Baterie solară: soluții de stocare a energiei

De ce să vă echipați cu o baterie solară?

Există o serie de motive pentru care ați dori să adăugați o baterie solară la sistemul dumneavoastră. Indiferent dacă este într-un loc izolat, hibrid, sau scenariu comercial și industrial, avem o baterie care va fi adaptată nevoilor dumneavoastră, profitabilă și durabilă, de la 2 la câteva sute de kWh.

Maximizați utilizarea energiei din panourile solare  : Bateriile vă permit să stocați energia solară pentru utilizare seara și noaptea. Odată cu instalarea unei baterii solare, vei importa mai puțină energie de la EDF și vei economisi la facturile de electricitate. Prin urmare, putem vorbi aici despre optimizarea autoconsumului (hibrid), cuplat cu panourile dumneavoastră solare.

Faceți arbitraj HP/HC: Dacă nu aveți o baterie solară, tarifele pentru timpul de utilizare ar putea crește semnificativ facturile de energie electrică. Dar o baterie cu un „stoc” de energie (capacitate) în KwH și suficiente panouri solare te pot alimenta în aceste perioade de vârf când prețul energiei electrice este mai mare.

Unele sisteme de baterii (de ex. SIGENERGIE) sunt capabili să facă acest tip de arbitraj inteligent, să se reîncarce cu energie electrică din rețea în afara orelor de vârf, când are sens. De exemplu, dacă se pare că nu va fi suficient soare pentru a reîncărca bateriile a doua zi prin intermediul panourilor, prin cuplarea unei prognoze meteo.

Autosuficiență solară datorită bateriilor (de rezervă): Toate gamele noastre de baterii oferite sunt capabile să funcționeze izolat, adică fără prezența EDF. Astfel, puteți beneficia de o așa-numită funcție de „urgență” (= backup) parțială sau totală pentru a vă asigura taxele în casă. În timpul zilei, dacă apare o întrerupere a EDF, puteți continua să beneficiați de energie solară, prin intermediul panourilor dumneavoastră.

Care sunt diferitele tipuri de baterii solare?

Evoluția bateriilor solare: declinul bateriilor GEL și plumb:

Bateriile solare au cunoscut o dezvoltare semnificativă, marcată de declinul tehnologiilor vechi precum bateriile cu GEL și plumb (marca Hoppecke, Victron, Enersys etc.). Odinioară populare, bateriile GEL, cu electrolitul lor sub formă de gel, și bateriile AGM (Absorbed Glass Mat), deși necesită puțină întreținere și oferă o durată de viață relativ lungă, sunt acum depășite. Performanța și durata de viață a acestora, în general între 800 și 900 de cicluri pentru GEL și până la 10 ani pentru AGM, palid în comparație cu progresele în bateriile cu litiu. De asemenea, bateriile deschise cu plumb, în ​​ciuda costului lor economic, necesită întreținere semnificativă și sunt limitate de designul lor neetanș. Astăzi, ele sunt încă vândute în kituri solare entry-level, unde bateriile AGM, datorită prețului lor foarte mic, fac posibilă instalații cu costuri reduse, în special pentru autocaravanele.

Superioritatea tehnică a bateriilor solare cu litiu-ion:

Bateriile solare cu litiu-ion, datorită compactității și duratei de viață lungi, s-au impus rapid ca tehnologia de alegere pentru stocarea energiei solare. Ele oferă o eficiență energetică mai mare și o durată de viață semnificativ mai lungă decât bateriile cu GEL și plumb, marcând un punct de cotitură în stocarea energiei solare. Bateriile cu litiu sunt echipate cu un sistem electronic de management intern, un BMS, care va optimiza descărcarea și încărcarea în funcție de tensiunile panourilor solare și a invertorului-încărcător utilizat. Capacitățile variază între 2 și 10 kWh per element, în funcție de mărcile de baterii. Puterea de descărcare poate fi de până la 5000W pentru unele modele. Calitatea BMS va influența, de asemenea, durata de viață a bateriei cu litiu și capacitatea sa de descărcare și, prin urmare, energia returnată.

Așa-numitele tehnologii „alternative” ale bateriilor: nichel-fier, titanat de litiu și ioni de sodiu:

În același timp, alte tehnologii emergente, cum ar fi bateriile nichel-fier, titanat de litiu și baterii cu ioni de sodiu. Bateriile Nichel-Fier, cunoscute pentru robustețea și longevitatea lor, se disting prin capacitatea lor de a rezista la cicluri profunde de încărcare și descărcare fără degradare semnificativă, asigurând în același timp descărcarea rapidă dacă este necesar. Sunt ideale pentru sistemele solare off-grid. Pot furniza până la 8000 de cicluri, iar electrolitul lor poate fi reînnoit. Pot fi descărcate la 0% fără riscuri. Prețul este de aproximativ 600 de euro pe kWh.

Tehnologia bateriei solare cu titanat de litiu, pe de altă parte, oferă o încărcare extrem de rapidă și o durată de viață extinsă, chiar și în condiții meteorologice extreme. Deși sunt scumpe, bateriile solare cu titanat de litiu au cea mai bună garanție de pe piață (20 de ani pentru Zenaji), sau de 10 ori mai mult decât bateriile cu plumb Hoppecke sau Victron AGM! Prețul, pe de altă parte, este de aproximativ 3 ori mai mare decât o baterie convențională cu litiu.

În cele din urmă, bateriile cu ioni de sodiu apar ca o alternativă promițătoare, oferind o soluție mai accesibilă și mai durabilă din punct de vedere ecologic. Deși încă în faza de dezvoltare, aceste baterii sunt luate în considerare pentru aplicații pe scară largă, datorită costului lor scăzut de producție și abundenței de sodiu. Capacitatea lor energetică este puțin mai mică decât bateriile solare cu litiu, datorită unei densități de energie de aproximativ 130 Wh/Kg, față de 160 pentru bateriile LiFePO.

Tranziția către tehnologii de baterii mai avansate, inclusiv litiu-ion, nichel-fier, titanat de litiu și sodiu-ion, reflectă progresele continue în stocarea energiei solare. Această dezvoltare promite o eficiență sporită, o durabilitate mai bună și o amprentă ecologică redusă, deschizând calea către o nouă eră mai durabilă a energiei solare.

De ce bateriile solare cu litiu sunt superioare bateriilor cu plumb (AGM, OPZ)?

Cea mai notabilă diferență între tehnologia cu litiu (LIFEPO de exemplu) și bateriile AGM/GEL precum Hoppecke sau Enersys constă în capacitatea de încărcare/descărcare. Graficul de mai jos prezintă capacitatea ca procent din capacitatea nominală față de rata de descărcare (sau viteza) (în putere). Cu rate foarte mari de descărcare a bateriei, capacitatea unei baterii plumb-acid AGM/GEL este de doar 60% din capacitatea sa nominală:

Prin urmare, în sistemele solare în care bateria este încărcată puternic sau în mod regulat cu vârfuri de descărcare, o baterie cu litiu cu o capacitate mai mică va avea o capacitate UTILIZĂ mai mare decât o baterie plumb-acid cu o capacitate similară. Cu alte cuvinte, cu o capacitate similară, bateria cu litiu va costa cu siguranță mai mult, dar veți putea folosi o capacitate mai mică deoarece nu este necesar să o supradimensionați pentru a absorbi vârfurile de descărcare.

Celălalt avantaj al bateriilor cu litiu LIFEPO, în comparație cu bateriile cu plumb AGM/GEL, constă în capacitatea de ciclu (durata de viață). Tehnologia LIFEPO are o capacitate de ciclu de aproximativ 10 ori mai mare în comparație cu cele mai bune baterii OPZ. Acest lucru face ca costul kWh stocat să fie mult mai mic decât plumbul, ceea ce înseamnă că bateria cu litiu nu va trebui înlocuită pe toată durata de viață a sistemului solar:

Cum funcționează o baterie solară?

O baterie solară poate fi imaginată ca un fel de „sandwich” electrochimic folosit pentru a stoca energie. Pe o parte ai anodul, iar pe cealalta ai catodul. Între cele două, există o interfață conductivă ionică, numită electrolit, și un separator.

Electronii încărcați negativ din baterie se concentrează la anod. Pe măsură ce contrariile se atrag, vor să meargă către catodul încărcat electric pozitiv din baterie. Electrolitul acționează ca un tampon, împiedicând electronii să ia calea cea mai scurtă de la baterie (ceea ce ar provoca un scurtcircuit electric!).

Conectarea anodului și catodului folosind un fir extern permite electronilor din baterie să curgă. Acest flux de electroni este ceea ce numim electricitate.

Diagrama de principiu (sursa: www.solarquotes.com)

În bateriile solare reîncărcabile (numite din punct de vedere tehnic bateriile „secundare”, spre deosebire de bateriile de unică folosință), o sursă de energie externă este utilizată pentru a inversa fluxul de curent (prin panouri solare de exemplu) . Energia este astfel stocată (vorbim de kWh), pentru utilizare ulterioară, sau reîncărcare prin intermediul panoului solar.

Există multe moduri de a aranja catodul, anodul și foile de separare într-o baterie solară modernă cu litiu-ion.

Ele sunt de obicei construite ca o rolă în interiorul unor cilindri metalici numiti celule. Un sistem de stocare a energiei de acasă poate avea mii de aceste celule cilindrice de baterie. Putem găsi și o construcție de tip dreptunghiular, care se numește prismatică. În cele din urmă, există modelele de pliante „poch-cell” găsite la Pylontech în special:

Putere baterie ȘI energie! a nu fi confundat…

În ghidul nostru pentru autonomia solară, am explicat distincția care trebuie făcută între putere și densitatea de energie (sau capacitate). Iată schema căzii de baie care este ușor de înțeles:

Când vine vorba de baterii, o analogie utilă este apa care curge printr-o țeavă într-un recipient, cu excepția faptului că apa ar fi electricitate, iar puterea ar fi debitul:

• Putere (kW) sau „putere” în engleză, este viteza cu care apa curge prin conductă, în sau în afara containerului.
• Energia (kWh), sau capacitatea, este cantitatea de apă pe care o poate conține recipientul.

Majoritatea bateriilor solare cu litiu-ion au o putere maximă continuă între 3 și 5 kW. Un Pylontech US5000, de exemplu, are o putere de 2.4 kW continuu și până la 5KW de vârf. Dacă vreau vreodată să obțin 10 kW de putere de la sistemul meu de baterii, va trebui să adaug oa doua baterie.

Nichel-Fier, NIFE, Litiu LFP, NMC, Sodiu? Ce sa aleg?

Acum câțiva ani, când vorbeam despre stocarea bateriei, era sigur că te afli într-o situație de tip site izolat (off-grid). Și din motive întemeiate, prețul bateriilor litiu-ion în special a fost de 4 până la 6 ori mai mare decât în ​​prezent:

Tehnologia dominantă în urmă cu aproximativ zece ani era încă plumb-acid (OPZ-uri în special de la marca Victron, Hoppecke). Au existat și baterii AGM sau GEL, mereu în tehnologie cu plumb. Tehnologia plumb-acid avea dezavantaje (dimensiune greoaie, durata de viață limitată, eliberare de gaze, intoleranță la cicluri profunde etc.) și necesita întreținere regulată, care era complexă. În plus, în ciuda prețului lor destul de mic la prima vedere, a fost necesar să se țină cont de capacitatea redusă disponibilă deoarece descărcarea maximă a fost limitată la 30%, pentru a menține o durată de viață corectă!

Prin urmare, prețul bateriilor cu litiu a scăzut drastic, ajungând la 139 USD per kWh (articol Bloomberg.) 

Cele două tehnologii principale cu litiu sunt nichel-mangan-cobalt (NMC) și litiu-fier-fosfat (LifePO). TESVOLT HV de exemplu foloseste celule NMC Samsung SDI, in timp ce bateriile pentru uz rezidential precum Pylontech sau BYD folosesc exclusiv LifePO.

Se va remarca faptul că fiecare baterie are propriile sale specificități, dar că LifePo predomină în ceea ce privește numărul de cicluri, stabilitatea termică și durata de viață.

Baterie LiFePO: raport calitate-preț imbatabil:

Bateriile solare bazate pe chimia LFP nu conțin cobalt și metale strategice și, prin urmare, sunt mai virtuoase din punct de vedere ecologic și C2G („cradle to gate = ciclul de viață al bateriei de la extracția sa până la reciclarea acesteia).

Baterie nichel-fier: prioritate durabilitate:

Există și alte tehnologii, cum ar fi Baterie nichel-fier pe care o vindem din 2018, care combină robustețea și rezistența incomparabilă pentru aplicații „de nișă” (în special site-uri izolate). Acestea sunt baterii foarte speciale care sunt cu siguranță voluminoase și necesită întreținere, dar care au o durată de viață aproape nelimitată. De asemenea, nu necesită un BMS, ceea ce este un avantaj pentru cei care apreciază design-urile „low tech”.

De asemenea, există baterii cu titanat de litiu (LTO), pe care îl oferim prin intermediul mărcii australiane Zenaji de 3 ani. O tehnologie performanta, cu ciclism incredibil (20000 de cicluri) dar la un pret prohibitiv.

Baterii sodiu-ion în sfârșit, încep să apară pe piață. Îl vom oferi în 2024, în special prin parteneriatul nostru cu BIWATT și soluția lor complet integrată. Acestea din urmă au avantaje unice în ceea ce privește toleranța la temperaturi extreme și absența utilizării metalelor cu criticitate ridicată (= în cantitate limitată). Cu toate acestea, prețul lor este în prezent similar sau chiar puțin mai mare decât cel al bateriilor solare LIFEPO și trebuie să avem perspectivă asupra utilizării pentru a fi siguri că durata de viață a acestora este interesantă în comparație cu bateriile mature din punct de vedere tehnic.

Verificați cu atenție condițiile de garanție a bateriei!

Citirea contractelor de garanție a bateriei poate fi plictisitoare. Iată punctele esențiale de înțeles despre orice sistem de stocare a energiei pe care intenționați să-l achiziționați.

Degradarea bateriei („EOL”), un criteriu principal pentru evaluarea numărului de cicluri disponibile! 

Care este capacitatea bateriei solare la sfârșitul garanției? 70% după 10 ani este o valoare tipică. Acesta este faimosul „EOL”. Producătorii furnizează diagrame care determină numărul de cicluri realizabile de baterie înainte ca capacitatea sa reziduală să depășească faimosul prag „EOL” (= sfârșitul duratei de viață). De exemplu, cu bateria solară TESVOLT, vedem că bateriile sunt garantate 6500 de cicluri la descărcare 100%, timp de 10 ani. Cu alte cuvinte, le puteți cicliza de 6500 de ori la 100% timp de 10 ani și nu ar trebui să coborâți sub 70% capacitatea reziduală la sfârșitul acestor cicluri!

Un alt mod de interpretare ar fi să spunem că în utilizarea standard, o baterie rezidențială este ciclată aproximativ 280 pe an în echivalent „ciclu complet” (= 100% DOD). Acest lucru se explică prin sezonalitate (de fapt, vara bateria va fi mai puțin folosită decât iarna!) Astfel, un TESVOLT garantat 6500 de cicluri vă va permite de fapt să extrageți 6500/280 = Aproximativ 23 de ani de funcționare înainte de degradare majoră.

Sănătatea bateriei tale solare, SOH!

Celălalt concept important de reținut este cel al SOH, adică „starea de sănătate” a bateriei, indică capacitatea sa reziduală. Un SOH de 98% indică faptul că EOL este

De asemenea, este important să rețineți că calitatea de fabricație a unei celule cu litiu va afecta durata de viață a acesteia, adică durata de viață excluzând uzura (indiferent dacă este utilizată sau nu). Pe TESVOLT de exemplu, degradarea extrapolată este foarte scăzută, în jur de 70% după 16 ani de utilizare intensivă la 100% DOD. Acest lucru este confirmat de experiența noastră de teren, deoarece una dintre instalațiile noastre pe un sit izolat timp de 4 ani cu un TESVOLT demonstrează încă o SOH intactă („stare de sănătate”)!

Vis-a-vis, înlocuirea SOH pe unul dintre noi sisteme autonome (Studer) cu baterii, in serviciu de 4 ani. Aceasta este o baterie TESVOLT TS48V cu celule Samsung SDI. Capacitatea este întotdeauna 100%, ceea ce indică o durată de viață foarte lungă care urmează.

Mai degrabă încurajator după 4 ani de serviciu pe un sit izolat!

Vis-a-vis, SOH-ul unei baterii Pylontech, tot în serviciu de 4 ani. Vedem că SOH este mult mai scăzut și că bateriile au pierdut 8% din capacitate. Degradarea este deci mult mai mare.

În concluzie, este crucial să înțelegeți pe deplin problemele legate de alegerea tehnică pe care o faceți pentru bateria dvs. solară. Acest lucru va avea un impact asupra securității, dar și asupra profitabilității și bunei derulări a proiectului dumneavoastră pe termen lung. Nu toate bateriile sunt la fel!