Sončna baterija: rešitve za shranjevanje energije

Zakaj se opremiti s sončno baterijo?

Obstaja več razlogov, zakaj bi želeli svojemu sistemu dodati sončno baterijo. Ne glede na to, ali gre za izolirano lokacijo, hibridni ali komercialni in industrijski scenarij, imamo baterijo, ki bo prilagojena vašim potrebam, donosna in vzdržljiva, od 2 do nekaj sto kWh.

Povečajte uporabo energije iz sončnih kolektorjev  : Baterije vam omogočajo shranjevanje sončne energije za uporabo zvečer in ponoči. Z vgradnjo sončne baterije boste uvozili manj energije iz EDF in prihranili na računih za elektriko. Tukaj lahko torej govorimo o optimizaciji lastne porabe (hibrid), skupaj z vašimi sončnimi kolektorji.

Naredi HP/HC arbitražo: Če nimate sončne baterije, lahko čas uporabe bistveno poveča vaše račune za elektriko. Toda baterija z "zalogo" energije (kapaciteta) v KwH in dovolj sončnih kolektorjev vas lahko napaja v teh konicah, ko je cena električne energije višja.

Nekateri baterijski sistemi (npr. SIGENERGY) so sposobni izvajati to vrsto inteligentne arbitraže, da se polnijo z elektriko iz omrežja izven konic, ko je to smiselno. Na primer, če se zdi, da ne bo dovolj sonca za polnjenje baterij naslednji dan preko panelov, s priklopom vremenske napovedi.

Sončna samooskrba zahvaljujoč baterijam (rezervno): Vse naše ponudbe baterij lahko delujejo ločeno, to je brez prisotnosti EDF. Tako lahko izkoristite delno ali celotno tako imenovano funkcijo "v sili" (= rezervna kopija), da zagotovite svoje stroške v domu. Če čez dan pride do izpada EDF, lahko še naprej izkoriščate sončno energijo prek svojih panelov.

Katere so različne vrste sončnih baterij?

Razvoj solarnih baterij: upad GEL in svinčenih baterij:

Solarne baterije so doživele pomemben razvoj, ki ga je zaznamoval zaton starih tehnologij, kot so GEL in svinčene baterije (znamka Hoppecke, Victron, Enersys itd.). Nekoč priljubljene GEL baterije z elektrolitom v obliki gela in AGM (Absorbed Glass Mat) baterije, čeprav zahtevajo malo vzdrževanja in ponujajo razmeroma dolgo življenjsko dobo, so zdaj zastarele. Njihova zmogljivost in življenjska doba, običajno med 800 in 900 cikli za GEL in do 10 let za AGM, sta bleda v primerjavi z napredkom pri litijevih baterijah. Podobno odprte svinčeve baterije kljub ekonomski ceni zahtevajo znatno vzdrževanje in so omejene zaradi svoje neprepustne zasnove. Danes se še vedno prodajajo v vstopnih solarnih kompletih, kjer AGM akumulatorji zaradi svoje zelo nizke cene omogočajo poceni vgradnjo, predvsem za avtodome.

Tehnična superiornost litij-ionskih sončnih baterij:

Litij-ionske sončne baterije so se zaradi svoje kompaktnosti in dolge življenjske dobe hitro uveljavile kot tehnologija izbire za shranjevanje sončne energije. Ponujajo višjo energetsko učinkovitost in bistveno daljšo življenjsko dobo kot GEL in svinčene baterije, kar pomeni prelomnico pri shranjevanju sončne energije. Litijeve baterije so opremljene z elektronskim notranjim sistemom upravljanja, BMS, ki bo optimiziral praznjenje in polnjenje glede na napetosti solarnih panelov in uporabljenega pretvornika-polnilnika. Zmogljivosti se gibljejo med 2 in 10 kWh na element, odvisno od znamke baterij. Pri nekaterih modelih je moč praznjenja lahko do 5000 W. Kakovost BMS bo vplivala tudi na življenjsko dobo litijeve baterije, njeno zmogljivost praznjenja in s tem vrnjeno energijo.

Tako imenovane "alternativne" tehnologije baterij: nikelj-železo, litijev titanat in natrijev ion:

Istočasno druge nastajajoče tehnologije, kot so nikelj-železo, litij-titanat in natrijevo-ionske baterije. Nikelj-železove baterije, znane po svoji robustnosti in dolgoživosti, se odlikujejo po svoji sposobnosti, da prenesejo cikle globokega polnjenja in praznjenja brez znatne degradacije, hkrati pa zagotavljajo hitro izpraznitev, če je potrebno. Idealne so za sončne sisteme, ki niso priključeni na omrežje. Zagotavljajo lahko do 8000 ciklov, njihov elektrolit pa je mogoče obnoviti. Brez tveganja se lahko izpraznijo do 0%. Cena se giblje okoli 600 € na kWh.

Tehnologija solarnih baterij Lithium Titanate pa ponuja izjemno hitro polnjenje in podaljšano življenjsko dobo tudi v ekstremnih vremenskih razmerah. Čeprav so drage, imajo sončne baterije litij-titanat najboljšo garancijo na trgu (20 let za Zenaji) ali 10-krat večjo od svinčenih baterij Hoppecke ali Victron AGM! Cena pa je približno 3x višja od običajne litijeve baterije.

Končno se kot obetavna alternativa pojavljajo natrijeve ionske baterije, ki ponujajo cenovno ugodnejšo in okoljsko trajnostno rešitev. Čeprav so še v fazi razvoja, se te baterije zaradi nizkih proizvodnih stroškov in obilice natrija obravnavajo za uporabo v velikem obsegu. Njihova energetska zmogljivost je nekoliko nižja kot pri litijevih sončnih baterijah zaradi energijske gostote okoli 130 Wh/kg v primerjavi s 160 Wh/kg pri baterijah LiFePO.

Prehod na naprednejše tehnologije baterij, vključno z litij-ionskimi, nikelj-železovimi, litijevim titanatom in natrijevimi ioni, odraža stalni napredek pri shranjevanju sončne energije. Ta razvoj obljublja povečano učinkovitost, boljšo trajnost in zmanjšan ekološki odtis, s čimer utira pot novi in ​​bolj trajnostni dobi sončne energije.

Zakaj so litijeve sončne baterije boljše od svinčenih (AGM, OPZ)?

Najbolj opazna razlika med litijevo tehnologijo (na primer LIFEPO) in AGM/GEL baterijami, kot sta Hoppecke ali Enersys, je v zmogljivosti polnjenja/praznjenja. Spodnja tabela prikazuje zmogljivost kot odstotek nazivne zmogljivosti glede na stopnjo praznjenja (ali hitrost) (v moči). Pri zelo visokih stopnjah praznjenja akumulatorja je zmogljivost AGM/GEL svinčenega akumulatorja le 60 % njegove nazivne zmogljivosti:

Zato bo imela v solarnih sistemih, kjer je baterija močno obremenjena ali ima redno konice praznjenja, litijeva baterija z nižjo kapaciteto večjo UPORABNO kapaciteto kot svinčeno-kislinska baterija s podobno kapaciteto. Z drugimi besedami, pri podobni kapaciteti bo litijeva baterija zagotovo dražja, vendar boste lahko uporabljali nižjo kapaciteto, saj je ni treba predimenzionirati, da absorbira konice praznjenja.

Druga prednost litijevih baterij LIFEPO v primerjavi s svinčenimi baterijami AGM/GEL je v zmogljivosti cikla (življenjski dobi). Tehnologija LIFEPO ima približno 10x večjo zmogljivost cikla v primerjavi z najboljšimi baterijami OPZ. Zaradi tega so stroški shranjenih kWh veliko nižji od svinčenih, kar pomeni, da litijeve baterije v življenjski dobi solarnega sistema ne bo treba zamenjati:

Kako deluje solarna baterija?

Sončno baterijo si lahko predstavljamo kot nekakšen elektrokemični "sendvič", ki se uporablja za shranjevanje energije. Na eni strani imate anodo, na drugi strani pa katodo. Med obema sta ionski prevodni vmesnik, imenovan elektrolit, in separator.

Negativno nabiti elektroni iz baterije se koncentrirajo na anodi. Ker se nasprotja privlačijo, želijo iti proti pozitivno električno nabiti katodi v bateriji. Elektrolit deluje kot blažilnik, ki elektronom preprečuje, da bi šli po najkrajši poti iz baterije (kar bi povzročilo kratki stik!).

Povezava anode in katode z zunanjo žico omogoča pretok elektronov v bateriji. Ta tok elektronov imenujemo elektrika.

Načelni diagram (vir: www.solarquotes.com)

V akumulatorskih sončnih baterijah (tehnično imenovanih "sekundarne" baterije, v nasprotju z baterijami za enkratno uporabo) se zunanji vir energije uporablja za obračanje toka (na primer prek sončnih kolektorjev). Energija se tako shrani (govorimo o kWh), za kasnejšo uporabo ali polnjenje preko sončne celice.

Obstaja veliko načinov za razporeditev katodnih, anodnih in ločilnih plošč v sodobni litij-ionski sončni bateriji.

Običajno so zgrajeni kot valj znotraj kovinskih valjev, imenovanih celice. Domači sistem za shranjevanje energije ima lahko na tisoče teh cilindričnih baterijskih celic. Najdemo tudi konstrukcijo pravokotnega tipa, ki se imenuje prizmatična. Nazadnje so tu še modeli letakov v obliki vrečke, ki jih najdemo zlasti pri Pylontechu:

Moč baterije IN energija! da ne bo zmede...

V našem vodniku po sončni avtonomiji razložili smo razlikovanje med močjo in energijsko gostoto (ali zmogljivostjo). Tukaj je diagram kopalne kadi, ki ga je enostavno razumeti:

Ko gre za baterije, je uporabna analogija voda, ki teče skozi cev v posodo, le da bi bila voda električna energija, moč pa pretok:

• Moč (kW) ali "power" v angleščini, je hitrost, s katero teče voda skozi cev, v ali iz posode.
• Energija (kWh) ali zmogljivost je količina vode, ki jo posoda lahko sprejme.

Večina litij-ionskih sončnih baterij ima največjo neprekinjeno moč med 3 in 5 kW. Pylontech US5000 ima na primer neprekinjeno moč 2.4 kW in največjo moč do 5KW. Če bom kdaj želel dobiti 10 kW moči iz svojega baterijskega sistema, bom moral dodati drugo baterijo.

Nikelj-železo, NIFE, litij LFP, NMC, natrij? Kaj izbrati?

Pred nekaj leti, ko smo govorili o shranjevanju baterije, je bilo gotovo, da ste bili na izolirani lokaciji (izven omrežja). In z dobrim razlogom je bila cena predvsem litij-ionskih baterij 4- do 6-krat višja kot danes:

Prevladujoča tehnologija pred približno desetimi leti je bila še vedno svinčeno-kislinska (zlasti OPZ znamke Victron, Hoppecke). Obstajali so tudi AGM ali GEL akumulatorji, vedno v svinčeni tehnologiji. Svinčeno-kislinska tehnologija je imela slabosti (okorna velikost, omejena življenjska doba, sproščanje plinov, nestrpnost do globokega kroženja itd.) in je zahtevalo redno vzdrževanje, ki je bilo zapleteno. Poleg tega je bilo treba kljub na prvi pogled dokaj nizki ceni upoštevati nizko razpoložljivo kapaciteto, saj je bila največja praznost omejena na 30%, da bi ohranili pravilno življenjsko dobo!

Cena litijevih baterij se je zato drastično znižala in dosegla 139 USD za kWh (Bloombergov članek.) 

Dve glavni litijevi tehnologiji sta nikelj-mangan-kobalt (NMC) in litij-železov fosfat (LifePO). TESVOLT HV na primer uporablja celice NMC Samsung SDI, medtem ko baterije za stanovanjsko uporabo, kot sta Pylontech ali BYD, uporabljajo izključno LifePO.

Opozoriti je treba, da ima vsaka baterija svoje posebnosti, vendar LifePo prevladuje po številu ciklov, termični stabilnosti in življenjski dobi.

LiFePO baterija: neprekosljivo razmerje med ceno in kakovostjo:

Solarne baterije, ki temeljijo na kemiji LFP, ne vsebujejo kobalta in strateških kovin in so zato učinkovitejše z ekološkega vidika in vidika C2G (»od zibelke do vrat = življenjski cikel baterije od njene ekstrakcije do recikliranja).

Nikelj-železna baterija: prednost vzdržljivosti:

Obstajajo tudi druge tehnologije, kot npr Nikelj-železna baterija ki ga prodajamo od leta 2018, ki združuje robustnost in neprimerljivo trdnost za “nišne” aplikacije (predvsem izolirana mesta). Gre za zelo posebne baterije, ki so vsekakor obsežne in zahtevajo vzdrževanje, imajo pa skoraj neomejeno življenjsko dobo. Prav tako ne potrebujejo BMS, kar je prednost za tiste, ki cenijo nizkotehnološke dizajne.

Obstaja tudi litij-titanat (LTO) baterije, ki jih že 3 leta ponujamo preko avstralske znamke Zenaji. Visoko zmogljiva tehnologija z neverjetnim ciklom (20000 ciklov), vendar po previsoki ceni.

Natrijeve ionske baterije končno začenjajo prihajati na trg. Ponudili ga bomo leta 2024, predvsem prek našega partnerstva z BIWATT in njihove popolnoma integrirane rešitve. Slednji imajo edinstvene prednosti glede tolerance na ekstremne temperature in odsotnosti uporabe visoko kritičnih kovin (= v omejenih količinah). Vendar je njihova cena trenutno podobna ali celo nekoliko višja kot pri solarnih baterijah LIFEPO in moramo imeti perspektivo uporabe, da se prepričamo, da je njihova življenjska doba zanimiva v primerjavi s tehnično zrelimi baterijami.

Pozorno preverite garancijske pogoje za baterije!

Branje garancijskih pogodb za baterije je lahko dolgočasno. Tukaj so bistvene točke, ki jih morate razumeti o vsakem sistemu za shranjevanje energije, o katerem razmišljate o nakupu.

Razgradnja baterije ("EOL"), primarno merilo za ocenjevanje števila razpoložljivih ciklov! 

Kakšna je zmogljivost sončne baterije ob izteku garancije? 70 % po 10 letih je tipična vrednost. To je slavni "EOL". Proizvajalci zagotavljajo tabele, ki določajo število ciklov, ki jih lahko baterija opravi, preden njena preostala zmogljivost preseže znameniti prag "EOL" (= konec življenjske dobe). Na primer, pri sončni bateriji TESVOLT vidimo, da imajo baterije zagotovljenih 6500 ciklov pri 100% izpraznjenosti, 10 let. Z drugimi besedami, lahko jih 6500-krat zavrtite pri 100 % 10 let in na koncu teh ciklov ne smete iti pod 70 % preostale zmogljivosti!

Drug način razlage bi bil, če bi rekli, da v standardni uporabi, stanovanjska baterija se vklopi približno 280 ciklov na leto v ekvivalentu "polnega cikla" (= 100 % DOD). To je razloženo s sezonskostjo (pravzaprav bo poleti baterija manj uporabljena kot pozimi!) Tako vam bo TESVOLT zajamčeno 6500 ciklov dejansko omogočilo, da izvlečete 6500/280 = Približno 23 let delovanja pred večjo degradacijo.

Zdravje vaše sončne baterije, SOH!

Drugi pomemben koncept, ki si ga je treba zapomniti, je koncept SOH, kar pomeni "zdravstveno stanje" baterije in kaže njeno preostalo kapaciteto. SOH 98 % pomeni, da je njegov EOL enak

Pomembno je tudi upoštevati, da bo kakovost izdelave litijeve celice vplivala na njeno koledarsko življenjsko dobo, tj. njeno življenjsko dobo brez obrabe (ne glede na to, ali se uporablja ali ne). Pri TESVOLT-u je na primer ekstrapolirana degradacija zelo nizka, okoli 70 % po 16 letih intenzivne uporabe pri 100 % DOD. To potrjujejo naše izkušnje na terenu, saj ena od naših inštalacij na izolirani lokaciji 4 leta s TESVOLT še vedno kaže nedotaknjeno SOH (»stanje zdravja«)!

Nasprotno pa menjava SOH na enem od naših avtonomni sistemi (Studer) z baterijami, v uporabi 4 leta. To je baterija TESVOLT TS48V s celicami Samsung SDI. Zmogljivost je vedno 100% kar nakazuje na zelo dolgo življenjsko dobo.

Precej spodbudno po 4 letih službovanja na osamljenem mestu!

Nasproti, SOH baterije Pylontech, prav tako v uporabi 4 leta. Vidimo, da je SOH precej nižji in da so baterije izgubile 8% kapacitete. Degradacija je zato veliko večja.

Skratka, ključnega pomena je, da v celoti razumete vprašanja, povezana s tehnično izbiro, ki jo izberete za svojo sončno baterijo. To bo vplivalo na varnost, pa tudi na donosnost in dolgoročno nemoteno delovanje vašega projekta. Vse baterije niso enake!