Na system magazynowania energii nie mają wpływu warunki atmosferyczne?

Zanim przejdziemy do porównania zimna i ciepła, warto zrozumieć, dlaczego temperatura ma tak kluczowe znaczenie dla zachowania akumulatora.

Systemy przechowywania w budynkach mieszkalnych - czySystemy magazynowania energii 48V-Stosy napięcia - opierają się na chemii litu-jonów do magazynowania i uwalniania energii. Chemia ta zależy od jonów przemieszczających się przez ciekły elektrolit pomiędzy dwiema elektrodami. Temperatura ma bezpośredni wpływ na łatwość wykonywania tego ruchu.

Zimno wszystko spowalnia. Elektrolit staje się bardziej oporny, ruch jonów jest ograniczony, a akumulator nie jest w stanie dostarczać ani przyjmować energii tak efektywnie. Objawia się to zmniejszoną wydajnością użytkową i niższą mocą szczytową - efektami tymczasowymi, które odwracają się wraz ze wzrostem temperatury.

Ciepło powoduje odwrotny problem: przyspiesza niepożądane chemiczne reakcje uboczne wewnątrz ogniw, - reakcje, które stopniowo zużywają elektrolit i zmniejszają całkowitą liczbę jonów litu dostępnych do przechowywania. Degradacja ta ma charakter kumulacyjny i trwały.

Według Krajowego Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) różnica w szybkości degradacji między systemem pracującym w temperaturze 25 stopni (77 stopni F) a systemem działającym w temperaturze 40 stopni (104 stopni F) wynosi w przybliżeniu 2x -, co oznacza, że ​​ten sam system starzeje się dwa razy szybciej w gorącym garażu w porównaniu z piwnicą-o kontrolowanej temperaturze.

To znacząca luka i tego rodzaju szczegóły nie pojawiają się w broszurze gwarancyjnej.
 

Najbardziej praktycznym pytaniem, jakie zadają właściciele domów w chłodniejszym klimacie, jest:ile mocy faktycznie stracę w zimną noc?

Laboratorium Narodowe Argonne opublikowało szczegółowe testy wydajności ogniw z fosforanem litowo-żelazowym (LFP), czyli substancją chemiczną stosowaną obecnie w większości systemów przechowywania w budynkach mieszkalnych. Oto, co pokazują ich dane dotyczące pojemności użytkowej w różnych temperaturach w porównaniu ze standardową wartością bazową wynoszącą 25 stopni:
 

Źródło: Krajowe Laboratorium Argonne, dane z testów ogniw LFP konsorcjum Battery500

Z tej tabeli warto zwrócić uwagę na kilka rzeczy. Po pierwsze, w przypadku większości miejsc instalacji o klimacie umiarkowanym, w których temperatura utrzymuje się powyżej 10 stopni,--, wpływ na świat-jest stosunkowo niewielki i prawdopodobnie nie warto tracić na to czasu. Po drugie, dla właścicieli domów na środkowym zachodzie, w stanach górskich lub w Kanadzie liczby na dolnym końcu tej tabeli są naprawdę istotne, jeśli chodzi o czas trwania podtrzymania, na jaki mogą liczyć w zimie.

Dobra wiadomość: utrata wydajności-w niskich temperaturach jest tymczasowa i całkowicie odwracalna. Wraz ze wzrostem temperatury rośnie również pojemność użytkowa. To nie są obrażenia, - to fizyka.

Jedyne ryzyko-zimnej pogody, które jest trwałe

Istnieje jeden scenariusz-zimnej pogody, który powoduje trwałe szkody i warto o nim wiedzieć: ładowanie akumulatora litowego, gdy jego ogniwa są w temperaturze lub poniżej zera.

Gdy ogniwa litowe są naładowane poniżej 0 stopni, lit metaliczny może osadzać się na powierzchni anody - w procesie zwanym powlekaniem litem -, zamiast być prawidłowo przechowywany. To trwale zmniejsza przyszłą wydajność, a w poważnych przypadkach powoduje mikroskopijne wewnętrzne zwarcia, które stanowią zagrożenie dla bezpieczeństwa.

Systemy jakości są wyposażone w zabezpieczenia systemu zarządzania akumulatorem (BMS), które wstrzymują ładowanie, gdy temperatura spadnie poniżej bezpiecznego progu -, zwykle około 5 stopni -, i wznawiają je automatycznie, gdy warunki się poprawią. Jest to standardowa funkcja bezpieczeństwa, ale warto potwierdzić u dostawcy, że jest prawidłowo wdrożona, zwłaszcza jeśli planujesz garaż lub instalację na zewnątrz w zimnym klimacie.

W tym miejscu rozmowa schodzi z tymczasowych wyników na-długoterminową ekonomię.

W przeciwieństwie do zimna, ciepło powoduje degradację, która pogłębia się z roku na rok. Zależność jest zgodna z tym, co inżynierowie nazywają regułą Arrheniusa: na każde 10 stopni wzrostu trwałej temperatury roboczej tempo degradacji chemicznej wewnątrz ogniw mniej więcej się podwaja.

W praktyce oznacza to dziesięcioletni okres posiadania-

Źródło: Na podstawie modelowania degradacji NREL i analizy termicznej EPRI w budynkach mieszkalnych, 2022

Instytut Badań nad Energią Elektryczną (EPRI) dokonał przeglądu-rzeczywistych instalacji magazynowania energii w budynkach mieszkalnych w-środowiskach o wysokiej temperaturze i odkrył, że systemy w słabo wentylowanych lokalizacjach, -szczególnie tych narażonych na bezpośrednie popołudniowe słońce,- wykazywały mierzalnie szybszy spadek wydajności niż przewidywania-producenta. Niektóre systemy utraciły 20–30% swojej pierwotnej wydajności w ciągu pięciu do sześciu lat w ramach gwarancji zakładającej umiarkowane warunki pracy.

Ma to znaczenie, ponieważ większość gwarancji dotyczących przechowywania w budynkach mieszkalnych jest wystawiana przy zakładanej temperaturze roboczej wynoszącej 25 stopni. Jeśli system stale nagrzewa się bardziej niż - ze względu na miejsce instalacji -, możesz nie zdawać sobie z tego sprawy, warunki, dla których została przewidziana gwarancja.

Dwa źródła ciepła, a nie jedno

Warto zrozumieć, że obciążenie cieplne systemu przechowywania pochodzi z dwóch miejsc, a nie tylko jednego:

Ciepło otoczenia to temperatura powietrza wokół urządzenia - garażu, pomieszczenia gospodarczego, obudowy zewnętrznej.

Ciepło-wytwarzane samodzielnie przez akumulator podczas cykli intensywnego ładowania lub rozładowywania. Kiedy w gorące popołudnie włączasz klimatyzację i jednocześnie próbujesz rozładować akumulator z dużą mocą, akumulator generuje własne ciepło oprócz ciepła otoczenia, z którym już ma do czynienia.

Dobrze-zaprojektowany system obsługuje zarówno aktywne zarządzanie temperaturą, wentylatory z - zmienną-zmienną-prędkością, które przyspieszają w okresach dużego-obciążenia, jak i, w konfiguracjach premium, chłodzenie cieczą. Jakość tego zarządzania ciepłem jest jednym z najbardziej wyraźnych wyróżników systemów przechowywania w podobnych przedziałach cenowych. Nie jest to widoczne w karcie specyfikacji w oczywisty sposób, ale pojawia się w danych dotyczących wydajności z trzech do pięciu lat użytkowania.

Jak czytać ocenę IP

Stopień ochrony IP (ochrona przed wnikaniem) to standardowy sposób, w jaki producenci informują o tym, jak dobrze system radzi sobie z wodą i kurzem. Na arkuszach specyfikacji zobaczysz kody takie jak IP55, IP65 lub IP67. Oto, co właściwie oznaczają te liczby
 

Źródło: norma IEC 60529 dotycząca ochrony przed wnikaniem

Do każdej instalacji zewnętrznej,IP65 to praktyczne minimum. W przypadku lokalizacji o dużym nasyceniu deszczem - obszary przybrzeżne, regiony z częstymi silnymi burzami - warto szczególnie zwrócić uwagę na stopień ochrony IP66.

Jedna ważna uwaga: stopień ochrony IP dotyczy samej obudowy, jeśli jest prawidłowo uszczelniona. Punkty wejścia kabli, połączenia kanałów kablowych i osłony zacisków to osobne kwestie. Prawidłowa instalacja na zewnątrz wymaga prawidłowego uszczelnienia wszystkich punktów penetracji, - a nie tylko urządzenia posiadającego odpowiedni stopień ochrony IP na papierze.

Wilgotność i wolniejszy problem

W środowiskach o wysokiej-wilgotności - obszarach przybrzeżnych, w krajach Zatoki Perskiej i wilgotnym klimacie subtropikalnym - poza deszczem istnieje jeszcze drugi problem: wilgoć stopniowo wpływa na elektronikę wewnątrz systemu, nawet jeśli obudowa pozostaje nienaruszona.

Objawia się to korozją połączeń zacisków i styków płytki drukowanej z upływem czasu. - Nie jest to natychmiastowa awaria, ale stopniowy wzrost liczby kodów usterek, zmniejszona wydajność i nieprzewidywalne zachowanie po trzech do pięciu latach.

Oceniając systemy dla wilgotnych klimatów, zapytaj szczególnie, czy płytki sterujące mają powłokę ochronną -, czyli cienką warstwę ochronną nałożoną na płytki drukowane, która jest odporna na przenikanie wilgoci. Jest to standardowa praktyka wśród producentów wysokiej jakości systemów przeznaczonych do środowisk wilgotnych, ale nie jest uniwersalna.

Phoenix, Arizona - Utrzymujące się upały

Klient z obszaru metropolitalnego Phoenix zainstalował system o mocy 20 kWh w-garażu wychodzącym na zachód, gdzie w letnie popołudnia temperatura otoczenia regularnie przekraczała 40 stopni. Środowisko termiczne jest mniej więcej tak samo wymagające, jak systemy magazynowania w budynkach mieszkalnych w kontynentalnych Stanach Zjednoczonych

Niezależne testy wydajności dwa lata po-instalacji wykazały, że pozostało 96,2% pierwotnej wydajności znamionowej. Modelowanie degradacji NREL dla systemów LFP bez aktywnego zarządzania ciepłem w podobnych warunkach przewiduje około 8–12% utraty wydajności w tym samym okresie. Rzeczywisty wynik-był znacznie lepszy, przede wszystkim dlatego, że system chłodzenia ze zmienną-prędkością utrzymywał temperaturę ogniw wewnętrznych w granicach 5 stopni od docelowego zakresu roboczego nawet w szczytowe letnie popołudnia.

Obserwacja klienta: wentylator systemu był zauważalnie aktywny w gorące popołudnia, ale jego wydajność była stała przez całe lato - brak skrócenia czasu trwania podtrzymania, brak wzrostu liczby zdarzeń awaryjnych.

Minneapolis, Minnesota

Instalacja w Minneapolis w nieogrzewanym garażu wystawiona była na normalne zimowe temperatury wynoszące od -15 do -20 stopni. Zamiast instalować w tym miejscu, certyfikowany instalator zalecił zamiast tego klimatyzowaną piwnicę -, co jest prostą zmianą, która utrzymuje system w temperaturze powyżej 10 stopni przez cały rok i całkowicie eliminuje zmniejszenie wydajności w niskich temperaturach.

Dla właściciela domu praktyczna różnica była znacząca: zamiast zajmować się 60–70% pojemności użytkowej w najzimniejsze noce, zapewniał stałą, pełną-nominalną wydajność przez całą zimę.

Dla właścicieli domów, dla których instalacja w piwnicy nie wchodzi w grę, systemy Sunhingstones oferują tryb ochrony przed niską-temperaturą: poniżej 5 stopni ładowanie zostaje automatycznie zawieszone, a system przechodzi w tryb-tylko rozładowywania, dopóki czujniki BMS nie zarejestrują bezpiecznej temperatury ładowania. Zapobiega to osadzaniu się litu, a jednocześnie zapewnia zasilanie w zimne noce.

Stowarzyszenie Energy Storage Association (ESA) odnotowało w swojej aktualizacji najlepszych praktyk z 2023 r., że lokalizacja instalacji jest niezmiennie jedną z-decyzji o największym wpływie na wdrażanie systemów pamięci masowej w budynkach mieszkalnych, - często ważniejszych pod względem-długoterminowej wydajności niż wybór rozmiaru pojemności czy wybór marki. Sprawa Minneapolis jest jasną ilustracją tej kwestii.
 

Żaden z tych etapów nie wymaga specjalistycznej wiedzy technicznej. Są to tego rodzaju proste decyzje, które robią znaczącą różnicę w ciągu dziesięcioletniego-okresu posiadania.

Najpierw wybierz miejsce instalacji, a nie ostatnie. Klimatyzowana przestrzeń wewnętrzna - piwnica, pomieszczenie gospodarcze,-garaż z kontrolowanym klimatem - będzie stale osiągać lepsze wyniki niż instalacja w garażu odsłoniętym na zewnątrz lub bez wentylacji. Jeśli masz taką możliwość, skorzystaj z niej.

Zachowaj odstęp wokół urządzenia. Nie przechowuj pudeł, sprzętu ani niczego innego przeciwko systemowi. Wymagania dotyczące zezwoleń producenta bezpośrednio wpływają na wydajność chłodzenia, a co za tym idzie, na trwałość.

W przypadku instalacji na zewnątrz należy sprawdzić stopień ochrony IP i upewnić się, że wszystkie przejścia są uszczelnione. Minimalne IP65. Zapytaj instalatora, w jaki sposób uszczelnione są wejścia kabli - to właśnie tam najczęściej przedostaje się wilgoć.

W zimnym klimacie sprawdź, czy ochrona ładowania BMS-jest aktywna. Poproś dostawcę, aby przeprowadził Cię przez proces, gdy system wykryje temperaturę bliską zeru. Ustne potwierdzenie istnienia tej funkcji nie jest równoznaczne ze zrozumieniem, w jaki sposób jest ona zaimplementowana.

Skonfiguruj alerty monitorowania temperatury. Większość systemów zawiera aplikacje monitorujące, które mogą ostrzegać Cię, gdy temperatura wewnętrzna zbliża się do limitów roboczych. Włącz te -, które dadzą Ci wczesne ostrzeżenie, zanim problem stanie się rachunkiem za naprawę.

Zaplanuj coroczny przegląd. Wentylatory chłodzące z biegiem czasu gromadzą kurz, a zablokowane ścieżki wentylacyjne są częstą przyczyną problemów z wydajnością-związanych z ciepłem, których można łatwo uniknąć. Coroczna kontrola stanu wentylatora i prześwitu wentylacyjnego kosztuje bardzo niewiele, a może wydłużyć żywotność systemu o lata.

Śledź trend wydajności w czasie.Twoja aplikacja monitorująca powinna udostępniać historyczne dane dotyczące pojemności. Stopniowy spadek jest normalny; nagły spadek lub przyspieszający spadek warto zgłosić producentowi, póki gwarancja jest jeszcze aktywna
 

P: Moja bateria wykazuje mniejszą pojemność zimą. Czy system zawodzi?
Odpowiedź: Prawie na pewno nie. Zmniejszenie pojemności-w niskich temperaturach jest normalną cechą chemii litu. Jeśli temperatura w miejscu instalacji spadnie poniżej 10 stopni, należy spodziewać się tymczasowego obniżenia temperatury w zakresie 5–25%, w zależności od rzeczywistych temperatur. Pełna wydajność powraca wraz ze wzrostem temperatury. Jeśli zmniejszona wydajność utrzymuje się w ciepłe dni, warto skontaktować się z producentem.

P: Jak gorąco jest za gorąco dla domowego systemu przechowywania danych?
Odp.: Większość systemów mieszkaniowych jest przystosowana do temperatur otoczenia do 45–50 stopni. Jednak ciągła praca w temperaturze powyżej 35 stopni znacznie przyspiesza degradację. Idealny długoterminowy zakres-to 15–30 stopni. Jeśli w lecie temperatura planowanej instalacji regularnie przekracza 35 stopni, przed podjęciem decyzji przedyskutuj z instalatorem opcje zarządzania ciepłem i alternatywne lokalizacje.

P: Czy zimna pogoda trwale uszkadza system przechowywania akumulatorów?

Odp.: Normalne niskie temperatury -, nawet znacznie poniżej zera - same w sobie nie powodują trwałych uszkodzeń. Szczególnym ryzykiem jest ładowanie w temperaturze 0 stopni lub poniżej, co może powodować platerowanie litem. Systemy jakości z odpowiednią ochroną BMS zapobiegają temu automatycznie. Jeśli nie masz pewności, czy Twój system ma tę ochronę, zapytaj bezpośrednio producenta.

P: Czy mogę zainstalować system przechowywania na zewnątrz w deszczowym lub wilgotnym klimacie?

Odp.: Tak, z odpowiednim systemem. Poszukaj stopnia IP65 lub wyższego w przypadku lokalizacji na zewnątrz i upewnij się, że punkty wejścia kabli są odpowiednio uszczelnione podczas instalacji. W przypadku środowisk wilgotnych należy zapytać szczególnie o powłokę ochronną na elektronice sterującej.

P: Czy wilgoć wpływa na same ogniwa akumulatora, czy tylko na elektronikę?

Odp.: Przede wszystkim elektronika - same ogniwa akumulatora są uszczelnione. Jeśli jednak z biegiem czasu do płytek sterujących lub złączy zaciskowych dotrze wilgoć, może to spowodować awarie i zmniejszenie wydajności, nawet jeśli ogniwa są w porządku. Dlatego też w wilgotnym klimacie liczy się jakość obudowy i prawidłowa instalacja.

P: Jaka jest najbardziej wpływowa rzecz, jaką mogę zrobić, aby przedłużyć żywotność mojego systemu?

Odp.: Wybierz dobre miejsce instalacji. Utrzymywanie systemu w środowisku o umiarkowanej-temperaturze-, najlepiej 15–25 stopni przez cały rok-przez-, zapewnia większe-utrzymanie wydajności w dłuższej perspektywie niż jakikolwiek inny pojedynczy czynnik. Jest to także najłatwiejsza decyzja do podjęcia tuż przed instalacją, a najtrudniejsza do naprawienia po.

Jeśli nie masz pewności, jak lokalne warunki pogodowe powinny uwzględnić decyzję o przechowywaniu - lub chcesz wiedzieć, czy konkretna lokalizacja instalacji ma sens - nasz zespół w firmie Sunhingstones chętnie pomoże Ci w tym. Bez presji, tylko praktyczne porady oparte na rzeczywistych warunkach.

Skontaktuj się teraz

Krajowe Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL), „Understanding the Effects of Temperatura on Lithium-Ion Battery Performance”, 2022: https://www.nrel.gov/docs/fy22osti/80401.pdf

Krajowe laboratorium Argonne, konsorcjum Battery500 - LFP Cell Low-Testowanie wydajności temperaturowej: https://www.anl.gov/amd/battery-research

Instytut Badań nad Energią Elektryczną (EPRI), „Zarządzanie temperaturą podczas przechowywania akumulatorów w budynkach mieszkalnych i analiza degradacji długoterminowej”-, 2022: https://www.epri.com

Departament Energii Stanów Zjednoczonych, „Przewodnik właścicieli domów po magazynowaniu baterii - Najlepsze praktyki dotyczące instalacji”: https://www.energy.gov/eere/solar/homeowners-przewodnik-przejście-na energię słoneczną

Wymagania bezpieczeństwa IEC 62619 - dotyczące wtórnych ogniw i akumulatorów litowych: https://www.iec.ch