LiFePO4 нарны баттерей: Гэр дэх цахилгааны нөөцийн хангамжийн шийдэл

Яагаад LiFePO4 нарны батерууд нь гэр хорооны энерги хадгалах хамгийн сайн сонголт болдог вэ

Итгэлтэй резерв цахилгаан хангамжийн шийдлийн эрэлт өсөж байна

Эрчим хүчний яамны өнгөрсөн жилийн тайлангийн мэдээллээр 2019 оноос хойш муу агаарын нөхцөлд цахилгаан тасалдах тоо ойролцоогоор 67 хувиар нэмэгдсэн бөгөөд энэ нь илүү их хүмүүсийг цахилгааны резерв шийдлүүдийг хайж байна. Нарны энерги зарцуулдаг хадгалалтын төхөөрөмжүүд гэрийн эзэдийн дунд түгээмэл болсоор байна, тус тусдаа литийн фосфат (LiFePO4) гэж мэдэгдэх литийн суурьтай батеруудад онцлогтой. Эдгээр тогтолцоо нь өдөрт нарнаас бий болсон илүүдэл гэрлийг хадгалж чадаж, ердийн цахилгааны хангамж унах үед ажиллаж эхэлдэг тул сайн ажилладаг. Олон хүмүүс энэ баттеруудыг урт хугацааны цахилгаан тасалдалд ч чухал хэрэгслийг ажиллуулах зэрэгт хангалттай найдвартай гэж үздэг.

LiFePO4-ийн химийн найрлага нарны энергийг үр дүнтэй, урт хугацаагаар хадгалах боломжийг хэрхэн бий болгодог вэ

LiFePO4 батерууд нь ердийн харимхай хүчилтөрөгчийн батеруудтай харьцуулахад ашиглалтын үр дүнд илүү давуу талтай байдаг нь ойролцоогоор 95% ашигт үйлийн коэффициенттой байдаг ба өдөр бүр ашиглахад ч 10 гаруй жил амьдардаг. Эдгээр батеруудыг онцлог болгох нь тэдгээрийн төмөр фосфатын найрлага юм. Ийм найрлагатай батерууд нь галдах магадлал бусад төрлөөс илүү бага байдаг нь цахилгаан эрчим хүчний салбарын мэргэжилтнүүдийн туршлагаар баталгаажсан. Хэт ачаалал өгсэн ч тэдгээрийн тогтвортой байдал алдагдахгүй учраас хэрэглэгчид батеруудыг багадаа 90% хүртэл суналтанд оруулж болох бөгөөд урт хугацаанд багтаа ч чадал алдахгүй. Тиймээс LiFePO4 батерууд нь нарны энерги хангамжийн системээс өдөр бүр найдвартай цахилгаан хэрэглэх хэрэгтэй хэрэглэгчдэд маш тохиромжтой.

Батерейн багтаамжийг гэр ахуйн энергийн хэрэгцээтэй нийлүүлэх

Типичный АНУ-ын гэр бүл өдөрт дунджаар 29 кВтц цахилгаан хэрэглэдэг (EIA 2023). LiFePO4 системүүд модуль бүтэцтэйгээрээ энерги тохируулах ажлыг хялбарчилдаг — гэр хорооны эзэн 10 кВтц-ийн нэгжээс эхлэн шаардлагатай болон томруулж болно. Энэ масштаблах чадвар нь анхны зардал болон урт хугацааны нарны энергийн ашиглалт хооронд илүү тэнцвэртэй байдлыг хангана.

Амьдралын хугацаа ба бат бөх чанар: Яагаад LiFePO4 баттерейнууд бусад нарны энерги хадгалах баттерейнүүдээс илүү удаан үлдэх вэ

Цэнэгийн 80% хүртэлх гүнд ороход нийт 7,000 цикл хүртэл

LiFePO4 нарны батерууд нь хуучин хар төмөр-хүчилтөрөгчийн загвар эсвэл литийн никель марганц кобальтын батеруудаас илүү их хугацаагаар ажилладаг. 2023 онд Понмэний хийсэн судалгаагаар үзэхэд, эдгээр батерууд 80% цэнэгийн гүн шингэлттэй үед ойролцоогоор 7,000 удаагийн бүрэн цэнэглэлт ба цэнэгийн шингэлтийн дараа анхны чадалын ойролцоогоор 80%-ийг хадгалж чаддаг. Энэ нь хар төмөр батеруудын солих шаардлагатай болох үе дэх ажиллагааны хугацаанаас бараг гурван дахин илүү юм. Энэ боломжийг бий болгож буй зүйл гэвэл литийн төмөр фосфатын химийн бүрэлдэхүүн нь батерейн эсүүдэд маш тогтвортой холбоос үүсгэдэгт оршино. Эдгээр холбоосууд нь бусад төрлийн батеруудыг хурдан изантай болгодог гүн цэнэгийн шингэлтийн циклүүдийн үед илүү хялбар задардаггүй.

¹ 15 жилийн хугацаанд тооцоолсон (Цахилгаан хадгалалтын институт, 2024)

Солих зардлыг бууруулах ба урт хугацааны өртөг

Батерейг цөөн удаа солих нь амьдралын туршидхийн зардлыг 68%-иар бууруулна nMC системтэй харьцуулахад (2023 оны Гэр Дундын Энергийн Нөөцийн Тайлан). Тип жишээ нь 10 кВц-ийн LiFePO4 систем 15 жилийн турш $12,400 хэмнэдэг бөгөөд эхний өртөг өндөр байсан ч гэсэн илүү их ашиг оруулалт хүсьдэг гэр бүлийн тогтолцоонд тохиромжтой юм.

LiFePO4 vs. NMC: Цахилгаан хангамжийн хэрэглээнд үргэлжлэх хугацааг харьцуулах

NMC батерейнүүд илүү өндөр энергиийн нягшттай ч гэсэн LiFePO4 нь дулааны тогтвортой байдал, бага багаар багасах багтаамжийн улмаас нарны цахилгааны өдөр болгон ашиглахад илүү дээд байдаг. Лабораторийн шинжилгээний дагуу LiFePO4 нь нарийн наран гаргын симуляци хийсэн 5 жилийн дараа анхны багтаамжаа 92% хадгалдаг байна — энэ нь ижил NMC загваруудаас 19 хувийн илүү өндөр (Fraunhofer ISE 2024).

Бодит амьдрал дахь LiFePO4 нарны батерейн гүйцэтгэл ба үр ашгийг

95% Авах Болон Буцаах Үр Ашгийг Максимум Хэмжээнд Нэмэгдүүлэх

LiFePO4 нарны батерейн цэгүүдийн орж гарах үр дүнтэй ажиллах чадвар нь ойролцоогоор 95% бөгөөд энэ нь хуучин төрлийн харимхай хүчилтэй батерейнуудаас ойролцоогоор 20-25%-иар илүү. Тиймээс үндсэндээ эдгээр батерейнууд энергийг цэнэглэх, дараа нь ашиглах үедээ зөвхөн 5%-ийг алдаж, харин хуучин технологи нь тус бүрдээ 15-20%-ийг алдана. Анерн компанийн мэргэжилтнүүд 2023 онд тэмдэглэснээр, ийм үр ашигтай батерей руу шилжсэн гэр бүлүүд өдөрт 10-15%-иар илүү ашиглагдах цахилгааны эрчим хүч авдаг болсон. Энэ нь тухайн дорвижилт ихтэй үед бүх хэрэгслүүдийг зэрэг ажиллуулах үеийн зардал ихтэй цагуудад сүлжээний илүү үнэтэй цахилгааныг ашиглах шаардлагыг багасгадаг.

Хувьсах ачааллын нөхцөлд тогтвортой цахилгааны гаралт

LiFePO4 химийн бүрэлдэхүүн нь энерги хэрэгцээ 300%-иар хэлбэлзэх үед ч тогтвортой хүчдэлийн түвшин (±2%) -ийг хадгалж чаддаг. Энэ нь зуны улиралд кондишн их ачаалалтай болох эсвэл цахилгаан хэрэгслийг гэнэт ашиглах үеийн түгээмэл тохиолдол юм. Хамаатан шалгах үр дүнгээр үзүүлбэл, эдгээр баттерейнууд NMC баттерей шиг 85%-иас доош цэнэгтэй үед инвертерийг хаадаггүйгээр хурдан ачааллын шилжилтийн үед тасралтгүй цахилгааныг хангаж чаддаг.

Хурдан цэнэглэх, цэнэгээ гаргах нь найдвартай аврах цахилгааны хангамжийг хезээ ч хангана

Талын туршилтуудад LiFePO4 нарны баттерей 1.5 цагт багтаад 90% хүртэл цэнэглэгддэг бөгөөд харим үүнд харьцуулахад хар тугалганы баттерейнаас 80% илүү хурдан байдаг. Энэхүү хурдан хариу үйлдэл нь цахилгааны салхинд удаан бус хэдхэн секундын дотор аврах цахилгааныг идэвхижүүлэх боломжийг олгох ба тэдгээрийн бага дотоод цэнэг алдалт (сард 3%, AGM баттерей шиг 15%-аас бага) удаан хугацаагаар ашиглахгүй үед цэнэгээ хадгалж чаддаг.

Аюулгүй байдал, тогтвортой байдал: Орон сууцны нарны системд LiFePO4-ийн гол давуу тал

Дулааны дамжуулалтыг зогсоохын тулд химийн бүрэлдэхүүнийг анхнаас нь аюулгүй байдлаар зохион байгуулсан

LiFePO4 баттерей, энэ нь Литий-Төмрийн Фосфат гэж мөн алдаршсан бөгөөд ердийн литий-ион баттерейд тохиолддог гол асуудлыг шийдвэрлэдэг: зүйлс муу болох үед тэд асаж дөлөлдөх tends. Их халуунд өртөх үед уламжлалт никельд суурилсан баттерейн найрлага бараг л дэлбэрч болох бол LiFePO4-д агуулагдах төмрийн фосфатын найрлага маш хүнд нөхцөлд ч байж байдалд тэвчих чадвартай байдаг. 2022 онд Галын Хамгаалалтын Судалгааны Байгууллагаас нийтэлсэн судалгаагаар гэр бүлийн NMC баттерейтэй харьцуулахад LiFePO4 систем нь халах асуудлыг ойролцоогоор 87 хувиар багасгасан байна. Энэ яагаад болдог юм бол? Үндсэндээ молекулууд илүү сайн холбогдсон байдаг тул асаж дөлөлдөхийн тулд өөр баттерейнуудын зөвхөн 250°F-тай харьцуулахад ойролцоогоор 500°F хүртэлх их температур шаардлагатай. Гал асаж дөлөлдөхийг бүрэн сааруулах нь маш чухал байдаг гэр бүлд амьдардаг хүмүүсийн хувьд энэ нь LiFePO4-г маш сайн сонголт болгодог.

Нийтлэг Хамгаалалттай Ахисан Баттерейн Удирдлагын Систем (BMS)

LiFePO4 цахилгаан хангамжийн баттерей бүрт зориулж цахилгаан эрчим хүчний удирдлагын систем (BMS) байдаг. Эдгээр системүүд хүчдэл, температурын өөрчлөлт, цэнэгийн урсгал зэрэг чухал үзүүлэлтүүдийг хянах боломжийг олгодог. Хамгийн сүүлийн үеийн BMS технологийн хувилбарууд хүчдэл ойролцоогоор 14.6 вольтод (±0.2 вольт) хүрэх үед цэнэглэлтийг зогсоож, харин баттерейн хүчдэл 10 вольтоос доош унахад бүрэн хаагдана. 2023 онд NREL-ийн судалгаагаар ийм хамгаалалт нь зохих удирдлага хангагдаагүй баттерейнуудтай харьцуулахад солих шаардлагатай болохоор хүртэлх цэнэглэлтийн тоог гурвалсан ихэсгэж чаддаг. Цахилгаан шугамд холбогдсон өрхүүд өөрсдийн туршлагаас харахад эдгээр системүүд -4°F-с 140°F хүртэлх температурт туршилтаар шалгагдаж, найдвартай ажилладаг байна. Түүнчлэн, цахилгааны инвертертэй сайн харилцаж, цахилгааны доголдолд нөөц цахилгаанд шилжих үед ямар нэгэн алдагдалгүй ажиллана.

LiFePO4 нарны баттерейг тор-холбогдсон болон торгоос хамааралгүй гэрэлтүүлгийн системд нэгтгэх

Орчин үеийн инвертер, нарны цэнэгийн хяналтын төхөөрөмжтэй нийцэлтэй байдал

Ихэнх LiFePO4 нарны баттерейнууд 2020 оны дараа үйлдвэрлэгдсэн инвертерийн ойролцоогоор 95 хувьтай сайн ажилладаг бөгөөд торны холболт ба нөөцийн цахилгааныг зэрэг хангаж чадах эдгээр ахиулагч инвертерүүдтэй ч гэсэн сайн ажиллана. Эдгээр баттерейнууд 48 вольтоос 120 вольт хүртэлх тогтмол гүйдлийн өргөн хүрээний хүчдэлтэй байдаг тул ихэнх нарны цэнэгийн хяналтын төхөөрөмжид тохиромжтой. Иймд шинэ систем суурилуулах эсвэл хуучин системийг шинэчлэх үед ихэвчлэн их асуудалгүй суурилуулах боломжтой. Эдгээр литийн баттерейн доторх ухаалаг BMS технологи нь системийн бусад хэсгийн шаардлагад үндэслэн цэнэглэгдэх хурдаа бодитоор тохируулдаг тул илүү өндөр хүчдэлээр хуучин тоног төхөөрөмжийг гэмтээх эрсдэл байхгүй. Ийм төрлийн өөрийгөө зохицуулах онцлог нь хуучин тоног төхөөрөмжтэйгээ хадгалж байгаа хэрэглэгчдэд илүү аюулгүй байдлыг хангасан.

Автоматаар нөөцийн цахилгаанд шилжих хольсон тор-холбогдсон систем

LiFePO4 баттерейтэй ажилладаг нарны систем нь цахилгааны сүлжээнд гэнэт цахилгаан алдагдах үед ойролцоогоор 8-15 миллисекундын дотор нөөц цахилгаанд шилжих чадвартай. Энэ нь хуучин харимхайн хүчилтэй баттерейнхээс ойролцоогоор арван дахин хурдан. 2023 онд хийгдсэн сүүлийн үеийн судалгаа нь энгийн цахилгааны сүлжээ болон 15кВтц-ийн LiFePO4 хадгалалтыг хослуулсан гэр бүл бүх жилийн турш гол сүлжээнд итгэх хэрэгцээгээ гуравны хоёроор бууруулдаг байсныг харуулсан. Ийм гэр бүлүүд урт хугацааны цахилгаан алдагдал явагдаж байх үед ч хөргөгч, амь зуух туслах төхөөрөмж зэрэг чухал зүйлсийг ажиллуулсаар байсан. LiFePO4-ийн бүтэц өөр төрлийн баттерейгоос ялгарах нь цахилгааны эхнийг солих үед хүчдэлийг тогтвортой байлгадаг явдал юм. Энэ тогтвортой байдал нь цахилгааны эхийг шилжих үед гарч болох гэнэт хүчдэлийн өсөлт эсвэл бууралтаас мэдрэг электрон төхөөрөмжүүдийг гэмтэхээс урьдчилан сэргийлдэг.

Тохиолдол: LiFePO4 нарны баттерейн цэнэгийн банкаар ажиллаж буй Аризонагийн цахилгааны сүлжээгээс тусгаарлагдсан гэр

Энэхүү цөлд орших, ойролцоогоор 2,800 квадрат фут талбай эзлэх байшин нь 2022 онд суурилуулсан 28 кВтц-ийн лити-төмөр фосфатын баттерейн хадгалалт болон 22 кВт-ийн нарны самбарын системийн тусламжтайгаар цахилгаан шугамаас бүрэн тусдаа ажиллаж байна. Эндхийн температур хамгийн багадаа -10°C (14°F), хамгийн ихдээ +50°C (122°F) хүрч хэлбэлзэх хэдий ч систем нь нийт цагийн 98% -ийг ажилласан байна. Тийм хатуу нөхцөлд энэ нь маш гайхамшигтай юм. Баттерейн хувьд 1,100-с дээш цэнэглэлтийн мөчлөгийн дараа анхны багтаамжийн ойролцоогоор 93%-ийг хадгалж чадсан. Өнгөрсөн жил томоохон моносун уналт болсноор дэргэдийн шугамд холбогдсон газруудад цахилгаан 42 цагийн турш салгагдсан ч энэхүү систем нь чухал системүүдийг ажиллуулсаар байв. Агаарын кондишн хэвийн ажиллагааныхаа ойролцоогоор 85%-д ажилласан бол усны насос ч гэсэн усыг хөдөлгөж чадсан нь аврах үед ямар ачаалалд приоритет өгөхийг мэддэг ухаалаг программ хангамжийн тусламжтай байсан.

Түгээмэл асуулт

LiFePO4 гэж юу вэ?

LiFePO4 нь Литий-Төмрийн Фосфатыг илэрхийлдэг бөгөөд өндөр тогтвортой, урт нас багтаамжтай, энерги хадгалах үед өндөр үр дүнтэй литий-ион баттерейн нэг төрөл юм. Түүнийг ялангуяа нарны энерги ашиглах системд ашигладаг.

LiFePO4 батареууд хэдэн цаг тайвандаа ажилладаг вэ?

LiFePO4 баттерей нь 80% гүн шингэлттэй үедээ хүртэл 7,000 цикл ажиллах боломжтой бөгөөд энэ нь ердийн ашиглалтанд 10 гаруй жил хүрч болзошгүй.

LiFePO4 баттерейг орон сууцанд ашиглах эсэх вэ?

Тийм, тэдгээр нь дулааны удирдлага алдах явдлыг саатуулдаг төмрийн фосфатын химийн бүрэлдэхүүнтэй тул анхнаасаа л аюулгүй байдаг бөгөөд гэр бүлийн энергийн хадгалалтын найдвартай сонголт болдог.