Proč první selhává baterie u solárních pouličních světel

Výpočty za „fungování po několik měsíců“

Vezměme klasickou konfiguraci: panel o výkonu 200 W, LED dioda o výkonu 60 W a baterie o kapacitě 120 Ah a napětí 12 V. Počítejme čestně:

LED dioda o výkonu 60 W spotřebuje za 12 hodin přibližně 720 Wh energie. Baterie o kapacitě 120 Ah a napětí 12 V uchovává nominálně 1 440 Wh energie; při reálném stupni vybití (cca 80 %) zbývá pouze 1 150 Wh použitelné energie. To stačí na 1,6 nocí plného provozu bez nutnosti dobíjení. Tři po sobě jdoucí oblačné dny – což je nejvyšší požadavek většiny specifikací – jsou však již od prvního dne nemožné dosáhnout.

Tak proč systém v době spuštění vypadá v pořádku? Protože při spuštění banka začíná fungovat s 100% kapacitou a první období s nepříznivými klimatickými podmínkami ještě nenastalo. Tento problém je vlastně „zaměřen“ do systému – stačí jedna špatná počasová sezóna, aby se problém projevil. Když banka s sníženou kapacitou a částečně nabitá vybije, její napětí rychle klesne a ochranný systém (LVD – Low Voltage Disconnect) spustí výpadek napájení; v důsledku toho se světlo vypne dříve, nebo vůbec nespustí. To je právě ten problém, kvůli kterému systém „funguje v létě, ale v deštné sezóně zcela selže“.

Proč odmítáme používat baterie z elektromobilů po jejich použití

Některé produkty se stávají levnějšími díky použití převedených bateriových článků z elektromobilů. Tyto články sice projdou počátečním testem kapacity – problém není v samotné kapacitě baterie při dodání – ale problémem jsou všechny neviditelné faktory: neznámý historický stav baterie, neznámé vlivy rychlého nabíjení, a také články, které byly vyřazeny kvůli nedostatku shody s požadavky. V pouličních lampách tyto články po celá léta fungují v částečně nabitém stavu; v důsledku toho se jejich degradace skrývá, dokud jeden z článků nezpůsobí selhání celé sady baterií. Naše pravidlo pro vlastní výrobu produktů a naše rada pro každého kupujícího zní: Baterie určené k použití v pouličních lampách musí být doplněny zprávami o výsledcích hromadných testů kapacity a musí být zárukovány na 3–5 let, jinak nebudou instalovány.

Diagnostikujte situaci, než něco měníte. Sekvence diagnostiky, kterou používáme, je následující:

1. Odpočiňte si a poté změřte napětí v otevřeném obvodu (OCV – Open-Circuit Voltage). Po několika hodinách odpočinku, pokud je napětí baterie nižší než nominální hodnota (např. pod 11 V), jedná se o poškozenou baterii. Důležitá poznámka: u baterií typu LiFePO4 je napětí v otevřeném obvodu slabým ukazatelem stavu nabití (SoC – State of Charge), protože fáze vybíjení je poměrně plochá. Baterie s 30 % nebo 70 % nabití může mít téměř stejné napětí. U lithiových baterií se spolehněte na údaje z systému řízení nabíjení (BMS – Battery Management System) nebo na zátěžové testy; použití napětí v otevřeném obvodu je vhodné pouze pro baterie typu olověnokyselé (lead-acid).

1. Vyměňte baterii za známou, funkční baterii se stejnými specifikacemi. Pokud se výkon baterie vrátí do normálu, je původní baterie jednoznačně vadná. Toto je stále nejrychlejší způsob, jak určit problém na místě.

1. Zkontrolujte zdroj napájení za plného slunce: Změřte napětí v otevřeném obvodu panelu (Voc – Voltage Open-Circuit) a proud při zkratu (Isc – Current Short-Circuit) ve srovnání s údaji na štítku panelu. V normálních podmínkách klesá výkon panelu přibližně o půl procenta ročně; hodnota napětí pod údaji na štítku znamená, že problém je ve samotném panelu, nikoli v bateriích.

4.

Zkontrolujte nastavení ovladače vzhledem k specifikám dané chemické látky. Nízké napětí při přenosu energie, problémy s absorpcí energie či chybně nastavené limity ochrany proti nízkým napětím (LVD – Low Voltage Detection) mohou v tichosti zkrátit životnost zařízení. Dále prověřte trasy kabelů: nedostatečně velké vodiče a korodovaná spojení mohou způsobovat pokles napětí, což vede ke ztrátě energie jak při nabíjení, tak i při vybíjení baterie.

Pravidla určování velikosti baterií:

• Velikost baterie by měla být zvolena na základě počtu oblačných dní, nikoli průměrné noci. Běžným standardem je použití baterie po dobu tří po sobě jdoucích oblačných dní; pro kritické aplikace je požadováno použití baterie po dobu pěti oblačných dní. Nejprve vypočítejte denní zatížení baterie a teprve poté zvolte vhodnou velikost baterie.
• Udržujte denní hloubku vybíjení na nízké úrovni. Minimalizace denní hloubky vybíjení je nejúčinnějším způsobem pro prodloužení životnosti baterie – baterie, která je denně vybíjena pouze do 50 % své kapacity, vydrží výrazně déle než baterie vybíjená do 90 % kapacity při stejném celkovém množství dodané energie.
• Vyberte vhodnou chemickou formulaci baterie pro konkrétní účely. Baterie typu LiFePO4 od renomovaných výrobců obvykle dosahují více než 2000 cyklů vybíjení a mají výrazně lepší tepelnou stabilitu než jiné varianty lithiových iontových baterií. Pro přepravu musí tyto baterie splňovat požadavky normy UN 38.3; pro stacionární použití je bezpečnostním kritériem norma IEC 62619, kterou požadujeme od dodavatelů.

Čtěte si záruční podmínky jako technické specifikace.

Běžným standardem pro kvalitní bateriové systémy je záruka na výkon v rozsahu 3 až 5 let. Naše doporučení: uveďte v záruce konkrétní hodnotu udržení kapacity baterie po určitém roce (požadujeme alespoň 80% kapacity po třetím roce, a to písemně). Záruka, která pokrývá pouze případy selhání baterie, ale nezmiňuje žádné informace o udržení její kapacity, ve skutečnosti nekryje ten správný rizik – právě kapacita baterie je to, co ve skutečnosti selhává.

Co tato stránka nezahrnuje

Tato stránka se věnuje stavu baterií, jejich velikosti a nákupu pro solární pouliční osvětlení s přímým napájením (DC). Nezahrnuje však výběr typů baterií na bázi olovo-kyseliny (viz srovnání typů baterií: gel, AGM a typy s kapalinou), konfigurace s dvěma bateriemi (viz analýza chyb v systémech s dvěma bateriemi) ani vlivům teploty na fungování bateriových systémů (viz teplotní podmínky pro baterie). Pro kompletní řešení, které zahrnuje bateriový systém, řídicí jednotku a solární panel sladěné ve výrobě, viz řadu produktů solární pouliční osvětlení typu „all-in-one“.