Rodzaje i wybór domowych baterii słonecznych

Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na czyste i zrównoważone źródła energii coraz więcej właścicieli domów zwraca się w stronę energii słonecznej.Jednym z istotnych elementów systemu energii słonecznej jest bateria słoneczna, która przechowuje energię wytworzoną przez panele słoneczne do późniejszego wykorzystania.W tym eseju omówimy różne rodzaje domowe baterie słoneczne i oferują wskazówki dotyczące wyboru najbardziej odpowiedniej opcji dla Twojego domu.

Rodzaje mieszkaniowych baterii słonecznych

Istnieją trzy główne typy baterii słonecznych dostępnych do użytku domowego: akumulatory ołowiowo-kwasowe, litowo-jonowe i przepływowe.Każdy typ ma zalety i wady, dzięki czemu nadaje się do różnych zastosowań i wymagań.

1. Akumulatory kwasowo-ołowiowe

Akumulatory kwasowo-ołowiowe to najstarsza i najbardziej ugruntowana technologia w branży akumulatorów.Akumulator kwasowo-ołowiowy to urządzenie do magazynowania energii chemicznej wykorzystujące ołów i dwutlenek ołowiu (PbO2) jako substancje czynne elektrody ujemnej i dodatniej oraz rozcieńczony kwas siarkowy jako elektrolit, który faktycznie realizuje wzajemną konwersję energii elektrycznej i energii chemicznej poprzez elektrochemię reakcja;jest to preferowane chemiczne źródło zasilania dla wszelkiego rodzaju systemów magazynowania energii, zasilania awaryjnego i urządzeń miękkiego/czarnego startu.

Napięcie nominalne jednoogniwowego akumulatora kwasowo-ołowiowego wynosi 2,0 V, który można rozładować do 1,5 V i naładować do 2,4 V;w praktyce często łączy się go szeregowo z 6 pojedynczymi ogniwami tworząc moduł akumulatora kwasowo-ołowiowego o napięciu nominalnym 12V, a następnie poprzez odpowiednie szeregowo i równolegle na bazie 12V wartość napięcia akceptowanego przez system (np. jak 48 V, 96 V) uzyskuje się w celu realizacji normalnych prac związanych z ładowaniem i rozładowywaniem.

Głównymi elementami akumulatorów kwasowo-ołowiowych są bieguny dodatnie i ujemne, płyty biegunowe, separatory, elektrolity, pojemniki i tak dalej.Ponieważ w module akumulatorowym znajduje się duża ilość roztworu chemicznego, jest on zazwyczaj ciężki.

Akumulatory kwasowo-ołowiowe dzielą się na dwie podkategorie: zalane kwasowo-ołowiowe (FLA) i uszczelnione kwasowo-ołowiowe (SLA), które obejmują zarówno akumulatory z absorpcyjną matą szklaną (AGM), jak i akumulatory żelowe.

W rzeczywistym użyciu wzrasta udział akumulatorów koloidalnych i ołowiowo-węglowych.Nieco lepsze są właściwości związane z nadmiernym rozładowaniem, samoodzyskiem oraz niskimi temperaturami ładowania i rozładowywania akumulatorów koloidalnych;akumulatory ołowiowo-węglowe, dzięki dodatkowi węgla (grafenu) w elektrolicie, zapobiegają zjawisku zasiarczenia elektrody ujemnej oraz eliminują problem łatwej awarii akumulatora, znacznie zwiększając w ten sposób żywotność akumulatorów.

Tryb ładowania akumulatorów kwasowo-ołowiowych obejmuje zazwyczaj trzy tryby: prąd stały, napięcie stałe i ładunek płynny, znany również jako ładowanie trójstopniowe.Prąd ładowania jest bardzo ważnym parametrem, jednostkę wyraża się zazwyczaj w C. Parametry specyfikacji akumulatora będą wyraźnie oznaczone maksymalnym prądem ładowania akumulatora, zwykle 0,1C, 0,2C lub 0,3C;

Na przykład, jeśli pojemność akumulatora wynosi 200Ah, prąd ładowania 0,1C to 0,1×200=20A, 0,2C to 0,2×200=40A;najlepszy prąd ładowania bezobsługowego akumulatora kwasowo-ołowiowego powinien wynosić około 0,1 C, zbyt duży lub zbyt mały prąd ładowania wpłynie na żywotność akumulatora.

Plusy:

Niski koszt początkowy

Szeroka dostępność

Nadaje się do recyklingu i jest przyjazny dla środowiska

Cons:

Krótsza żywotność (3-5 lat)

Niższa gęstość energii

Akumulatory FLA wymagają regularnej konserwacji

Nie nadaje się do głębokiego rozładowania (50% lub więcej)

2. Baterie litowo-jonowe

Baterie litowe cieszą się w ostatnich latach coraz większą popularnością ze względu na ich liczne zalety w porównaniu z akumulatorami kwasowo-ołowiowymi.Są powszechnie stosowane w pojazdach elektrycznych, smartfonach i laptopach.

Bateria litowa to klasa baterii wykonanych z litu metalicznego lub stopu litu jako materiałów dodatnich/ujemnych i wykorzystujących niewodny roztwór elektrolitu;podzielone głównie na baterie litowo-metalowe i baterie litowo-jonowe.Ogólnie rzecz biorąc, baterie litowe odnoszą się do akumulatorów litowo-jonowych, które są akumulatorami wtórnymi, to znaczy mogą wspierać ładowanie i rozładowywanie.

Baterie litowo-jonowe wykorzystują tlenek metalu ze stopu litu jako materiał dodatni, grafit jako materiał ujemny, główny korpus akumulatora litowo-jonowego lit jest materiałem ujemnym, który odgrywa kluczową rolę w wydajności ładowania i rozładowywania akumulatora wydajność, liczba cykli itp.

Baterie litowo-jonowe dzielą się głównie na kwas litowo-kobaltowy, manganian litu, kwas litowo-niklowy, fosforan litowo-żelazowy, trójskładnikowe baterie litowe i tak dalej, w zależności od różnych materiałów katodowych.

Kompleksowe ważenie, cena, wydajność, bezpieczeństwo i inne czynniki w rzeczywistości zastosowania systemów magazynowania energii , zastosowanie większej liczby baterii litowo-żelazowo-fosforanowych.Baterie litowo-żelazowo-fosforanowe są ogólnie uważane za wolne od metali ciężkich i metali rzadkich, są nietoksycznymi i niezanieczyszczającymi środowisko bateriami.

Wykorzystuje fosforan litowo-żelazowy (LiFePO4) jako materiał elektrody dodatniej i węgiel jako materiał elektrody ujemnej, z pojedynczym ogniwem o napięciu znamionowym 3,2 V i napięciu odcięcia ładowania od około 3,6 V do 3,65 V;wymagane napięcie i pojemność są osiągane poprzez połączenie szeregowe i równoległe.

Plusy:

Wysoka gęstość energii

Dłuższa żywotność (10-15 lat)

Niskie wymagania konserwacyjne

Większa wydajność

Szybsze czasy ładowania

Nadaje się do głębokiego rozładowania (80-90%)

Cons:

Wyższy koszt początkowy

Wrażliwy na wysokie temperatury

Ograniczona infrastruktura recyklingu

Główne wskaźniki wydajności akumulatorów monoblokowych z fosforanem litowo-żelazowym:

Pojemność nominalna — w Ah lub mAh

Napięcie nominalne — około 3,2 V

Napięcie zakończenia ładowania — około 3,55 V ~ 3,6 V

Napięcie zakończenia rozładowania — około 2 V ~ 2,5 V

Opór wewnętrzny — ok.

Czas cyklu baterii — ogólnie > 3000 razy

Stopień samorozładowania — około 5% ~ 8%

Baterie litowe powinny obejmować także BMS (Battery Management System), tj. system zarządzania baterią, który zazwyczaj składa się z centralnej jednostki sterującej, jednostki zbierającej, jednostki wyświetlającej, jednostki rejestrującej dane i zewnętrznej jednostki rozszerzającej.

Główne funkcje BMS to:

1. Monitorowanie parametrów pojedynczego akumulatora
2. Obliczanie SOC (stanu naładowania).
3. Monitorowanie i zarządzanie temperaturą
4. Kontrola bilansu energetycznego akumulatora
5. Diagnoza usterek i alarm
6. Wyświetlacz informacyjny
7. Rejestracja danych
8. Komunikacja z górnym komputerem

Wybór odpowiedniej baterii słonecznej dla Twojego domu

Wybierając baterię słoneczną dla całego domu, należy wziąć pod uwagę następujące czynniki:

        1. Bateria kwasowo-ołowiowa lub bateria litowa

Po pierwsze, akumulatory stanowią dużą część systemu magazynowania energii.W przypadku inwerterów magazynujących energię, które obsługują zarówno akumulatory kwasowo-ołowiowe, jak i akumulatory litowe, wybór zależy od chęci inwestycji, rodzaju projektu, lokalizacji projektu, wymagań gwarancyjnych itp.

Gęstość energii akumulatora litowego (ρ=E/V) jest wyższa, około 6 do 7 razy większa niż w przypadku akumulatora kwasowo-ołowiowego, jest mniejsza, lżejsza i charakteryzuje się długim cyklem życia, 1,5 do 5 razy większa niż w przypadku akumulatora kwasowo-ołowiowego.Dlatego też głównymi producentami maszyn do magazynowania energii, którzy zapewniają akumulatory gwarancyjne, są akumulatory litowe.Baterie litowe charakteryzują się jednak stosunkowo gorszą wydajnością w warunkach niskich temperatur, a jednocześnie cena jest wyższa, zwykle ponad 2 do 4 razy większa niż w przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych.

        2. Wybór wydajności

Pojemność odnosi się do całkowitej ilości energii, którą akumulator może zmagazynować, mierzonej w kilowatogodzinach (kWh).Moc akumulatora to ilość energii elektrycznej, jaką może dostarczyć jednocześnie, mierzona w kilowatach (kW).

Najważniejszy jest wybór pojemności baterii, który należy określić na podstawie potrzeb użytkownika w zakresie przechowywania, biorąc pod uwagę pojemność systemu.Na przykład, użytkownik musi zmagazynować 30 kWh dziennie, zainstalował zestaw pozasieciowego systemu magazynowania energii o mocy 3 kW i nie posiada dodatkowego źródła energii, wówczas jego zestaw akumulatorów będzie potrzebował co najmniej 2 dni, aby osiągnąć stan pełnego naładowania;napotkać ciągłą porę deszczową, może nie być pełna przez długi czas.

Ta sytuacja na etapie projektowania systemu musi uwzględniać ograniczenia różnych czynników, zwiększać wydajność instalacji modułów fotowoltaicznych i zwiększać moc wyjściową urządzeń sterujących magazynowaniem energii.Specyfikacje akumulatorów kwasowo-ołowiowych mówią „xxx V / xxx Ah”, na przykład wspólny 12 V / 100 Ah, jego pojemność pojedynczego bloku wynosi 12 × 100 = 1200 VAh = 1200 Wh = 1,2 kWh, czyli 1,2 stopnia energii elektrycznej, jeśli zapotrzebowanie na 30 kWh pojemność magazynowa ok. 30 ÷ 1,2=25 sztuk.

Baterie litowe można ogólnie wybrać bezpośrednio w zależności od ich pojemności PAKIETU, np. pojedynczy PAKIET zawierający pakiet akumulatorów 2,56 kWh, 2 pakiety to 5,12 kWh, a 10 to 25,6 kWh.

        3. Bateria wysokiego napięcia lub bateria niskiego napięcia

Istnieją serie inwerterów magazynujących energię wysokiego napięcia (HV) i niskiego napięcia (LV), a zatem istnieją domowe baterie słoneczne wysokiego i niskiego napięcia.Ogólny jednofazowy falownik wyjściowy z akumulatorem niskiego napięcia, napięcie na zaciskach wynosi około 48 V ~ 52 V.

W tej chwili, jeśli wybór akumulatorów kwasowo-ołowiowych, poprzez cztery serie 12V do 48V;jeśli baterie litowe mogą bezpośrednio wybrać poziom napięcia akumulatora 48 V;trójfazowa, zintegrowana (hybrydowa) maszyna do magazynowania energii poza siecią z domową baterią słoneczną wysokiego napięcia, napięcie wynosi około 100 V ~ 550 V;mocniejsza zintegrowana maszyna, napięcie akumulatora jest wyższe, np. BSLBATT Seria MatchBox i zintegrowana maszyna poza siecią, jej znamionowe napięcie akumulatora wynosi 716 V, zakres napięcia może wynosić 627–817 V, metoda szeregowa i równoległa jest podobna do akumulatora niskonapięciowego.

        4. Głębokość rozładowania (DoD)

DoD to procent pojemności akumulatora, który można wykorzystać, zanim będzie konieczne jego ponowne naładowanie.Wyższy DoD oznacza, że ​​możesz wykorzystać więcej energii zmagazynowanej w akumulatorze, zanim będziesz musiał go ponownie naładować.Aby maksymalnie wykorzystać zmagazynowaną energię, szukaj akumulatora o DoD wynoszącym co najmniej 80%.

        5. Kompatybilność

Upewnij się, że wybrana bateria słoneczna jest kompatybilna z istniejącym systemem zasilania energią słoneczną, w tym z falownikiem i kontrolerem ładowania.Niektóre akumulatory mogą wymagać specjalnego sprzętu lub szczególnej konfiguracji, dlatego przed podjęciem decyzji konieczne jest sprawdzenie kompatybilności.

        6. Żywotność baterii i gwarancja

Baterie słoneczne mają ograniczoną żywotność, zwykle mierzoną w cyklach (jeden cykl to pełne ładowanie i rozładowanie).Liczba cykli, które akumulator może wykonać, zanim jego pojemność znacząco spadnie, określi jego żywotność.Szukaj akumulatora o długiej żywotności i gwarancji gwarantującej określoną liczbę cykli lub lat użytkowania.

Podsumowując, nie ma jednego uniwersalnego rozwiązania, jeśli chodzi o wybór domowej baterii słonecznej.Oceniając swoje wymagania energetyczne, budżet, ograniczenia przestrzenne, klimat i wpływ na środowisko, możesz podjąć świadomą decyzję, która najlepiej odpowiada Twoim potrzebom.W miarę ciągłego rozwoju technologii baterii słonecznych właściciele domów będą mieli jeszcze więcej opcji do wyboru, dzięki czemu przejście na czystą i zrównoważoną energię stanie się bardziej dostępne dla każdego.