Akkumulátoros rendszerek
Az elmúlt években jelentősen csökkent a megújuló energiatároló rendszerek (ESS) ára. A fotovoltaikus erőművekben (PV) termelt energia tárolása elsősorban akkumulátorokban történik, amelyeknek különleges tulajdonságokkal kell rendelkezniük. Ezek közé tartozik a nagyfokú ciklikusság, a kivételes teljesítménysűrűség, a mélykisülésből való regenerálódás képessége stb.
Míg régebben a vontatott ólom-sav akkumulátorokat részesítették előnyben az energiatároláshoz, manapság a legtöbb PV-erőművet lítium alapú SSE vagy áramlásos redox akkumulátorokkal szerelik fel.
A leggyakrabban használt akkumulátortípusok összehasonlítása:
| Cellatípus | Ni-Cd | Ni-MH | Li-ion | Ólom |
| AGM DC | ||||
| Energiasűrűség (Wh/kg) | 45-80 | 60-120 | 90-120 | 30-50 |
| Ciklusok száma (80%-os kisülési mélységnél) | 1500 | 300-500 | >1500 | 400-500 |
| Projektált élettartam | 5 év+ | 3-4 év | 10 év+ | 10 év+ |
| Feltöltési idő | 1-2h | 2-4h | ½-4h | 8-16h |
| Self-discharge/hónap | ||||
| (kb. 20°C-on) | 20% | 30% | 5-10% | 5% |
| Nominális cellafeszültség | 1,2V | 1.2V | 3.3V | 2V |
| Áramterhelhetőség | 20C | 5C | 25C | 5C |
| csúcs | 20C | 5C | 25C | 5C |
| optimális | 1C | 0,5C | 5C | 0,2C |
| Működési hőmérséklet (kisütéshez) | -40~60C | -20 ~ 60°C | -20 ~ 60°C | -20 ~ 60°C |
| Szolgáltatási követelmények | 30 - 60 nap | 60 - 90 nap | 6 hónap | 6 hónap |
| Közelítő költség | ||||
| (EUR/Wh) | 0.33 | 0.65 | 0.33 | 0.11 |
Forrás: https://www.fg-forte.cz/cz/kategorie/lithiove--lithium-ion-baterie.aspx
Ólom (gél) vontatási akkumulátor alapú energiatároló rendszerek (SSE)
Ez egy időtálló energiatárolási technológia. Az ólom-sav akkumulátor magas energiahatékonysággal rendelkezik (kb. 85%), ami azt jelenti, hogy a leadott "amperórák" nagy részét leadja. Az ólom-sav akkumulátorok számos üzemmódban működhetnek, és töltési és kisütési jellemzőik is igen kedvezőek. Ajánlott a korszerű AGM technológiájú (nem lebomló - a sav az üvegszálakba áztatva) vagy zselés - rendkívül tartós, hosszú élettartamú (az elektrolit - sav - gél formájában megszilárdul) akkumulátorok használata. Az AGM és a GEL modellek teljesen karbantartásmentesek, nem törnek össze és rendkívül ellenállóak az ütésekkel szemben.
Az ólom SSE-k fő hátránya a korlátozott élettartam és a nagy súly.
Az ólom SSE-k legfőbb hátránya a korlátozott élettartam és a nagy súly.
Lícium-ion alapú energiatároló rendszerek (SSE-k)
A lítium SSE-k legnagyobb előnye a nagyobb energiasűrűségük, mind térfogatuk, mind tömegük tekintetében. Ezen akkumulátorok további előnye, hogy kisebb az önkisülésük, mint a legtöbb más akkumulátoré, a töltési elv egyszerű, és az újratöltés bármikor elvégezhető (kisülési állapot) anélkül, hogy negatívan befolyásolná az akkumulátorok teljesítményét.
A lítium SSE-nek jelenleg több változata is kapható a kereskedelemben. A lítium akkumulátorok legelterjedtebb típusa a lítium-ion (Li-Ion) cellák folyékony elektrolittal. Ezek az akkumulátorok ezért viszonylag biztonságosak és mechanikailag robusztusak. A töltési feszültség cellánként 4,2 V, névlegesen 3,6 V. Az energiasűrűség körülbelül 150-200 Wh/kg között van.
A lítium-ion akkumulátorok fő erőssége, hogy nagyon gyakran újratölthetők - a töltési folyamatot lassító és bonyolító memóriaeffektus nélkül. További előnye: a nagy energiasűrűség. Kisülési mélység (DOD) : Az akkumulátorok mélyen kisülhetnek (100% DOD) az ólomsavas akkumulátorokhoz képest nagyobb teljesítményűek, mert ha egy ólomsavas akkumulátor meghaladja a 80%-os kisülési mélységet, akkor károsodik.
LiFe/LiFePO4-alapú energiatároló rendszerek (SSE)
A másik elterjedt típus a lítiumvas-foszfát cella, rövidítve LiFe/LiFePO4. A cellák töltési feszültsége 3,6 V, névlegesen 3,2 V. A LiFePO4 cellák energiasűrűsége alacsonyabb (kb. 90-120 Wh/kg). Előnyük a Li-Ion cellákkal szemben a nagyobb áramerősség és a mélykisüléssel szembeni némi ellenállás.
Lítium-titán-oxid (LTO)
A lítium-alapú SSE harmadik típusa a lítium-titán (LTO vagy Li4Ti5O12 = lítium-titán-oxid) akkumulátorok. A katód ugyanaz, mint a Li-Ion/Li-Pol akkumulátoroké. Az LTO anyagnak a tömegéhez képest nagy a fajlagos felülete, így gyors töltés és kisütés lehetséges.
Egy másik előnye a lehetséges alacsony hőmérsékleten való működés és a nagyon hosszú ciklikus élettartam (több ezer ciklus). Hátránya viszont az alacsonyabb névleges feszültség, 2,4 V. Az energiasűrűség így alacsonyabb, mint a korábbi típusoké.
Áramlásakkumulátor-alapú energiatároló rendszerek (ESS-ek)
Sok szakértő szerint az áramlásakkumulátorok lehetnek a jövőben számos ESS "pillére", mind hálózati szinten, mind az otthonokban.
A flow akkumulátorok alapvetően két tartályból állnak, amelyek egy elektrokémiai cellán keresztül áramló elektrolittal vannak töltve. A kritikus folyamatok az elektrolittal történnek, amely két nagy tartályra van felosztva. Mindkét tartály saját szivattyúval rendelkezik, és az elektrolitot a regeneratív üzemanyagcellába fecskendezi, ahol egy ioncserélő membránon keresztül kémiai reakció megy végbe. Az energia a membránon keresztül kerül átadásra és az elektrolittartályokban tárolásra.
A VRB-technológia előnyei és hátrányai
Az elektrolit szétválasztásának van néhány előnye. A VRB esetében az elektrolitban nincsenek lebomlási folyamatok, így az akkumulátor szinte korlátlan számú töltési és kisütési cikluson keresztül üzemeltethető. A VRB-t hosszabb ideig lehet kisütött állapotban hagyni anélkül, hogy az akkumulátor élettartama károsodna. Szakértők szerint az akkumulátor élettartamát 30-50 évre becsülik, több tízezres nagyságrendű ciklusszám mellett.
Az elektrolit nem degradálódik, ami a gyakorlatban azt jelenti, hogy az akkumulátor kapacitása nem változik az idő múlásával. A töltési és kisütési mélység 0% és 100% között van. A VRB technológiát minimális önkisülési folyamat jellemzi. a VRB áramlásos akkumulátorok rendkívül stabilak. Ezeknek az akkumulátoroknak a hatásfoka 75% és 85% között mozog, a cellafeszültség a használt elektrolittól függ, és 1,4 V és 1,8 V között mozog.
A VRB-akkumulátorok egyetlen hátránya az alacsony energiasűrűség, amely 15-25 kWh/m3 között mozog (összehasonlításképpen a Li-ion akkumulátorok energiasűrűsége kb. 300 kWh/m3). Ezért a VRB-k meglehetősen terjedelmesek és viszonylag nehezek is. Ezen akkumulátorok energiasűrűségét a tartályokban lévő elektrolit mennyisége határozza meg, míg az energiasűrűséget az elektródákon lejátszódó kémiai reakciók befolyásolják.
Honnan ismeri fel a minőségi akkumulátort?
A minőségi akkumulátornak tartalmaznia kell egy BMS-t, azaz "akkumulátor-kezelő rendszert", amely gondoskodik a biztonságáról, aktívan kiegyensúlyozza a cellákat és a teljes SSE-t a lehető legjobb állapotban tartja.
A BMS kiegyensúlyozza az energiaáramlást a cellák között, és mindegyiket azonos állapotban tartja a feszültség és a kapacitás tekintetében. Ez egyben megvédi a gyengébb cellákat a károsodástól az erősebb celláknak köszönhetően. Más szóval, a BMS használatával kiküszöbölhetők az egyes cellák használat közbeni nem megfelelő beállításának negatív hatásai, így a teljes akkumulátor állandó, stabil teljesítményt nyújt.
A BMS így teljesen biztonságos hosszú távú működést garantál a felhasznált akkumulátorcellák képességeinek 100%-os kihasználásával. Az elektronika minden egyes cellánál pontosan figyeli az aktuális feszültséget, áramot és hőmérsékletet, és a mért értékeknek megfelelően korrigálja a töltési és kisütési folyamatot.
A BMS fő funkciói:
- az egyes cellák feszültségének, áramának és hőmérsékletének pontos mérése
- az egyes cellák mélykisülés és túltöltés elleni védelme
- a túlzott töltési és kisütési áramok korlátozása.
A jó minőségű SSE kiválasztásának irányelvei
Nem ajánlatos olcsó vontatási ólomakkumulátorokat választani. A tárolt kWh-ra vetített ár összehasonlításakor (de a méretek vagy a súly összehasonlításakor is) a lítium akkumulátoros tárolás egyértelműen jobbnak bizonyul. Ráadásul egy minőségi lítium-alapú akkumulátor (vagy flow-akkumulátor) karbantartásmentes, tiszta és biztonságos megoldás, amely minden szempontból jobb és költséghatékonyabb a Pb-akkumulátorokhoz képest.
Az akkumulátorok kiválasztásakor érvényes az az elv, hogy magasabb ár = magasabb hozzáadott érték. A minőségi akkumulátort arról lehet felismerni, hogy tartalmaz egy BMS-t - azaz egy olyan vezérlőrendszert, amely aktívan kiegyensúlyozza a cellákat, és az egész SSE-t a lehető legjobb állapotban tartja.
TIPP: Az akkumulátor kiválasztásakor a következő paraméterekre figyeljen:
- élettartam
- kapacitás (használható)
- töltési/kisütési ciklusok száma
- mélykisütési képesség.