מדוע הבטריה היא הראשונה שנשברת באורות רחוב סולאריות?

המתמטיקה שמסבירה את הפעולה התקינה של המערכת למשך חודשים

ניקח כדוגמה הרכבה קלאסית: פאנל סולארי בקיבולת 200 ואט, נורה LED בקיבולת 60 וואט, ובטריה בקיבולת 120 אמפירים-שעה (Ah) ובמתח 12 וולט. נחשב באופן ריאליסטי:

נורה LED בקיבולת 60 ואט צורכת כ-720 ואט-שעה (Wh) במהלך לילה של 12 שעות. בטריה בקיבולת 120 אמפירים-שעה במתח 12 וולט מסוגלת לאחסן כ-1,440 ואט-שעה באופן תיאורי, אך לאחר שימוש ב-80% מקיבולתה (DoD – Depth of Discharge), נשארים בערך 1,150 ואט-שעה של אנרגיה זמינה לשימוש. זה מספיק רק ל-1.6 לילות של פעולה מלאה ללא צורך בהטענה. שלושה ימים מעוננים רציפים – שהם המצב המומלץ ביותר על ידי רוב היצרנים – יהיו בלתי אפשריים מהיום הראשון.

למה אז המערכת נראית תקינה במהלך תהליך ההפעלה? מכיוון שבמהלך תהליך ההפעלה הבנק מתחיל לעבוד ב-100% מהקיבולת שלו בכל לילה, והתקופה הראשונה שבה מתרחשת תנאי מזג אוויר קשים (עננים) עדיין לא הגיעה. בעיה זו קיימת מטבעו של המערכת; דרושה רק שבוע אחד של מזג אוויר קשה כדי שהבעיה תתגלה. כאשר הבנק נחלש ומכוסה חלקית באנרגיה, המתח שלו יורד במהירות, ומערכת השליטה (LVD – Low Voltage Disconnect) נפעלת – האורות נכבים מוקדם או לא נדלקים כלל. זו בדיוק הבעיה שאנו מקבלים מהלקוחות: “עובדת בקיץ, אך לא עובדת בעונה הגשומה”.

מדוע אנו מסרבים להשתמש בסוללות רכב חשמליות משני מימוש?

חלק מהמוצרים המבוססים על סוללות חשמליות ממוחדשות (EV cells) נמכרים במחירים נמוכים. אלה עשויים לעבור בהצלחה את בדיקת הקיבולת הראשונה – אך הקיבולת בזמן האספקה איננה הבעיה האמיתית. הבעיות נמצאות בדברים שאינם נראים לעין: היסטוריה לא ידועה של שימוש בסוללות, חשיפה לתהליכי טעינה מהירה, וסוללות שנמחקו מהמלאי מכיוון שלא עמדו בדרישות האיכות. באורות רחוב, סוללות אלה פועלות במצב של קיבולת חלקית (SoC – State of Charge) במשך שנים רבות; דבר המסתיר את תהליך ההזדקנות שלהן, עד שסוללה אחת משפיעה לרעה על כל המערכת כולה. כללנו בנוגע למוצרים שאנו מייצרים בעצמנו, והעצה שאנו מספקים לכל קונה: אורות רחוב שמכילים סוללות ממוחדשות מגיעים עם דיווחי בדיקת קיבולת לכל חביות, וכוללים גם אחריות ביצועים לפרק זמן של 3–5 שנים – אחרת הם אינם מותקים על העמודים.

בדקו לפני שאתם מחליפים את הסוללות

השלבים שאנו מקיימים בתהליך האבחון הם הבאים:

1. נוחו, ולאחר מכן מדדו את המתח במסלול פתוח (Open-Circuit Voltage – OCV). לאחר מספר שעות של נוחות, אם המתח של בטריית 12 וולט נמוך מאוד מהערך התקין (למשל, פחות מ-11 וולט), סביר שהבטריה כשלה או על סף כשל. חשוב לזכור שבמקרה של בטריות ליתיום-חומר פוספטי-ברזלי (LiFePO4), המדידה של OCV איננה מדויקת מספיק ככלי להעריך את מצב הסוללה (SoC – State of Charge), מכיוון ששלב הפריקה של הבטריה נשאר קבוע למדי. בטריות ליתיום ברמת 30% או 70% של חייה יכולות להראות ערכי מתח דומים. עבור בטריות ליתיום, עדיף להסתמך על מדידות הקולומים (coulomb count) של מערכת הניהול של הבטריות (BMS) או על בדיקות מתח תחת מטען (load test); השימוש במדידת OCV מותאם יותר לבטריות סולפורד (lead-acid).
2. בדקו את הבטריה באמצעות בטריה אחרת בעלת תכונות זהות אשר ידוע שהיא תקינה. אם הביצועים חוזרים למצב תקין, סביר שהבטריה המקורית היא הגורם לבעיה. זו עדיין הדרך המהירה ביותר לאבחון בשטח.
3. בדקו את מקור הטעילה בתנאי שמש מלאים: מדדו את המתח במסלול פתוח (Voc) ואת הזרם במסלול קצר (Isc) של הפאנל הסולרי בהשוואה למפורטים על הלוח השלט של הפאנל. בתנאים רגילים, הפלטה בביצועי הפאנל הסולרי היא בדרך כלל נמוכה בכ-0.5% בשנה; אם הערכי המדידה נמוכים מאוד מהמפורטים על הלוח השלט, סביר שהבעיה נמצאת בפאנל עצמו, ולא בבטריות.

בדקו את ההגדרות של השליט בהתאם לתנאי הכימיה שבמערכת. מתחי הזרימה, מתחי הספיגה ומתחי הצפה, כמו גם רף ההגנה (LVD – Low Voltage Detection), אם הם מוגדרים בצורה לא נכונה בהתאם לתנאי הכימיה, עלולים לקצר באופן משמעותי את חיי המערכת. בנוסף, בדקו את מסלולי הכבלים: חוטים בעלי קטע קטן מדי וחיבורים נגועים עלולים לגרום לירידת מתח, מה שמביא להפסד של אנרגיה הן במהלך הזרימה והן במהלך הפריקה של האנרגיה באותו אזור הנפגע.

החוקים לבחירת הגודל שפיתחנו:

• בחרו את הגודל בהתבסס על שלושה ימים מעוננים רציפים, לא על לילה רגילה. שלושה ימים מעוננים רציפים הם המספר הנפוץ; באתרים קריטיים נדרשים חמישה ימים מעוננים. קחו תחילה בחישוב הצריכות האנרגטיות ללילה, ורק לאחר מכן בחרו את המצבר המתאים.
• שמרו על עומק שחרור אנרגטי יומי מינימלי. הפחתת עומק השחרור האנרגטי היומי היא הגורם הכי משמעותי שמשפיע על אורך חיי המצבר – מצבר שמשומש ב-50% מהקיבולת היומית שלו יחייה זמן ארוך בהרבה מאשר מצבר שמשומש ב-90% מהקיבולת, עבור אותה כמות אנרגיה כוללת.
• בחרו את הסוג הנכון של סוללות למטרה המסוימת. סוללות LiFePO4 ממותגים מובילים מספקות בדרך כלל מעל 2000 מחזורי שימוש, ובעלות יציבות תרמית ועמידות טובות יותר מאשר סוגי סוללות ליתיום אחרים. סוללות אלה חייבות לעמוד בדרישות הבדיקה UN 38.3 לשימוש בתעבורה, ולשימוש קבוע נדרשת התאם לתקן IEC 62619.

קראו את האחריות כמפרט טכני.

"הבטחת אחריות של 3–5 שנים היא המדד התקין עבור בנקי סולריים איכותיים. המלצתנו: לציין בהבטחה את שיעור השמירה על הקיבולת האנרגטית של הבנק בשנה מסוימת (אנו דורשים לפחות 80% שמירה על הקיבולת בשנה השלישית, בצורה מפורשת ובכתב). הבטחה שמכסה את מקרי הכשל אך אינה מציינת כלום בנוגע לקיבולת האנרגטית של הבנק פועלת על הסיכון הלא נכון – בפועל, הקיבולת האנרגטית היא הדבר שנפגע במקרי כשל."

מה לא מכוסה בדף זה

דף זה מכסה את בריאות הסוללות, את הגודלים המתאימים להשתמשותן, ואת תהליך הרכישה של גופי תאורה סולריים מחוברים באופן ישיר למקור הסולר (DC-coupled). הוא אינו מכסה את בחירת סוגי הסוללות מבחינה כימית (ראו השוואה בין סוללות ג'ל, AGM וסוללות מסוג ‘flooded’), את הרכבות עם שתי סוללות (ראו ניתוח בעיות בהרכבות עם שתי סוללות), או את השפעת הטמפרטורה על ביצועי הבנק הסולרי (ראו טמפרטורת הסביבה על ביצועי הסוללות). עבור מוצר מושלם שכולל את הבנק הסולרי, המפקח (controller) והפאנל הסולרי שהותאמו במפעל, ראו את סדרת המוצרים גופי תאורה סולריים הכוללים הכול."