SISTEMA D'ENERGIA SOLAR TOT EN UN OFF GRID/HÍBRID DKSESS DE 100 KW

Comparació de bateries en sistemes d'emmagatzematge d'energia
L'emmagatzematge d'energia de tipus bateria és l'emmagatzematge d'energia química. Es pot dividir en bateria de plom-àcid, bateria de liti, bateria de níquel-hidrogen, bateria de flux líquid (bateria de vanadi), bateria de sodi-sofre, bateria de plom-carboni, etc. segons el tipus de bateria seleccionat.

1. Bateria de plom-àcid
Les bateries de plom-àcid inclouen les col·loides i les líquides (les anomenades bateries de plom-àcid ordinàries). Aquests dos tipus de bateries s'utilitzen segons les diferents regions. La bateria col·loïdal té una forta resistència al fred i la seva eficiència energètica de funcionament és molt millor que la de la bateria líquida quan la temperatura és inferior a 15 °C, i el seu rendiment d'aïllament tèrmic és excel·lent.

La bateria de plom-àcid col·loïdal és una millora respecte a la bateria de plom-àcid comuna amb electròlit líquid. L'electròlit col·loïdal s'utilitza per substituir l'electròlit d'àcid sulfúric, que és millor que la bateria comuna pel que fa a seguretat, capacitat d'emmagatzematge, rendiment de descàrrega i vida útil. La bateria de plom-àcid col·loïdal adopta un electròlit de gel i no hi ha líquid lliure a l'interior. Sota el mateix volum, l'electròlit té una gran capacitat, una gran capacitat calorífica i una forta capacitat de dissipació de calor, cosa que pot evitar el fenomen de fugida tèrmica de les bateries generals; La corrosió de la placa d'elèctrode és feble a causa de la baixa concentració d'electròlits; La concentració és uniforme i no hi ha estratificació d'electròlits.

Una bateria de plom-àcid ordinària és un tipus de bateria amb el seu elèctrode principalment fet de plom i el seu òxid, i l'electròlit és una solució d'àcid sulfúric. En l'estat de descàrrega de la bateria de plom-àcid, el component principal de l'elèctrode positiu és el diòxid de plom, i el component principal de l'elèctrode negatiu és el plom; en l'estat de càrrega, els components principals dels elèctrodes positius i negatius són el sulfat de plom. El voltatge nominal d'una bateria de plom-àcid d'una sola cel·la és de 2,0 V, que es pot descarregar a 1,5 V i carregar a 2,4 V; en l'aplicació, sovint s'utilitzen sis bateries de plom-àcid d'una sola cel·la en sèrie per formar una bateria de plom-àcid nominal de 12 V, així com 24 V, 36 V, 48 V, etc.

Els seus avantatges inclouen principalment: segellat segur, sistema d'alliberament d'aire, manteniment senzill, llarga vida útil, qualitat estable, alta fiabilitat i sense manteniment; El desavantatge és que la contaminació per plom és gran i la densitat d'energia és baixa (és a dir, massa pesada).

2. Bateria de liti
Una "bateria de liti" és un tipus de bateria amb liti metàl·lic o aliatge de liti com a material càtodic i una solució electrolítica no aquosa. Es divideix en dues categories: bateria de liti metàl·lic i bateria d'ions de liti.

Les bateries de liti metàl·lic generalment utilitzen diòxid de manganès com a material del càtode, liti metàl·lic o el seu aliatge metàl·lic com a material del càtode, i utilitzen una solució electrolítica no aquosa. Les bateries d'ions de liti generalment utilitzen òxids metàl·lics d'aliatge de liti com a materials del càtode, grafit com a materials del càtode i electròlits no aquosos. Les bateries d'ions de liti no contenen liti metàl·lic i es poden recarregar. La bateria de liti que utilitzem en l'emmagatzematge d'energia és una bateria d'ions de liti, anomenada "bateria de liti".

Les bateries de liti utilitzades en el sistema d'emmagatzematge d'energia inclouen principalment: bateries de fosfat de ferro i liti, bateries de liti ternàries i bateries de manganat de liti. La bateria individual té un alt voltatge, un ampli rang de temperatura de funcionament, una alta energia i eficiència específiques i una baixa taxa d'autodescàrrega. La seguretat i la vida útil es poden millorar mitjançant circuits de protecció i equalització. Per tant, considerant els avantatges i els desavantatges de diverses bateries, les bateries de liti s'han convertit en la primera opció per a les centrals elèctriques d'emmagatzematge d'energia a causa de la seva cadena industrial relativament madura, seguretat, fiabilitat i respecte pel medi ambient.

Els seus principals avantatges són: llarga vida útil, alta densitat d'energia d'emmagatzematge, pes lleuger i forta adaptabilitat; Els desavantatges són la poca seguretat, la fàcil explosió, l'alt cost i les condicions d'ús limitades.

Fosfat de ferro i liti
La bateria de fosfat de liti-ferro es refereix a la bateria d'ions de liti que utilitza fosfat de liti-ferro com a material de càtode. Els materials de càtode de les bateries d'ions de liti inclouen principalment cobalat de liti, manganat de liti, òxid de níquel-liti, materials ternaris, fosfat de liti-ferro, etc. El cobalat de liti és el material de càtode utilitzat per la majoria de les bateries d'ions de liti.

El fosfat de liti-ferro com a material per a bateries de liti només ha aparegut en els darrers anys. Va ser el 2005 que es va desenvolupar una bateria de fosfat de liti-ferro de gran capacitat a la Xina. El seu rendiment de seguretat i la seva vida útil són incomparables amb altres materials. La vida útil de la càrrega i descàrrega d'1C arriba a les 2000 vegades. La tensió de sobrecàrrega d'una sola bateria és de 30V, que no es cremarà ni es punxarà, no explotarà. Les bateries d'ions de liti amb gran capacitat fetes de materials de càtode de fosfat de liti-ferro són més fàcils d'utilitzar en sèrie per satisfer les necessitats de càrrega i descàrrega freqüents dels vehicles elèctrics.

El fosfat de liti-ferro és una matèria primera no tòxica, no contaminant, segura, de gran abast, barata, de llarga durada i amb altres avantatges. És un material de càtode ideal per a bateries de ions de liti de nova generació. La bateria de fosfat de liti-ferro també té els seus desavantatges. Per exemple, la densitat de compactació del material de càtode de fosfat de liti-ferro és petita i el volum de la bateria de fosfat de liti-ferro amb la mateixa capacitat és més gran que el de les bateries de ions de liti com el cobalat de liti, per la qual cosa no té avantatges en les microbateries.

A causa de les característiques inherents del fosfat de ferro i liti, el seu rendiment a baixa temperatura és inferior al d'altres materials de càtode com el manganat de liti. En general, per a una sola cel·la (tingueu en compte que és una sola cel·la en lloc d'una bateria), el rendiment mesurat a baixa temperatura de la bateria pot ser lleugerament superior.

Això està relacionat amb les condicions de dissipació de calor), la seva taxa de retenció de capacitat és d'aproximadament un 60~70% a 0 ℃, un 40~55% a -10 ℃ i un 20~40% a -20 ℃. Aquest rendiment a baixa temperatura, òbviament, no pot complir els requisits d'ús de la font d'alimentació. Actualment, alguns fabricants han millorat el rendiment a baixa temperatura del fosfat de ferro i liti millorant el sistema electrolític, millorant la fórmula de l'elèctrode positiu, millorant el rendiment del material i millorant el disseny de l'estructura de la cel·la.

Bateria de liti ternària
La bateria de liti de polímer ternari es refereix a la bateria de liti el material del càtode de la qual és manganat de liti níquel-cobalt (Li(NiCoMn)O2). El material compost del càtode ternari està fet de sal de níquel, sal de cobalt i sal de manganès com a matèries primeres. La proporció de níquel, cobalt i manganès a la bateria de liti de polímer ternari es pot ajustar segons les necessitats reals. La bateria amb material ternari com a càtode té una alta seguretat en comparació amb la bateria de liti-cobalt, però el seu voltatge és massa baix.

Els seus principals avantatges són: un bon rendiment del cicle; El desavantatge és que l'ús és limitat. Tanmateix, a causa de l'enduriment de les polítiques nacionals sobre les bateries de liti ternàries, el desenvolupament de les bateries de liti ternàries tendeix a alentir-se.

Bateria de manganat de liti
La bateria de manganat de liti és un dels materials de càtode d'ions de liti més prometedors. En comparació amb els materials de càtode tradicionals com el cobalat de liti, el manganat de liti té els avantatges de la riquesa en recursos, el baix cost, la manca de contaminació, la bona seguretat, el bon rendiment de multiplicació, etc. És un material de càtode ideal per a bateries d'energia. Tanmateix, el seu baix rendiment de cicle i l'estabilitat electroquímica limiten considerablement la seva industrialització. El manganat de liti inclou principalment manganat de liti d'espinel·la i manganat de liti en capes. El manganat de liti d'espinel·la té una estructura estable i és fàcil de realitzar per a la producció industrial. Els productes actuals del mercat tenen tots aquesta estructura. El manganat de liti d'espinel·la pertany al sistema cristal·lí cúbic, grup espacial Fd3m, i la capacitat específica teòrica és de 148 mAh/g. A causa de l'estructura de túnel tridimensional, els ions de liti es poden desintegrar reversiblement de la xarxa d'espinel·la sense causar el col·lapse de l'estructura, de manera que té un excel·lent rendiment d'ampliació i estabilitat.

3. Bateria de NiMH
La bateria de NiMH és un tipus de bateria amb bon rendiment. La substància activa positiva de la bateria de níquel-hidrogen és el Ni(OH)2 (anomenat elèctrode de NiO), la substància activa negativa és l'hidrur metàl·lic, també anomenat aliatge d'emmagatzematge d'hidrogen (anomenat elèctrode d'emmagatzematge d'hidrogen), i l'electròlit és una solució d'hidròxid de potassi de 6 mol/L.

Les bateries de níquel-hidrur metàl·lic es divideixen en bateries de níquel-hidrur metàl·lic d'alt voltatge i bateries de níquel-hidrur metàl·lic de baix voltatge.

La bateria de níquel-hidrur metàl·lic de baixa tensió té les característiques següents: (1) La tensió de la bateria és d'1,2~1,3 V, que és equivalent a la bateria de níquel-cadmi; (2) Alta densitat d'energia, més d'1,5 vegades superior a la de la bateria de níquel-cadmi; (3) Càrrega i descàrrega ràpides, bon rendiment a baixa temperatura; (4) Segellable, forta resistència a la sobrecàrrega i la descàrrega; (5) Sense generació de cristalls dendrítics, cosa que pot evitar curtcircuits a la bateria; (6) Segura i fiable, sense contaminació per al medi ambient, sense efecte memòria, etc.

La bateria de níquel-hidrogen d'alt voltatge té les següents característiques: (1) Gran fiabilitat. Té una bona protecció contra sobredescàrrega i sobrecàrrega, pot suportar una alta taxa de descàrrega de càrrega i no té formació de dendrites. Té bones propietats específiques. La seva capacitat de massa específica és de 60 A · h/kg, que és 5 vegades superior a la de la bateria de níquel-cadmi. (2) Llarga vida útil, fins a milers de vegades. (3) Totalment segellada, menys manteniment. (4) El rendiment a baixa temperatura és excel·lent i la capacitat no canvia significativament a -10 ℃.

Els principals avantatges de la bateria de NiMH són: alta densitat d'energia, velocitat de càrrega i descàrrega ràpida, pes lleuger, llarga vida útil, sense contaminació ambiental; Els desavantatges són un lleuger efecte de memòria, més problemes de gestió i fàcil fusió del separador de bateria.

4. Cel·la de flux
La bateria de flux líquid és un nou tipus de bateria. La bateria de flux líquid és una bateria d'alt rendiment que utilitza electròlits positius i negatius per separar i circular per separat. Té les característiques d'alta capacitat, ampli camp d'aplicació (medi ambient) i llarga vida útil. Actualment és un nou producte energètic.

La bateria de flux líquid s'utilitza generalment en el sistema de central elèctrica d'emmagatzematge d'energia, que consisteix en una unitat de pila, una solució d'electròlits i una unitat d'emmagatzematge i subministrament de solució d'electròlits, una unitat de control i gestió, etc. El nucli està compost per una pila i (la pila està composta per desenes de cel·les per a la reacció de reducció d'oxidació) i una sola cel·la per carregar i descarregar segons requisits específics en sèrie, i la seva estructura és similar a la d'una pila de piles de combustible.

La bateria de flux de vanadi és un nou tipus d'emmagatzematge d'energia i equip d'emmagatzematge d'energia. No només es pot utilitzar com a dispositiu d'emmagatzematge d'energia de suport per a processos de generació d'energia solar i eòlica, sinó que també es pot utilitzar per a l'afaitat de pics de la xarxa elèctrica per millorar l'estabilitat de la xarxa elèctrica i garantir la seguretat de la xarxa elèctrica. Els seus principals avantatges són: disseny flexible, llarga vida útil, temps de resposta ràpids i absència d'emissions nocives; el desavantatge és que la densitat d'energia varia molt.

5. Bateria de sofre i sodi
La bateria de sofre i sodi està composta d'un pol positiu, un pol negatiu, un electròlit, un diafragma i una carcassa. A diferència de les bateries secundàries ordinàries (bateries de plom-àcid, bateries de níquel-cadmi, etc.), la bateria de sofre i sodi està composta d'un elèctrode fos i un electròlit sòlid. La substància activa del pol negatiu és el sodi metàl·lic fos, i la substància activa del pol positiu és el sofre líquid i el polisulfur de sodi fos. La bateria secundària té el sodi metàl·lic com a elèctrode negatiu, el sofre com a elèctrode positiu i el tub ceràmic com a separador d'electròlits. Sota un cert grau de funcionament, els ions de sodi poden reaccionar reversiblement amb el sofre a través de la membrana electrolítica per formar alliberament i emmagatzematge d'energia.

Com a nou tipus de font d'energia química, aquest tipus de bateria ha experimentat un gran desenvolupament des de la seva creació. La bateria de sofre i sodi és de mida petita, gran capacitat, llarga vida útil i alta eficiència. S'utilitza àmpliament en l'emmagatzematge d'energia elèctrica, com ara l'afegit de pics i l'ompliment de valls, el subministrament d'energia d'emergència i la generació d'energia eòlica.

Els seus principals avantatges són els següents: 1) Té una energia específica més alta (és a dir, l'energia elèctrica efectiva per unitat de massa o unitat de volum de la bateria). La seva energia específica teòrica és de 760 Wh/kg, que en realitat ha superat els 150 Wh/kg, 3-4 vegades la de la bateria de plom-àcid. 2) Al mateix temps, pot descarregar amb un corrent elevat i una potència elevada. La seva densitat de corrent de descàrrega generalment pot arribar als 200-300 mA/cm2 i pot alliberar 3 vegades la seva energia inherent en un instant; 3) Alta eficiència de càrrega i descàrrega.

La bateria de sofre i sodi també té deficiències. La seva temperatura de funcionament és de 300-350 ℃, per la qual cosa la bateria s'ha d'escalfar i mantenir calenta durant el funcionament. Tanmateix, aquest problema es pot resoldre eficaçment mitjançant la tecnologia d'aïllament tèrmic al buit d'alt rendiment.

6. Bateria de plom i carboni
La bateria de plom-carbó és un tipus de bateria capacitiva de plom-àcid, que és una tecnologia evolucionada de la bateria de plom-àcid tradicional. Pot millorar significativament la vida útil de la bateria de plom-àcid afegint carbó actiu al pol negatiu de la bateria.

La bateria de plom-carboni és un nou tipus de superbateria que combina la bateria de plom-àcid i el supercondensador: no només aprofita els avantatges de la càrrega instantània de gran capacitat del supercondensador, sinó que també aprofita l'avantatge energètic específic de la bateria de plom-àcid, i té un rendiment de càrrega i descàrrega molt bo: es pot carregar completament en 90 minuts (si la bateria de plom-àcid es carrega i es descarrega d'aquesta manera, la seva vida útil és inferior a 30 vegades). A més, gràcies a l'addició de carboni (grafè), s'evita el fenomen de sulfatació de l'elèctrode negatiu, cosa que millora el factor de fallada de la bateria en el passat i allarga la vida útil de la bateria.

La bateria de plom-carboni és una barreja de supercondensador asimètric i bateria de plom-àcid en forma de connexió paral·lela interna. Com a nou tipus de superbateria, la bateria de plom-carboni és una combinació de les tecnologies de la bateria de plom-àcid i el supercondensador. És una bateria d'emmagatzematge d'energia de doble funció amb característiques capacitives i de bateria. Per tant, no només aprofita al màxim els avantatges de la càrrega instantània de potència de supercondensador amb gran capacitat, sinó que també aprofita al màxim els avantatges energètics de les bateries de plom-àcid, que es poden carregar completament en una hora. Té un bon rendiment de càrrega i descàrrega. Gràcies a l'ús de la tecnologia de plom-carboni, el rendiment de la bateria de plom-carboni és molt superior al de la bateria de plom-àcid tradicional, que es pot utilitzar en vehicles de nova energia, com ara vehicles elèctrics híbrids, bicicletes elèctriques i altres camps; També es pot utilitzar en el camp del nou emmagatzematge d'energia, com ara la generació d'energia eòlica i l'emmagatzematge d'energia.