DKSESS 100 kW POZA SIECIĄ/HYBRYDOWY SYSTEM ENERGII SŁONECZNEJ ALL-IN-ONE

Porównanie akumulatorów w systemie magazynowania energii
Akumulatory to magazyny energii chemicznej. W zależności od wybranego rodzaju akumulatora, można je podzielić na akumulatory kwasowo-ołowiowe, litowo-jonowe, niklowo-wodorowe, wanadowe, sodowo-siarkowe, ołowiowo-węglowe itp.

1. Akumulator kwasowo-ołowiowy
Akumulatory kwasowo-ołowiowe dzielą się na koloidalne i ciekłe (tzw. zwykłe akumulatory kwasowo-ołowiowe). Te dwa rodzaje akumulatorów są stosowane w różnych regionach. Akumulator koloidalny charakteryzuje się wysoką odpornością na niskie temperatury, a jego wydajność energetyczna jest znacznie lepsza niż akumulatora ciekłego w temperaturach poniżej 15°C, a jego właściwości termoizolacyjne są doskonałe.

Akumulator kwasowo-ołowiowy koloidalny to udoskonalona wersja tradycyjnego akumulatora kwasowo-ołowiowego z ciekłym elektrolitem. Elektrolit koloidalny zastępuje elektrolit z kwasu siarkowego, zapewniając lepsze bezpieczeństwo, pojemność, wydajność rozładowania i żywotność. Akumulator kwasowo-ołowiowy koloidalny wykorzystuje elektrolit żelowy, co eliminuje obecność wolnej cieczy w jego wnętrzu. Przy tej samej objętości elektrolit charakteryzuje się dużą pojemnością, dużą pojemnością cieplną i dobrą zdolnością do rozpraszania ciepła, co pozwala uniknąć zjawiska niekontrolowanego wzrostu temperatury, charakterystycznego dla typowych akumulatorów. Korozja elektrody jest słaba ze względu na niskie stężenie elektrolitu. Stężenie elektrolitu jest równomierne i nie występuje rozwarstwienie elektrolitu.

Zwykły akumulator kwasowo-ołowiowy to rodzaj akumulatora, którego elektroda jest wykonana głównie z ołowiu i jego tlenku, a elektrolit stanowi roztwór kwasu siarkowego. W stanie rozładowania akumulatora kwasowo-ołowiowego głównym składnikiem elektrody dodatniej jest dwutlenek ołowiu, a głównym składnikiem elektrody ujemnej jest ołów; w stanie naładowania głównymi składnikami elektrod dodatniej i ujemnej jest siarczan ołowiu. Napięcie nominalne jednoogniwowego akumulatora kwasowo-ołowiowego wynosi 2,0 V, które można rozładować do 1,5 V i naładować do 2,4 V. W praktyce, sześć jednoogniwowych akumulatorów kwasowo-ołowiowych jest często używanych szeregowo, tworząc akumulator kwasowo-ołowiowy o napięciu nominalnym 12 V, a także 24 V, 36 V, 48 V itd.

Do jego zalet zalicza się przede wszystkim: bezpieczne uszczelnienie, system uwalniania powietrza, prostą konserwację, długą żywotność, stabilną jakość, wysoką niezawodność i brak konieczności konserwacji. Wadą jest duże zanieczyszczenie ołowiem i niska gęstość energii (czyli zbyt duża).

2. Bateria litowa
„Bateria litowa” to rodzaj baterii z litem metalicznym lub stopem litu jako materiałem katodowym i niewodnym roztworem elektrolitu. Dzieli się na dwie kategorie: baterie litowo-metaliczne i baterie litowo-jonowe.

Akumulator litowo-metalowy zazwyczaj wykorzystuje dwutlenek manganu jako materiał katodowy, lit metaliczny lub jego stop jako materiał katodowy oraz niewodny roztwór elektrolitu. Akumulatory litowo-jonowe zazwyczaj wykorzystują tlenki metali stopowych litu jako materiał katodowy, grafit jako materiał katodowy oraz niewodny elektrolit. Akumulatory litowo-jonowe nie zawierają litu metalicznego i można je ładować. Akumulator litowy, którego używamy do magazynowania energii, to akumulator litowo-jonowy, zwany również „akumulatorem litowym”.

Baterie litowe stosowane w systemach magazynowania energii obejmują głównie: baterie litowo-żelazowo-fosforanowe, potrójne baterie litowe oraz baterie litowo-manganowe. Pojedyncza bateria charakteryzuje się wysokim napięciem, szerokim zakresem temperatur pracy, wysoką energią właściwą i sprawnością oraz niskim współczynnikiem samorozładowania. Bezpieczeństwo i żywotność można poprawić dzięki zastosowaniu układów zabezpieczających i kompensacyjnych. Biorąc pod uwagę zalety i wady różnych baterii, baterie litowe stały się pierwszym wyborem dla elektrowni magazynujących energię ze względu na ich stosunkowo dojrzały łańcuch technologiczny, bezpieczeństwo, niezawodność i przyjazność dla środowiska.

Jego głównymi zaletami są: długa żywotność, wysoka gęstość zgromadzonej energii, lekkość i duża adaptowalność; wadami są niski poziom bezpieczeństwa, łatwość wybuchu, wysoki koszt i ograniczone warunki użytkowania.

Fosforan litu i żelaza
Akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy to akumulator litowo-jonowy, w którym katodą jest fosforan litowo-żelazowy. Materiały katodowe akumulatorów litowo-jonowych to głównie kobalan litu, manganian litu, tlenek litu-niklu, materiały trójskładnikowe, fosforan litowo-żelazowy itp. Kobalan litu jest materiałem katodowym stosowanym w większości akumulatorów litowo-jonowych.

Fosforan litowo-żelazowy jako materiał do produkcji akumulatorów litowych pojawił się dopiero w ostatnich latach. W 2005 roku w Chinach opracowano akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy o dużej pojemności. Jego bezpieczeństwo i żywotność są nieporównywalne z innymi materiałami. Żywotność cyklu ładowania i rozładowywania prądem 1C sięga 2000 cykli. Napięcie przeładowania pojedynczego akumulatora wynosi 30 V, co oznacza, że ​​nie ulegnie on spaleniu ani eksplozji w przypadku przebicia. Akumulatory litowo-jonowe o dużej pojemności, wykonane z katod fosforanu litowo-żelazowego, są łatwiejsze do stosowania szeregowego, aby sprostać potrzebom częstego ładowania i rozładowywania pojazdów elektrycznych.

Fosforan litowo-żelazowy jest nietoksyczny, wolny od zanieczyszczeń, bezpieczny, pochodzi z powszechnie dostępnych źródeł, jest tani, ma długą żywotność i inne zalety. Jest idealnym materiałem katodowym do akumulatorów litowo-jonowych nowej generacji. Akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe mają jednak również swoje wady. Na przykład, gęstość ubijania katody z fosforanu litowo-żelazowego jest niewielka, a objętość akumulatora litowo-żelazowo-fosforanowego o tej samej pojemności jest większa niż w przypadku akumulatorów litowo-jonowych, takich jak kobalan litu, dlatego nie ma on żadnych zalet w mikrobateriach.

Ze względu na naturalne właściwości fosforanu litu i żelaza, jego wydajność w niskich temperaturach jest gorsza niż innych materiałów katodowych, takich jak manganian litu. Ogólnie rzecz biorąc, w przypadku pojedynczego ogniwa (należy pamiętać, że jest to pojedyncze ogniwo, a nie akumulator), zmierzona wydajność akumulatora w niskich temperaturach może być nieco wyższa.

Jest to związane z warunkami odprowadzania ciepła. Jego wskaźnik retencji pojemności wynosi około 60–70% w temperaturze 0°C, 40–55% w temperaturze -10°C i 20–40% w temperaturze -20°C. Tak niskie parametry pracy w temperaturach ujemnych nie spełniają wymagań dotyczących zasilania. Obecnie niektórzy producenci udoskonalili parametry pracy ogniw litowo-żelazowo-fosforanowych w niskich temperaturach, ulepszając układ elektrolitu, formułę elektrody dodatniej, wydajność materiału oraz konstrukcję ogniwa.

Bateria litowa trójskładnikowa
Trójskładnikowa bateria litowo-polimerowa to bateria litowa, której katodą jest trójskładnikowy materiał katodowy, niklowo-kobaltowo-manganowy (Li(NiCoMn)O2). Trójskładnikowy materiał katodowy kompozytowy składa się z soli niklu, soli kobaltu i soli manganu jako surowców. Proporcje niklu, kobaltu i manganu w trójskładnikowej baterii litowo-polimerowej można regulować w zależności od potrzeb. Bateria z trójskładnikowym materiałem katodowym charakteryzuje się wysokim poziomem bezpieczeństwa w porównaniu z baterią litowo-kobaltową, ale jej napięcie jest zbyt niskie.

Jego główne zalety to: dobra wydajność cyklu; Wadą jest ograniczone zastosowanie. Jednak ze względu na zaostrzenie przepisów krajowych dotyczących trójskładnikowych baterii litowych, ich rozwój ma tendencję do spowolnienia.

Bateria litowo-manganowa
Akumulator litowo-manganowy jest jednym z bardziej obiecujących materiałów katodowych litowo-jonowych. W porównaniu z tradycyjnymi materiałami katodowymi, takimi jak kobalan litu, manganian litu charakteryzuje się bogatymi zasobami, niskim kosztem, brakiem zanieczyszczeń, wysokim bezpieczeństwem, dobrą wydajnością mnożenia itp. Jest idealnym materiałem katodowym do akumulatorów energetycznych. Jednak jego niska wydajność cykliczna i stabilność elektrochemiczna znacznie ograniczają jego industrializację. Manganian litu obejmuje głównie spinelowy manganian litu i warstwowy manganian litu. Spinelowy manganian litu ma stabilną strukturę i jest łatwy w produkcji przemysłowej. Wszystkie dzisiejsze produkty rynkowe mają tę strukturę. Spinelowy manganian litu należy do sześciennego układu krystalicznego, grupy przestrzennej Fd3m, a jego teoretyczna pojemność właściwa wynosi 148 mAh/g. Dzięki trójwymiarowej strukturze tunelowej jony litu mogą być odwracalnie odłączane od sieci spinelu bez powodowania zapadnięcia się struktury, co zapewnia doskonałe parametry powiększenia i stabilność.

3. Akumulator NiMH
Akumulator NiMH to rodzaj akumulatora o dobrej wydajności. Dodatnią substancją czynną akumulatora niklowo-wodorkowego jest Ni(OH)2 (zwany elektrodą NiO), ujemną substancją czynną jest wodorek metalu, zwany również stopem magazynującym wodór (zwany elektrodą magazynującą wodór), a elektrolitem jest roztwór wodorotlenku potasu o stężeniu 6 mol/l.

Akumulator niklowo-metalowo-wodorkowy dzieli się na akumulator niklowo-metalowo-wodorkowy wysokiego napięcia i akumulator niklowo-metalowo-wodorkowy niskiego napięcia.

Akumulator niklowo-metalowo-wodorkowy niskiego napięcia ma następujące cechy: (1) Napięcie akumulatora wynosi 1,2–1,3 V, co odpowiada napięciu akumulatora niklowo-kadmowego; (2) Wysoka gęstość energii, ponad 1,5 razy większa niż w akumulatorze niklowo-kadmowym; (3) Szybkie ładowanie i rozładowywanie, dobra wydajność w niskich temperaturach; (4) Możliwość uszczelnienia, duża odporność na przeładowanie i rozładowanie; (5) Brak wytwarzania kryształów dendrytycznych, co może zapobiec zwarciom w akumulatorze; (6) Bezpieczny i niezawodny, nie zanieczyszcza środowiska, nie powoduje efektu pamięci itp.

Akumulator niklowo-wodorowy wysokiego napięcia charakteryzuje się następującymi cechami: (1) Wysoka niezawodność. Posiada dobre zabezpieczenie przed przeładowaniem i rozładowaniem, wytrzymuje wysokie natężenie prądu rozładowania i nie tworzy dendrytów. Ma dobre właściwości właściwe. Jego pojemność właściwa wynosi 60 A · h/kg, czyli 5 razy więcej niż w przypadku akumulatora niklowo-kadmowego. (2) Długa żywotność, nawet do tysięcy cykli ładowania. (3) Całkowicie szczelny, wymaga mniej konserwacji. (4) Doskonała wydajność w niskich temperaturach, a pojemność nie zmienia się znacząco w temperaturze -10°C.

Głównymi zaletami akumulatorów NiMH są: duża gęstość energii, szybkie ładowanie i rozładowywanie, niewielka waga, długa żywotność, brak zanieczyszczenia środowiska; wadami są niewielki efekt pamięci, więcej problemów z zarządzaniem oraz łatwość formowania separatora pojedynczych akumulatorów.

4. Komórka przepływowa
Akumulator przepływowy to nowy typ akumulatora. Akumulator przepływowy to akumulator o wysokiej wydajności, który wykorzystuje dodatni i ujemny elektrolit do oddzielnego rozdzielania i cyrkulacji. Charakteryzuje się dużą pojemnością, szerokim zakresem zastosowań (środowisko) i długim cyklem życia. Obecnie jest to nowy produkt energetyczny.

Akumulator przepływowy jest powszechnie stosowany w elektrowniach magazynujących energię, które składają się z jednostki stosu, jednostki magazynowania i dostarczania roztworu elektrolitu, jednostki sterującej i zarządzającej itp. Rdzeń składa się ze stosu (stos składa się z kilkudziesięciu ogniw do reakcji utleniania-redukcji) oraz pojedynczego ogniwa do ładowania i rozładowywania zgodnie z określonymi wymaganiami szeregowo, a jego struktura jest podobna do struktury stosu ogniw paliwowych.

Akumulator przepływowy wanadowy to nowy typ urządzenia do magazynowania energii. Może być wykorzystywany nie tylko jako urządzenie wspomagające procesy wytwarzania energii słonecznej i wiatrowej, ale także do redukcji szczytowych obciążeń sieci elektroenergetycznej w celu poprawy jej stabilności i zapewnienia bezpieczeństwa. Jego głównymi zaletami są: elastyczna konstrukcja, długi cykl życia, szybki czas reakcji i brak szkodliwych emisji. Wadą jest duża zmienność gęstości energii.

5. Bateria sodowo-siarkowa
Akumulator sodowo-siarkowy składa się z bieguna dodatniego, bieguna ujemnego, elektrolitu, membrany i obudowy. W przeciwieństwie do zwykłych akumulatorów wtórnych (akumulatory kwasowo-ołowiowe, niklowo-kadmowe itp.), akumulator sodowo-siarkowy składa się z roztopionej elektrody i stałego elektrolitu. Substancją czynną bieguna ujemnego jest roztopiony metaliczny sód, a substancją czynną bieguna dodatniego – ciekła siarka i roztopiony polisiarczek sodu. Akumulator wtórny z metalicznym sodem jako elektrodą ujemną, siarką jako elektrodą dodatnią i rurką ceramiczną jako separatorem elektrolitu. W pewnym stopniu pracy jony sodu mogą odwracalnie reagować z siarką poprzez membranę elektrolitu, uwalniając i magazynując energię.

Jako nowy rodzaj chemicznego źródła energii, ten rodzaj baterii został znacząco rozwinięty od momentu jego powstania. Bateria sodowo-siarkowa charakteryzuje się niewielkimi rozmiarami, dużą pojemnością, długą żywotnością i wysoką sprawnością. Jest szeroko stosowana w magazynowaniu energii elektrycznej, np. do redukcji szczytów i dolin napięcia, w awaryjnych systemach zasilania oraz w elektrowniach wiatrowych.

Jego główne zalety to: 1) Wyższa energia właściwa (tj. efektywna energia elektryczna na jednostkę masy lub objętości akumulatora). Jego teoretyczna energia właściwa wynosi 760 Wh/kg, co w rzeczywistości przekracza 150 Wh/kg, czyli 3-4 razy więcej niż w przypadku akumulatora kwasowo-ołowiowego. 2) Jednocześnie może rozładowywać się dużym prądem i dużą mocą. Gęstość prądu rozładowania może zazwyczaj osiągnąć 200-300 mA/cm², a jednocześnie może uwolnić trzykrotnie więcej energii w jednej chwili; 3) Wysoka wydajność ładowania i rozładowywania.

Akumulator sodowo-siarkowy ma również swoje wady. Jego temperatura pracy wynosi 300-350°C, dlatego akumulator wymaga podgrzewania i utrzymywania ciepła podczas pracy. Problem ten można jednak skutecznie rozwiązać, stosując wysokowydajną próżniową technologię izolacji termicznej.

6. Akumulator ołowiowo-węglowy
Akumulator ołowiowo-węglowy to rodzaj pojemnościowego akumulatora kwasowo-ołowiowego, którego technologia wywodzi się z tradycyjnych akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Może ona znacznie wydłużyć żywotność akumulatora kwasowo-ołowiowego poprzez dodanie węgla aktywnego do ujemnego bieguna akumulatora.

Akumulator ołowiowo-węglowy to nowy typ superakumulatora, który łączy w sobie zalety akumulatora kwasowo-ołowiowego i superkondensatora. Nie tylko wykorzystuje on zalety natychmiastowego ładowania dużej pojemności superkondensatora, ale także wykorzystuje zalety energetyczne akumulatora kwasowo-ołowiowego i charakteryzuje się bardzo dobrą wydajnością ładowania i rozładowywania – można go w pełni naładować w 90 minut (przy takim ładowaniu i rozładowywaniu akumulator kwasowo-ołowiowy ma żywotność mniejszą niż 30-krotność). Ponadto, dzięki dodatkowi węgla (grafenu), zapobiega się zjawisku zasiarczenia elektrody ujemnej, co zmniejsza ryzyko awarii akumulatora i wydłuża jego żywotność.

Akumulator ołowiowo-węglowy to połączenie asymetrycznego superkondensatora i akumulatora kwasowo-ołowiowego w postaci wewnętrznego połączenia równoległego. Jako nowy typ superakumulatora, akumulator ołowiowo-węglowy łączy w sobie technologie akumulatora kwasowo-ołowiowego i superkondensatora. Jest to dwufunkcyjny akumulator magazynujący energię, łączący w sobie cechy pojemnościowe i akumulatorowe. Dzięki temu nie tylko w pełni wykorzystuje zalety natychmiastowego ładowania superkondensatora o dużej pojemności, ale także w pełni wykorzystuje zalety energetyczne akumulatorów kwasowo-ołowiowych, które można w pełni naładować w ciągu godziny. Charakteryzuje się dobrą wydajnością ładowania i rozładowywania. Dzięki zastosowaniu technologii ołowiowo-węglowej, wydajność akumulatora ołowiowo-węglowego jest znacznie lepsza niż tradycyjnych akumulatorów kwasowo-ołowiowych, co pozwala na jego zastosowanie w pojazdach napędzanych nowymi źródłami energii, takich jak hybrydowe pojazdy elektryczne, rowery elektryczne i inne. Może być również stosowany w nowych zastosowaniach związanych z magazynowaniem energii, takich jak energetyka wiatrowa i magazynowanie energii.