Bateriile – acumulatorii de energie pentru sistemele fotovoltaice

Bateriile – acumulatorii de energie pentru sistemele fotovoltaice – Sistemele fotovoltaice, 0ff-grid sau hibride, au nevoie de baterii solare pentru a stoca surplusul de energie generată pentru a fi utilizată ulterior, atunci când panourile nu produc energie (noaptea) sau funcționează ineficient (iarna sau în zilele înnorate). Bateriile nu numai că stochează energia generată, dar reprezintă și un mecanism de economisire a multor bani la facturile de electricitate.

O baterie este un dispozitiv capabil să stocheze energie electrică pentru o perioadă de timp în care cantitatea de energie electrică generată de sistemul solar depășește consumul utilizatorului. Principala problemă a energiei alternative este reprezentată de instabilitatea alimentării cu energie electrică, care adesea îi deranjează pe utilizatori.

Care sunt tipurile de baterii folosite în stocarea energiei sistemeleor fotovoltaice?

1. Acumulatori de tip VRLA (valve regulated lead–acid): GEL = celula gel-siliciu , AGM (absorbed glass matte) = placă absorbantă din sticlă
2. OPzS (lead-acid flooded deepcycle) = baterii plumb-acid cu placi pozitive tubulare și electrolit lichid
3. LiFePo4 / LFP (lithium iron phosphate battery / lithium ferrophosphate) = baterie cu litiu

Care sunt avantajele dar și dezavantajele fiecărui tip de baterie în parte ?

În continuare, pentru a putea evidentia avantajele și dezavantajele, vom grupa fiecare tip de acumulator în două categorii:
– bateriile cu tehnologie plumb-acid (VRLA si OPzS)
– baterii cu tehnologie LFP (LiFePO4)

Astfel, pentru a beneficia de cea mai optimă soluție de stocare a energiei, vom aborda comparatia celor doua categorii de acumulatori în funcție de:
– costul investiției și durata de amortizare
– spațiul necesar al blocului de baterii și greutate
– procesul de încărcare și stocarea – consum
– durata de viață

Cele 2 modele de acumulatori pe care le vom compara sunt:

VRLA (AGM, Gel), OPzS = aplicatii solare și  LFP / LiFEPO4 = aplicatii solare

1. În funcție de costul investiției și durata de amortizare

• – VRLA (AGM, Gel), OPzS are:

– Garantie: 2 ani

– Considerăm o aplicație cu 4kWh utili (10kWh instalat, conform DOD 40%) :

Durata  de viață estimată baterii la cca. 2500 cicluri: 7 ani

Total energie stocată și furnizată în 7 ani: 365 zile x 7 ani x 4 kWh = 10220 kWh

Total valoare energie stocaă și furnizată: cca. 10220 RON cu TVA

Rata amortizare: 10220 / 32500 = 31 % (cost actual energie / cost investitie), de unde rezulta ca echipamentul nu va reuși sa își amortizeze costul in perioada indicată de producător ca durată de viață.

Rata amortizare la expirarea garanției de 2 ani: 17% 

• LFP / LiFEPO4 are: 

– Garanție: 10 ani

– Considerăm o aplicație cu 4kWh utili (5kWh instalat, conform DOD 85%)

Durata de viață estimată baterie la cca. 6000 cicluri: 16 ani

Total energie stocată și furnizată în 16 ani: 365 zile x 16 ani x 4 kWh = 23360 kWh

Total valoare energie stocată și furnizată: cca. 23360 RON cu TVA

Rata amortizare: 23360 / 17000 = 137 % (cost actual energie / cost investiție), de unde rezultă că amortizarea integrală survine undeva la anul 12 de utilizare, presupunând ca echipamentul nu este înlocuit.

Rata amortizare la expirarea garanției de 10 ani: 86%

Bateriile LiFePO4 sunt un tip popular de baterii reîncărcabile cu litiu-ferofosfat ca și compus chimic activ. Aceste baterii sunt utilizate într-o varietate de aplicații, inclusiv în energie solară, vehicule electrice, telecomunicații și în alte aplicații industriale.

Bateria LiFePO4 280A este o baterie de înaltă performanță, proiectată să ofere o densitate de energie ridicată, o durată de viață lungă și o siguranță superioară. Această baterie are o capacitate nominală de 2500mAh și este potrivită pentru utilizarea într-o gamă largă de dispozitive.

Avantajele bateriilor LiFePO4

Bateriile LiFePO4 sunt o alternativă populară la bateriile cu acid-plumb, întrucât oferă o densitate mai mare de energie și o durată de viață mai lungă. Aceste baterii au, de asemenea, o serie de avantaje cheie, cum ar fi:

1. Siguranța: bateriile LiFePO4 sunt mai sigure decât alte tipuri de baterii cu litiu, cum ar fi cele cu litiu-ion, datorită compusului chimic activ stabilit și în cazul unui scurtcircuit, nu produc explozii sau incendii.

2. Durată de viață: bateriile LiFePO4 au o durată de viață mai lungă decât alte tipuri de baterii cu litiu. Acestea pot fi reîncărcate de peste 2000 de ori și pot dura până la 10 ani.

3. Eficiența energetică: bateriile LiFePO4 oferă o eficiență energetică mai mare decât alte tipuri de baterii. Acestea au o pierdere de energie redusă și pot fi încărcate la o viteză mai mare.

4. Mediu înconjurător: bateriile LiFePO4 sunt mai ecologice decât alte tipuri de baterii cu litiu. Acestea nu conțin metale grele și nu sunt toxice.

Caracteristicile bateriei LiFePO4 280A

Bateria LiFePO4 280A are o capacitate nominală de 2500mAh și o tensiune nominală de 3,2V. Această baterie are o durată de viață lungă și poate fi reîncărcată de peste 2000 de ori, ceea ce o face o opțiune excelentă pentru utilizarea în aplicații care necesită o durată de viață lungă a bateriei.

Această baterie are, de asemenea, o densitate de energie ridicată, ceea ce înseamnă că poate furniza o cantitate mare de energie pe unitatea de masă. Acest lucru face ca această baterie să fie potrivită pentru utilizarea în dispozitive care necesită o putere mare, cum ar fi vehiculele electrice sau dispoz

2. În funcție de spatiu necesar al blocului de baterii / greutate: 

• Pentru sistemul de baterii : VRLA (AGM, Gel), OPzS 

– Suprafata ocupata: cca. 0.6mp

– Greutate: 240 kg

• Pentru sistemul de baterii : LFP / LiFEPO4

– Suprafata ocupata: cca. 0.1mp

– Greutate: 65 kg

3. În funcție de procesul de încărcare și stocarea – consum

• Pentru sistemul de baterii : VRLA (AGM, Gel), OPzS 

– coeficient maxim descărcare: 40% (40% din capacitate utilizabilă)

– coeficient de incarcare = 0.2C (cu efecte termice asupra bateriilor)

• Pentru sistemul de baterii : LFP / LiFEPO4

– coeficient maxim descărcare: 85% (85% din capacitate utilizabilă)

– coeficient de încărcare = 0.5C (fără efecte termice asupra bateriilor)

4. În funcție de durata de viață: 

• Pentru sistemul de baterii : VRLA (AGM, Gel), OPzS 
  – număr cicluri incarcare/descarcare: 300 (DoD 100%), 700 (DoD 60%), >1000 (DoD 40%) (VE AGM)
• Pentru sistemul de baterii : LFP / LiFEPO4
  – număr cicluri incarcare/descarcare: garantat 6000 (Huawei LiFePO4)

Se poate observa că, în practică, bateriile LFP, deși la prima vedere pot părea a fi mai scumpe decât bateriile VRLA (dacă sunteți înclinați să credeți că bateriile VRLA pot fi folosite la capacitate maximă pentru o perioadă lungă de timp), pot fi utilizaet datorită coeficientului mai mare de descărcare (DoD) fără a afecta performanța pe termen lung a bateriei. Raportul superior de amortizare se datorează în principal duratei mai lungi de viață a bateriei și coeficientului de descărcare DoD mai mare, care reduce capacitatea totală necesară pentru instalare. Spațiul ocupat și greutatea redusă fac din bateria LFP soluția perfectă pentru aplicații rezidențiale.

După cum am menționat mai sus, de exemplu, pentru un acumulator VRLA cu o capacitate de 10 kWh instalată, puteți utiliza doar 4 kWh în modul real (DoD 40%), în timp ce pentru cazul similar al bateriilor LFP, pentru a utiliza 4 kWh, aveți doar nevoie de o baterie de 5 kWh cu un factor de descărcare DoD maxim de 85%. Numărul de cicluri de încărcare/descărcare până la procentul DoD maxim este de cel puțin 4-5 ori mai mare pentru bateriile de tip LFP (LiFePO4), dovadă fiind perioada de garanție oferită de producător: 2 ani pentru VRLA și 10 ani pentru LFP. Sau mai simplu, va trebui să înlocuiți bateria VRLA de cel puțin 2-3 ori în comparație cu durata de viață a bateriei LFP. 

Calculul a fost realizat în funcție de numărul maxim de descărcări indicat de producător și este ideal să se efectueze acest calcul folosind perioada de garanție ca etalon strict, mai ales că la calcularea bateriilor VRLA, durata de viață scade dramatic odată cu utilizare, ținând cont de termic. , procentul DoD nu va fi întotdeauna onorat, așa că este greu de spus dacă aceste baterii vor dura 7 ani.

De ce să investiți intr-o baterie LFP dacă detineti sau intenționați să vă instalați un sistem fotovoltaic ?

Dacă la prima vedere pare inutilă instalarea unei baterii, ei bine aceasta chiar are un rol benefic , putând fi utilizată atunci când:

– Aveți sistem On-Grid, dar doriți să vă reduceți dependența de el. De exemplu, pentru un sistem fotovoltaic de dimensiuni moderate, în timpul zilei, sistemul va genera energia de care are nevoie pentru uz propriu, dar și energia necesară reîncărcării bateriei în câteva ore. Această energie este stocată în timpul zilei și folosită noaptea sau numai când nu este energie de la rețea.

– Aveți sistem On-Grid, sunteți prosumator, dar nu doriți să alimentați toată energia generată în rețea, fiind plătit la o rată mai mică decât cea consumată (ordinea cronologică a consumului:

– ziua = auto- consum, injectare în baterie până la 100% a surplusului de energie, injecție în rețea doar de la panou (dacă este disponibil);

– noaptea = auto-descărcare din baterie, eventual injectarea reziduului din rețea, asta doar dacă există un număr mare de consumatorii pe timp de noapte).