Литиевые против свинцовых: какая батарея лучше?

Какая батарея лучше для автономной энергосистемы – литиевая или свинцовая? 

Выдержки из новой книги: Off Grid Solar: A handbook for Photovoltaics with Lead-Acid or Lithium-Ion batteries.
Перевод: “Ваш Солнечный Дом”. При полном и частичном копировании перепечатке ссылка обязательна.

Мы видели множество автономных систем, в которых свинцово-кислотные аккумуляторы вышли из строя. Если их обслуживать, они работают несколько лет, но потом они теряют свою емкость. Я работаю с литий-ионными батареями последние несколько лет, и, несмотря на то, что системы с ними значительно более сложные и дорогие, они имеют неоспоримые и удивительные преимущества. На основе моего опыта я уверен, что через несколько лет в автономных энергосистемах будет использоваться все меньше свинцово-кислотных аккумуляторов.

Я думаю, что сейчас мы находимся на переломном моменте, когда определяется, какие аккумуляторы будут использоваться в автономных энергосистемах. Мы на этапе перехода от испытанных свинцово-кислотных к литиевым аккумуляторам, показывающим более высокую плотность заряда, улучшенную надёжность и длительный срок службы.

В последнее время некоторые компании стали производить экономически эффективные литий-ионные батареи, которые продаются по цене около $400/кВт*ч. TeslaLG ChemicalSonnenSimpliphi Power, и Lithionics все имеют надежные аккумуляторы за вменяемую цену. Недавно немецкий производитель автомобилей Mercedes-Benz аннонсировал вход на рынок стационарных систем хранения электроэнергии с их  Mercedes-Benz Energy.

А как же свинцово-кислотные батареи? Они используются так долго, что стали товарной ценностью. Их качество отличается очень сильно в зависимости от того, кто их произвел, но сама технология практически одинаковая у всех производителей. Такие производители, как TrojanRolls/Surrette, и MK/Deka присутствуют на рынке десятилетиями. Зачем же менять двухсотлетнюю технологию? И что позволяет литиевым аккумуляторами сменить свинцово-кислотные?

Преимущество № 1 — Вес и размеры намного меньше 


Сравнение плотности энергии различных типов аккумуляторов. По оси абсцисс - гравиметрическя плотность энергии в Вт*ч/кг. По оси ординат - обхемная плотность энергии в Вт*ч/л
Сравнение плотности энергии различных типов аккумуляторов. По оси абсцисс – гравиметрическя плотность энергии в Вт*ч/кг. По оси ординат – обхемная плотность энергии в Вт*ч/л

Несмотря на то, что высокая плотность энергии не очень важна для стационарных установок, она является критичной для электромобилей и носимых устройств. Увеличенная плотность энергии облегчает развертывание и установку и для стационарных систем хранения энергии.

График выше иллюстрирует, что литиевые батареи примерно в 3 раза легче и в 2 раза меньше по объёму по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами (flooded, AGM, and gel). Литиевые батареи сильно выделяются по сравнению с традиционными аккумуляторами, т.к. они имеют намного бОльшую плотность энергии.

Преимущество № 2 — Superior Resilience

 

Все батареи страдают от переразряда и экстремальных температур. Свинцово-кислотные батареи в общем случае более чувствительны к этим перегрузкам и повреждаются, если разряжаются слишком быстро или слишком глубоко. Они теряют срок службы если разряжаются более 50% или если ток разряда превышает 1/8 емкости.

Литиевые батареи можно без проблем разряжать на 80% током до 1/2 емкости почти без потери емкости. Таблица выше показывает типичные характеристики 3 типов батарей: свинцово-кислотных  жидким электролитом и герметизированных (AGM и гелевые) и литий-ионных. 

Кроме преимущества по глубине разряда, литиевые батареи меньше теряют емкость при аналогичном циклировании.

Преимущество № 3— большой срок службы

 
Начальная стоимость различных типов аккумуляторов, USD/кВт*ч
Начальная стоимость различных типов аккумуляторов, USD/кВт*ч

Начальная стоимость литиевых батарей намного больше, чем для других (традиционных) аккумуляторов – см. график выше. Так как литий-ионные аккумуляторы – это новая технология, они имеют большой потенциал по снижению стоимости. В ближайшее время ожидается снижение стоимости до 300-400 USD/кВт*ч. Но так ли справедливо сравнивать аккумуляторы только по их начальной стоимости и емкости? Конечно, нет!

Начальная стоимость аккумуляторной батареи важна при определении капитальных вложений в систему энергоснабжения. Но гораздо более важно оценить стоимость хранения энергии в течение срока службы.

Стоимость хранения энергии в различных типах аккумуляторов, USD/кВт*ч
Стоимость хранения энергии в различных типах аккумуляторов, USD/кВт*ч

График выше лучше для сравнения, т.к. учитывает глубину разряда и типичное число циклов заряд-разряд в течение срока службы. Видно, что дешевые свинцово-кислотные аккумуляторы имеют самую низкую цену цикла, но только при условии, что они правильно эксплуатируются и обслуживаются. Напомним, что свинцово-кислотные аккумуляторы должны СРАЗУ и ПОЛНОСТЬЮ заряжаться после разряда, чтобы получить заявленные производителями цифры по сроку службы. К сожалению, в автономных системах электроснабжения, особенно с солнечными батареями и ветроустановками,  это далеко не всегда возможно.  Если не поддерживать идеальные для свинцово-кислотных аккумуляторов условия по эксплуатации, стоимость цикла хранения энергии возрастает.

Литиевые аккумуляторы требуют меньше обслуживания и более стойки к нерегулярному заряду.  Если рассматривать все вышеизложенные факторы, то литиевые аккумуляторы будут лучшими для автономной энергосистемы. Кроме того, литиевые аккумуляторы имеют примерно в 6 раз больше циклов заряда-разряда, что снижает стоимость работ и стоимость доставки при их намного более редкой замене.  

Испытанный лидер: свинцово-кислотные аккумуляторы

В настоящее время наиболее безопасным выбором аккумулятора для системы электроснабжения будут испытанные и предсказуемые свинцово-кислотные аккумуляторы. Контроллеры заряда для солнечных батарей и инверторы, которые продаются сейчас, спроектированы для работы со свинцово-кислотными аккумуляторами.  Они испытаны в реальных установках. Также, немаловажным является их более низкая цена по сравнению с литиевыми аккумуляторами. Если правильно следить и обслуживать свинцово-кислотные аккумуляторы, они будут работать с КПД 80-90%.

2 основные разновидности свинцово-кислотных аккумуляторов – с жидким электролитом и герметизированные. Первые – самые дешевые, но также и более подвержены выходу из строя из-за неправильных эксплуатации и обслуживания. Если вы хотите минимизировать обслуживание ваших аккумуляторов, то VRLA (герметизированные) аккумуляторы будут наилучшим выбором. 

Новичок: литий-ионный аккумулятор

Десятилетиями свинцово-кислотные аккумуляторы были доминирующими в автономных системах электроснабжения. С появлением на массовом рынке электромобилей, литий-ионная технология была значительно улучшена, их стоимость постоянно снижается и такие аккумуляторы стали обоснованным выбором и для автономных солнечных энергосистем, а также систем с солнечными батареями и самопотреблением.

Литиевые аккумуляторы только начинают (статья написана в 2016 г) широко применяться в крупных солнечных энергостанциях, но они давно уже применяются в портативной и переносной технике многие годы. Благодаря их высокой плотности энергии они являются лучшим выбором для носимых и передвижных электростанций и устройств.

Примечание “Ваш Солнечный Дом”

В статье упоминаются литий-ионные аккумуляторы в общем смысле. В последние годы для автономных энергосистем наилучшим выбором среди литиевых аккумуляторов являются литий-железо-фосфатные (аббревиатура LFP или LIP). Они намного надежнее, долговечнее и безопаснее, чем обычные литий-ионные аккумуляторы, применяемые в мобильных телефонах и других электронных гаджетах. См. статьи про литий-железо-фосфатные аккумуляторы.

Эта статья прочитана 7802 раз(а)!

Продолжить чтение

  • 10000
    Литиевые против свинцовых: какая батарея лучше?Какая батарея лучше для автономной энергосистемы - литиевая или свинцовая?  Выдержки из новой книги: Off Grid Solar: A handbook for Photovoltaics with Lead-Acid or Lithium-Ion batteries. Перевод: "Ваш Солнечный Дом". При полном и частичном копировании перепечатке ссылка обязательна. Мы видели множество…
  • 10000
    Аккумуляторные батареи. ЛикбезКак продлить срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов? Зачастую представляет определенные трудности использовать напрямую энергию, генерируемую солнечными, ветровыми или микрогидроэлектрическими установками. Поэтому электричество обычно сохраняется в специальных аккумуляторных батареях для последующего использования. Эти батареи очень часто работают по тому же принципу, что…
  • 10000
    Аккумуляторы для мобильных устройствКлассификация аккумуляторов для мобильных устройств Источник Идеального аккумулятора энергии до сих пор не существует — в разных областях для каждого типа мобильных устройств и конкретных решений сложилась определенная специфика применения источников питания, а также технологические предпочтения. Однако если вы хорошо…
  • 10000
    Аккумуляторы - FAQКак правильно заменять аккумуляторные батареи, какое напряжение выдают аккумуляторы, что такое гелевый аккумулятор, в чем преимущества литиевых аккумуляторов, как соединять аккумуляторы параллельно и последовательно для увеличения емкости и напряжения - ответы на эти и другие часто задаваемые вопросы вы получите…
  • 60
    Руководство покупателя АКБ для систем электроснабженияАккумуляторы для систем электроснабжения. Руководство покупателя В интернете есть много разрозненной информации по разным типам аккумуляторов, их возможностям, характеристикам, областям применения, достоинствам и недостаткам. При этом во многих случаях информация эта однобокая - связано это бывает или с недостаточными знаниями…
  • 56
    Сравнение литиевых и свинцовых аккумуляторовСравнение литий-ионных и свинцово-кислотных аккумуляторов при работе в стационарных системах хранения энергии Greg Albright, Jake Edie, Said Al-Hallaj | AllCell Technologies LLC Перевод "Ваш Солнечный Дом". При полном или частичном копировании ссылка на источник обязательна Введение Сегодня существует широкий выбор…

Google рекомендует

Реклама

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *