Baterie solárních pouličních světel v chladném počasí
-- Omezení při nabíjení
Baterie solárních pouličních světel v chladném počasí: Omezení při nabíjení
Důležité je nevybíjet baterie, ale nabíjet je. Zdravá baterie typu LiFePO4 (lithium-iron-phosphate) stále poskytuje použitelný proud i při teplotě -10 °C, i když její kapacita je snížena. Stejnou baterii však v této teplotě vůbec není vhodné nabíjet – při teplotách nižších než 0 °C její schopnost přijímat nabíjení prudce klesá. Pokud je do zmrazených článků přiváděn proud, na povrchu anodu se usazuje kovový lithium. Tento nános je trvalý, snižuje kapacitu baterie, zvyšuje vnitřní odpor a může vést k vnitřnímu zkratu. Veškerá rozhodnutí týkající se použití baterií v chladných klimatech vycházejí právě z tohoto rozdílu mezi schopnostmi jednotlivých typů baterií, a proto je důležité to zdůraznit jako první.
Jaký vliv má chlad na různé typy baterií
Baterie typu LiFePO4 jsou standardem v našich komerčních zařízeních díky své vysoké energetické hustotě, dlouhé životnosti a tepelné stabilitě ve srovnání s jinými typy lithiových baterií. Ve širokém teplotním rozsahu také převyšují baterie typu gel-lead-acid, zejména z hlediska schopností při výdeji energie.
Gelové olověno-kyselinné baterie – typ baterií s hermeticky uzavřeným systémem, při kterém je elektrolyt uložen ve formě gelu – zůstávají cenově dostupnou variantou. Avšak jejich výkon se v chladných podmínkách liší: efektivita vybíjení klesá s poklesem teploty a při extrémně nízkých teplotách také nedokáží baterie správně nabíjet. Žádný z těchto typů baterií nevydrží zimu bez poškození.
Výkonnost baterií při nabíjení v chladných podmínkách (v číslech):
- Při teplotách nad 0°C: Oba typy baterií se nabíjejí normálně při správných nastaveních napětí.
- Při teplotách pod 0°C: Schopnost LiFePO4 baterií přijímat nabíjení se výrazně snižuje. Baterie sice přijímá určité množství proudu, ale při každém cyklu nabíjení dochází k úbytku jejich dlouhodobé kapacity.
- Při teplotách -10°C nebo nižších: Nabíjení by mělo být zcela vyhnuto – v takových podmínkách dochází k procesu pokovování lithia na povrchu baterie.
Důležitý je také mechanismus tohoto poškození: pokovované lithium nezpůsobuje žádné viditelné problémy (např. vyhození pojistky nebo zobrazení chybového kódu); problémy se projeví až po několika měsících – baterie dosáhne plného napětí, ale pak selže při zatížení. Tento selhání vypadá jako výsledek špatného stavu baterie, avšak ve skutečnosti je způsobeno častým nabíjením v chladných podmínkách.
Moderní baterie typu LiFePO4 jsou dodávány spolu s systémem pro správu baterie (Battery Management System – BMS), který zabraňuje nabíjení při teplotách nižších než nastavená hodnota. V chladných klimatech je třeba používat právě takové baterie nebo doplnit systém o funkce termoregulace. Systém BMS představuje nejdůležitější komponentu v zimním prostředí.
Ilustrativní příklad z Minnesoty Představme si systém umístěný v Minnesotě, kde zimní teploty pravidelně klesají pod -10 °C. Jedná se o ilustrační příklad, nikoli o skutečný projektový záznam – používáme ho k porovnání vlastností různých typů baterií.
- Gelové olověno-kyselinné baterie: V létě a na podzim fungují přiměřeně dobře. V zimě však klesá efektivita vybíjení. I když solární panely mohou v jasný den stále generovat energii, baterie nedokáže správně přijímat nabíjení. V takovém případě je nutné použít kryt ovládaný teplotou nebo baterii odpojit od nabíjecího obvodu, dokud se teploty nezvýší.
- Baterie typu LiFePO4: V chladných měsících vybíjejí lépe, i když dojde k určitému snížení jejich kapacity. Při teplotách pod -10 °C také dojde k problémům s nabíjením, avšak systém BMS zabraňuje nabíjení, dokud se baterie nezahřeje. Poté systém pokračuje ve své činnosti samostatně. Nikdo nemusí dojíždět a nic odpojovat ručně.
Rozdíl v fungování baterií nespočívá v tom, která z nich je „lepší v chladných podmínkách“, ale spíše v tom, která se bezpečně vypne, když dojde k nesouladu mezi ovladačem a počasím.
Požadavky na zařízení určená k použití v zimních podmínkách
Čtyři kritéria, v pořadí, v jakém je uplatňujeme:
- BMS (Battery Management System) s limitem nabíjení při nízkých teplotách , který je potvrzen v datovém listu, nikoli pouze předpokládán. Toto je nekompromisní požadavek.
- Izolovaný obal , který zpomaluje kolísání teploty baterie. V obzvláště chladných oblastech pomáhá topná podložka nebo aktivní termoregulace udržovat baterii dostatečně teplou, aby mohla být nabíjena v dny, kdy to je důležité.
3 Správné řízení napětí při nabíjení : U systémů na olovo-kyseliny se používá nabíjení s kompenzací teploty – kontroler upravuje napětí v závislosti na okolní teplotě; u lithiových baterií plní stejnou funkci logika BMS. Vyberte variantu, která odpovídá chemickému typu baterie, a nesmíte tyto dvě metody kombinovat. 4 Výběr typu baterie s pečlivým zvážením : Lithiové baterie typu LiFePO4 se ve chladných klimatech lépe hodí než baterie na olovo-kyseliny při vybíjení, ale oba typy vyžadují speciální řízení, aby nedocházelo k nabíjení za mrazivých podmínek. Pokud projekt nemůže zajistit ani BMS, ani izolovaný obal, je upřímná odpověď, že danému místu je potřeba jiný návrh elektrického systému, nikoli jiná baterie.
Co tato stránka nezahrnuje:
Tato stránka se věnuje vlivům teploty na baterie, které jsou již součástí určitého systému. Nezabývá se podrobným porovnáním různých typů baterií (gelových, AGM či lithiumových) – toto porovnání najdete na samostatné stránce na samostatné stránce – a také neposkytuje informace o dimenzích panelů, baterií či ovladačů určených pro konkrétní aplikace; tyto údaje naleznete v našem kalkulačním nástroji pro výběr vhodných ovladačů výběr vhodných ovladačů.