Vystavení baterie: olovo-kyselina vs. lithium-ion

Která baterie je nejlepší pro energetický systém mimo síť?

Toto je výjimkou z nové knihy: Off Grid Solar: Příručka pro fotovoltaiku s olověnými nebo lithium-iontovými bateriemi.

Viděl jsem tolik energetických systémů mimo síť s zaniklými olověnými bateriemi. Pokud jste opatrní, fungují tak, jak bylo navrženo, a pak ztratí hloubku nabíjení. S lithium-iontovými bateriemi jsem pracoval minulý rok a přestože jsou podstatně složitější, mají některé úžasné výhody. Na základě mých zkušeností předpovídám, že za několik let se vzdálíme od olověných baterií.

Věřím, že právě teď jsme na jasné křižovatce, pokud jde o výběr typu baterie pro skladování energie pro energetické systémy mimo síť. Jsme na přechodu mezi olověnými bateriemi, osvědčenou technologií používanou po celá desetiletí a lithium-iontovým příslibem vyšší hustoty, zlepšené odolnosti a delší životnosti cyklu.

Nedávno jsme viděli, že společnosti úspěšně získávají trakci s nákladově efektivními lithium-iontovými technologiemi. Li-Ion baterie se prodávají za pouhých 400 $ / kWh. Společnost Tesla, LG Chemical, Sonnen a Simpliphi Power mají spolehlivé produkty za rozumné ceny. A nedávno německý výrobce automobilů Mercedes-Benz oznámil, že se také dostává na trh stacionárních úložišť s Mercedes-Benz Energy.

Ale co olověné baterie? Byli už tak dlouho, že jsou prakticky komoditou. Jejich kvalita se výrazně liší v závislosti na výrobci, ale technologické rozdíly jsou minimální. Výrobci jako Trojan, Rolls / Surrette a MK / Deka byli ve hře po celá desetiletí. Proč narušit tuto dvoustoroční technologii? A co dělá lithium-iontovým měničem hry?

Výhoda č. 1 - Vynikající ve velikosti a hmotnosti

Ačkoli vynikající hustota energie není pro stacionární aplikace kritická, je nezbytná pro elektrická vozidla a přenosnou elektroniku. Zvýšená hustota energie výrazně zlepšuje proces rozmístění a instalace stacionárního ukládání energie.

Výše uvedený graf ukazuje, jak lithium-iontové baterie představují asi třetinu hmotnosti a poloviny objemu ve srovnání s olověnými kyselinami (zaplavené, AGM a gel). Lithium-iontové baterie jsou ve své vlastní ligě ve srovnání se všemi ostatními typy baterií, protože jsou výrazně hustší.

Výhoda č. 2 - vynikající odolnost

Všechny baterie jsou náchylné k poškození v důsledku nadměrného vybití a extrémních teplot. Olověné baterie jsou obecně méně odolné vůči tomuto druhu zneužívání a jsou poškozeny, pokud jsou vybíjeny příliš rychle nebo hluboce. Olověné baterie ztratí potenciální cykly, pokud jsou vybity pod 50% svého stavu nabíjení (SOC) nebo pokud jsou vybíjeny rychleji než C / 8. Na druhé straně mohou být lithium-iontové baterie vybity na přibližně 80% SOC a rychlostí C / 2 bez jakéhokoli dlouhodobého poškození. Výše uvedená tabulka ukazuje společné vlastnosti těchto tří typů baterií; zaplavená olověná kyselina, olověně regulovaná olověná kyselina a lithium-ion.

Užitečným způsobem, jak přemýšlet o nabíjení a vybití baterie, je představit si ji jako balón. Pokud opakovaně nafouknete balónek na jeho maximální kapacitu a poté ho úplně vypustíte, může být materiál balónu únavný z nadměrného napětí. Nyní si představte, že s jiným balónkem opakovaně nafouknete a vypustíte ho z 50% na 90% plného, ​​materiál zažije méně stresu a vydrží déle než první balón. Desky uvnitř baterie podléhají srovnatelnému namáhání jako materiál balónku. V tomto příkladu jsou lithium-iontové baterie jednoduše vyrobeny z lepšího, silnějšího materiálu balónku ve srovnání s olověnou kyselinou.

Kromě výhod hloubky vybití mají lithium-iontové baterie také delší životnost; mohou cyklovat vícekrát bez výrazné ztráty kapacity.

Výhoda 3 - vynikající životní cyklus

Ano, je pravda, že počáteční cena lithium-iontových baterií je mnohem dražší než alternativní možnost. (Viz graf Počáteční cena za baterii.) Protože lithium-ion je novější technologií, je pravděpodobné, že má potenciál dohnat a snížit tento rozdíl v nákladech ve srovnání s těmito vyzrálými bateriemi, které se pohybovaly mnohem déle. Lithium-iontové baterie sníží cenu a v blízké budoucnosti klesnou pod 400 USD za kWh. Je však spravedlivé porovnat baterie podle počáteční cenovky a jmenovité kapacity? Rozhodně ne.

Výše uvedený graf může někoho nasměrovat nesprávným směrem, pokud jde o velmi odlišné technologie baterií. Počáteční náklady na baterii jsou důležité při sestavování rozpočtu na systém, ale je možné ji krátkozrakým zaměřit pouze na udržení nízkých počátečních nákladů, když dražší baterie může dlouhodobě ušetřit peníze.

Tento graf celkových nákladů životního cyklu je lepší srovnání, protože bere v úvahu hloubku vybití a typický životní cyklus. V tomto případě mají zaplavené olověné baterie nejnižší náklady na životnost, ale za předpokladu, že jsou řádně udržovány a nejsou zneužívány. Toto je nejlepší scénář. Pokud jsou vybíjeny často po 50% nebo pokud je údržba zanedbávána, nevydrží tak dlouho, čímž se zvýší jejich náklady na životní cyklus. Lithium-iontové baterie vyžadují malou údržbu a jsou odolnější vůči nepravidelnému vybíjení. Tyto faktory dohromady činí lithium-iontovou baterii přitažlivější pro solární energetický systém mimo síť. Sečteno a podtrženo, lithium-iont má asi šestkrát počet cyklů ve srovnání s olověnou kyselinou.

Držitel: Kyselina olovnatá

Nejbezpečnější je prozatím používat osvědčenou olověnou baterii pro ukládání energie mimo síť. Regulátory solárního nabíjení a střídače, které jsou dnes na trhu k dispozici, jsou navrženy pro práci s olověnými kyselinami a mají roky zkoušek v terénu, které vyřešily všechny zlomy. Počáteční cena je stále výrazná úspora oproti lithium-iontovým. Pokud jsou olověné akumulátory správně udržovány, budou fungovat s účinností 80–90%, ale s touto údržbou budou mít štěstí.

Dva hlavní typy olověných baterií jsou zaplaveny a VRLA (Valve Regulated Lead-Acid). Zaplavené olověné akumulátory jsou nejméně drahé, ale také nejméně odolné vůči poškození, které vyžadují značnou péči a údržbu. Pokud se chcete vyhnout potřebě údržby, pak může být VRLA dobrá, ale obvykle je dvojnásobná cena a má kratší životnost ve srovnání se zaplaveným typem. VRLA, běžně nazývané „zapečetěné“ baterie, nejsou technicky uzavřené, ale jsou regulovány ventilem, aby umožňovaly odplyňování. Podívejte se na můj další článek, Výběr olověných baterií pro Off Grid Solar.

Nováček: Lithium-Ion

Po desetiletí byly olověné akumulátory dominantní volbou pro solární systémy Off Grid, ale s růstem elektrických vozidel se technologie lithium-iontových baterií zlepšila a stala se životaschopnou alternativou pro solární systémy Off Grid.

V roce 2016 se lithium-iontové baterie začaly používat pro velké solární systémy, ale už řadu let se používají pro přenosné a ruční solární systémy. Vzhledem k jejich zvýšené hustotě energie a snadnosti přepravy byste měli při plánování přenosného solárního energetického systému vážně zvážit použití lithium-iontových baterií.

o autorovi

Joe O'Connor, autor Off Grid Solar: Příručka pro fotovoltaiku s olověnými nebo lithium-iontovými bateriemi. Když se Joe snažil zesílit svůj dopad po více než deseti letech cestování na vzdálená místa za účelem instalace solární energie, rozhodl se podělit se o své znalosti a zkušenosti v oblasti solárních systémů psaním knihy. Joe vybudoval síťové solární systémy v USA, na Haiti, v Nepálu, Portugalsku, Guatemale a naposledy v národním parku Virunga v Demokratické republice Kongo. Chcete-li se dozvědět více o jeho práci v Kongu, klikněte sem a přečtěte si SolarCity, Tesla a Virunga, Vytváření solárních mikro sítí pro strážce nejstaršího a nejbohatšího národního parku v Africe.

Díky za přečtení mého příběhu! Doporučte tento příspěvek (kliknutím na tlačítko jako), aby jej mohli vidět ostatní lidé. Chcete-li se dozvědět více o mé knize o Off Grid Solar, navštivte stránku www.OffGridSolarBook.com a nezapomeňte se mnou spojit na Twitteru a LinkedIn.