טכנולוגיה, יתרונות ועלויות של סוללות ליתיום-יון

כיצד פועלת סוללת ליתיום-יון? אילו יתרונות יש לו על פני סוללת עופרת? מתי משתלם אחסון סוללת ליתיום-יון?A סוללת ליתיום-יון(קיצור: סוללת ליתיום או סוללת Li-ion) הוא המונח הכללי למצברים המבוססים על תרכובות ליתיום בכל שלושת השלבים, באלקטרודה השלילית, באלקטרודה החיובית וכן באלקטרוליט, התא האלקטרוכימי. לסוללת ליתיום-יון יש אנרגיה ספציפית גבוהה בהשוואה לסוגים אחרים של סוללות, אך דורשות מעגלי הגנה אלקטרוניים ברוב היישומים, מכיוון שהם מגיבים לרעה הן לפריקה עמוקה והן לטעינת יתר.סוללות ליתיום יון סולאריות נטענות בחשמל מהמערכת הפוטו-וולטאית ונפרקות שוב לפי הצורך. במשך תקופה ארוכה, סוללות עופרת נחשבו לפתרון האנרגיה הסולארית האידיאלי למטרה זו. עם זאת, על בסיס סוללות ליתיום-יון יש יתרונות מכריעים, אם כי הרכישה עדיין קשורה בעלויות נוספות, אשר, עם זאת, מוחזר באמצעות שימוש ממוקד.מבנה טכני והתנהגות אחסון אנרגיה של סוללות ליתיום-יוןסוללות ליתיום-יון אינן שונות מהותית מסוללות עופרת במבנה הכללי שלהן. רק נושא המטען שונה: כאשר הסוללה נטענת, יוני ליתיום "נודדים" מהאלקטרודה החיובית אל האלקטרודה השלילית של הסוללה ונשארים "מאוחסנים" שם עד שהסוללה מתרוקנת שוב. מוליכים גרפיט איכותיים משמשים בדרך כלל כאלקטרודות. עם זאת, יש גם וריאנטים עם מוליכי ברזל או מוליכים קובלט.בהתאם למוליכים המשמשים, לסוללות הליתיום-יון יהיו מתחים שונים. האלקטרוליט עצמו חייב להיות נקי ממים בסוללת ליתיום-יון שכן ליתיום ומים מעוררים תגובה אלימה. בניגוד לקודמותיהן חומצת עופרת, לסוללות ליתיום-יון מודרניות אין (כמעט) השפעות זיכרון או פריקות עצמיות, וסוללות ליתיום-יון שומרות על מלוא כוחן לאורך זמן.סוללות ליתיום-יון מורכבות בדרך כלל מהיסודות הכימיים מנגן, ניקל וקובלט. קובלט (מונח כימי: קובלט) הוא יסוד נדיר ולכן מייקר את הייצור של סוללות אחסון Li. בנוסף, קובלט מזיק לסביבה. לכן, ישנם מאמצי מחקר מרובים לייצר את חומר הקתודה עבור סוללות ליתיום-יון במתח גבוה ללא קובלט.היתרונות של סוללות ליתיום-יון על פני סוללות עופרת◎השימוש בסוללות ליתיום-יון מודרניות מביא עמו מספר יתרונות שסוללות עופרת-חומצה פשוטות אינן יכולות לספק.◎ראשית, יש להם חיי שירות ארוכים בהרבה מאשר סוללות עופרת. סוללת ליתיום-יון מסוגלת לאגור אנרגיה סולארית לתקופה של כמעט 20 שנה.◎גם מספר מחזורי הטעינה ועומק הפריקה גדול פי כמה מאשר עם סוללות עופרת.◎בשל החומרים השונים המשמשים בייצור, סוללות ליתיום-יון גם קלות בהרבה מסוללות עופרת וקומפקטיות יותר. לכן הם תופסים פחות מקום במהלך ההתקנה.◎לסוללות ליתיום-יון יש גם תכונות אחסון טובות יותר מבחינת פריקה עצמית.◎בנוסף, אסור לשכוח את ההיבט הסביבתי: מכיוון שסוללות עופרת אינן ידידותיות במיוחד לסביבה בייצורן בשל העופרת בה משתמשים.נתוני מפתח טכניים של סוללות ליתיום-יוןמצד שני, יש להזכיר גם שבשל תקופת השימוש הארוכה בסוללות עופרת, ישנם מחקרים ארוכי טווח משמעותיים הרבה יותר מאשר עבור סוללות הליתיום-יון החדשות עדיין, כך שהשימוש בהן והעלויות הנלוות לכך. ניתן גם לחשב בצורה טובה יותר ואמינה יותר. בנוסף, מערכת הבטיחות של סוללות עופרת מודרניות היא בחלקה אפילו טובה יותר מזו של סוללות ליתיום-יון.באופן עקרוני, גם החשש מפני פגמים מסוכנים בתאי ליתיום אינו מופרך: למשל, דנדריטים, כלומר משקעי ליתיום מחודדים, יכולים להיווצר על האנודה. ההסתברות שאלו יגרמו לאחר מכן לקצרים, ובכך בסופו של דבר גם גורמים לבריחה תרמית (תגובה אקזותרמית עם יצירת חום חזקה ומאיצה עצמית), נתונה במיוחד בתאי ליתיום המכילים רכיבי תאים באיכות נמוכה. במקרה הגרוע, התפשטות תקלה זו לתאים שכנים עלולה להוביל לתגובת שרשרת ולשריפה בסוללה.עם זאת, ככל שיותר ויותר לקוחות משתמשים בסוללות ליתיום-יון כסוללות סולאריות, השפעות הלמידה של היצרנים עם כמויות ייצור גדולות יותר מובילות גם לשיפורים טכניים נוספים של ביצועי האחסון ובטיחות תפעולית גבוהה יותר של סוללות ליתיום-יון וגם הפחתת עלויות נוספת. . ניתן לסכם את מצב הפיתוח הטכני הנוכחי של סוללות Li-ion בנתוני המפתח הטכניים הבאים:

קיבולת אחסון ועלויות של סוללות ליתיום-יון סולאריותהעלות של סוללת ליתיום-יון סולארית גבוהה בדרך כלל מזו של סוללת עופרת. לדוגמה, סוללות עופרת בקיבולת של5 קילוואטכיום עולה בממוצע 800 דולר לקילוואט שעה של קיבולת נומינלית.מערכות ליתיום דומות, לעומת זאת, עולות 1,700 דולר לקילוואט שעה. עם זאת, הפער בין המערכות הזולות והיקרות ביותר גבוה משמעותית מאשר למערכות לידים. לדוגמה, סוללות ליתיום עם 5 קוט"ש זמינות גם במחיר נמוך של 1,200 דולר לקוט"ש.עם זאת, למרות עלויות הרכישה הגבוהות יותר בדרך כלל, העלות של מערכת סוללות ליתיום-יון סולארית לכל קילוואט שעה מאוחסנת היא נוחה יותר בחישוב של כל חיי השירות, שכן סוללות ליתיום-יון מספקות כוח לזמן ארוך יותר מאשר סוללות עופרת. להחלפה לאחר פרק זמן מסוים.לכן, בקניית מערכת אחסון סוללות למגורים, אין להיבהל מעלויות רכישה גבוהות יותר, אלא תמיד צריך להתייחס ליעילות הכלכלית של סוללת ליתיום-יון לכל חיי השירות ומספר הקילווואט השעות המאוחסנות.ניתן להשתמש בנוסחאות הבאות כדי לחשב את כל נתוני המפתח של מערכת אחסון סוללות ליתיום-יון עבור מערכות PV:1) קיבולת נומינלית * מחזורי טעינה = קיבולת אחסון תיאורטית.2) כושר אחסון תיאורטי * יעילות * עומק פריקה = נפח אחסון שמיש3) עלות רכישה / נפח אחסון שמיש = עלות לקוט"ש מאוחסן

BSLBATT: יצרן של סוללות ליתיום-יון סולאריותישנם כיום יצרנים וספקים רבים של סוללות ליתיום-יון.BSLBATT סוללות ליתיום-יון סולאריותהשתמשו בתאי LiFePo4 בדרגה A מבית BYD, Nintec ו-CATL, שילבו אותם וספקו להם מערכת בקרת טעינה (מערכת ניהול סוללות) המותאמת לאחסון חשמל פוטו-וולטאי כדי להבטיח פעולה תקינה וללא תקלות של כל תא אחסון בודד. כמו גם המערכת כולה.