WeChat - اسکن به چت
WhatsApp-Scan to Chat
صاحبان خانههایی که یک دهه پیش سیستمهای انرژی خورشیدی یا پشتیبان را نصب کردهاند، اکنون با یک تصمیم آشنا روبرو هستند: بانک باتری سرب اسیدی آنها به پایان عمر مفید خود نزدیک شده و نیاز به تعویض دارد. به جای خرید مجموعه دیگری از مواد شیمیایی مشابه، تعداد فزاینده ای از آنها به فسفات آهن لیتیوم، که معمولاً به عنوان LiFePO4 شناخته می شود، روی می آورند. این تغییر به دلیل گرایش های بازاریابی نیست. این به نحوه عملکرد هر نوع باتری در طول سالها دوچرخهسواری روزانه، میزان ظرفیت قابل استفاده آن و میزان توجه آن بستگی دارد.
کار با یک قابل اعتماد تامین کننده سیستم ذخیره انرژی مسکونی از آنجایی که طراحی سیستم، سازگاری اینورتر و مشخصات باتری همگی به جای انتخاب مجزا، باید با هم کار کنند.
در این مقاله تفاوتهای فنی بین باتریهای سرب اسید و باتریهای لیتیومی با چرخه عمیق، معنای این تفاوتها در استفاده روزانه و نحوه ارزیابی گزینهای که برای یک خانه خاص مناسب است را توضیح میدهد.
باتری های سرب اسیدی مهر و موم شده، از جمله انواع AGM و ژل، انتخاب پیش فرض برای سیستم های برق خارج از شبکه و پشتیبان برای چندین دهه بوده است. طراحی داخلی آنها از صفحات سربی غوطه ور در محلول الکترولیت، مهر و موم شده برای جلوگیری از ریختن و کاهش نیاز به اضافه کردن آب در مقایسه با باتری های اسید سرب قدیمی تر استفاده می کند.
از آنجایی که شیمی اسید سرب با تخلیه منظم کمتر از نصف ظرفیت، سریعتر از بین میرود، صاحبان خانهها اغلب بانک باتری را بزرگتر میکنند تا از زمان اجرا قابل استفاده محافظت کنند، که فضای اولیه و نیازهای هزینه را فراتر از نیاز واقعی بار افزایش میدهد.
یک بانک سرب اسیدی که برای استفاده روزانه در عمق 50 درصد دبی اندازه می شود، به طور موثر تنها نیمی از ظرفیت نامی خود را به طور ثابت ارائه می دهد.
باتریهای لیتیوم فسفات آهن از شیمی کاتدی متفاوتی نسبت به سلولهای لیتیوم یونی موجود در لوازم الکترونیکی مصرفی استفاده میکنند. LiFePO4 در ذخیره سازی ثابت به طور خاص به دلیل پایداری حرارتی و عمر چرخه طولانی آن به جای حداکثر چگالی انرژی، ارزش دارد، که باعث می شود برای بانک های باتری خانگی که سال ها در جای خود باقی می مانند، مناسب تر باشد.
هر بسته LiFePO4 که برای ذخیره سازی در خانه استفاده می شود با یک سیستم مدیریت باتری یا BMS جفت می شود که ولتاژ، دما و جریان سلولی را در زمان واقعی نظارت می کند. این چیزی است که به باتری اجازه می دهد تا بسیار عمیق تر از اسید سرب تخلیه شود بدون اینکه عمر آن کوتاه شود، و همچنین چیزی است که از شارژ بیش از حد، تخلیه بیش از حد و مسائل حرارتی قبل از تبدیل شدن به یک نگرانی ایمنی جلوگیری می کند.
صاحب خانه ای که سلول ها را از یک تاسیسات تامین می کند تامین کننده باتری LiFePO4 چرخه عمیق به طور کلی می توان عمق تخلیه قابل استفاده در محدوده 90 تا 100 درصد را انتظار داشت، زیرا شیمی با همان تخریب سریعی که اسید سرب در سطوح دبی بالا تجربه می کند، متحمل نمی شود.
در مقایسه با سایر مواد شیمیایی لیتیوم، LiFePO4 آستانه فرار حرارتی بالاتری دارد، به این معنی که شارژ بیش از حد، استرس فیزیکی و دماهای بالا را با حاشیه ایمنی بیشتر تحمل می کند. این یکی از دلایلی است که به جای کاربردهایی که وزن و حجم محدودیت اصلی هستند، مانند وسایل نقلیه الکتریکی، به انتخاب استاندارد برای ذخیره سازی خانه ثابت تبدیل شده است.
جدول زیر تفاوتهای عملی را که صاحبان خانه هنگام مقایسه این دو شیمی در شرایط معمولی کاربری مسکونی با آن مواجه میشوند، خلاصه میکند.
| صفت | سرب اسید (AGM/Gel) | LiFePO4 لیتیوم |
| عمق تخلیه قابل استفاده | 40-50 درصد | 90-100 درصد |
| عمر چرخه معمولی | 300-600 سیکل | 3500-6000 چرخه |
| کارایی رفت و برگشت | 75-85 درصد | 95-99 درصد |
| وزن برای ظرفیت قابل استفاده معادل | بالا | تقریباً یک سوم تا یک دوم |
| زمان شارژ | آهسته و چند مرحله ای لازم است | سریع و دارای قابلیت تک مرحله ای |
| عملکرد هوای سرد | کاهش قابل توجه ظرفیت | پایدار با گزینه های گرمایش داخلی |
| تعمیر و نگهداری روتین | منظم | حداقل |
| عمر خدمات مورد انتظار | 3-6 سال | 10-15 سال یا بیشتر |
نمودار زیر شکاف در طول عمر چرخه را در عمق عملیاتی معمول تخلیه نشان می دهد، که بزرگترین عامل ایجاد کننده هزینه تعویض طولانی مدت است.
باتری های لیتیومی قیمت خرید بالاتری نسبت به باتری های سرب اسیدی با ظرفیت نامی مشابه دارند. سرب-اسید که فقط بر اساس هزینه روز اول ارزیابی می شود، ارزان تر به نظر می رسد. در یک دوره مالکیت 15 ساله ارزیابی می شود، نتیجه معمولا معکوس می شود.
یک بانک سرب اسیدی که برای عمر مفید 4 تا 6 سال رتبه بندی شده است معمولاً باید دو تا سه بار در یک دوره 15 ساله تعویض شود و ظرفیت قابل استفاده باید از همان ابتدا بزرگتر شود تا محدودیت تخلیه 50 درصدی را در نظر بگیرد.
یک بانک LiFePO4 با اندازه مناسب که برای 10 تا 15 سال رتبه بندی شده است، اغلب نیاز به تعویض صفر یا یک در همان دوره دارد، در حالی که در هر چرخه نزدیک به ظرفیت نامی کامل خود ارائه می دهد.
زمانی که هزینه بهجای واحد ظرفیت اولیه برای هر چرخه قابل استفاده محاسبه میشود، لیتیوم به طور مداوم پایینتر میآید، زیرا ترکیب تخلیه عمیقتر و عمر طولانیتر هزینه اولیه بالاتر را در انرژی قابل استفادهتر در طول زمان پخش میکند.
حجم کاری تعمیر و نگهداری یکی از قابل توجه ترین تفاوت هایی است که صاحبان خانه پس از تغییر مواد شیمیایی گزارش می کنند.
کاهش تعمیر و نگهداری به این دلیل نیست که باتری های لیتیومی بدون نیاز به تعمیر و نگهداری هستند، بلکه به این دلیل است که BMS وظایف نظارتی را که در غیر این صورت صاحب خانه باید به صورت دستی در بانک اسید سرب انجام دهد، خودکار می کند.
انتخاب بین شیمی ها باید با داده های بار واقعی شروع شود نه صرف بودجه. جریان زیر یک توالی تصمیم گیری عملی را ترسیم می کند.
| عامل | سرب-اسید را ترجیح می دهد | لیتیوم را ترجیح می دهد |
| بودجه اولیه محدود، استفاده کوتاه مدت | بله | خیر |
| فضای نصب تنگ | خیر | بله |
| دوچرخه سواری عمیق مکرر، استفاده روزانه از خورشید | خیر | بله |
| نصب آب و هوای سرد | خیر | بله |
| حداقل ongoing maintenance desired | خیر | بله |
صاحبان خانه هایی که برای یک سرمایه گذاری خورشیدی یا پشتیبان درازمدت برنامه ریزی می کنند، معمولاً با یک مشورت می کنند تامین کننده ذخیره انرژی در اوایل مرحله برنامه ریزی، بنابراین اندازه باتری، جفت شدن اینورتر و چرخه روزانه مورد انتظار را می توان با هم ارزیابی کرد و نه تصمیمات جداگانه پس از نصب.
در بیشتر موارد می توان بانک باتری را تعویض کرد، اما تنظیمات کنترل کننده شارژ و اینورتر معمولاً باید برای مطابقت با ولتاژ و پارامترهای شارژ LiFePO4 دوباره پیکربندی شوند، زیرا پروفایل های شارژ سرب-اسید برای سلول های لیتیومی مناسب نیستند.
تخلیه باتری های سرب اسیدی به طور قابل توجهی زیر آستانه 50 درصد توصیه شده به طور منظم، تخریب صفحه را تسریع می کند و می تواند در مقایسه با ماندن در محدوده توصیه شده، عمر چرخه کل را به طور قابل توجهی کاهش دهد.
باتریهای LiFePO4 محدوده دمایی وسیعتری نسبت به سرب اسیدی تحمل میکنند، و بسیاری از واحدهای مسکونی دارای عناصر گرمایش داخلی برای شارژ در شرایط سرد هستند، اگرچه هنوز برای هر نوع شیمیایی باتری باید از گرمای شدید اجتناب شود.
خیر. از آنجایی که لیتیوم عمق تخلیه قابل استفاده بسیار بیشتری را امکان پذیر می کند، ظرفیت نامی کوچکتر می تواند انرژی قابل استفاده مشابه یک بانک سرب اسیدی بزرگتر را ارائه دهد، که اغلب ردپای فیزیکی مورد نیاز برای همان بار روزانه را کاهش می دهد.
عمر چرخه همراه با عمق قابل استفاده دشارژ عامل اصلی است، زیرا تعیین می کند که بانک باتری هر چند وقت یک بار نیاز به تعویض دارد و چقدر از ظرفیت نامی آن می تواند به صورت روزانه استفاده شود.