בטריות ליתיום עם הסגרה עצמית לאורות רחוב סולאריים באקלים קר

מדוע הקר הוא בעיה קשה עבור בטריות LiFePO4?

בטריות מסוג LiFePO4 מתמודדות טוב עם חום ומצבי טעינה חלקית, אך הקר הוא חסרונן העיקרי. מתחת לנקודת הקרח, הקיבולת הפריקה שלהן יורדת דרמטית, ובטמפרטורות נמוכות מאוד הן עלולות אפילו לא לספק זרם חשמלי כלל. עבור אור רחוב שצריך לעבוד מהשקיעה עד השחר באמצעות אנרגיה שנשמרה, זה אינו רק פגיעה בביצועים של הבטריה – זה אומר שהאור לא יעבוד בכלל. מערכת החימום העצמית מסייעת לשמור על תאי הבטריה בטווח הפעולה התקין, כך שהן יוכלות להמשיך לפעול כרגיל.

כיצור המערכת ההלכתית

(הפרטים הטכניים לא צוינו בטקסט המקורי, אך ניתן להוסיף אותם לפי הצורך.)

מערכת החימום מכסה את הפאק המוכן – הסוללות כבר מורכבות באופן רצף ובמקביל – בשלוש שכבים ושתי חיישניות:

פילם חימום. מקור החום, המכוסה בצורה טובה סביב החוץ של הפאק. בדרך כלל מדובר בחומר מסוג פולימיד או גומי סיליקון: הפילם מספק חום אחיד, עמיד בקורוזיה, ומתאים מספיק לצורה של הפאק. החשמל הזורם דרך הפילם מתמטבע לחום, מעלה את טמפרטורת הפאק באופן שווה.

פילם חיסום. השכב החיצוני; הוא מקטין את אובדן החום לסביבה ומשמר את החום שנוצר בתוך הפאק, מה שמאפשר למערכת החימום לעבוד באופן יעיל באמצעות אנרגיה מהבטרייה.

חיישני טמפרטורה כפולות. החיישן הראשון ממוקם מחוץ לשכב החיסום ומודד את טמפרטורת הסביבה. כאשר טמפרטורת הסביבה עוברת את הגבול המוגדר מראש, הוא שולח אות למערכת ניהול הבטריות (BMS) להתחיל בחימום. החיישן השני מודד את טמפרטורת פני הסוללות בתוך הפאק ושולח נתונים בזמן אמת חזרה לשבב השליטה.

מעגל השליטה, שלב אחר שלב

כל התהליך מתבצע באמצעות שבב שליטה, השייך בדרך כלל למערכת ניהול הבטריות (BMS).

1. התעוררות: הסורק החיצוני מעקב באופן תמידי אחר הסביבה. בטמפרטורת הפעולה המוגדרת מראש, השבב מקבל את ההחלטה שהמקפל נמצא בסיכון ומתחיל את תהליך החימום.
2. חימום: הפילם מקבל אנרגיה ומעביר אותה לתאים דרך תרכובת דביקה תרמית או באמצעות מגע ישיר. האנרגיה מגיעה מתוך המקפל עצמו.
3. מעקב: הסורק הפנימי מודד את טמפרטורת התאים בתדירות גבוהה ומדווח את הנתונים למערכת הבקרה (BMS), אשר משנה את עוצמת החימום בזמן אמת.
4. כיבוי: כאשר טמפרטורת התאים מגיעה לערך הבטיחות המוגדר מראש, השבב חוסם את אספקת החשמל לפילם. זה מונע נזק כתוצאה מחום יתר ומפחית הפסד אנרגיה.
5. תחזוקה סיקלית: אם הסביבה נשארת קרה, טמפרטורת המקפל יורדת שוב; כאשר היא חוצה את הגבולות שנקבעו להפעלה מחדשת, החימום מתחדש. המקפל נשמר בטווח הפעולה המתאים כל עוד הקר הנמשך.

הקושיים בעיצוב שאיש לא מציין בקטלוג…

היסטרזיס (Hysteresis): הפרש בטמפרטורה בין מצב הכיבוי למצב ההפעלה מונע מהמחמם מלפעול באופן תדיר (להיכבו ולהישאר כבוי). בלי זה, המחמם יפעל באופן בלתי פסיק, והלוגיקה של שליטת המערכת לא תאפשר למערכת להתאזן.

תקציב אנרגיה (Energy Budget): החימום צריך אנרגיה; העיצוב חייב לאזן בין מהירות החימום לבין עמידות המערכת. כך, גם בימים עמוסי עננים או גשומים, כאשר הפאנל אינו ממלא מחדש את אספקת האנרגיה שהמחמם צריך, עדיין יש אנרגיה מספיקה לתאורה בסיסית. במפעל שלנו, החישוב של זמן הפעולה האוטונומי של המערכת מתבצע בהתבסס על העומס הנדרש לחימום, ולא על העומס הנדרש לתאורה.

מערכות בטיחות (Safety Interlocks): שתי מערכות בטיחות הן הכרחיות בכל המוצרים שאנו מייצרים:

1. מערכת הגנה מעליות טמפרטורה (Over-Temperature Protection): מערכת זו פועלת באופן אוטומטי וכובה את המחמם אם השבב נפגע והטמפרטורה עולה באופן מסוכן.
2. מערכת איסור על חימום במתח נמוך (Low-Voltage Heating Prohibition): מערכת זו מניעה את החימום כשרמת המתח בפאק נמוכה מאוד, כך שהמערכת משתמשת באנרגיה שנשארה רק לתאורה ולא לחימום. סדר העדיפות ברור: תאורה קודם, חימום לאחר מכן.

פרטים תכנוניים: כריות סיליקון בעלות תכונות הולכת חום ממוקמות בין הפילם החימומי לבין תאי האחסון, על מנת לפזר את החום באופן שווה ולמנוע נקודות חם מקומיות. שכב הבידוד צריך לאזן בין שמירה על חום לבין חוסמי רטיבות, שכן רטיבות שחודרת אליו עלולה לגרום לקצר חשמלי.

מה זה אומר בפועל בתחום:

• אבחון: כאשר גוף התאורה לא עובד באקלים קר, ראשית יש לבדוק שני מרכיבי החימום הברורים: חיישן טמפרטורה פגוע או מסלול חשמלי פתוח בפילם החימומי. בתוכנית החלפים שלנו, אלו הם החלקים שאנו מחזיקים במלאי, בדיוק מסיבה זו.
• הגדרת קיבולת: הגודל של אביזרי החימום מתקבע בהתבסס על הטמפרטורה המינימלית המקומית ועל מספר הימים העמוסים בעננים באזור, ולאחר מכן מתאים הקיבולת לכוח החימום הנדרש. המפרטים הכלליים המצוינים במסמכי המפרטים אינם מספיקים לעמוד בתנאי החורף האמיתיים.
• טווח חיים: המטרה העיקרית של כל זה היא למנוע מתאי האחסון מלהיחשף לטמפרטורות קיצוניות לאורך פרק זמן ארוך; בתנאי טמפרטורה אופטימליים, בטריות LiFePO4 יכולות לעבוד יותר מ-3,000 מחזורי טעילה, וניהול החום הוא מה שמבטיח זאת.

מתי אנו מספקים מערכת הסתובבות עצמית, ומתי לא

מערכת הסתובבות עצמית איננה תוספת סטנדרטית. אנו מספקים אותה כששני תנאים מתקיימים יחדיו: תקופות ארוכות בטמפרטורות מתחת לנקודת הקרח, ותקופות עננים ארוכות מספיק כך שהפאנל הסולרי לא יכול להחליף את האנרגיה שהמדחף מבזבז. אתרים באזורים קרים ביבשתיים או בקו רוחב גבוה מספקים את שני התנאים אלו. אזורים עם חורפים מתונים אינם מספקים אף אחד מהתנאים, ובמקרה זה המדחף מהווה הגדלת עלות ומורכבות ללא תועלת משמעותית – לכן אנו מציינים זאת בהצעה, במקום להגדיל באופן מלאכותי את עלות המוצר. למידע בסיסי על בחירת בטריות למערכות תאורה סולריות, ראו בטריות למערכות תאורה סולריות. לגבי בחירת הגודל הנכון של המערכת, המחשבון שלנו מחשבון בחירת רכיבי שליטה מבצע את אותו חישוב של זמן הפעולה האוטונומי, כולל את הנטל החימום.

מה לא מכוסה בדף זה

דף זה מכסה מערכות הסתובבות עצמית עבור גופי תאורה סולריים עצמאיים. הוא אינו מכסה סטנדרטים לבדיקת ביצועי הפאנלים בטמפרטורות נמוכות, עיצובי מדחפים לאחסון חשמלי מחובר לרשת חשמלית, או סוגי ליתיום אחרים מלבד LiFePO4. מערכות מלאות לאקלים קר, בהן הפאק החימום והרכיבי השליטה מותאמים מראש במפעל, נמצאות בסדרת המוצרים שלנו גופי תאורה סולריים הכול-באחד.