Типы солнечных батарей: химический состав и соединение

Аккумулятор энергии

Узнайте о солнечной энергии

Аккумулятор энергии  | Хранилище 101  | Типы батарей

Последнее обновление: 29 марта 2023 г.

Точно так же, как существуют разные типы батарей для бытовой техники и гаджетов — вы же не стали бы вставлять батарейки типа A в часы или мобильный телефон, не так ли? — существуют разные типы батарей для солнечных батарей и аккумуляторов. Следует помнить о двух основных различиях: химический состав батареи и тип связи батареи по переменному или постоянному току. Какой аккумулятор вам подходит, зависит от того, когда вы устанавливаете аккумулятор (в качестве модернизации существующей системы солнечных батарей или как часть новой), как часто вы планируете его использовать (заряжаете и разряжаете каждый день или каждую неделю) и сколько у вас места (целый гараж/сарай или просто немного места на стене).

Узнайте, сколько стоит солнечная энергия + аккумулятор в вашем районе в 2023 году

Типы батарей: основные варианты

Аккумуляторы энергии бывают всех форм и размеров и используют различные химические вещества для хранения электроэнергии. Как более подробно объясняется в нашей следующей статье «Как работают батареи?», батареи накапливают электричество, перетягивая ионы из одного соединения в другое, и разряжают электричество, обращая этот поток во внешнюю цепь. Это сложное предложение для переваривания, но сейчас вам нужно знать, что когда мы говорим о «химии» батареи, мы говорим о соединении, которое используется для хранения электроэнергии.

Когда большинство людей говорят о различных типах солнечных батарей, они обычно имеют в виду  химический состав батарей . Различные типы аккумуляторов различаются в первую очередь плотностью мощности, т. е. тем, сколько электричества они хранят в определенном пространстве. Основные химические вещества, которые вы увидите в домашних батареях:

• Свинцово-кислотные батареи
• Литий-ионные батареи
• Проточные батареи

Свинцово-кислотные батареи

Свинцово-кислотные аккумуляторы — самый старый тип аккумуляторов в этом списке: они существуют с 19 века! В свинцово-кислотных батареях используются различные типы соединений свинца на двух отдельных электродах (положительном и отрицательном) и кислый электролит — отсюда и «свинцово-кислотный». Аккумуляторы такого типа не отличаются высокой плотностью энергии (они занимают много места) и не предназначены для постоянной полной разрядки (т. е. глубина разряда составляет всего 50 %). Тем не менее, свинцово-кислотные аккумуляторы уже давно используются в автомобилях в качестве основного источника питания для обеспечения импульса мощности, необходимого для запуска вашего бензинового двигателя.

Литий-ионные батареи

Если у вас дома или на работе есть солнечная батарея, это почти наверняка литий-ионная батарея. Ион-литий является основным химическим веществом, используемым в батареях, предлагаемых основными игроками на современном рынке парных солнечных батарей, такими как Tesla, LG Chem, Generac, Panasonic и многими другими. Эти батареи используют соединения лития в качестве электрода и называются ионно-литиевыми батареями из-за того, как они используют поток ионов от соединения лития для накопления энергии. Категория ионно-литиевых батарей на самом деле охватывает ряд различных химических элементов, каждый из которых имеет несколько разные характеристики. Двумя наиболее популярными типами литий-ионных аккумуляторов являются литий-никель-марганцево-кобальтовый оксид, или NMC, аккумуляторы и литий-железо-фосфат, или LFP (по химическому знаку железа Fe). Аккумуляторы NMC, как правило, имеют большую плотность энергии (т. е. меньше при той же емкости), в то время как аккумуляторы LFP имеют более длительный срок службы.

Проточные батареи

В отличие от передачи ионов из соединения металла в соединение другого металла через электролит, такой как свинцово-кислотные и ионно-литиевые батареи, проточная батарея пропускает ионы из одного резервуара с жидкостью в другой, а затем обратно. Эти типы батарей, которые также называют проточными окислительно-восстановительными батареями из-за того, что они используют восстановление/окисление как способ извлечения ионов из одной жидкости и передачи их в другую, не отличаются особой плотностью энергии (они могут быть довольно большими), но могут хранить гораздо больше энергии, чем обычная литий-ионная домашняя батарея. Хотя в настоящее время они не особенно распространены, они могут стать очень популярными в ближайшее десятилетие.

Как долго работает разный химический состав батарей?

В зависимости от химического состава вашей батареи срок ее службы будет разным. Самыми популярными домашними и солнечными батареями в настоящее время являются литий-ионные батареи, срок службы которых обычно составляет от 10 до 15 лет. С низкой стороны свинцово-кислотные батареи обычно служат до 5 лет, а с высокой стороны новые технологии проточных батарей могут прослужить до 30 лет.

Солнечные батареи переменного и постоянного тока

Солнечные панели производят электричество постоянного тока (DC), а батареи хранят электричество постоянного тока. Тем не менее, мы используем электричество переменного тока (AC) для работы наших домов и предприятий. Это означает, что для того, чтобы вы могли использовать электричество от ваших солнечных батарей или аккумулятора, его необходимо преобразовать из электричества постоянного тока в электричество переменного тока.

Аккумуляторы могут быть соединены либо по переменному току, либо по постоянному току, различие, которое может показаться эзотерическим, но важное, поскольку и то, и другое имеет свои плюсы и минусы. Аккумулятор

, соединенный с переменным током , потребляет электричество переменного тока, преобразует его в электричество постоянного тока, сохраняет его, а затем снова преобразует в электричество переменного тока для использования в вашем доме или на работе. Это наиболее распространенная установка для системы с солнечными панелями и хранилищем, и вы почти наверняка получите ее, если у вас уже установлена ​​система с солнечными панелями и вы добавляете хранилище позже.

К сожалению, электричество теряется каждый раз, когда вы переключаете электричество с постоянного тока на переменный или обратно. А в системе со связью по переменному току ваше электричество будет многократно инвертироваться, и электрические потери могут суммироваться. Например, если у вас есть система «солнечная батарея плюс накопление», связанная с переменным током, электричество постоянного тока, производимое вашими солнечными панелями, инвертируется один раз вашими солнечными инверторами, а затем из переменного тока в постоянное электричество вашим инвертором хранения для его хранения, а затем в третий раз от хранения в вашей батарее до использования в вашем доме.

С другой стороны, батарея со связью по постоянному току устраняет необходимость в нескольких инверсиях. Связанная с постоянным током солнечная система плюс аккумулятор заряжает вашу батарею прямо от ваших солнечных панелей, без предварительного преобразования ее в электричество переменного тока или обратно. Для этого в системе хранения постоянного тока используется гибридный инвертор, который может работать как солнечный, так и накопительный инвертор.

Однако гибридные инверторы не всегда так эффективны, как стандартные солнечные инверторы, в превращении энергии ваших солнечных батарей в пригодную для использования электроэнергию переменного тока. Другими словами, система «солнечная батарея плюс аккумулятор», связанная с постоянным током, иногда является компромиссом между предотвращением потерь от нескольких инверсий и несколько худшими характеристиками, чем у солнечного инвертора.

Чтобы узнать больше о различиях между батареями переменного и постоянного тока, ознакомьтесь с этой статьей.

Найдите подходящую систему солнечной энергии и накопления энергии на EnergySage

EnergySage — это национальный онлайн-рынок солнечной энергии и систем хранения: когда вы регистрируетесь для получения бесплатной учетной записи, мы связываем вас с компаниями в вашем регионе, которые конкурируют за ваш бизнес, предлагая индивидуальные расценки на солнечные батареи и системы хранения, адаптированные к вашим потребностям. Ежегодно EnergySage посещают более 10 миллионов человек, чтобы узнать о солнечных батареях и домашних батареях, купить их и инвестировать в них. Зарегистрируйтесь сегодня, чтобы увидеть, сколько вы можете сэкономить.

Что выбрать: термальную или литий-ионную батарею?

Шесть причин предпочесть одну из них другой, и один фактор определяет, какая технология вам подходит. Узнай какой!

Нет Если, но когда вы перестанете сжигать ископаемое топливо для промышленного производства, вы обнаружите необходимость в батареях! Без него вашим производством управляла бы погода, как если бы фабрики были кораблями в море. Что еще более важно, хранение энергии — это то, что позволяет электрифицированным отраслям покупать энергию по минимально возможной цене. Всякий раз, когда спрос низкий или на ветряных электростанциях дует шторм. Вопрос в том, какую технологию хранения следует использовать? Ответ: тот, который вырабатывает энергию в той форме, в которой она вам больше всего нужна, при минимально возможных капиталовложениях и эксплуатационных затратах. Итак, что это за технология хранения? Электрический литий-ионный или тепловой аккумулятор?

 

Слово «батарея» не означает «электричество». Однако в мире возобновляемых источников энергии батарея — это любой накопитель энергии, способный выполнять следующие функции: 

• Стабилизация энергии ветра и солнца, преобразование ее в постоянную мощность. Создание того, что в отрасли называют «фирмой».

• Балансировка сети путем компенсации пиковых нагрузок.

• Предоставление конечному пользователю возможности решать, когда заряжать или разряжать энергию. Это называется «переключение нагрузки».

В настоящее время существует множество технологий, позволяющих хранить энергию в различных формах. Две из них, литий-ионная и тепловая батареи, имеют перекрывающуюся функциональность, но что выбрать?

 

Три преимущества литий-ионного аккумулятора

Литий-ионный аккумулятор — чрезвычайно универсальная технология, используемая в гаджетах, которые мы используем каждый день, а также в электроустановках и автомобилях промышленных размеров. Все они сочетают в себе три различных преимущества, характерных для литий-ионных аккумуляторов, в дополнение к сохранению энергии.

Проще говоря, литий-ионные аккумуляторы наиболее полезны, когда вам нужно:

1. Энергоемкий источник, подходящий для транспортировки, хранения и гаджетов.

2. Мгновенный вывод. Например, вдавить педаль в пол в машине или уравновесить колебания в электрической сети от одной секунды к другой.

3. Для быстрой зарядки аккумулятора, так как он может получить большой заряд за короткий промежуток времени. Таким образом, их характеристики лучше при кратковременном хранении (менее восьми часов до разрядки)

Вот некоторые функции, которыми мы пользуемся каждый день. Но для большей части промышленности они либо слишком дороги, либо требуют слишком много места, либо представляют излишнюю функциональность, либо не нужны для наиболее распространенного конечного использования.

Кроме того, добыча сырья для производства литий-ионных аккумуляторов требует много ресурсов. И хотя в настоящее время мы не иссякаем, предполагаемые мировые запасы удовлетворят лишь часть будущего спроса на емкость для хранения. Кроме того, переработка используемых материалов сложна и стоит больше, чем их добыча с самого начала. Хотя некоторые или все эти проблемы могут быть решены в будущем, в настоящее время литий-ион остается дорогостоящим предложением для промышленного применения.

Можно сказать, ну и что? Энергетический переход не дешев в любом случае. Проблема в том, что нам нужно хранилище в промышленных масштабах, чтобы обеспечить промышленность альтернативой ископаемому топливу, чтобы остановить глобальное потепление. И они нужны нам сейчас, а не через десятилетие или два. Дорогие и сложные решения могут быть очень эффективными, но внедрение новых решений должно – ради скорости – быть точно адаптированным к конечному использованию, недорогим и использовать легкодоступные материалы с небольшими требованиями к безопасной утилизации.

 

Если вам нужно тепло, вам не нужно доплачивать за хранение электроэнергии

Половина энергии, необходимой в мире, используется для производства тепла. Вот почему вы должны заботиться о тепловых батареях не меньше или даже больше, чем об электрических батареях.

С практической точки зрения, наша огромная потребность в тепле означает, что какой бы ни была форма или форма исходного источника энергии – газ, уголь, ядерная энергия или электричество, конечным использованием по-прежнему остается тепло. Это энергетические переходы, которые «лучше всего держать в секрете» и являются одним из основных продуктов современного мира. Скорее всего, если вы держите в руках искусственный продукт, в процессе его изготовления использовалось тепло. Речь идет о отраслях целлюлозно-бумажной, пищевой, горнодобывающей, металлургической, металлургической, химической, медицинской, практически всем отраслям требуется тепло при различных температурах. Когда им нужно тепло, это то, что они должны производить и хранить, а не электричество. Для этих отраслей накопление тепла — хорошая новость. И если это вы, это означает, что ваше решение для хранения намного дешевле купить и эксплуатировать.

 

Тепловые батареи промышленного масштаба готовы уже сейчас, не нужно ждать десятилетие, пока цена снизится.

Так почему дешевле? То, что делает термальная батарея, намного проще, чем удержание электрического заряда. Он просто нагревает жидкость. В нашем случае расплавленная соль. Вам нужен источник тепла, теплообменник и место для хранения бака. Хотя в некоторых решениях вместо расплавленной соли используется фарфор или цемент, принцип тот же. Как чайник на плите у вас дома греется жидкость. Однако в термальной батарее расплавленная соль может сохранять температуру примерно до 500 градусов по Цельсию. И это в 90% эффективность.

 

Шесть преимуществ термобатареи хороши для конечных потребителей тепла

По сравнению с литий-ионными батареями.

 

1. Низкие инвестиционные затраты на хранение тепла (CAPEX)

Тепловые батареи, по сути, представляют собой более простую технологию, которая не требует ресурсов, пользующихся большим спросом, таких как оксид лития-кобальта или литий-железо-фосфат, которые используются во многих литий-ионных батареях. Кроме того, тепловые батареи не требуют использования дорогостоящего оборудования или процессов, таких как экстракция растворителем или покрытие катода, которые необходимы при производстве литий-ионных батарей.

 

2. Меньшие эксплуатационные расходы на аккумулирование тепла (OPEX)

Для работы тепловой батареи вам не понадобится команда инженеров, только операторы. Тепловая батарея работает сама по себе и в основном имеет «красную кнопку» и «зеленую кнопку». Вся операция автоматизирована и упрощена.

Осматривать оборудование, конечно, нужно каждый день, но это не займет много времени и сил.

Наконец, термобатареи имеют более длительный срок службы, чем литий-ионные, что означает, что их нужно реже заменять. Это также может помочь снизить общие затраты, поскольку замена батарей может быть сопряжена со значительными расходами. Когда включены все затраты, приведенная стоимость хранения (LCOS) для тепловых батарей намного ниже в расчете на кВтч по сравнению с литий-ионными батареями.

 

3. Аккумулирование тепла может открыть (и сохранить) новые возможности

Аккумулирование тепловой энергии (TES) обеспечивает длительное хранение тепла и накопление тепла из электричества. Сохранение тепла означает, что оно доступно, когда вам это нужно. При надежном энергоснабжении колебания на энергетическом рынке оказывают меньшее влияние, что делает ценовую маржу защищенной от политического влияния.