Sisteme de baterii

În ultimii ani a avut loc o reducere semnificativă a prețului sistemelor de stocare a energiei regenerabile (ESS). Stocarea energiei produse în centralele fotovoltaice (PV) are loc în principal în baterii, care trebuie să aibă caracteristici specifice. Printre acestea se numără un grad ridicat de ciclare, o densitate de putere excepțională, capacitatea de a se regenera în urma unei descărcări profunde etc.

În timp ce în trecut erau preferate bateriile cu plumb-acid de tracțiune pentru stocarea energiei, în prezent majoritatea centralelor fotovoltaice sunt echipate cu baterii SSE pe bază de litiu sau baterii flow redox.

Compararea celor mai utilizate tipuri de baterii:

Sursa: https://www.fg-forte.cz/cz/kategorie/lithiove--lithium-ion-baterie.aspx


Sisteme de stocare a energiei pe bază de baterii de tracțiune cu plumb (gel) (SSE)

Aceasta este o tehnologie de stocare a energiei testată în timp. Bateria plumb-acid are o eficiență energetică ridicată (aproximativ 85%), ceea ce înseamnă că va ceda o mare parte din "amperii-oră" livrați. Bateriile plumb-acid pot funcționa în mai multe moduri, iar caracteristicile lor de încărcare și descărcare sunt, de asemenea, destul de favorabile. Se recomandă utilizarea bateriilor moderne cu tehnologie AGM (nedegradabile - acidul este îmbibat în fibrele de sticlă) sau a bateriilor cu gel - foarte durabile și cu o durată de viață lungă (electrolitul - acidul - este solidificat sub formă de gel). Modelele AGM și GEL sunt complet lipsite de întreținere, nu sunt friabile și sunt foarte rezistente la șocuri.

Principalele dezavantaje ale SSE-urilor cu plumb sunt durata de viață limitată și greutatea mare.

Sistemele de stocare a energiei pe bază de litiu-ion (SSE)

Cel mai mare avantaj al SSE cu litiu este densitatea energetică mai mare a acestor baterii, atât în volum, cât și în masă. Un alt avantaj al acestor acumulatori este autodescărcarea mai mică decât a majorității celorlalți acumulatori, principiul de încărcare este simplu, iar reîncărcarea se poate face în orice moment (stare de descărcare) fără a afecta negativ performanța acumulatorilor.

În prezent, există mai multe variante de SSE cu litiu disponibile în comerț. Cel mai răspândit tip de baterii cu litiu sunt celulele litiu-ion (Li-Ion) cu electrolit lichid. Aceste baterii sunt, prin urmare, relativ sigure și robuste din punct de vedere mecanic. Tensiunea de încărcare este de 4,2 V pe celulă, cu o tensiune nominală de 3,6 V. Densitatea de energie este cuprinsă între aproximativ 150-200 Wh/kg.

Principalul punct forte al bateriilor litiu-ion este faptul că acestea pot fi reîncărcate foarte frecvent - fără efectul de memorie care încetinește și complică procesul de încărcare. Un alt avantaj: densitatea energetică ridicată. Adâncimea de descărcare (DOD) : Bateriile pot fi descărcate profund (100% DOD) în comparație cu bateriile cu plumb-acid sunt mai puternice, deoarece dacă o baterie cu plumb-acid depășește 80% din adâncimea de descărcare, aceasta se deteriorează.

Sistemele de stocare a energiei pe bază de LiFe/LiFePO4 (SSE)

Un alt tip foarte răspândit este celula de fosfat de litiu-fier, prescurtat LiFe/LiFeFePO4. Tensiunea de încărcare a celulelor este de 3,6 V, nominală de 3,2 V. Celulele LiFePO4 au o densitate energetică mai mică (aproximativ 90-120 Wh/kg). Avantajul lor față de celulele Li-Ion este o capacitate mai mare de încărcare a curentului și o anumită rezistență la descărcarea profundă.

Litiu-titan-oxid (LTO)

Cel de-al treilea tip de SSE pe bază de litiu utilizat este reprezentat de bateriile de litiu-titan (LTO sau Li4Ti5O12 = litiu-titan-oxid). Catodul este același cu cel al bateriilor Li-Ion/Li-Pol. Materialul LTO are o suprafață specifică mare în raport cu greutatea, astfel încât este posibilă încărcarea și descărcarea rapidă.

Un alt avantaj este posibila funcționare la temperaturi joase și durata de viață foarte lungă (mii de cicluri). Pe de altă parte, dezavantajul este tensiunea nominală mai mică, de 2,4 V. Densitatea de energie este astfel mai mică decât cea a tipurilor anterioare.

Sistemele de stocare a energiei (ESSs)

Potrivit multor experți, bateriile de flux pot fi viitorul "pilon" al multor ESSs, atât la nivelul rețelei, cât și în locuințe.

În principiu, bateriile de flux constau din două rezervoare care sunt umplute cu electrolit care curge printr-o celulă electrochimică. Procesele critice au loc cu electrolitul, care este împărțit în două rezervoare mari. Fiecare rezervor are propria sa pompă și injectează electrolitul în celula de combustibil regenerativă, unde are loc o reacție chimică prin intermediul unei membrane de schimb de ioni. Energia este transferată prin membrană și stocată în rezervoarele de electrolit.

Avantaje și dezavantaje ale tehnologiei VRB

Există unele avantaje ale separării electrolitului. În cazul VRB, electrolitul nu are procese de degradare, astfel încât este posibilă funcționarea bateriei pentru un număr aproape nelimitat de cicluri de încărcare și descărcare. VRB poate fi lăsată în stare descărcată pentru perioade mai lungi de timp fără a provoca daune în ceea ce privește durata de viață a bateriei. Potrivit experților, durata de viață a bateriei este estimată la 30 până la 50 de ani, cu un număr de cicluri de ordinul zecilor de mii.
Electrolitul nu se degradează, ceea ce înseamnă, în practică, că capacitatea bateriei nu se modifică în timp. Adâncimea de încărcare și descărcare este de la 0% la 100%. Tehnologia VRB este caracterizată de un proces de autodescărcare minim. bateriile de flux VRB sunt extrem de stabile. Eficiența acestor baterii variază între 75% și 85%, iar tensiunea celulei depinde de electrolitul utilizat și variază între 1,4 V și 1,8 V.
Singurul dezavantaj al VRB este densitatea energetică scăzută, cuprinsă între 15 și 25 kWh/m3 (în comparație, bateriile Li-ion au o densitate energetică de aproximativ 300 kWh/m3). Prin urmare, VRB-urile sunt destul de voluminoase și, de asemenea, relativ grele. Densitatea energetică a acestor baterii este determinată de cantitatea de electrolit din rezervoare, în timp ce densitatea de putere este afectată de reacțiile chimice care au loc la electrozi.

Cum recunoști o baterie de calitate?

O baterie de calitate ar trebui să includă un BMS, sau "Battery Management System", care se ocupă de siguranța acesteia, echilibrând activ celulele și menținând întregul SSE în cele mai bune condiții posibile.
BMS echilibrează fluxurile de energie între celule și le menține pe toate în aceeași stare în ceea ce privește tensiunea și capacitatea. Acest lucru protejează, de asemenea, celulele mai slabe de deteriorare datorită celulelor mai puternice. Cu alte cuvinte, prin utilizarea BMS, efectele negative ale nepotrivirii celulelor individuale în timpul perioadei de utilizare sunt eliminate, astfel încât întreaga baterie oferă o performanță constantă și stabilă.
BMS garantează astfel o funcționare pe termen lung complet sigură, cu o utilizare de 100% a capacităților celulelor bateriei utilizate. Pentru fiecare celulă, sistemul electronic monitorizează cu precizie tensiunea, curentul și temperatura curentă și corectează procesul de încărcare și descărcare în funcție de valorile măsurate.

Funcțiile principale ale BMS:
- măsurarea precisă a tensiunii, curentului și temperaturii fiecărei celule
- protecția împotriva descărcării profunde și a supraîncărcării fiecărei celule
- limitarea curenților de încărcare și descărcare excesivi.

Principalele funcții ale BMS:
- măsurarea precisă a tensiunii, curentului și temperaturii fiecărei celule

Principii de ghidare pentru selectarea SSE de bună calitate

Se recomandă cu tărie să nu selectați baterii de tracțiune cu plumb-acid ieftine. Atunci când se compară prețul pe kWh stocat (dar și atunci când se compară dimensiunile sau greutatea), acumulatorii cu litiu ies clar în evidență mai bine. În plus, o baterie de calitate pe bază de litiu (sau o baterie de flux) este o soluție fără întreținere, curată și sigură, care este superioară și mai rentabilă din toate punctele de vedere în comparație cu bateriile cu plumb.
La alegerea bateriilor, se aplică principiul conform căruia un preț mai mare = valoare adăugată mai mare. Puteți identifica o baterie de calitate prin faptul că aceasta conține un BMS - adică un sistem de control care echilibrează în mod activ celulele și menține întregul SSE în cele mai bune condiții posibile.

TIP: Când alegeți o baterie, căutați următorii parametri:
- durata de viață
- capacitatea (utilizabilă)
- numărul de cicluri de încărcare/descărcare
- capacitatea de descărcare profundă.