Kako deluje litij-ionska baterija? Kakšne so njene prednosti pred svinčeno-kislinsko baterijo? Kdaj se shranjevanje v litij-ionski bateriji izplača?A litij-ionska baterija(kratko: litij-ionska baterija ali Li-ionska baterija) je splošni izraz za akumulatorje, ki temeljijo na litijevih spojinah v vseh treh fazah, v negativni elektrodi, pozitivni elektrodi in tudi v elektrolitu, elektrokemični celici. Litij-ionske baterije imajo v primerjavi z drugimi vrstami baterij visoko specifično energijo, vendar v večini aplikacij zahtevajo elektronska zaščitna vezja, saj se negativno odzivajo tako na globoko praznjenje kot na prenapolnjenost.Litij-ionske sončne baterije se polnijo z elektriko iz fotovoltaičnega sistema in po potrebi ponovno praznijo. Dolgo časa so svinčene baterije veljale za idealno rešitev za sončno energijo v ta namen. Vendar pa imajo baterije, ki temeljijo na litij-ionskih baterijah, odločilne prednosti, čeprav je nakup še vedno povezan z dodatnimi stroški, ki pa se z namensko uporabo povrnejo.Tehnična struktura in vedenje shranjevanja energije litij-ionskih baterijLitij-ionske baterije se v svoji splošni strukturi bistveno ne razlikujejo od svinčevih baterij. Razlikuje se le nosilec naboja: ko se baterija polni, se litijevi ioni "premikajo" s pozitivne na negativno elektrodo baterije in tam ostanejo "shranjeni", dokler se baterija ponovno ne izprazni. Kot elektrode se običajno uporabljajo visokokakovostni grafitni vodniki. Vendar pa obstajajo tudi različice z železnimi ali kobaltovimi vodniki.Litij-ionske baterije imajo različne napetosti, odvisno od uporabljenih prevodnikov. Elektrolit sam v litij-ionski bateriji mora biti brez vode, saj litij in voda sprožita burno reakcijo. V nasprotju s svojimi svinčeno-kislinskimi predhodniki sodobne litij-ionske baterije (skoraj) nimajo spominskih učinkov ali samopraznjenja, litij-ionske baterije pa dolgo časa ohranijo polno moč.Litij-ionske baterije za shranjevanje energije so običajno sestavljene iz kemičnih elementov mangana, niklja in kobalta. Kobalt (kemijski izraz: kobalt) je redek element, zato je proizvodnja litijevih baterij za shranjevanje energije dražja. Poleg tega je kobalt škodljiv za okolje. Zato poteka več raziskav za proizvodnjo katodnega materiala za litij-ionske visokonapetostne baterije brez kobalta.Prednosti litij-ionskih baterij pred svinčevimi baterijami◎Uporaba sodobnih litij-ionskih baterij prinaša številne prednosti, ki jih preproste svinčeno-kislinske baterije ne morejo zagotoviti.◎Kot prvo, imajo veliko daljšo življenjsko dobo kot svinčeno-kislinske baterije. Litij-ionska baterija lahko shranjuje sončno energijo skoraj 20 let.◎Število ciklov polnjenja in globina praznjenja sta tudi veliko večja kot pri svinčenih baterijah.◎Zaradi različnih materialov, uporabljenih pri proizvodnji, so litij-ionske baterije tudi veliko lažje od svinčenih baterij in bolj kompaktne. Zato med namestitvijo zavzamejo manj prostora.◎Litij-ionske baterije imajo tudi boljše lastnosti shranjevanja glede samopraznjenja.◎Poleg tega ne smemo pozabiti na okoljski vidik: saj svinčene baterije zaradi uporabljenega svinca niso posebej okolju prijazne pri proizvodnji.Tehnične ključne številke litij-ionskih baterijPo drugi strani pa je treba omeniti tudi, da zaradi dolgega obdobja uporabe svinčenih baterij obstajajo veliko bolj smiselne dolgoročne študije kot za še vedno zelo nove litij-ionske baterije, tako da je mogoče njihovo uporabo in z njo povezane stroške tudi bolje in zanesljiveje izračunati. Poleg tega je varnostni sistem sodobnih svinčenih baterij deloma celo boljši od varnostnega sistema litij-ionskih baterij.Načeloma tudi skrb glede nevarnih napak v litij-ionskih celicah ni neutemeljena: na primer, na anodi se lahko tvorijo dendriti, tj. koničaste litijeve usedline. Verjetnost, da te nato sprožijo kratke stike in s tem na koncu tudi termični pobeg (eksotermna reakcija z močnim, samopospeševalnim sproščanjem toplote), je še posebej velika pri litijevih celicah, ki vsebujejo nekakovostne sestavne dele celic. V najslabšem primeru lahko širjenje te napake na sosednje celice povzroči verižno reakcijo in požar v bateriji.Ker pa vse več strank uporablja litij-ionske baterije kot sončne baterije, pa učni učinki proizvajalcev z večjimi proizvodnimi količinami vodijo tudi do nadaljnjih tehničnih izboljšav zmogljivosti shranjevanja in večje obratovalne varnosti litij-ionskih baterij ter tudi do nadaljnjega znižanja stroškov. Trenutno stanje tehničnega razvoja litij-ionskih baterij lahko povzamemo v naslednjih ključnih tehničnih številkah:
| Aplikacije | Shranjevanje energije v domu, telekomunikacije, UPS, mikroomrežje |
|---|---|
| Področja uporabe | Največja lastna poraba PV, premik konične obremenitve, način Peak Valley, izven omrežja |
| Učinkovitost | 90 % do 95 % |
| Zmogljivost shranjevanja | od 1 kW do nekaj MW |
| Gostota energije | 100 do 200 Wh/kg |
| Čas praznjenja | 1 uro do nekaj dni |
| Stopnja samopraznjenja | ~ 5 % na leto |
| Čas ciklov | 3000 do 10000 (pri 80 % praznjenju) |
| Stroški naložbe | 1.000 do 1.500 na kWh |
Zmogljivost shranjevanja in stroški litij-ionskih sončnih baterijStroški litij-ionske sončne baterije so običajno višji od stroškov svinčeno-kislinske baterije. Na primer, svinčene baterije s kapaciteto5 kWhtrenutno stanejo povprečno 800 dolarjev na kilovatno uro nominalne zmogljivosti.Primerljivi litijevi sistemi pa stanejo 1700 dolarjev na kilovatno uro. Vendar je razlika med najcenejšimi in najdražjimi sistemi bistveno večja kot pri svinčenih sistemih. Litijeve baterije s 5 kWh so na primer na voljo že za 1200 dolarjev na kWh.Kljub na splošno višjim nakupnim stroškom pa so stroški litij-ionskega sončnega baterijskega sistema na shranjeno kilovatno uro ugodnejši, izračunani na celotno življenjsko dobo, saj litij-ionske baterije zagotavljajo energijo dlje kot svinčeno-kislinske baterije, ki jih je treba po določenem času zamenjati.Zato se pri nakupu stanovanjskega sistema za shranjevanje energije v baterijah ne smemo bati višjih nakupnih stroškov, temveč moramo vedno primerjati ekonomsko učinkovitost litij-ionske baterije s celotno življenjsko dobo in številom shranjenih kilovatnih ur.Za izračun vseh ključnih podatkov o sistemu za shranjevanje litij-ionskih baterij za fotonapetostne sisteme lahko uporabite naslednje formule:1) Nazivna kapaciteta * število ciklov polnjenja = teoretična kapaciteta shranjevanja.2) Teoretična shranjevalna zmogljivost * Učinkovitost * Globina praznjenja = Uporabna shranjevalna zmogljivost3) Nakupni stroški / Uporabna shranjevalna zmogljivost = Stroški na shranjeno kWh
| Svinčevo-kislinske baterije | Litij-ionska baterija | |
| Nazivna zmogljivost | 5 kWh | 5 kWh |
| Življenjski cikel | 3300 | 5800 |
| Teoretična zmogljivost shranjevanja | 16.500 kWh | 29.000 kWh |
| Učinkovitost | 82 % | 95 % |
| Globina izpusta | 65 % | 90 % |
| Uporabna shranjevalna zmogljivost | 8,795 kWh | 24,795 kWh |
| Stroški pridobitve | 4.000 dolarjev | 8.500 dolarjev |
| Stroški shranjevanja na kWh | 0,45 USD/kWh | 0,34 USD/kWh |
BSLBATT: Proizvajalec litij-ionskih sončnih baterijTrenutno obstaja veliko proizvajalcev in dobaviteljev litij-ionskih baterij.Litij-ionske sončne baterije BSLBATTUporabite LiFePo4 celice razreda A podjetij BYD, Nintec in CATL, jih kombinirajte in opremite s sistemom za nadzor polnjenja (sistemom za upravljanje baterij), prilagojenim za fotovoltaično shranjevanje energije, da zagotovite pravilno in nemoteno delovanje vsake posamezne celice za shranjevanje in celotnega sistema.
Čas objave: 8. maj 2024