Güneş Pili: Enerji Depolama Çözümleri

Neden kendinizi bir güneş pili ile donatmalısınız?

Sisteminize güneş pili eklemek istemenizin birkaç nedeni vardır. İster izole bir sahada, ister hibrit, ister ticari ve endüstriyel senaryoda, ihtiyaçlarınıza göre uyarlanacak, karlı ve dayanıklı, 2'den birkaç yüz kWh'ye kadar bir aküye sahibiz.

Güneş panellerinden enerji kullanımını en üst düzeye çıkarın  : Piller, akşam ve gece kullanmak üzere güneş enerjisini depolamanıza olanak tanır. Güneş pili kurulumu ile EDF'den daha az enerji ithal edecek ve elektrik faturalarınızdan tasarruf edeceksiniz. Bu nedenle burada güneş panellerinizle birlikte öz tüketimin (hibrit) optimize edilmesinden bahsedebiliriz.

HP/HC arbitrajı yapın: Güneş piliniz yoksa kullanım süresi oranları elektrik faturalarınızı önemli ölçüde artırabilir. Ancak elektriğin fiyatının daha yüksek olduğu bu yoğun dönemlerde, KwH cinsinden enerji “stokuna” (kapasiteye) sahip bir pil ve yeterli miktarda güneş paneli size güç sağlayabilir.

Bazı akü sistemleri (örn. SİJENERJİ) Bu tür akıllı arbitrajı, mantıklı olduğunda yoğun saatlerin dışında ağdan elektrikle şarj etme yeteneğine sahiptirler. Örneğin, hava durumu tahminini eşleştirerek paneller aracılığıyla ertesi gün pilleri şarj etmeye yetecek kadar güneş olmayacak gibi görünüyorsa.

Piller (yedekleme) sayesinde güneş enerjisiyle kendi kendine yeterlilik: Sunulan tüm pil serilerimiz izolasyon halinde, yani EDF olmadan çalışabilme kapasitesine sahiptir. Böylece evdeki masraflarınızı güvence altına almak için kısmen veya tamamen “acil durum” (=yedekleme) fonksiyonundan yararlanabilirsiniz. Gün içinde EDF kesintisi olması durumunda panelleriniz aracılığıyla güneş enerjisinden yararlanmaya devam edebilirsiniz.

Güneş pillerinin farklı türleri nelerdir?

Güneş pillerinin evrimi: GEL ve Kurşun pillerin düşüşü:

Güneş pilleri, GEL ve kurşun piller (Hoppecke markası, Victron, Enersys vb.) gibi eski teknolojilerin gerilemesiyle birlikte önemli bir gelişme gösterdi. Bir zamanlar popüler olan, elektrolitleri jel formunda olan GEL piller ve AGM (Emilmiş Cam Mat) piller, az bakım gerektirmesine ve nispeten uzun ömürlü olmasına rağmen artık geçerliliğini yitirmiştir. GEL için genellikle 800 ila 900 döngü ve AGM için 10 yıla kadar olan performansları ve ömürleri, lityum pillerdeki gelişmelerle karşılaştırıldığında sönük kalıyor. Benzer şekilde açık kurşun aküler, ekonomik maliyetlerine rağmen önemli ölçüde bakım gerektirir ve su geçirmez olmayan tasarımlarıyla sınırlıdır. Bugün hala AGM akülerinin çok düşük fiyatları nedeniyle özellikle karavanlar için düşük maliyetli kurulumlara olanak sağladığı giriş seviyesi güneş enerjisi kitleri halinde satılıyorlar.

Lityum-iyon güneş pillerinin teknik üstünlüğü:

Lityum-iyon güneş pilleri, kompaktlıkları ve uzun ömürleri sayesinde, güneş enerjisi depolamada tercih edilen teknoloji olarak hızla kendilerine yer edindi. GEL ve kurşun akülerden daha yüksek enerji verimliliği ve çok daha uzun ömür sunarak güneş enerjisi depolamada bir dönüm noktası oluşturuyorlar. Lityum piller, güneş panellerinin ve kullanılan invertör-şarj cihazının voltajına göre deşarjı ve şarjı optimize edecek bir elektronik dahili yönetim sistemi olan bir BMS ile donatılmıştır. Kapasiteler akü markalarına bağlı olarak eleman başına 2 ila 10 kWh arasında değişmektedir. Bazı modellerde deşarj gücü 5000W’a kadar çıkabilmektedir. BMS'nin kalitesi aynı zamanda lityum pilin ömrünü, deşarj kapasitesini ve dolayısıyla geri dönen enerjiyi de etkileyecektir.

"Alternatif" pil teknolojileri olarak adlandırılanlar: Nikel-Demir, Lityum Titanat ve Sodyum-iyon:

Aynı zamanda Nikel-Demir, Lityum Titanat ve Sodyum-iyon piller gibi diğer gelişen teknolojiler de ortaya çıkıyor. Sağlamlığı ve uzun ömürlülüğü ile bilinen Nikel-Demir piller, derin şarj ve deşarj döngülerine ciddi bir bozulma olmadan dayanma ve gerektiğinde hızlı deşarj sağlama özellikleriyle öne çıkıyor. Şebekeden bağımsız güneş enerjisi sistemleri için idealdirler. 8000'e kadar çevrim gerçekleştirebilirler ve elektrolitleri yenilenebilir. Risksiz bir şekilde %0'a kadar deşarj edilebilirler. Fiyatı kWh başına 600 € civarındadır.

Lityum Titanat güneş pili teknolojisi ise zorlu hava koşullarında bile son derece hızlı şarj ve daha uzun kullanım ömrü sunuyor. Pahalı olmasına rağmen, lityum titanat güneş pilleri piyasadaki en iyi garantiye sahiptir (Zenaji için 20 yıl) veya Hoppecke veya Victron AGM kurşun pillerin 10 katı garantiye sahiptir! Öte yandan fiyatı, geleneksel bir lityum pilden yaklaşık 3 kat daha yüksektir.

Son olarak, Sodyum-iyon piller, daha uygun maliyetli ve çevre açısından sürdürülebilir bir çözüm sunan, gelecek vaat eden bir alternatif olarak ortaya çıkıyor. Halen geliştirme aşamasında olmasına rağmen bu piller, düşük üretim maliyetleri ve bol miktarda sodyum nedeniyle büyük ölçekli uygulamalar için değerlendirilmektedir. Enerji kapasiteleri, LiFePO pillerin 130 Wh/Kg'lik enerji yoğunluğuna kıyasla yaklaşık 160 Wh/Kg enerji yoğunluğundan dolayı lityum güneş pillerinden biraz daha düşüktür.

Lityum-iyon, Nikel-Demir, Lityum Titanat ve Sodyum-iyon dahil olmak üzere daha gelişmiş pil teknolojilerine geçiş, güneş enerjisi depolamasında devam eden ilerlemeleri yansıtıyor. Bu gelişme, artan verimlilik, daha iyi sürdürülebilirlik ve azaltılmış ekolojik ayak izi vaat ederek, yeni ve daha sürdürülebilir bir güneş enerjisi çağının önünü açıyor.

Lityum güneş pilleri neden kurşun pillerden (AGM, OPZ'ler) daha üstündür?

Lityum teknolojisi (örneğin LIFEPO) ile Hoppecke veya Enersys gibi AGM/GEL piller arasındaki en dikkate değer fark, şarj/deşarj kapasitesinde yatmaktadır. Aşağıdaki grafik kapasiteyi, deşarj hızına (veya hıza) (güçte) karşı nominal kapasitenin yüzdesi olarak göstermektedir. Çok yüksek akü deşarj oranlarıyla AGM/GEL kurşun-asit akünün kapasitesi, nominal kapasitesinin yalnızca %60'ıdır:

Bu nedenle, akünün ağır şekilde yüklendiği veya düzenli olarak deşarj tepe noktalarının olduğu güneş enerjisi sistemlerinde, daha düşük kapasiteli bir lityum akü, benzer kapasiteye sahip bir kurşun-asit aküden daha fazla KULLANILABİLİR kapasiteye sahip olacaktır. Başka bir deyişle, benzer kapasiteye sahip lityum pil kesinlikle daha pahalıya mal olacaktır, ancak deşarj tepe noktalarını absorbe etmek için onu aşırı boyutlandırmanıza gerek olmadığından daha düşük bir kapasite kullanabileceksiniz.

LIFEPO lityum akülerin AGM/GEL kurşun akülere kıyasla diğer avantajı çevrim kapasitesinde (ömrü) yatmaktadır. LIFEPO teknolojisi, en iyi OPZ akülerine kıyasla yaklaşık 10 kat daha fazla çevrim kapasitesine sahiptir. Bu, depolanan kWh'nin maliyetini kurşundan çok daha düşük hale getirir; bu, güneş enerjisi sisteminin ömrü boyunca lityum pilin değiştirilmesine gerek kalmayacağı anlamına gelir:

Güneş pili nasıl çalışır?

Güneş pili, enerjiyi depolamak için kullanılan bir tür elektrokimyasal “sandviç” olarak düşünülebilir. Bir tarafta anot, diğer tarafta katot var. İkisi arasında elektrolit adı verilen iyonik iletken bir arayüz ve bir ayırıcı bulunur.

Pilden gelen negatif yüklü elektronlar anotta yoğunlaşır. Zıt kutuplar birbirini çekerken pildeki pozitif elektrik yüklü katoda doğru gitmek isterler. Elektrolit bir tampon görevi görerek elektronların aküden en kısa yolu almasını engeller (bu da elektriksel bir kısa devre oluşmasına neden olur!).

Anot ve katodun harici bir kablo kullanılarak bağlanması, pildeki elektronların akmasını sağlar. Bu elektron akışına elektrik diyoruz.

Prensip diyagramı (kaynak: www.solarquotes.com)

Şarj edilebilir güneş pillerinde (tek kullanımlık pillerin aksine teknik olarak "ikincil" piller olarak adlandırılır), akım akışını tersine çevirmek için harici bir enerji kaynağı kullanılır (örneğin güneş panelleri aracılığıyla). Böylece enerji daha sonra kullanılmak üzere veya güneş paneli aracılığıyla yeniden şarj edilmek üzere depolanır (kWh'den bahsediyoruz).

Modern bir lityum iyon güneş pilinde katot, anot ve ayırıcı tabakaları düzenlemenin birçok yolu vardır.

Genellikle hücre adı verilen metal silindirlerin içinde silindir şeklinde yapılırlar. Bir ev enerji depolama sistemi bu silindirik pil hücrelerinden binlercesine sahip olabilir. Prizmatik olarak adlandırılan dikdörtgen tipte bir yapı da bulabiliriz. Son olarak, özellikle Pylontech'te bulunan “kese hücreli” broşür tasarımları var:

Pil gücü VE enerji! kafa karıştırmamak için…

Güneş enerjisi özerkliği rehberimizde, güç ve enerji yoğunluğu (veya kapasitesi) arasında yapılması gereken ayrımı anlattık. İşte anlaşılması kolay küvetin şeması:

Piller söz konusu olduğunda, suyun bir borudan bir kaba akması yararlı bir benzetmedir; ancak su elektrik olacaktır ve güç de akış hızı olacaktır:

• Güç (kW) veya İngilizce “power”, suyun borudan akma hızıdır, konteynerin içinde veya dışında.
• Enerji (kWh) veya kapasite, kabın tutabileceği su miktarıdır.

Çoğu lityum iyon güneş pilinin maksimum sürekli çıkışı vardır 3 ve 5 kW arasında. Örneğin bir Pylontech US5000, 2.4 kW sürekli ve 5KW'a kadar maksimum güce sahiptir. Akü sistemimden 10 kW güç almak istersem ikinci bir akü eklemem gerekecek.

Nikel-Demir, NIFE, Lityum LFP, NMC, Sodyum? Ne seçeceksin ?

Birkaç yıl önce, pil depolama hakkında konuştuğumuzda, izole edilmiş bir site (şebekeden bağımsız) türünde bir durumda olduğunuza dair kesin bir iddia vardı. Ve haklı olarak, özellikle lityum iyon pillerin fiyatı bugüne göre 4 ila 6 kat daha yüksekti:

Yaklaşık on yıl önce baskın teknoloji hâlâ kurşun-asitti (özellikle Victron markası Hoppecke'nin OPZ'leri). Ayrıca her zaman öncü teknolojiye sahip AGM veya GEL aküleri de vardı. Kurşun asit teknolojisinin dezavantajları vardı (hantal boyut, sınırlı kullanım ömrü, gaz salınımı, derin döngüye karşı toleranssızlık vb.) ve karmaşık olan düzenli bakım gerektiriyordu. Ayrıca, ilk bakışta oldukça düşük fiyatlarına rağmen, doğru bir kullanım ömrünü sürdürmek için maksimum deşarj %30 ile sınırlı olduğundan mevcut düşük kapasitenin de dikkate alınması gerekiyordu!

Bu nedenle lityum pillerin fiyatı büyük ölçüde düşerek kWh başına 139 ABD dolarına ulaştı (Bloomberg makalesi.) 

İki ana lityum teknolojisi nikel-manganez-kobalt (NMC) ve lityum-demir-fosfattır (LifePO). TESVOLT HV örneğin NMC Samsung SDI hücrelerini kullanırken, Pylontech veya BYD gibi konut kullanımına yönelik piller yalnızca LifePO'yu kullanır.

Her pilin kendine has özellikleri olduğu ancak döngü sayısı, termal stabilite ve kullanım ömrü açısından LifePo'nun üstün olduğu belirtilmelidir.

LiFePO pil: paranızın karşılığını rakipsiz:

LFP kimyasına dayanan güneş pilleri, kobalt ve stratejik metaller içermez ve bu nedenle ekolojik ve C2G açısından daha verimlidir (“beşikten kapıya = pilin çıkarılmasından geri dönüşümüne kadar olan yaşam döngüsü).

Nikel-Demir akü: dayanıklılığın önceliği:

Diğer teknolojiler de mevcut, örneğin Nikel-Demir pil 2018'den beri sattığımız, "niş" uygulamalar (özellikle izole sahalar) için sağlamlığı ve eşsiz dayanıklılığı birleştiren. Bunlar, kesinlikle hacimli ve bakım gerektiren, ancak ömrü neredeyse sınırsız olan çok özel pillerdir. Ayrıca BMS'ye ihtiyaç duymazlar; bu da "düşük teknolojili" tasarımları takdir edenler için bir avantajdır.

Ayrıca var lityum titanat (LTO) piller, 3 yıldır Avustralya markası Zenaji aracılığıyla sunmaktayız. İnanılmaz döngüye (20000 döngü) sahip, ancak fahiş bir fiyata sahip, yüksek performanslı bir teknoloji.

Sodyum iyon piller nihayet piyasaya çıkmaya başlıyor. Özellikle BIWATT ile ortaklığımız ve onların tam entegre çözümü aracılığıyla bunu 2024 yılında sunacağız. İkincisi, aşırı sıcaklıklara tolerans ve yüksek kritikliğe sahip metallerin (= sınırlı miktarlarda) kullanılmaması açısından benzersiz avantajlara sahiptir. Bununla birlikte, fiyatları şu anda LIFEPO güneş pillerine benzer, hatta biraz daha yüksek ve teknik olarak olgun pillerle karşılaştırıldığında kullanım ömürlerinin ilgi çekici olduğundan emin olmak için kullanım perspektifine sahip olmamız gerekiyor.

Pil garanti koşullarını dikkatlice kontrol edin!

Pil garanti sözleşmelerini okumak sıkıcı olabilir. Satın almayı düşündüğünüz herhangi bir enerji depolama sistemi hakkında anlamanız gereken temel noktaları burada bulabilirsiniz.

Mevcut döngü sayısını değerlendirmek için birincil kriter olan pil bozulması (“EOL”)! 

Garanti süresi sonunda güneş pilinin kapasitesi nedir? 70 yıl sonra %10 tipik bir değerdir. Bu ünlü “EOL”. Üreticiler, pilin kalan kapasitesi ünlü "EOL" eşiğini (= kullanım ömrü sonu) geçmeden önce pilin başarabileceği döngü sayısını belirleyen grafikler sağlar. Örneğin TESVOLT güneş pili ile pillerin 6500 yıl boyunca %100 deşarjda 10 döngü garantili olduğunu görüyoruz. Yani 6500 yıl boyunca %100’de 10 kez çevrim yapabilirsiniz ve bu çevrimlerin sonunda %70 kalan kapasitenin altına düşmemelisiniz!

Bunu yorumlamanın başka bir yolu da standart kullanımda şunu söylemek olacaktır: ev tipi bir akü "tam döngü" eşdeğerinde (= %280 DOD) yılda yaklaşık 100 kez döngüye tabi tutulur. Bu durum mevsimsellik ile açıklanmaktadır (aslında yazın pil kışa göre daha az kullanılacaktır!) Böylece, TESVOLT garantili 6500 döngü aslında 6500/280 = çıkarmanıza olanak sağlayacaktır. Büyük bozulmadan önce yaklaşık 23 yıllık çalışma.

Güneş pilinizin sağlığı SOH!

Hatırlanması gereken diğer önemli kavram, pilin "sağlık durumu" anlamına gelen SOH'nin, pilin kalan kapasitesini göstermesidir. %98'lik bir SOH, EOL'nin

Bir lityum hücrenin üretim kalitesinin takvim ömrünü, yani aşınma ve yıpranma hariç ömrünü (kullanılsın ya da kullanılmasın) etkileyeceğini akılda tutmak önemlidir. Örneğin TESVOLT'ta tahmin edilen bozunma çok düşüktür; %70 DOD'da 16 yıllık yoğun kullanımın ardından %100 civarındadır. Bu, izole bir alanda TESVOLT ile 4 yıl boyunca yaptığımız kurulumlardan birinin hala sağlam bir SOH ("sağlık durumu") göstermesi nedeniyle saha deneyimimizle doğrulanmıştır!

Tam tersi, SOH'un bizimkilerden birinde değiştirilmesi otonom sistemler (Öğrenci) pillerle birlikte, 4 yıldır hizmettedir. Bu, Samsung SDI hücrelerine sahip bir TESVOLT TS48V pildir. Kapasite her zaman 100,% bu da çok uzun bir ömrün geleceğini gösteriyor.

İzole bir tesiste 4 yıllık hizmetten sonra oldukça cesaret verici!

Karşısında ise yine 4 yıldır hizmet veren Pylontech bataryanın SOH'si var. SOH'nin çok daha düşük olduğunu ve pillerin kapasitesinin %8'ini kaybettiğini görüyoruz. Bu nedenle bozulma çok daha fazladır.

Sonuç olarak, güneş piliniz için yapacağınız teknik seçimle ilgili konuları tam olarak anlamanız çok önemlidir. Bunun güvenliğin yanı sıra uzun vadede projenizin karlılığı ve sorunsuz işleyişi üzerinde de etkisi olacaktır. Tüm piller eşit değildir!