteten fordi maksimal utslipp var begrenset til 30 %, for å opprettholde en korrekt levetid!

Prisen på litiumbatterier har derfor gått drastisk ned og nådd 139 USD per kWh (Bloomberg-artikkel.) 

De to viktigste litiumteknologiene er nikkel-mangan-kobolt (NMC) og litium-jern-fosfat (LifePO). TESVOLT HV bruker for eksempel NMC Samsung SDI-celler, mens batterier for boligbruk som Pylontech eller BYD utelukkende bruker LifePO.

Det skal bemerkes at hvert batteri har sine egne spesifikasjoner, men at LifePo råder i antall sykluser, termisk stabilitet og levetid.

LiFePO-batteri: uslåelig verdi for pengene:

Solcellebatterier basert på LFP-kjemi er fri for kobolt og strategiske metaller, og er derfor mer dydige fra et økologisk og C2G-synspunkt («vugge til port = livssyklusen til batteriet fra utvinning til resirkulering).

Nikkel-jern batteri: prioritet til holdbarhet:

Andre teknologier finnes, som f.eks Nikkel-jern batteri som vi har solgt siden 2018, som kombinerer robusthet og enestående hardhet for "nisje"-applikasjoner (spesielt isolerte nettsteder). Dette er helt spesielle batterier som sikkert er klumpete og krever vedlikehold, men som har nesten ubegrenset levetid. De krever heller ikke BMS, noe som er en fordel for de som setter pris på "lavteknologiske" design.

Den eksisterer også litium titanat (LTO) batterier, som vi har tilbudt via det australske merket Zenaji i 3 år nå. En høyytelsesteknologi, med utrolig sykling (20000 XNUMX sykluser), men til en uoverkommelig pris.

Natrium-ion-batterier endelig begynner å komme på markedet. Vi kommer til å tilby det i 2024, spesielt gjennom vårt partnerskap med BIWATT og deres fullt integrerte løsning. Sistnevnte har unike fordeler når det gjelder toleranse for ekstreme temperaturer, og fravær av bruk av høykritiske metaller (= i begrensede mengder). Imidlertid er prisen deres for øyeblikket lik eller til og med litt høyere enn for LIFEPO solcellebatterier, og vi må ha perspektiv på bruken for å være sikre på at levetiden deres er interessant sammenlignet med teknisk modne batterier.

Kontroller batterigarantien nøye!

Å lese batterigarantikontrakter kan være kjedelig. Her er de essensielle punktene å forstå om ethvert energilagringssystem du vurderer å kjøpe.

Batteriforringelse ("EOL"), et primært kriterium for å evaluere antall sykluser tilgjengelig! 

Hva er kapasiteten til solcellebatteriet ved slutten av garantien? 70 % etter 10 år er en typisk verdi. Dette er den berømte "EOL". Produsenter leverer diagrammer som bestemmer antall sykluser som kan oppnås av batteriet før gjenværende kapasitet krysser den berømte "EOL"-terskelen (= slutten av levetiden). For eksempel, med TESVOLT solcellebatteri ser vi at batteriene er garantert 6500 sykluser ved 100 % utlading, i 10 år. Med andre ord, du kan sykle dem 6500 ganger på 100 % i 10 år, og du bør ikke gå under 70 % restkapasitet på slutten av disse syklusene!

En annen måte å tolke det på er å si at ved standard bruk, et boligbatteri sykles omtrent 280 per år i "full syklus"-ekvivalent (= 100 % DOD). Dette forklares av sesongvariasjoner (faktisk, om sommeren vil batteriet bli mindre brukt enn om vinteren!) Dermed vil en TESVOLT garantert 6500 sykluser faktisk tillate deg å trekke ut 6500/280 = Omtrent 23 års drift før store degraderinger.

Helsen til ditt solcellebatteri, SOH!

Det andre viktige konseptet å huske på er at SOH, som betyr "helsetilstand" til batteriet, indikerer dets gjenværende kapasitet. En SOH på 98 % indikerer at EOL er det

Du må også huske på at produksjonskvaliteten til en litiumcelle vil påvirke dens kalenderlevetid, dvs. dens levetid eksklusive slitasje (enten den brukes eller ikke). På TESVOLT for eksempel er den ekstrapolerte nedbrytningen svært lav, rundt 70 % etter 16 års intensiv bruk ved 100 % DOD. Dette bekreftes av vår felterfaring siden en av våre installasjoner på et isolert sted i 4 år med en TESVOLT fortsatt viser en intakt SOH ("helsetilstand")!

Motsatt, utskifting av SOH på en av våre autonome systemer (Studer) med batterier, i bruk i 4 år. Dette er et TESVOLT TS48V-batteri med Samsung SDI-celler. Kapasiteten er alltid 100%, som indikerer en svært lang levetid som kommer.

Snarere oppmuntrende etter 4 års tjeneste på et isolert sted!

På motsatt side, SOH-en til et Pylontech-batteri, også i bruk i 4 år. Vi ser at SOH er mye lavere, og at batteriene har mistet 8 % av kapasiteten. Nedbrytningen er derfor mye større.

Avslutningsvis er det avgjørende å fullt ut forstå problemstillingene knyttet til det tekniske valget du tar for ditt solcellebatteri. Dette vil ha en innvirkning på sikkerheten, men også på lønnsomheten og smidig drift av prosjektet ditt på lang sikt. Ikke alle batterier er like!