Solárna batéria: Riešenia skladovania energie

Prečo sa vybaviť solárnou batériou?

Existuje niekoľko dôvodov, prečo by ste chceli do svojho systému pridať solárnu batériu. Či už na izolovanom mieste, hybridnom alebo komerčnom a priemyselnom scenári, máme batériu, ktorá sa prispôsobí vašim potrebám, je zisková a odolná, od 2 do niekoľkých stoviek kWh.

Maximalizujte využitie energie zo solárnych panelov  : Batérie vám umožňujú ukladať solárnu energiu na použitie vo večerných a nočných hodinách. S inštaláciou solárnej batérie doveziete z EDF menej energie a ušetríte na účtoch za elektrinu. Môžeme tu teda hovoriť o optimalizácii vlastnej spotreby (hybrid), spojenej s vašimi solárnymi panelmi.

Urobte arbitráž HP/HC: Ak nemáte solárnu batériu, sadzby za čas používania by mohli výrazne zvýšiť vaše účty za elektrinu. Ale batéria so „zásobou“ energie (kapacitou) v KwH a dostatok solárnych panelov vás môžu napájať počas týchto špičkových období, keď je cena elektriny vyššia.

Niektoré batériové systémy (napr. SIGENERGIA) sú schopné urobiť tento typ inteligentnej arbitráže, aby sa dobili elektrinou zo siete mimo špičky, keď to má zmysel. Napríklad, ak sa zdá, že na druhý deň nebude dostatok slnka na dobitie batérií prostredníctvom panelov, spojením predpovede počasia.

Solárna sebestačnosť vďaka batériám (záložné): Všetky naše ponúkané rady batérií sú schopné prevádzky samostatne, to znamená bez prítomnosti EDF. Môžete tak využiť čiastočnú alebo úplnú takzvanú „núdzovú“ (= zálohovaciu) funkciu na zabezpečenie vašich poplatkov v domácnosti. Ak počas dňa dôjde k výpadku EDF, môžete naďalej využívať slnečnú energiu prostredníctvom vašich panelov.

Aké sú rôzne typy solárnych batérií?

Evolúcia solárnych batérií: pokles GEL a olovených batérií:

Solárne batérie prešli výrazným vývojom, poznačený úpadkom starých technológií ako GEL a olovené batérie (značka Hoppecke, Victron, Enersys atď.). Kedysi populárne GEL batérie s elektrolytom vo forme gélu a batérie AGM (Absorbed Glass Mat), hoci vyžadujú malú údržbu a ponúkajú relatívne dlhú životnosť, sú dnes zastarané. Ich výkon a životnosť, vo všeobecnosti medzi 800 a 900 cyklami pre GEL a až 10 rokov pre AGM, sú slabé v porovnaní s pokrokmi v lítiových batériách. Rovnako aj otvorené olovené batérie, napriek ich ekonomickým nákladom, vyžadujú značnú údržbu a sú obmedzené ich nevodotesným dizajnom. Dnes sa stále predávajú v základných solárnych súpravách, kde batérie AGM vďaka svojej veľmi nízkej cene umožňujú lacnú inštaláciu, najmä pre obytné automobily.

Technická prevaha lítium-iónových solárnych batérií:

Lítium-iónové solárne batérie sa vďaka svojej kompaktnosti a dlhej životnosti rýchlo etablovali ako technológia voľby na skladovanie solárnej energie. Ponúkajú vyššiu energetickú účinnosť a výrazne dlhšiu životnosť ako GEL a olovené batérie, čo znamená prelom v skladovaní solárnej energie. Lítiové batérie sú vybavené elektronickým interným riadiacim systémom, BMS, ktorý optimalizuje vybíjanie a nabíjanie podľa napätia solárnych panelov a použitej invertorovej nabíjačky. Kapacita sa pohybuje medzi 2 až 10 kWh na článok v závislosti od značiek batérií. Vybíjací výkon môže byť pri niektorých modeloch až 5000 W. Kvalita BMS tiež ovplyvní životnosť lítiovej batérie a jej vybíjaciu kapacitu a tým aj vrátenú energiu.

Takzvané „alternatívne“ technológie batérií: nikel-železo, lítium-titanát a sodík-ión:

Súčasne sa objavujú ďalšie nové technológie, ako sú nikel-železo, lítium titanát a sodno-iónové batérie. Nikel-železné batérie, známe svojou robustnosťou a dlhou životnosťou, sa vyznačujú schopnosťou vydržať cykly hlbokého nabitia a vybitia bez výraznej degradácie, pričom v prípade potreby zabezpečia rýchle vybitie. Sú ideálne pre solárne systémy mimo siete. Môžu vykonať až 8000 cyklov a ich elektrolyt sa môže obnoviť. Môžu byť vybité na 0% bez rizika. Cena sa pohybuje okolo 600 € za kWh.

Technológia solárnych batérií Lithium Titanate na druhej strane ponúka extrémne rýchle nabíjanie a predĺženú životnosť aj v extrémnych poveternostných podmienkach. Hoci sú drahé, lítium-titanátové solárne batérie majú najlepšiu záruku na trhu (20 rokov pre Zenaji), alebo 10-násobok záruky olovenej batérie Hoppecke alebo Victron AGM! Cena je na druhej strane približne 3x vyššia ako pri klasickej lítiovej batérii.

Napokon, sodno-iónové batérie sa objavujú ako sľubná alternatíva, ktorá ponúka cenovo dostupnejšie a ekologicky udržateľnejšie riešenie. Aj keď sú tieto batérie stále vo fáze vývoja, uvažuje sa o ich použití vo veľkom meradle kvôli ich nízkym výrobným nákladom a množstvu sodíka. Ich energetická kapacita je o niečo nižšia ako u lítiových solárnych batérií, kvôli hustote energie okolo 130 Wh/kg v porovnaní so 160 pri LiFePO batériách.

Prechod na pokročilejšie technológie batérií, vrátane lítium-iónových, nikel-železných, lítium-titanátov a sodíkových iónov, odráža pokračujúci pokrok v skladovaní solárnej energie. Tento vývoj sľubuje zvýšenú účinnosť, lepšiu udržateľnosť a zníženú ekologickú stopu, čím dláždi cestu pre novú a udržateľnejšiu éru solárnej energie.

Prečo sú lítiové solárne batérie lepšie ako olovené batérie (AGM, OPZ)?

Najvýraznejší rozdiel medzi lítiovou technológiou (napríklad LIFEPO) a AGM/GEL batériami ako Hoppecke alebo Enersys spočíva v kapacite nabíjania/vybíjania. Nižšie uvedená tabuľka zobrazuje kapacitu ako percento menovitej kapacity voči rýchlosti vybíjania (alebo rýchlosti) (pri výkone). Pri veľmi vysokých rýchlostiach vybíjania batérie je kapacita olovenej batérie AGM/GEL iba 60 % jej menovitej kapacity:

Preto v solárnych systémoch, kde je batéria silne zaťažená alebo pravidelne so špičkami vybíjania, bude mať lítiová batéria s nižšou kapacitou väčšiu POUŽITEĽNÚ kapacitu ako olovená batéria s podobnou kapacitou. Inými slovami, pri podobnej kapacite bude lítiová batéria určite stáť viac, ale budete môcť použiť nižšiu kapacitu, pretože nie je potrebné ju predimenzovať, aby absorbovala špičky vybitia.

Ďalšia výhoda lítiových batérií LIFEPO oproti oloveným batériám AGM/GEL spočíva v kapacite cyklu (životnosti). Technológia LIFEPO má približne 10x väčšiu kapacitu cyklu v porovnaní s najlepšími OPZ batériami. Vďaka tomu sú náklady na uskladnenú kWh oveľa nižšie ako olovené, čo znamená, že lítiovú batériu nebude potrebné počas životnosti solárneho systému vymieňať:

Ako funguje solárna batéria?

Solárna batéria si možno predstaviť ako akýsi elektrochemický „sendvič“ používaný na ukladanie energie. Na jednej strane máte anódu a na druhej strane máte katódu. Medzi nimi je iónovo vodivé rozhranie, nazývané elektrolyt, a separátor.

Záporne nabité elektróny z batérie sa sústreďujú na anóde. Keď sa protiklady priťahujú, chcú ísť smerom ku kladne elektricky nabitej katóde v batérii. Elektrolyt funguje ako vyrovnávacia pamäť a bráni elektrónom prejsť najkratšou cestou z batérie (čo by spôsobilo elektrický skrat!).

Spojenie anódy a katódy pomocou externého vodiča umožňuje prúdenie elektrónov v batérii. Tento tok elektrónov nazývame elektrina.

Principiálny diagram (zdroj: www.solarquotes.com)

V dobíjacích solárnych batériách (odborne nazývaných „sekundárne“ batérie, na rozdiel od batérií na jedno použitie) sa na obrátenie toku prúdu používa externý zdroj energie (napríklad cez solárne panely). Energia sa tak ukladá (hovoríme o kWh), na neskoršie použitie, prípadne dobitie cez solárny panel.

Existuje mnoho spôsobov, ako usporiadať katódu, anódu a separačné listy v modernej lítium-iónovej solárnej batérii.

Zvyčajne sú postavené ako valec vo vnútri kovových valcov nazývaných bunky. Domáce zariadenie na ukladanie energie môže mať tisíce týchto valcových batériových článkov. Môžeme sa stretnúť aj s konštrukciou obdĺžnikového typu, ktorá sa nazýva prizmatická. Nakoniec sú tu návrhy letákov „vreckových buniek“, ktoré nájdete najmä v Pylontech:

Batéria A energia! nenechať sa zmiasť…

V našom sprievodcovi solárnou autonómiou vysvetlili sme rozdiel medzi výkonom a hustotou energie (alebo kapacitou). Tu je schéma vane, ktorá je ľahko pochopiteľná:

Pokiaľ ide o batérie, užitočná analógia je voda tečúca potrubím do nádoby, okrem toho, že voda by bola elektrina a výkon by bol prietok:

• výkon (kW) alebo „výkon“ v angličtine, je rýchlosť, ktorou voda preteká potrubím, v nádobe alebo mimo nej.
• Energia (kWh) alebo kapacita je množstvo vody, ktoré nádoba pojme.

Väčšina lítium-iónových solárnych batérií má maximálny trvalý výkon medzi 3 a 5 kW. Napríklad Pylontech US5000 má nepretržitý výkon 2.4 kW a špičkový výkon až 5 kW. Ak budem niekedy chcieť získať 10 kW energie z môjho batériového systému, budem musieť pridať druhú batériu.

Nikel-železo, NIFE, Lítium LFP, NMC, sodík? Čo si vybrať?

Pred niekoľkými rokmi, keď sme hovorili o batériovom úložisku, bola stávka na istotu, že ste sa ocitli v situácii typu izolovaného miesta (mimo sieť). A z dobrého dôvodu bola cena najmä lítium-iónových batérií 4 až 6-krát vyššia ako dnes:

Dominantnou technológiou asi pred desiatimi rokmi bola ešte olovená kyselina (OPZ najmä značky Victron, Hoppecke). Nechýbali ani AGM či GEL batérie, vždy v olovenej technológii. Technológia olova mala nevýhody (neskladná veľkosť, obmedzená životnosť, uvoľňovanie plynov, neznášanlivosť na hlboké cyklovanie atď.) a vyžadovala si pravidelnú údržbu, ktorá bola zložitá. Navyše, napriek ich na prvý pohľad pomerne nízkej cene, bolo potrebné pre zachovanie správnej životnosti počítať s nízkou dostupnou kapacitou, pretože maximálne vybitie bolo obmedzené na 30%!

Cena lítiových batérií sa preto drasticky znížila a dosiahla 139 USD za kWh (článok Bloomberg.) 

Dve hlavné technológie lítia sú nikel-mangán-kobalt (NMC) a lítium-železo-fosfát (LifePO). TESVOLT HV napríklad používa články NMC Samsung SDI, zatiaľ čo batérie na domáce použitie, ako sú Pylontech alebo BYD, používajú výhradne LifePO.

Treba poznamenať, že každá batéria má svoje špecifiká, ale že LifePo prevažuje v počte cyklov, tepelnej stabilite a životnosti.

LiFePO batéria: bezkonkurenčná hodnota za peniaze:

Solárne batérie na báze LFP chémie neobsahujú kobalt a strategické kovy, a preto sú z ekologického a C2G hľadiska cnostnejšie („od kolísky po bránu = životný cyklus batérie od jej ťažby až po jej recykláciu).

Nikel-železná batéria: priorita životnosti:

Existujú aj iné technológie, ako napr Nikel-železná batéria ktorý predávame od roku 2018, ktorý kombinuje robustnosť a neporovnateľnú odolnosť pre „niche“ aplikácie (najmä izolované lokality). Ide o veľmi špeciálne batérie, ktoré sú určite objemné a vyžadujú údržbu, ale majú takmer neobmedzenú životnosť. Nevyžadujú tiež BMS, čo je výhodou pre tých, ktorí oceňujú „low-tech“ dizajny.

Existuje tiež lítium titanátové (LTO) batérie, ktoré už 3 roky ponúkame prostredníctvom austrálskej značky Zenaji. Vysokovýkonná technológia s neuveriteľným cyklom (20000 XNUMX cyklov), ale za neúmernú cenu.

Sodno-iónové batérie konečne začínajú prichádzať na trh. Ponúkneme ho v roku 2024, najmä prostredníctvom nášho partnerstva s BIWATT a ich plne integrovaného riešenia. Posledne menované majú jedinečné výhody z hľadiska tolerancie voči extrémnym teplotám a absencie použitia kovov s vysokou kritickosťou (= v obmedzených množstvách). Ich cena je však v súčasnosti podobná alebo dokonca o niečo vyššia ako u solárnych batérií LIFEPO a na využitie musíme mať nadhľad, aby sme si boli istí, že ich životnosť je v porovnaní s technicky vyspelými batériami zaujímavá.

Starostlivo skontrolujte záručné podmienky batérie!

Čítanie záručných zmlúv na batérie môže byť únavné. Tu sú základné body, ktorým je potrebné porozumieť o akomkoľvek systéme na skladovanie energie, ktorý zvažujete kúpiť.

Degradácia batérie (“EOL”), primárne kritérium na vyhodnotenie počtu dostupných cyklov! 

Aká je kapacita solárnej batérie na konci jej záruky? 70 % po 10 rokoch je typická hodnota. Toto je slávny „EOL“. Výrobcovia poskytujú tabuľky, ktoré určujú počet cyklov, ktoré môže batéria dosiahnuť, kým jej zvyšková kapacita prekročí známy prah „EOL“ (= koniec životnosti). Napríklad pri solárnej batérii TESVOLT vidíme, že batérie majú garantovaných 6500 cyklov pri 100% vybití, po dobu 10 rokov. Inými slovami, môžete ich cyklovať 6500 100-krát na 10 % počas 70 rokov a na konci týchto cyklov by ste nemali klesnúť pod XNUMX % zvyškovej kapacity!

Ďalším spôsobom, ako to interpretovať, by bolo povedať, že pri štandardnom používaní domáca batéria sa zacyklí približne 280 za rok v ekvivalente „plného cyklu“ (= 100 % DOD). Vysvetľuje to sezónnosť (v lete bude batéria menej využívaná ako v zime!) TESVOLT garantovaných 6500 cyklov vám teda v skutočnosti umožní získať 6500/280 = Približne 23 rokov prevádzky pred veľkou degradáciou.

Zdravie vašej solárnej batérie, SOH!

Ďalším dôležitým pojmom, ktorý si treba zapamätať, je pojem SOH, čo znamená „zdravotný stav“ batérie, ktorý označuje jej zvyškovú kapacitu. SOH 98 % znamená, že jeho EOL je

Je tiež dôležité mať na pamäti, že kvalita výroby lítiového článku ovplyvní jeho kalendárnu životnosť, t. j. životnosť bez opotrebenia (či už sa používa alebo nie). Napríklad na TESVOLT je extrapolovaná degradácia veľmi nízka, okolo 70 % po 16 rokoch intenzívneho používania pri 100 % DOD. Potvrdzujú to aj naše skúsenosti v teréne, pretože jedna z našich inštalácií na izolovanom mieste po dobu 4 rokov s TESVOLT stále preukazuje neporušený SOH (“zdravotný stav”)!

Oproti výmena SOH na jednom z našich autonómne systémy (Studer) s batériami, v prevádzke 4 roky. Ide o batériu TESVOLT TS48V s článkami Samsung SDI. Kapacita je vždy 100%, čo naznačuje veľmi dlhú životnosť.

Skôr povzbudivé po 4 rokoch služby na izolovanom mieste!

Oproti SOH batérie Pylontech, tiež v prevádzke 4 roky. Vidíme, že SOH je oveľa nižšie a že batérie stratili 8 % kapacity. Degradácia je teda oveľa väčšia.

Na záver je dôležité, aby ste plne porozumeli problémom súvisiacim s technickým výberom vašej solárnej batérie. To bude mať vplyv na bezpečnosť, ale aj na ziskovosť a bezproblémový chod vášho projektu z dlhodobého hľadiska. Nie všetky batérie sú rovnaké!