Ce tip de acumulator este mai bun pentru un sistem fotovoltaic?
O intrebare dificila al carui raspuns va trebui sa il gasim impreuna. Adevarul este ca avem diverse tipuri de acumulatori pe piata fiecare venind cu avantajele si dezavantajele lui. In sistemele fotovoltaice se intalnesc de obicei urmatorii acumulatori:
Acumulatori plumb acid.
Acumulatori AGM
Acumulatori cu gel deep cycle
Acumulatori LiIon
Acumulatori LiFePO4
Princpalele avantaje si dejavantaje ale acestor acumulatori:
Acumulatori cu plumb acid:
Acest tip de acumulatori funcționează prin introducerea unor electrozi de plumb într-o soluție de acid sulfuric. Ei sunt ușor disponibili și au o capacitate relativ mare de stocare a energiei, dar au nevoie de întreținere constantă, cum ar fi nivelarea lichidului și încărcarea regulată pentru a se evita sulfatarea și pierderea capacității. In sistemele fotovoltaice se folosesc acumulatori de tractiune sau semitractiune. Nu trebuie confundati cu acumulatorii auto.
Avantaje:
Preț accesibil, fiabilitate și durabilitate în timp, ușor de găsit și de înlocuit
Dezavantaje:
Necesită întreținere constantă, autodescărcare ridicată, emisii de gaze nocive
Acumulatori plumb gel deep cycle:
Acest tip de acumulatori conțin o soluție de acid sulfuric care a fost "înghețată" într-un gel pentru a îmbunătăți siguranța și performanța. Acumulatorii cu gel deep cycle sunt rezistenți la vibrații și șocuri, permit o descarcare profunda ,dar au un preț mai ridicat decât acumulatorii PB și AGM.Gel deep cycle are o performanță mai bună în ceea ce privește descărcarea profundă, astfel încât sunt adesea preferate în aplicații off-grid și marine.
Avantaje:
Stabilitate în timp, autodescărcare scăzută, ușor de întreținut
DezavantajePreț mai ridicat decât acumulatorii cu plumb acid, degradare mai rapidă la temperaturi ridicate totusi ma rezistenti la diferentele de temperatura decat LiIon
Acumulatori LiIon:
Acest tip de acumulatori utilizează electrozi de litiu și au un număr mare de cicluri de încărcare și descărcare, ceea ce îi face potriviți pentru utilizări portabile. Acumulatorii LiIon sunt însă sensibili la temperaturile extreme și pot fi costisitori comparativ cu celelalte tipuri de acumulatori.
Avantaje:
Autodescărcare scăzută, greutate redusă și mai compacte, durată lungă de viață.
Dezavantaje:
Preț mai ridicat decât acumulatorii cu plumb acid sau plumb gel
Necesită protecție electronică pentru a preveni încărcarea excesivă
Acumulatori LiFePO:
LiFePO4 (Litiu-Fero-Fosfat): Acest tip de acumulatori folosesc o combinație de fier și fosfat de litiu pentru a obține o performanță superioară în compararea cu acumulatorii LiIon. Acumulatorii LiFePO4 sunt mai siguri, au un număr mare de cicluri de încărcare și descărcare și sunt mai rezistenți la temperaturile extreme.
Avantaje:
Durată lungă de viață, stabilitate în timp, autodescărcare scăzută, foarte stabili in timp , risc mic de incendiu, densitate mare de energie, descarcare profunda
Dezavantaje:
Preț mai ridicat decât acumulatorii cu plumb acid, plumb gel, AGM sau LiIon. Disponibilitate limitată pe piață deoarece este o tehnologie mai noua. Momentan sunt foarte scumpi iar calculul eficientei se face luand in calcul pretul / kw pentru toata perioada de viata. Configurarea gresita a BMS-ului poate duce la deteriorarea acumulatorului.
Timpi de incarcare
Viteza de încărcare a acumulatorilor variază în funcție de capacitatea și tensiunea acumulatorului, precum și de puterea sursei de încărcare. În general, următoarele sunt vitezele aproximative de încărcare:
Acumulatori cu plumb acid: Între 6-12 ore pentru a se încărca complet
AGM- Intre 6-12 ore.
Acumulatori plumb gel deep cycle: Între 6-12 ore pentru o incarcare completa
Acumulatori LiIon: Între 2-5 ore .
Acumulatori LiFePO: Între 2-5 ore pentru o incarcare completa.
In sistemele fotovoltaice viteza de incarcare ultrarapida nu este foarte importanta. De ex. avem un sistem off grid de 3.5 kw cu un acumulator de 10 kw. Daca tinem cont ca la acest invertor mai sunt conectati si consumatori avem un excedent de putere de probabil 50 %. Luand in calcul si factorii de mediu care nu intotdeauna sunt favorabili, probabil ca acumulatorii se vor incarca in aprox 7 pana 10 ore indiferent de tehnologia cu care au fost construiti.Acestea sunt valori aproximative și pot varia în funcție de utilizarea și întreținerea acumulatorului.
Cicluri de descarcare
Numărul de cicluri de încărcare și descărcare disponibile pentru acumulatori variază în funcție de model și producător, dar următoarele sunt estimări aproximative:
Acumulatori cu plumb acid: Între 300-500 cicluri.
Acumulatori AGM : Intre 500 - 1000 cicluri.
Acumulatori plumb gel deep cycle: Între 600-1200 cicluri
Acumulatori LiIon: Între 1000-1500 cicluri
Acumulatori LiFePO: Între 2000-5000 cicluri
Durata de viata.
Acumulatori cu plumb acid: Între 3-5 ani
Acumulator AGM: Intre 3-5 ani.
Acumulatori plumb gel deep cycle: Între 5-7 ani
Acumulatori LiIon: Între 5-10 ani
Acumulatori LiFePO: Între 10-15 ani.
Toleranta la incarcari partiale si fenomenul de memorie
Toate cele patru tipuri de acumulatori (plumb acid, plumb gel deep cycle, LiIon, LiFePO) permit încărcări parțiale, dar unii dintre ei sunt mai toleranți decât alții:
Acumulatori cu plumb acid: Pot suporta încărcări parțiale, dar acestea pot afecta durata de viață a acumulatorului dacă se repetă frecvent.
Acumulatori plumb gel deep cycle: Sunt proiectați pentru a suporta cicluri de încărcare parțiale și au o durată de viață mai lungă decât acumulatorii cu plumb acid.
Acumulatori LiIon: Sunt mai toleranți la încărcări parțiale decât acumulatorii cu plumb acid sau plumb gel deep cycle și au o durată de viață mai lungă.
Acumulatori LiFePO: Sunt, de asemenea, mai toleranți la încărcări parțiale decât acumulatorii cu plumb acid sau plumb gel deep cycle și au o durată de viață foarte lungă.
Efectul de memorie se referă la capacitatea unui acumulator de a-și "aminti" ce nivel de încărcare a avut în trecut și de a-și ajusta comportamentul în funcție de acest lucru. Unele tipuri de acumulatori au un efect de memorie mai pronunțat decât altele, iar acest lucru poate afecta durata de viață a acumulatorului și performanța sa în timp.
Acumulatori cu plumb-acid: Acumulatorii cu plumb-acid au un efect moderat de memorie. Dacă un acumulator cu plumb-acid nu este încărcat la un nivel suficient de mare, poate fi afectată capacitatea sa de a mai fi încărcat la acest nivel în viitor.
Acumulatori plumb-gel deep cycle: Acest tip de acumulator nu are un efect semnificativ de memorie.
Acumulatori LiIon: Acest tip de acumulator nu are un efect semnificativ de memorie.
Acumulatori LifePO:La acest tip de acumulator efectul de memorie este extrem de mic.
Temperaturile de functionare.
De cele mai multe ori, acumulatorii sistemelor fotovoltaice sunt instalati in incaperi cu temperatura apropiata cu exteriorul.De aceea este bine sa stim cum se comporta acesti acumulatori la temperaturi extreme.
Acumulatorii cu plumb acid sunt mai puțin afectați de temperaturile scăzute, dar performanța lor poate fi afectată de temperaturi ridicate.
Acumulatorii cu plumb gel sunt mai rezistenți la temperaturile ridicate, dar performanța lor poate fi afectată de temperaturile extrem de scăzute.
Acumulatorii Li-Ion sunt mai sensibili la temperaturile extreme, atât ridicate cât și scăzute, și au nevoie de sisteme de control termic pentru a îmbunătăți performanța și durata de viață.
Acumulatorii LiFePO4 sunt relativ rezistenți la temperaturi extreme, comparativ cu Li-Ion, dar tot au nevoie de sisteme de control termic pentru a îmbunătăți performanța și durata de viață.
Cicluri de incarcare partiale.
Conditiile meteo ( lipsa soarelui ) pot afecta incarcarea acumulatorilor. Incarcarile partiale si apoi descarcarea lor la limita pot afecta durata de viata aacestora. In functie de tehnologie anumiti acumulatori pot fi mai rezistenti decat altii.
Acumulator Pb acid - foarte sensibil la cicluri de incarcare partiale. Acest regim de incarcare ii scade dramatic durata de viata.
Acumulator gel deep cycle - Nu este atat de sensibil la ciclurile de incarcare partiala.
Acumulatorii LiFePO4 și LiIon sunt mai toleranți.
Socurile de curent.
La orice consum mai mare apar varfuri de curent. De ex la pornirea motoarelor electrice pentru timp scurt putem avea curenti ( si implicit un consum ) si de trei ori mi mare decat curentul nominal. Evident ca acest curent este proportional cu curentul absorbit din acumulatori atunci cand nu este soare si panourile sunt inactive sau atunci cand puterea generata de panouri este mai mica decat nevoile de consum . La curenti foarte mari pe timp scurt Lead-acid (PB acid) și acumulatorii gel deep cycle sunt mai rezistenți la șocuri de curent comparativ cu Li-ion și LiFePO4. Acumulatorii LiIon si LiFePo au dispozitive de protectie electronice pentru a fi protejati impotriva suprasolicitarilor.
Riscuri de incendiu.
Deoarece acumulatorii pentru sistemele fotovoltaice stocheaza uneori chiar si zeci de kw iar curentii pot trece usor de sute de amperi, riscurile de incendiu sunt prezente si necesita o instalare atenta. Cel mai mare risc de incendiu il au acumulatorii LiIon, ei lucreaza in limite foarte stricte de tensiune, curenti si conditii de mediu. Monitorizarea acestor acumulatori se face cu ajutorul unor dispozitive electronice , de cele mai multe ori incorporate, numite BMS. În general, un sistem de gestionare a bateriei (BMS) poate ajuta la protejarea acumulatorilor Li-Ion sau LiFePO4 împotriva surpării curentului, supratensiunii sau descărcări profunde, care pot duce la un risc crescut de incendiu sau la o durată de viață mai scurtă a acumulatorului. Dacă BMS nu este configurat corect, acesta poate să nu funcționeze eficient și poate duce la probleme cu acumulatorul. BMS-ul acumulatorului comunica la randul sau cu invertorul de obicei printr-o interfata seriala ( rs485) . astfel pot fi monitorizati si controlati parametrii de incarcare/ descarcare .
Acumulatorii gel deep cycle si LiFePo prezinta cel mai mic risc de incendiu datorat elementilor acumulatorilor, insa acumulatorii LiFePO au nevoie de un sistem de control si monitorizare foarte bine configurat. Instalatorul trebuie sa stie foarte bine ce face acolo.
Riscul de incendiu datorat unei instalari electrice defectuase este prezent la orice tip de acumulator.
Intretinere
Singurii acumulatori care au nevoie de intretinere in adevaratul sens al cuvantului sunt acumulatorii pb acid , care au nevoie de verifcarea periodica a electrolitului si eventual completare. Acumulatorii LiIon si LiFePo sunt echipati cu sisteme de monitorizare si control - BMS care controleaza incarcarea si descarcarea. Pentru restul acumulatorilor se folosesc dispozitive electronice de echilibrare. Unele invertoare au o functie de echilibrare dar din experienta am observat ca nu este eficienta.Pe de alta parte, dispozitivele de echilibrare masoara tensiuna pe fiecare acumulator in parte si cand detecteaza diferente de tensiune descarca acumulatorul/acumulatorii cu tensiune mai mare si il incarca pe cel cu tensiune mai scazuta. in acest fel creste durata deviata a acumulatorilor si cu 40 %.