Mengapa Bateri Pada Lampu Jalan Tenaga Suria Selalu Rosak Terlebih Dahulu

Pengiraan di sebalik “lampu tersebut berfungsi dengan baik selama berbulan-bulan”

Ambillah konfigurasi klasik: panel suria berkuasa 200 W, lampu LED berkuasa 60 W, dan bateri berkapasiti 120 Ah pada voltan 12 V. Lakukan pengiraan dengan teliti.

Lampu LED berkuasa 60 W yang beroperasi selama 12 jam pada waktu malam akan menghabiskan kira-kira 720 Wh tenaga. Bateri berkapasiti 120 Ah pada voltan 12 V dapat menyimpan 1,440 Wh tenaga secara nominal, dan jika bateri tersebut dicas hingga 80% dari kapasitinya, hanya akan tersisa 1,150 Wh tenaga yang boleh digunakan. Dengan tenaga tersebut, lampu hanya dapat beroperasi selama 1.6 malam tanpa perlu dicaj semula. Dalam keadaan cuaca mendung berturut-turut (seperti yang dijangka oleh kebanyakan spesifikasi), lampu tersebut tidak akan mampu beroperasi dengan sendirinya sejak hari pertama.

Jadi, mengapa sistem tersebut kelihatan baik semasa proses pengaktifan (commissioning)? Ini kerana semasa pengaktifan, bateri bank memulakan operasinya pada tahap 100% setiap malam, dan belum lagi berlaku keadaan cuaca mendung yang pertama. Sebenarnya, kegagalan tersebut telah dirancang sejak awal; hanya diperlukan satu minggu cuaca buruk sahaja untuk masalah tersebut muncul. Apabila bateri mengalami penurunan kualiti dan hanya terisi sebahagiannya, voltan yang dihasilkan akan menurun dengan cepat, dan sistem pengawal (controller) akan mengaktifkan mekanisme pemutusan bekalan kuasa akibat voltan rendah (Low Voltage Disconnect/LVD), menyebabkan lampu tidak menyala atau tidak berfungsi sama sekali. Inilah sebabnya mengapa sistem tersebut “berfungsi dengan baik pada musim panas, tetapi tidak berfungsi sama sekali pada musim hujan”.

Mengapa kami menolak penggunaan semula bateri kenderaan elektrik (EV cells) yang telah digunakan sebelumnya

Beberapa produk bateri menjadi murah kerana menggunakan sel bateri elektrik kenderaan (EV) yang telah diubahsuai. Produk tersebut mungkin lulus ujian kapasiti awal, tetapi masalah sebenarnya terletak pada faktor-faktor yang tidak dapat dilihat: sejarah penggunaan bateri yang tidak diketahui, pendedahan terhadap kaedah pengecasan cepat yang tidak diketahui, serta sel-sel bateri yang tidak memenuhi spesifikasi yang ditetapkan. Dalam aplikasi seperti lampu jalan, bateri-bateri tersebut beroperasi dalam keadaan kapasiti yang tidak penuh (SoC – State of Charge) selama bertahun-tahun, dan keadaan yang tidak seragam dalam paket bateri tersebut menyembunyikan proses penurunan kualiti bateri sehingga akhirnya satu sel bateri yang tidak berfungsi dengan baik menyebabkan seluruh rangkaian bateri tidak berfungsi dengan baik. Ini adalah peraturan kami untuk pembinaan produk kami sendiri, dan juga nasihat kami kepada setiap pembeli: Bateri yang digunakan dalam lampu jalan harus disertakan dengan laporan ujian kapasiti batch dan jaminan prestasi selama 3–5 tahun; jika tidak, bateri tersebut tidak akan digunakan dalam sistem lampu jalan.

Lakukan diagnosis sebelum mengganti bateri

Urutan proses diagnosis yang kami gunakan adalah seperti berikut:

1. Rehatkan bateri untuk beberapa jam, kemudian ukur voltan terbuka (Open-Circuit Voltage/OCV). Jika bateri yang berkapasiti 12 V menunjukkan bacaan yang jauh di bawah nilai nominal (contohnya, di bawah 11 V), maka bateri tersebut telah rosak atau sedang dalam proses rosak. Perlu diingat bahawa untuk jenis bateri litium besi fosfat (LiFePO4), bacaan OCV bukanlah penunjuk yang sangat tepat untuk menentukan tahap kerosakan bateri, kerana grafik penurunan voltan semasa pengosongan bateri adalah hampir rata. Bateri litium yang masih berada pada tahap 30% atau 70% kapasiti mungkin menunjukkan bacaan voltan yang hampir sama. Untuk bateri jenis litium, lebih baik bergantung pada data pengukuran yang diberikan oleh sistem pengurusan bateri (BMS) atau melakukan ujian beban (load test); gunakan bacaan OCV hanya untuk jenis bateri asid plumbum (lead-acid) sahaja.

1. Gantikan bateri yang rosak dengan bateri yang masih baik dan mempunyai spesifikasi yang sama. Jika prestasi bateri kembali normal, maka bateri asal yang rosak adalah penyebab masalah tersebut. Ini merupakan cara yang paling cepat untuk menentukan keadaan bateri di lapangan.

1. Periksa sumber pengisian bateri di bawah sinar matahari yang terik: Ukur voltan terbuka (Voc) dan arus singkat (Isc) panel suria berbanding dengan nilai yang tercatat pada papan nama panel tersebut. Pada keadaan normal, output voltan panel suria biasanya menurun sekitar 0.5% setiap tahun; jika bacaan voltan yang diukur jauh di bawah nilai yang tercatat pada papan nama, maka masalahnya terletak pada panel suria itu sendiri, bukan pada bateri.

4.

Periksa tetapan kawalan tersebut berdasarkan jenis bahan kimia yang digunakan. Voltan yang digunakan untuk proses pengaliran arus (bulk/absorption/float voltages) serta ambang nilai LVD (Low Voltage Detection) yang tidak sesuai untuk jenis bahan kimia tersebut boleh secara diam-diam memendekkan jangka hayat peralatan. Selain itu, periksa juga laluan kabel: konduktor yang berukuran kecil dan sambungan yang berkarat boleh menyebabkan penurunan voltan, yang seterusnya menyebabkan pembaziran tenaga baik semasa proses pengisian mahupun pelepasan arus pada bateri tersebut.

Peraturan penentuan saiz yang kami gunakan:

• Saiz yang ditentukan berdasarkan jangkaan cuaca mendung, bukan keadaan malam biasa. Tiga hari berturut-turut dengan cuaca mendung merupakan spesifikasi yang umum digunakan; untuk lokasi yang kritikal, lima hari mendung diperlukan. Lakukan pengiraan terlebih dahulu berdasarkan beban yang akan dialirkan pada waktu malam, kemudian pilih jenis bateri yang sesuai.
• Kurangkan kedalaman pengaliran arus harian. Meminimalkan kedalaman pengaliran arus harian merupakan faktor paling penting untuk memanjangkan jangka hayat bateri. Bateri yang digunakan dengan kadar pengaliran 50% setiap hari akan bertahan lebih lama berbanding bateri yang digunakan dengan kadar pengaliran 90%, walaupun jumlah tenaga yang disalurkan adalah sama.
• Pilih bahan kimia yang sesuai untuk kegunaan tertentu. Sel bateri jenis LiFePO4 dari jenama yang terkenal biasanya mampu bertahan lebih dari 2000 kali penggunaan, dan memiliki kestabilan termal serta ketahanan terhadap peningkatan suhu yang lebih baik berbanding jenis bateri litium-ion yang lain. Untuk kegunaan dalam pengangkutan, bateri tersebut harus memenuhi syarat ujian UN 38.3; untuk kegunaan tetap, standard keselamatan IEC 62619 perlu dipatuhi oleh pembekal.

Baca terma jaminan sebagai spesifikasi teknikal.

Jaminan prestasi selama 3 hingga 5 tahun merupakan penanda aras biasa untuk sebuah bank bateri berkualiti. Cadangan kami: nyatakan dalam jaminan tersebut angka pengekalan kapasiti bateri pada tahun tertentu (kami meminta sekurang-kurangnya 80% pengekalan kapasiti pada tahun ketiga, dalam bentuk dokumen bertulis). Jaminan yang hanya meliputi kegagalan bateri tetapi tidak menyatakan apa-apa mengenai pengekalan kapasiti sebenarnya tidak menangani risiko yang sepatutnya—kapasiti itulah yang sebenarnya akan gagal.

Apa yang tidak dibincangkan dalam halaman ini

Halaman ini membincangkan tentang keadaan bateri, saiz bateri, dan proses pembelian untuk lampu jalan solar yang menggunakan sistem penghubung DC (DC-coupled). Ia tidak membincangkan pemilihan jenis bateri berbahan asid plumbum (lihat perbandingan jenis bateri gel, AGM, dan jenis bateri yang menggunakan cecair), konfigurasi bateri ganda (lihat analisis kegagalan sistem bateri ganda), atau pengaruh suhu terhadap prestasi bank bateri (lihat suhu persekitaran bateri). Untuk produk lengkap yang merangkumi bank bateri, kawalan (controller), dan panel suria yang disesuaikan bersama di kilang, sila lihat barisan produk lampu jalan solar all-in-one.