מערכת אנרגיה סולארית היברידית/OFF-GRID 100KW של DKSESS הכל באחד

השוואה בין סוללות במערכת אחסון אנרגיה
אגירת אנרגיה מסוג סוללה היא אגירת אנרגיה כימית. ניתן לחלק אותה לסוללת עופרת חומצה, סוללת ליתיום, סוללת ניקל-מימן, סוללת זרימה נוזלית (סוללת ונדיום), סוללת נתרן גופרית, סוללת עופרת-פחמן וכו' בהתאם לסוג הסוללה הנבחרת.

1. סוללת עופרת חומצה
סוללות עופרת חומצה כוללות קולואיד וסוללה נוזלית (מה שנקרא סוללת עופרת חומצה רגילה). שני סוגי סוללות אלה משמשים בהתאם לאזורים שונים. לסוללת הקולואיד עמידות חזקה לקור, ויעילות האנרגיה שלה בעבודה טובה בהרבה מזו של סוללת נוזל בטמפרטורה מתחת ל-15 מעלות צלזיוס, וביצועי הבידוד התרמי שלה מצוינים.

סוללת עופרת-חומצה קולואידית היא שיפור מסוללת עופרת-חומצה נפוצה עם אלקטרוליט נוזלי. האלקטרוליט הקולואידי משמש כתחליף לאלקטרוליט חומצה גופרתית, והוא טוב יותר מסוללה נפוצה מבחינת בטיחות, קיבולת אחסון, ביצועי פריקה וחיי שירות. סוללת עופרת-חומצה קולואידית משתמשת באלקטרוליט ג'ל, ואין נוזל חופשי בפנים. תחת אותו נפח, לאלקטרוליט יש קיבולת גדולה, קיבולת חום גדולה ויכולת פיזור חום חזקה, מה שיכול למנוע את תופעת הבריחת החום של סוללות כלליות; קורוזיה של לוח האלקטרודה חלשה עקב ריכוז אלקטרוליט נמוך; הריכוז אחיד ואין ריבוד אלקטרוליטים.

סוללת עופרת-חומצה רגילה היא סוג של סוללה שהאלקטרודה שלה עשויה בעיקר מעופרת ותחמוצתה, והאלקטרוליט הוא תמיסת חומצה גופרתית. במצב פריקה של סוללת עופרת-חומצה, המרכיב העיקרי של האלקטרודה החיובית הוא עופרת דו-חמצנית, והמרכיב העיקרי של האלקטרודה השלילית הוא עופרת; במצב טעינה, המרכיבים העיקריים של האלקטרודות החיוביות והשליליות הם עופרת גופרתית. המתח הנומינלי של סוללת עופרת-חומצה בתא בודד הוא 2.0 וולט, וניתן לפרוק אותה ל-1.5 וולט ולטעון אותה ל-2.4 וולט; ביישומים, שש סוללות עופרת-חומצה בתא בודד משמשות לעתים קרובות בטור ליצירת סוללת עופרת-חומצה נומינלית של 12 וולט, כמו גם 24 וולט, 36 וולט, 48 וולט וכו'.

יתרונותיו כוללים בעיקר: איטום בטוח, מערכת שחרור אוויר, תחזוקה פשוטה, חיי שירות ארוכים, איכות יציבה, אמינות גבוהה ותחזוקה ללא צורך בתחזוקה; החיסרון הוא שזיהום העופרת גדול וצפיפות האנרגיה נמוכה (כלומר, כבדה מדי).

2. סוללת ליתיום
"סוללת ליתיום" היא סוג של סוללה המכילה ליתיום מתכת או סגסוגת ליתיום כחומר קתודה ותמיסת אלקטרוליט לא מימית. היא מחולקת לשתי קטגוריות: סוללת ליתיום מתכת וסוללת ליתיום יון.

סוללות ליתיום מתכת משתמשות בדרך כלל במנגן דו-חמצני כחומר קתודה, ליתיום מתכתי או סגסוגת מתכת שלו כחומר קתודה, ומשתמשות בתמיסת אלקטרוליט לא מימית. סוללות ליתיום יון משתמשות בדרך כלל בתחמוצות מתכת מסגסוגת ליתיום כחומרי קתודה, גרפיט כחומרי קתודה ואלקטרוליטים לא מימיים. סוללות ליתיום יון אינן מכילות ליתיום מתכתי וניתנות לטעינה מחדש. סוללת הליתיום בה אנו משתמשים לאגירת אנרגיה היא סוללת ליתיום יון, המכונה "סוללת ליתיום".

סוללות הליתיום המשמשות במערכת אגירת אנרגיה כוללות בעיקר: סוללות ליתיום ברזל פוספט, סוללות ליתיום טרנריות וסוללות ליתיום מנגן. לסוללה בודדת מתח גבוה, טווח טמפרטורות עבודה רחב, אנרגיה ספציפית ויעילות גבוהות וקצב פריקה עצמית נמוך. ניתן לשפר את הבטיחות ואת אורך החיים באמצעות מעגלי הגנה ואיזון. לכן, בהתחשב ביתרונות ובחסרונות של סוללות שונות, סוללות ליתיום הפכו לבחירה הראשונה עבור תחנות כוח לאגירת אנרגיה בשל שרשרת התעשייה הבוגרת יחסית שלהן, בטיחותן, אמינותן וידידותיותן לסביבה.

יתרונותיו העיקריים הם: חיי שירות ארוכים, צפיפות אנרגיית אחסון גבוהה, משקל קל ויכולת הסתגלות חזקה; החסרונות הם בטיחות ירודה, פיצוץ קל, עלות גבוהה ותנאי שימוש מוגבלים.

ליתיום ברזל פוספט
סוללת ליתיום ברזל פוספט מתייחסת לסוללת ליתיום-יון המשתמשת בליתיום ברזל פוספט כחומר הקתודה. חומרי הקתודה של סוללות ליתיום-יון כוללים בעיקר ליתיום קובלט, ליתיום מנגנט, ליתיום ניקל אוקסיד, חומרים טרנריים, ליתיום ברזל פוספט וכו'. ליתיום קובלט הוא חומר הקתודה המשמש את רוב סוללות הליתיום-יון.

סוללת ליתיום ברזל פוספט כחומר לסוללת ליתיום הופיעה רק בשנים האחרונות. בשנת 2005 פותחה בסין סוללת ליתיום ברזל פוספט בעלת קיבולת גדולה. ביצועי הבטיחות שלה ומחזור החיים שלה אינם ניתנים להשוואה לחומרים אחרים. מחזור החיים של טעינה ופריקה של 1C מגיע לפי 2000. מתח טעינת היתר של סוללה בודדת הוא 30V, מה שלא יישרף ולא יתפוצץ. סוללות ליתיום-יון בעלות קיבולת גדולה העשויות מחומרי קתודה של ליתיום ברזל פוספט קלות יותר לשימוש בטור כדי לענות על הצרכים של טעינה ופריקה תכופים של כלי רכב חשמליים.

ליתיום ברזל פוספט הוא חומר גלם לא רעיל, נטול זיהום, בטוח, ממקורות רבים, זול, בעל חיים ארוך ובעל יתרונות נוספים. זהו חומר קתודה אידיאלי עבור סוללות ליתיום-יון מהדור החדש. לסוללת ליתיום ברזל פוספט יש גם חסרונות. לדוגמה, צפיפות ההידוק של חומר הקתודה של ליתיום ברזל פוספט קטנה, ונפח סוללת ליתיום ברזל פוספט בעלת קיבולת שווה גדול יותר מסוללות ליתיום-יון כמו ליתיום קובלט, ולכן אין לה יתרונות בסוללות מיקרו.

בשל המאפיינים הטבועים של ליתיום ברזל פוספט, ביצועיו בטמפרטורה נמוכה נמוכים יותר מחומרים קתודיים אחרים כגון ליתיום מנגן. באופן כללי, עבור תא בודד (שימו לב שמדובר בתא בודד ולא בחבילת סוללה), ביצועי הטמפרטורה הנמדדים של חבילת הסוללות עשויים להיות מעט גבוהים יותר,

זה קשור לתנאי פיזור החום), שיעור שימור הקיבולת שלו הוא כ-60~70% ב-0 ℃, 40~55% ב-10 ℃- ו-20~40% ב-20 ℃-. ביצועים כאלה בטמפרטורה נמוכה כמובן אינם יכולים לעמוד בדרישות השימוש של ספק הכוח. כיום, חלק מהיצרנים שיפרו את הביצועים בטמפרטורה נמוכה של ליתיום ברזל פוספט על ידי שיפור מערכת האלקטרוליטים, שיפור נוסחת האלקטרודה החיובית, שיפור ביצועי החומר ושיפור תכנון מבנה התא.

סוללת ליתיום טרנרית
סוללת ליתיום פולימר טרנרית מתייחסת לסוללת ליתיום שחומר הקתודה שלה הוא ליתיום ניקל קובלט מנגן (Li(NiCoMn)O2) חומר קתודה טרנרי. חומר הקתודה המרוכב הטרנרי עשוי ממלח ניקל, מלח קובלט ומלח מנגן כחומרי גלם. ניתן להתאים את שיעור הניקל, הקובלט והמנגן בסוללת ליתיום פולימר טרנרית בהתאם לצרכים בפועל. לסוללה עם חומר טרנרי כקתודה יש ​​בטיחות גבוהה בהשוואה לסוללת ליתיום קובלט, אך המתח שלה נמוך מדי.

יתרונותיה העיקריים הם: ביצועי מחזור טובים; החיסרון הוא שהשימוש מוגבל. עם זאת, עקב החמרת המדיניות המקומית בנוגע לסוללות ליתיום טרנריות, פיתוחן של סוללות ליתיום טרנריות נוטה להאט.

סוללת ליתיום מנגן
סוללת ליתיום מנגנט היא אחד מחומרי הקתודה המבטיחים יותר של יוני ליתיום. בהשוואה לחומרי קתודה מסורתיים כמו ליתיום קובלט, לליתיום מנגנט יש יתרונות של משאבים עשירים, עלות נמוכה, חוסר זיהום, בטיחות טובה, ביצועי ריבוי טובים וכו'. זהו חומר קתודה אידיאלי לסוללות חשמל. עם זאת, ביצועי המחזור הירודים שלו ויציבותו האלקטרוכימית מגבילים מאוד את התיעוש שלו. ליתיום מנגנט כולל בעיקר ספינל ליתיום מנגנט וליתיום מנגנט שכבתי. לספינל ליתיום מנגנט יש מבנה יציב וקל לייצור תעשייתי. מוצרי השוק של היום הם כולם בעלי מבנה זה. ספינל ליתיום מנגנט שייך למערכת גבישים קוביים, קבוצת החלל Fd3m, והקיבולת הסגולית התיאורטית שלו היא 148mAh/g. בשל מבנה המנהרה התלת-ממדי, יוני ליתיום ניתנים להסרה הפיכה מרשת הספינל מבלי לגרום לקריסת המבנה, ולכן יש לו ביצועי הגדלה ויציבות מצוינים.

3. סוללת NiMH
סוללת NiMH היא סוג של סוללה בעלת ביצועים טובים. החומר הפעיל החיובי של סוללת ניקל-מימן הוא Ni(OH)2 (הנקראת אלקטרודת NiO), החומר הפעיל השלילי הוא מתכת הידריד, המכונה גם סגסוגת אגירת מימן (הנקראת אלקטרודת אגירת מימן), והאלקטרוליט הוא תמיסת אשלגן הידרוקסיד 6 מול/ליטר.

סוללת ניקל מטאל הידריד מחולקת לסוללת ניקל מטאל הידריד במתח גבוה וסוללת ניקל מטאל הידריד במתח נמוך.

לסוללת ניקל מטאל הידריד במתח נמוך יש את המאפיינים הבאים: (1) מתח הסוללה הוא 1.2~1.3 וולט, שווה ערך לסוללת ניקל קדמיום; (2) צפיפות אנרגיה גבוהה, יותר מפי 1.5 מזו של סוללת ניקל קדמיום; (3) טעינה ופריקה מהירות, ביצועים טובים בטמפרטורה נמוכה; (4) אטימה, עמידות חזקה לטעינה ופריקה יתר; (5) ללא יצירת גבישים דנדריטיים, מה שיכול למנוע קצר חשמלי בסוללה; (6) בטוח ואמינ, ללא זיהום סביבתי, ללא אפקט זיכרון וכו'.

לסוללת ניקל-מימן במתח גבוה יש את המאפיינים הבאים: (1) אמינות גבוהה. יש לה הגנה טובה מפני פריקת יתר וטעינת יתר, יכולה לעמוד בקצב פריקת מטען גבוה ואינה נוצרת דנדריטים. יש לה תכונה ספציפית טובה. קיבולת המסה הספציפית שלה היא 60A · h/kg, פי 5 מזו של סוללת ניקל-קדמיום. (2) מחזור חיים ארוך, עד פי אלפי. (3) אטימה מלאה, פחות תחזוקה. (4) ביצועי הטמפרטורה הנמוכה מצוינים, והקיבולת אינה משתנה באופן משמעותי ב-10 מעלות צלזיוס.

היתרונות העיקריים של סוללת NiMH הם: צפיפות אנרגיה גבוהה, מהירות טעינה ופריקה מהירה, משקל קל, חיי שירות ארוכים, ללא זיהום סביבתי; החסרונות הם אפקט זיכרון קל, בעיות ניהול רבות יותר, והתכה קלה של מפריד סוללה יחיד.

4. תא זרימה
סוללת זרימה נוזלית היא סוג חדש של סוללה. סוללת זרימה נוזלית היא סוללה בעלת ביצועים גבוהים המשתמשת באלקטרוליט חיובי ושלילי כדי להפריד ולסירקולציה בנפרד. יש לה מאפיינים של קיבולת גבוהה, תחום יישום רחב (סביבה) ומחזור חיים ארוך. זהו מוצר אנרגיה חדש כיום.

סוללת זרימה נוזלית משמשת בדרך כלל במערכת של תחנות כוח לאגירת אנרגיה, המורכבת מיחידת ערימה, יחידת אחסון ואספקה ​​של תמיסת אלקטרוליט ויחידת שליטה וניהול וכו'. הליבה מורכבת מערימה (הערימה מורכבת מעשרות תאים לתגובת הפחתת חמצון) ותא בודד לטעינה ופריקה לפי דרישות ספציפיות בטור, והמבנה שלה דומה לזה של ערימה של תאי דלק.

סוללת ונדיום זרימת חשמל היא סוג חדש של ציוד לאגירת חשמל ואנרגיה. ניתן להשתמש בה לא רק כהתקן אחסון אנרגיה תומך לתהליכי ייצור אנרגיה סולארית ורוח, אלא גם לגילוח שיא של רשת החשמל כדי לשפר את יציבות רשת החשמל ולהבטיח את אבטחת רשת החשמל. יתרונותיה העיקריים הם: פריסה גמישה, חיי מחזור ארוכים, זמני תגובה מהירים וחוסר פליטות מזיקות; החיסרון הוא שצפיפות האנרגיה משתנה מאוד.

5. סוללת גופרית נתרן
סוללת נתרן גופרית מורכבת מקוטב חיובי, קוטב שלילי, אלקטרוליט, דיאפרגמה ומעטפת. בניגוד לסוללות משניות רגילות (סוללות עופרת-חומצה, סוללות ניקל-קדמיום וכו'), סוללת נתרן גופרית מורכבת מאלקטרודה מותכת ואלקטרוליט מוצק. החומר הפעיל בקוטב השלילי הוא נתרן מתכת מותך, והחומר הפעיל בקוטב החיובי הוא גופרית נוזלית ופוליסולפיד נתרן מותך. סוללה משנית כוללת נתרן מתכת כאלקטרודה שלילית, גופרית כאלקטרודה חיובית וצינור קרמי כמפריד אלקטרוליטים. תחת דרגת עבודה מסוימת, יוני נתרן יכולים להגיב באופן הפיך עם גופרית דרך קרום האלקטרוליט כדי ליצור שחרור ואחסון אנרגיה.

כסוג חדש של מקור כוח כימי, סוללה מסוג זה פותחה רבות מאז היווסדה. סוללת נתרן גופרית קטנה בגודלה, בעלת קיבולת גדולה, אורך חיים ארוך ויעילות גבוהה. היא נמצאת בשימוש נרחב באגירת אנרגיה חשמלית כגון גילוח שיא ומילוי עמק, אספקת חשמל לשעת חירום וייצור אנרגיית רוח.

יתרונותיו העיקריים הם כדלקמן: 1) יש לו אנרגיה ספציפית גבוהה יותר (כלומר, האנרגיה החשמלית האפקטיבית ליחידת מסה או יחידת נפח של הסוללה). האנרגיה הספציפית התיאורטית שלו היא 760 וואט-שעה/ק"ג, שלמעשה עולה על 150 וואט-שעה/ק"ג, פי 3-4 מזו של סוללת עופרת-חומצה. 2) יחד עם זאת, הוא יכול לפרוק זרם גדול והספק גבוה. צפיפות זרם הפריקה שלו יכולה להגיע בדרך כלל ל-200-300 מיליאמפר/ס"מ רבוע, והוא יכול לשחרר פי 3 מהאנרגיה הטבועה בו ברגע; 3) יעילות טעינה ופריקה גבוהה.

לסוללת נתרן גופרית יש גם חסרונות. טמפרטורת העבודה שלה היא 300-350 מעלות צלזיוס, ולכן יש צורך לחמם את הסוללה ולשמור עליה חמה במהלך הפעולה. עם זאת, ניתן לפתור בעיה זו ביעילות באמצעות טכנולוגיית בידוד תרמי ואקום בעלת ביצועים גבוהים.

6. סוללת פחמן עופרת
סוללת עופרת-פחמן היא סוג של סוללת עופרת-חומצה קיבולית, שהיא טכנולוגיה שהתפתחה מסוללת עופרת-חומצה מסורתית. היא יכולה לשפר משמעותית את חיי סוללת העופרת-חומצה על ידי הוספת פחמן פעיל לקוטב השלילי של הסוללה.

סוללת עופרת-פחמן היא סוג חדש של סוללת-על, המשלבת את סוללת העופרת-חומצה ואת קבל-העל: היא לא רק נותנת משחק על היתרונות של טעינה מיידית בעלת קיבולת גדולה של קבל-העל, אלא גם נותנת משחק על היתרון האנרגטי הספציפי של סוללת העופרת-חומצה, ובעלת ביצועי טעינה ופריקה טובים מאוד - ניתן לטעון אותה במלואה תוך 90 דקות (אם סוללת העופרת-חומצה נטענת ופרוקה בדרך זו, חייה הם פחות מפי 30). יתר על כן, הודות לתוספת פחמן (גרפן), נמנעת תופעת הסולפטציה של האלקטרודה השלילית, מה שמשפר את גורם כשל הסוללה בעבר ומאריך את חיי הסוללה.

סוללת פחמן-עופרת היא תערובת של קבל-על אסימטרי וסוללת חומצה-עופרת בצורת חיבור מקבילי פנימי. כסוג חדש של סוללת-על, סוללת פחמן-עופרת היא שילוב של טכנולוגיות של סוללת חומצה-עופרת וסופר-קבל. זוהי סוללת אחסון אנרגיה בעלת פונקציה כפולה, בעלת מאפיינים קיבוליים ומאפייני סוללה כאחד. לכן, היא לא רק נותנת למימוש מלא ליתרונות של טעינת חשמל מיידית באמצעות קבל-על עם קיבולת גדולה, אלא גם נותנת למימוש מלא ליתרונות האנרגיה של סוללות חומצה-עופרת, שניתן לטעון אותן במלואן תוך שעה. יש לה ביצועי טעינה ופריקה טובים. הודות לשימוש בטכנולוגיית פחמן-עופרת, ביצועי סוללת פחמן-עופרת עולים בהרבה על אלו של סוללת חומצה-עופרת מסורתית, שניתן להשתמש בה בכלי רכב לאנרגיה חדשה, כגון כלי רכב חשמליים היברידיים, אופניים חשמליים ותחומים אחרים; ניתן להשתמש בה גם בתחום אחסון אנרגיה חדש, כגון ייצור אנרגיית רוח ואחסון אנרגיה.