Baterii pentru panouri fotovoltaice

Am vorbit deja despre sisteme fotovoltaice cu stocare pentru conservarea energiei produse în timpul zilei. Acestea sunt “centrale” care ne fac independenți din punct de vedere electric.

Curentul electric produs este stocat într-o baterie fotovoltaică, sau mai degrabă într-un sistem de acumulare cu mai multe baterii conectate între ele, și despre asta vrem să vorbim astăzi, caracteristicile, prețurile și proprietățile acestora.

Bateriile fotovoltaice nu pot fi folosite doar pentru sistemele de acasă off-grid (deconectate de la rețeaua electrică), ci și la bărci, rulote sau în locuri unde electricitatea nu ajunge. Prețurile încep de la 100 de euro pentru o baterie conectata la un sistem 30-40 de wați și până la 3000 de euro pentru un sistem de 3 kWp pentru a ajunge în final la 6000-7000 de euro pentru Tesla POWERWALL de 13,5 kWh.

Ce este o baterie fotovoltaică

Toți avem de-a face cu celulele sau bateriile pe care le folosim la mai comune obiecte din casa noastră. Calculatoare, smartphone-uri, telecomenzi. De obicei le cumparam pe cele de 1,5 V de unica folosinta pentru alimentarea obiectelor mici, le folosim pe cele mai ieftine carbon zinc sau pe cele alcaline mai scumpe si rezistente. Și în cele din urmă cele reincarcabile care se folosesc si la sistemele fotovoltaice.

Deși există mai multe tehnologii disponibile, plumbul-acid rămâne cel mai popular, deoarece sunt destul de ieftine și este probabil ca lucrurile să nu se schimbe în următorii câțiva ani.

Apoi sunt bateriile Nichel Cadmiu, Ni-Cd, aceleași folosite pentru smartphone-uri și PC-uri. Sunt mai performante, se reîncarcă rapid, dar costă mai mult.

Capacitatea bateriei

Ce înseamnă capacitatea bateriei?

Unii producători de baterii își exprimă capacitatea în amperi oră (Ah). Dar sunt și producători care exprimă capacitatea bateriei în kilowați-oră (kWh), similar cu modul în care electricitatea este taxată pe factura dvs.

Capacitatea bateriei indicată de producător este un număr „ideal” care este util pentru compararea bateriilor. Unii producători promovează capacitatea bateriei pe baza capacității totale, cum ar fi 10 kWh. Dar toate bateriile solare au ceea ce se numește adâncimea de descărcare (DoD). Aceasta este cât de mult din capacitatea totală poate fi utilizată.

Majoritatea bateriilor solare nu pot oferi 100% din energia totală absorbită. DoD este exprimat ca procent din capacitatea totală. Dacă o baterie de 10 kWh are un DoD de 80%, va furniza 8 kWh de energie utilizabilă. Astfel, este important să comparați bateriile în funcție de energia lor utilizabilă, nu de capacitatea totală.

Bateriile Li-ion au de obicei o adâncime de descărcare de 80% sau mai mult. Bateriile cu plumb au de obicei o adâncime de descărcare de aproximativ 30-50%. Astfel, dacă spre exemplu avem o baterie cu plumb cu capacitatea de 1,2kWh, ar fi recomandat să o descărcăm doar 40%, mai precis să utilizăm 0,48kWh din capacitatea ei totala.

Baterie fotovoltaică plumb-acid

Cele mai folosite sunt AGM-urile ermetice și puțin mai puțin cele cu gel de plumb. Bateria realizată cu acest sistem cuprinde un catod de plumb și un anod de oxid de plumb scufundate într-o soluție de acid sulfuric. Reacția de descărcare electrică la anod constă într-un schimb de ioni de oxigen din anod cu ioni de sulfat din electrolit. La catod, descărcarea implică ioni de sulfat din electrolit care se combină cu ionii de plumb pentru a forma sulfat de plumb.

Îndepărtarea ionilor de sulfat din soluție reduce aciditatea electrolitului. Pentru a menține neutralitatea sarcinii, doi electroni trebuie să intre în terminalul anodului și doi electroni trebuie să părăsească terminalul catodului prin circuitul extern pentru fiecare dintre cei doi ioni sulfat care părăsesc electrolitul. Aceasta corespunde unui curent pozitiv care iese din anod.

De obicei, procesul de încărcare este eficient de aproximativ 95%. Procesul de descărcare are ca rezultat unele pierderi din cauza rezistenței interne a bateriei, astfel încât doar aproximativ 95% din energia stocată poate fi recuperată. În general, eficiența de încărcare și descărcare a unei baterii plumb-acid este deci în jur de 90%.

Cantitatea de energie stocată într-o baterie este măsurată în Amperi-oră (Ah). În timp ce Ah nu este din punct de vedere tehnic o unitate de energie, ci, mai degrabă, o unitate de încărcare, cantitatea de încărcare dintr-o baterie este aproximativ proporțională cu energia stocată în ea. Dacă tensiunea bateriei rămâne constantă, atunci energia stocată este pur și simplu produsul încărcării cu tensiunea.

Capacitatea unei baterii este adesea denumită C. Prin urmare, dacă o sarcină este conectată la
o baterie, astfel încât bateria se descarcă în x ore, rata de descărcare este notată
cu C/x.

În funcție de compoziția specifică a electrozilor, bateriile plumb-acid pot fi optimizate pentru descărcare superficială sau profundă. Primele conțin o cantitate mică de calciu în combinație cu plumb pentru a conferi o mai mare rezistență plumbului. Plăcile pot fi făcute mai subțiri cu o suprafață mai mare pentru a produce curenți mari de pornire.

Aceste tipuri de baterii nu ar trebui să fie descărcate la mai puțin de 75% din capacitatea lor. În aplicațiile auto, acestea sunt condiții de funcționare satisfăcătoare, deoarece bateria este necesară în cea mai mare parte pentru a acționa motorul de pornire până la pornirea motorului. După acest punct, alternatorul preia, reîncărcând bateria. Bateriile cu plumb-acid cu descărcare profundă folosesc antimoniu.

Atunci când se construiește un sistem fotovoltaic care utilizează baterii cu plumb-acid, proiectantul trebuie să determine ratele de reîncărcare adecvate pentru baterii și ar trebui să ia în considerare, de asemenea, nevoile de ventilație ale sistemului de baterii.

Baterie fotovoltaică nichel-cadmiu

Bateriile Ni-Cd folosesc hidroxid de nichel pentru plăcile anodice și oxid de cadmiu pentru plăcile catodice, într-o structură similară cu cea a sistemului plumb-acid. Electrolitul din sistemul Ni-Cd este hidroxidul de potasiu. Anodul NiOH constă de obicei din fibre de nichel amestecate cu grafit sau fibre de plastic placate cu nichel. Sunt adăugate și cantități de alte materiale, cum ar fi compuși de bariu și cobalt, pentru a îmbunătăți performanța. Catodul este adesea realizat dintr-o fibră de plastic acoperită cu cadmiu. Dacă catodul nu este acoperit cu plastic, atunci este de obicei amestecat cu fier sau nichel.

Bateriile Ni-Cd sunt mai robuste decât bateriile cu plumb-acid. Pot supraviețui înghețului și temperaturilor ridicate. Ele pot fi descărcate complet și sunt mai puțin afectate de suprasarcină. În consecință, în unele aplicații, bateriile Ni-Cd pot fi alegerea mai bună, deoarece robustețea lor poate permite eliminarea controlului încărcării.

Dacă bateriile urmează să fie utilizate într-o locație în care accesul pentru întreținere
este dificil, costul mai mare al acestor baterii poate fi adesea justificat.

Dacă bateriile Ni-Cd sunt încărcate și apoi lăsate neutilizate, acestea își vor pierde încărcarea cu o rată de aproximativ 2% pe zi în primele zile, apoi se vor stabiliza la rate mai mici de pierdere. Pe o perioadă de 6 luni, pierderea totală este de obicei de aproximativ 20%, în funcție de rata de descărcare medie, ridicată și scăzută a bateriei.
Cu cât este mai mare scorul de descărcare a bateriei, cu atât este mai mare pierderea de încărcare în timp. Pierderea de încărcare depinde și de temperatură. Rata de scurgere este mai mare la temperaturi mai ridicate, la -20°C, aproape că nu există scurgeri.

Durata de viață a unei baterii Ni-Cd depinde de modul în care este utilizată, dar depinde mai puțin de
adâncimea de descărcare decât bateriile cu plumb-acid. O viață de cel puțin
2000 de cicluri este normală atunci când nu este utilizată la temperaturi ridicate. Drept urmare, în anumite aplicații și condiții de funcționare, o baterie poate dura până la 25 de ani.

Dezavantajele bateriilor Ni-Cd includ dificultatea de a determina starea de încărcare a bateriilor și toxicitatea cadmiului, mai ales atunci când acesta trebuie eliminat. Sunt, de asemenea, mai scumpe decât cele de plumb.

Baterie fotovoltaică litiu-ion

Reprezintă soluția ideală pentru nevoile dumneavoastră de stocare a energiei. Acestea sunt aceleași baterii care sunt folosite în dispozitivele noastre portabile, cum ar fi smartphone-uri, tablete, etc.

Tesla este cea care a prezentat un produs de masă bateria POWERWALL care încă costă prea mult. Modelul de 13,5 kWh cu 7 kWh de vârf costă în jur de 7.000 de euro.

Există și alte mărci care produc baterii mai ieftine pentru sisteme fotovoltaice, precum germanul SONNEN.

Alte tehnologii de baterie

Există multe alte tehnologii. O listă parțială a acestor baterii includ acele baterii de zinc/oxid de argint, metal/aer, fier/aer, zinc/aer, aluminiu/aer, litiu/aer, zinc/brom, sulfură de litiu-aluminiu/fier, disulfură de litiu-aluminiu/fier , sodiu / sulf, clorură de sodiu / metal și mai multe variante de baterii cu litiu.

Baterii cu magneziu

Cercetările privind alternativele la bateriile litiu-ion sunt în desfășurare de ceva timp. A fost lansat un nou proiect de cercetare UE, care are ca scop sprijinirea bateriilor cu magneziu.

„Magneziul este un material promițător și unul dintre candidații de top în strategia noastră post-litiu”, spune Maximilian Fichtner, director adjunct al Institutului Helmholtz din Ulm (HIU), o instituție de cercetare dedicată cercetării și dezvoltării bateriilor electrochimice cu litiu.

Provocarea bateriilor cu magneziu este de a avea un produs de lungă durată. În același timp, oamenii de știință doresc să folosească proprietățile pozitive ale noului material anodic. De exemplu, anozii de magneziu nu formează dendrite, adică depuneri electrochimice care ar putea cauza defecțiuni sau scurtcircuite, ca în bateriile litiu-ion.

„ De aceea putem folosi magneziul sub formă metalică și putem folosi direct capacitatea mare de stocare a metalului. Acest lucru crește performanța bateriei ”, continuă Fichtner.

Un alt beneficiu al utilizării tehnologiei magneziului în fabricarea bateriilor ar fi reducerea utilizării litiului. Magneziul este de aproximativ 3.000 de ori mai abundent pe pământ decât litiul și, de asemenea, este mai ușor de reciclat, potrivit HIU.

Deci, bateriile cu magneziu ar putea fi chiar mai ieftine decât omologii lor cu litiu-ion. În același timp, noua tehnologie ar fi o oportunitate de a stabili un peisaj competitiv al producției de baterii în Europa, ceea ce ar putea reduce dominația producătorilor asiatici de baterii.

Unde trebuie plasate bateriile fotovoltaice?

Un aspect foarte important in alegerea bateriilor pentru sistemul de stocare fotovoltaic este cel legat de pozitionarea acestora. Vorbim de aparate adesea voluminoase si grele care trebuie conectate corect la sistem si puse in conditii de functionare in siguranta si eficienta maxima. Pe lângă dimensiune, de multe ori apare și problema legată de zgomot, motiv pentru care cea mai potrivită locație este într-o cutie separată, acolo unde este posibil, sau în pivniță sau garaj, în orice caz într-un loc adăpostit și protejat.

Cum să alegi o baterie fotovoltaică

Alegerea unei baterii fotovoltaice se bazează în principal pe 3 caracteristici:

Capacitate: exprimată în kWh sau Ah, indică câtă energie electrică este capabilă să stocheze și să furnizeze bateria;
Putere: adică viteza cu care bateria este capabilă să stocheze sau să elibereze energie;
Garanție asupra numărului de cicluri: indică numărul minim de cicluri pentru care bateria rămâne în condițiile specificate de producător.

Pe piață este posibil să se găsească o varietate mare de baterii – de obicei disponibile în dimensiuni de 12V, 24V și 48V – motiv pentru care este deosebit de important să efectuați un calcul precis al dimensiunii acumulatorilor înainte de a proceda la o achiziție.

Preturi baterii fotovoltaice pentru stocare

Cât costă o baterie fotovoltaică? Depinde de tehnologia aleasă. Prețurile unei baterii fotovoltaice pentru 2023 sunt următoarele:

un sistem plumb-acid util pentru un modul fotovoltaic de 3 kWp costă aproximativ două mii de euro. Cu toate acestea, prețurile sunt în scădere, la fel și sistemele cu nichel-cadmiu care oricum costă aproape dublu.
După cum am menționat, POWERWALL de la Tesla costă aproximativ 7000 de euro pentru 13,5 kWh
Cel de 10 kWh al lui Sonnen costă în jur de 4900 de euro.
Bateria LG CHEM 6.5kWh are un preț de 4000 de euro.

Baterii stocare energie fotovoltaică: Preturi 2023