Solbatteri: Energilagringslösningar

Varför utrusta dig med ett solcellsbatteri?

Det finns ett antal anledningar till varför du skulle vilja lägga till ett solbatteri till ditt system. Oavsett om det gäller en isolerad plats, hybrid eller kommersiellt & industriellt scenario, har vi ett batteri som kommer att anpassas efter dina behov, lönsamt och hållbart, från 2 till flera hundra kWh.

Maximera användningen av energi från solpaneler  : Batterier gör att du kan lagra solenergi för användning på kvällen och natten. Med installationen av ett solbatteri kommer du att importera mindre energi från EDF, och du sparar på dina elräkningar. Vi kan därför här prata om att optimera egen förbrukning (hybrid), i kombination med dina solpaneler.

Gör HP/HC-arbitration: Om du inte har ett solcellsbatteri kan användningstiden öka dina elräkningar avsevärt. Men ett batteri med ett "lager" av energi (kapacitet) i KwH och tillräckligt med solpaneler kan driva dig under dessa högsäsong när elpriset är högre.

Vissa batterisystem (t.ex. SINERGI) är kapabla att göra den här typen av intelligent arbitrage, för att ladda med el från nätet utanför rusningstid när det är vettigt. Till exempel om det verkar som att det inte kommer att finnas tillräckligt med sol för att ladda batterierna nästa dag via panelerna, genom att koppla en väderprognos.

Självförsörjning med solenergi tack vare batterier (backup): Alla våra utbud av batterier som erbjuds är kapabla att fungera isolerat, det vill säga utan närvaro av EDF. Således kan du dra nytta av en partiell eller total så kallad ”nöd” (= backup) funktion för att säkra dina laddningar i hemmet. Under dagen, om ett EDF-avbrott inträffar, kan du fortsätta att dra nytta av solenergi, via dina paneler.

Vilka olika typer av solcellsbatterier finns det?

Utvecklingen av solbatterier: nedgången av GEL- och blybatterier:

Solbatterier har genomgått en betydande utveckling, märkt av nedgången av gamla teknologier som GEL- och blybatterier (märket Hoppecke, Victron, Enersys, etc.). En gång populära är GEL-batterier, med sin elektrolyt i gelform, och AGM-batterier (Absorbed Glass Mat), även om de kräver lite underhåll och erbjuder en relativt lång livslängd, nu föråldrade. Deras prestanda och livslängd, vanligtvis mellan 800 och 900 cykler för GEL och upp till 10 år för AGM, bleknar i jämförelse med framstegen inom litiumbatterier. På samma sätt kräver öppna blybatterier, trots sina ekonomiska kostnader, betydande underhåll och begränsas av sin icke-vattentäta design. Idag säljs de fortfarande i solcellssatser på ingångsnivå, där AGM-batterier, på grund av sitt mycket låga pris, gör det möjligt att ha lågkostnadsinstallationer, särskilt för husbilar.

Den tekniska överlägsenheten hos litiumjon-solbatterier:

Litiumjon-solbatterier har, tack vare sin kompakthet och långa livslängd, snabbt etablerat sig som den bästa tekniken för lagring av solenergi. De erbjuder högre energieffektivitet och en betydligt längre livslängd än GEL- och blybatterier, vilket markerar en vändpunkt i lagring av solenergi. Litiumbatterier är utrustade med ett elektroniskt internt ledningssystem, ett BMS, som kommer att optimera urladdning och laddning enligt spänningen på solpanelerna och den använda inverter-laddaren. Kapaciteten varierar mellan 2 till 10 kWh per element, beroende på batterimärken. Urladdningseffekten kan vara upp till 5000W för vissa modeller. Kvaliteten på BMS kommer också att påverka litiumbatteriets livslängd och dess urladdningskapacitet och därmed återförda energi.

Så kallade "alternativa" batteriteknologier: nickeljärn, litiumtitanat och natriumjon:

Samtidigt, andra framväxande teknologier, såsom nickeljärn, litiumtitanat och natriumjonbatterier. Nickel-järn-batterier, kända för sin robusthet och livslängd, utmärker sig genom sin förmåga att motstå djupladdning och urladdningscykler utan betydande försämring, samtidigt som de säkerställer snabb urladdning vid behov. De är idealiska för off-grid solsystem. De kan leverera upp till 8000 cykler, och deras elektrolyt kan förnyas. De kan laddas ur till 0 % utan risk. Priset är cirka 600 € per kWh.

Lithium Titanate solbatteriteknologi, å andra sidan, erbjuder extremt snabb laddning och en förlängd livslängd, även under extrema väderförhållanden. Även om de är dyra, har litiumtitanat-solbatterier den bästa garantin på marknaden (20 år för Zenaji), eller 10 gånger den för ett Hoppecke- eller Victron AGM-blybatteri! Priset är å andra sidan ungefär 3 gånger högre än ett konventionellt litiumbatteri.

Slutligen, natriumjonbatterier dyker upp som ett lovande alternativ, som erbjuder en mer prisvärd och miljömässigt hållbar lösning. Även om de fortfarande är i utvecklingsfasen övervägs dessa batterier för storskaliga tillämpningar, på grund av deras låga produktionskostnad och överflöd av natrium. Deras energikapacitet är lite lägre än litium-solbatterier, på grund av en energitäthet på cirka 130 Wh/Kg, jämfört med 160 för LiFePO-batterier.

Övergången till mer avancerad batteriteknologi, inklusive litiumjon, nickeljärn, litiumtitanat och natriumjon, återspeglar fortsatta framsteg inom solenergilagring. Denna utveckling lovar ökad effektivitet, bättre hållbarhet och minskat ekologiskt fotavtryck, vilket banar väg för en ny och mer hållbar era av solenergi.

Varför är litium-solbatterier överlägsna blybatterier (AGM, OPZ)?

Den mest anmärkningsvärda skillnaden mellan litiumteknologi (t.ex. LIFEPO) och AGM/GEL-batterier som Hoppecke eller Enersys ligger i laddnings-/urladdningskapaciteten. Diagrammet nedan visar kapacitet som en procentandel av nominell kapacitet kontra urladdningshastighet (eller hastighet) (i effekt). Med mycket höga batteriurladdningshastigheter är kapaciteten hos ett AGM/GEL blybatteri endast 60 % av dess nominella kapacitet:

I solsystem där batteriet är hårt belastat eller regelbundet med urladdningstoppar kommer därför ett litiumbatteri med lägre kapacitet att ha en större ANVÄNDbar kapacitet än ett blybatteri med liknande kapacitet. Med andra ord, med en liknande kapacitet kommer litiumbatteriet säkert att kosta mer, men du kommer att kunna använda en lägre kapacitet eftersom det inte är nödvändigt att överdimensionera det för att absorbera urladdningstoppar.

Den andra fördelen med LIFEPO litiumbatterier, jämfört med AGM/GEL blybatterier, ligger i cykelkapaciteten (livslängden). LIFEPO-tekniken har cirka 10 gånger större cykelkapacitet jämfört med de bästa OPZ-batterierna. Detta gör kostnaden för lagrad kWh mycket lägre än bly, vilket innebär att litiumbatteriet inte behöver bytas ut under solsystemets livslängd:

Hur fungerar ett solcellsbatteri?

Ett solbatteri kan föreställas som en sorts elektrokemisk "smörgås" som används för att lagra energi. På ena sidan har du anoden, och på andra sidan har du katoden. Mellan de två finns det ett jonledande gränssnitt, kallat elektrolyten, och en separator.

Negativt laddade elektroner från batteriet koncentreras vid anoden. Eftersom motsatser lockar vill de gå mot den positivt elektriskt laddade katoden i batteriet. Elektrolyten fungerar som en buffert och förhindrar elektroner från att ta den kortaste vägen från batteriet (vilket skulle orsaka en elektrisk kortslutning!).

Genom att ansluta anoden och katoden med en extern tråd kan elektronerna i batteriet flöda. Detta flöde av elektroner är vad vi kallar elektricitet.

Principdiagram (källa: www.solarquotes.com)

I laddningsbara solbatterier (tekniskt kallade "sekundära" batterier, till skillnad från engångsbatterier) används en extern energikälla för att vända strömflödet (via solpaneler till exempel). Energin lagras alltså (vi talar om kWh), för senare användning, eller uppladdning via solpanelen.

Det finns många sätt att ordna katod-, anod- och separatorark i ett modernt litiumjon-solbatteri.

De är vanligtvis konstruerade som en rulle inuti metallcylindrar som kallas celler. Ett hemenergilagringssystem kan ha tusentals av dessa cylindriska battericeller. Vi kan också hitta en rektangulär typkonstruktion, som kallas prismatisk. Slutligen finns det broschyrdesignerna för "påsceller" som finns på Pylontech i synnerhet:

Batterikraft OCH energi! inte att förväxla...

I vår guide till solautonomi, vi förklarade skillnaden mellan effekt och energitäthet (eller kapacitet). Här är diagrammet över badkaret som är lätt att förstå:

När det gäller batterier är en användbar analogi vatten som strömmar genom ett rör in i en behållare, förutom att vattnet skulle vara elektricitet, och kraften skulle vara flödeshastigheten:

• Effekt (kW), eller "power" på engelska, är hastigheten med vilken vatten strömmar genom röret, in eller ut ur behållaren.
• Energi (kWh), eller kapacitet, är den mängd vatten som behållaren kan hålla.

De flesta litiumjon-solbatterier har en maximal kontinuerlig effekt mellan 3 och 5 kW. En Pylontech US5000 har till exempel en effekt på 2.4 kW kontinuerligt och upp till 5KW topp. Om jag någonsin vill få 10 kW ström från mitt batterisystem måste jag lägga till ett andra batteri.

Nickel-järn, NIFE, Litium LFP, NMC, Natrium? Vad ska man välja?

För några år sedan, när vi pratade om batterilagring, var det ett säkert kort att du befann dig i en situation av isolerad plats (off-grid). Och av goda skäl var priset på i synnerhet litiumjonbatterier 4 till 6 gånger högre än idag:

Den dominerande tekniken för cirka tio år sedan var fortfarande blysyra (i synnerhet OPZ från märket Victron, Hoppecke). Det fanns även AGM- eller GEL-batterier, alltid i blyteknik. Bly-syra-tekniken hade nackdelar (besvärlig storlek, begränsad livslängd, gasutsläpp, intolerans mot djupcykling etc.) och krävde regelbundet underhåll, vilket var komplext. Dessutom var det, trots deras ganska låga pris vid första anblicken, nödvändigt att ta hänsyn till den låga kapaciteten som fanns tillgänglig eftersom den maximala tömningen var begränsad till 30%, för att bibehålla en korrekt livslängd!

Priset på litiumbatterier har därför minskat drastiskt och nått 139 USD per kWh (Bloomberg-artikel.) 

De två huvudsakliga litiumteknologierna är nickel-mangan-kobolt (NMC) och litium-järn-fosfat (LifePO). TESVOLT HV använder till exempel NMC Samsung SDI-celler, medan batterier för privat bruk som Pylontech eller BYD enbart använder LifePO.

Det kommer att noteras att varje batteri har sina egna egenskaper, men att LifePo råder i antal cykler, termisk stabilitet och livslängd.

LiFePO-batteri: oslagbart värde för pengarna:

Solbatterier baserade på LFP-kemi är fria från kobolt och strategiska metaller, och är därför mer dygdiga ur en ekologisk och C2G-synpunkt ("vagga till grind = batteriets livscykel från utvinning till återvinning).

Nickel-Iron batteri: prioritet till hållbarhet:

Andra tekniker finns, som t.ex Nickel-järn batteri som vi har sålt sedan 2018, som kombinerar robusthet och ojämförlig härdighet för "nischade" applikationer (särskilt isolerade platser). Det är väldigt speciella batterier som förvisso är skrymmande och kräver underhåll, men som har en nästan obegränsad livslängd. De kräver inte heller ett BMS, vilket är en fördel för dem som uppskattar "lågteknologiska" design.

Det finns också litiumtitanat (LTO) batterier, som vi har erbjudit via det australiensiska märket Zenaji i 3 år nu. En högpresterande teknik, med otrolig cykling (20000 XNUMX cykler) men till ett oöverkomligt pris.

Natriumjonbatterier äntligen börjar de komma ut på marknaden. Vi kommer att erbjuda det 2024, särskilt genom vårt partnerskap med BIWATT och deras helt integrerade lösning. De senare har unika fördelar när det gäller tolerans mot extrema temperaturer och frånvaron av användning av högkritiska metaller (= i begränsad mängd). Men deras pris är för närvarande liknande eller till och med något högre än det för LIFEPO solbatterier, och vi måste ha perspektiv på användningen för att vara säkra på att deras livslängd är intressant jämfört med tekniskt mogna batterier.

Kontrollera noggrant batterigarantivillkoren!

Att läsa batterigarantikontrakt kan vara tråkigt. Här är de viktigaste punkterna att förstå om alla energilagringssystem du funderar på att köpa.

Batteriförsämring (“EOL”), ett primärt kriterium för att utvärdera antalet tillgängliga cykler! 

Vilken kapacitet har solbatteriet vid slutet av garantin? 70 % efter 10 år är ett typiskt värde. Detta är den berömda "EOL". Tillverkare tillhandahåller diagram som bestämmer antalet cykler som batteriet kan uppnå innan dess återstående kapacitet passerar den berömda "EOL"-tröskeln (= slutet av livslängden). Till exempel, med TESVOLT solbatteri ser vi att batterierna garanteras 6500 cykler vid 100% urladdning, i 10 år. Med andra ord, du kan cykla dem 6500 gånger på 100% i 10 år och du bör inte gå under 70% restkapacitet i slutet av dessa cykler!

Ett annat sätt att tolka det skulle vara att säga att vid standardanvändning, ett bostadsbatteri cyklas cirka 280 per år i "full cykel" motsvarande (= 100 % DOD). Detta förklaras av säsongsvariationer (i själva verket, på sommaren kommer batteriet att användas mindre än på vintern!) Således kommer en TESVOLT garanterad 6500 cykler faktiskt att tillåta dig att extrahera 6500/280 = Cirka 23 års drift innan större försämring.

Hälsan hos ditt solbatteri, SOH!

Det andra viktiga konceptet att komma ihåg är att SOH, som betyder "hälsotillstånd" för batteriet, indikerar dess återstående kapacitet. En SOH på 98% indikerar att dess EOL är

Du måste också komma ihåg att tillverkningskvaliteten hos en litiumcell kommer att påverka dess kalenderlivslängd, dvs dess livslängd exklusive slitage (oavsett om den används eller inte). På TESVOLT till exempel är den extrapolerade nedbrytningen mycket låg, runt 70 % efter 16 års intensiv användning vid 100 % DOD. Detta bekräftas av vår fälterfarenhet eftersom en av våra installationer på en isolerad plats under 4 år med en TESVOLT fortfarande visar en intakt SOH ("hälsotillstånd")!

Mittemot, bytet av SOH på en av våra autonoma system (Studer) med batterier, i drift i 4 år. Detta är ett TESVOLT TS48V-batteri med Samsung SDI-celler. Kapaciteten är alltid kl 100% vilket tyder på en mycket lång livslängd framöver.

Snarare uppmuntrande efter 4 års tjänst på en isolerad plats!

Mittemot, SOH för ett Pylontech-batteri, även i drift i 4 år. Vi ser att SOH är mycket lägre, och att batterierna har tappat 8% av kapaciteten. Nedbrytningen är därför mycket större.

Sammanfattningsvis är det avgörande att till fullo förstå de problem som är relaterade till det tekniska val du gör för ditt solbatteri. Detta kommer att ha en inverkan på säkerheten, men också på lönsamheten och en smidig drift av ditt projekt på lång sikt. Alla batterier är inte lika!