Baterya para sa mga Street Light na Gumagamit ng Solar Energy sa Malalamig na Panahon: Limitasyon sa Pag-Charge

I-post itoKoponan ng Editoryal ng OSD, mga inhinyero ng pagawaan na may 15 taong karanasan sa produksyon at field service saBalita sa industriya, Pinakasikat Nobyembre 15, 2024

Ang pagkawala ng kuryente (discharge) ay hindi ang problema sa malalamig na panahon; ang problema ay ang pag-charge. Ang bateryang LiFePO4 (lithium iron phosphate) ay patuloy na nagbibigay ng sapat na kuryente kahit sa temperatura na -10°C, bagaman ang kapasidad nito ay nababawasan. Subalit, ang bateryang ito ay hindi dapat i-charge sa temperatura na mas mababa sa -10°C. Sa temperatura na mas mababa pa sa 0°C, ang kakayahan nito na magkaroon ng kuryente ay lubhang nagbababa, at kung ipilit ang pag-charge sa mga napakalalamig na cell, ang metalikong lithium ay maaaring magdeposito sa ibabaw ng anode. Ang pag-depositong ito ay permanente; ito ay nakakapagbawas sa kapasidad ng baterya, nagtaas ng internal resistance (resistansya sa pagdadala ng kuryente), at maaaring mauwi sa pagkakaroon ng short circuit sa loob ng baterya. Lahat ng desisyon na may kinalaman sa paggamit ng baterya sa malalamig na klima ay base sa pagkakaiba-iba ng mga katangian ng iba’t-ibang uri ng baterya, kaya mahalaga itong iulat muna.

Ano ang epekto ng malalamig na panahon sa iba’t-ibang uri ng baterya

Ang bateryang LiFePO4 ang pinakakaraniwang ginagamit sa mga komersyal na street light dahil sa mataas nitong energy density (kayarian na nagbibigay ng maraming enerhiya), matagal na lifespan (tagal ng paggamit), at kaligtasan sa mataas na temperatura kumpara sa ibang uri ng lithium batteries. Nagagawa rin itong mas magaling kaysa sa mga gel lead-acid battery sa iba’t-ibang temperatura, lalo na sa aspekto ng pagbibigay ng kuryente (discharge).

Ang gel lead-acid battery – isang uri ng lead-acid battery na may selyadong disenyo kung saan ang electrolyte ay nasa anyong gel – ay patuloy na nagiging murang opsyon para sa mga gumagamit nito. Subalit, ang pagganap nito ay nagbabago sa malalamig na klima: ang kahusayan ng pagbibigay ng kuryente (discharge efficiency) ay bumababa habang bumababa ang temperatura, at ang battery ay hindi rin tumatanggap nang maayos ng kuryente kapag napakalamig. Kapwa uri ng battery ay hindi kayang mapaglabanan nang matagal ang mga epekto ng malalamig na panahon.

Ang mga epekto ng malalamig na panahon sa proseso ng pagcharga:

Sa temperatura na lampas sa 0°C: Kapwa uri ng battery ay nagcharga nang normal sa wastong mga setting ng voltaje.
Sa temperatura na mas mababa sa 0°C: Ang kakayahang tumanggap ng kuryente ng LiFePO4 battery ay lubhang umunti. Ang battery ay tumatanggap ng kuryente, ngunit sa bawat pagcharga sa ganitong temperatura, bahagi ng kapasidad nito ay nawawala.
Sa temperatura na -10°C o mas mababa: Dapat iwasan ang pagcharga sa ganitong mga kondisyon; ito ay ang “zone ng lithium plating”.

Ang mekanismo sa likod ng mga pagbabago na ito ay mahalaga, dahil ito ang nagpapaliwanag kung bakit ang mga pinsala sa battery ay hindi agad nakikita. Ang lithium na napakalalamig na nagkaroon ng plating ay hindi nagiging sanhi ng pagkawala ng kuryente o pagpapakita ng mga error code; ang mga problema ay nagiging malinaw lamang makalipas ang ilang buwan, kung kailan ang battery ay nagkakaroon ng full voltage ng maaga nguni’t hindi na kayang gumana nang maayos sa paggamit. Ang pagkabigo ng battery ay mukhang resulta ng pagkasira nito, nguni’t sa katunayan ay dahil sa mga epekto ng malalamig na panahon sa proseso ng pagcharga.

Ang mga modernong baterya na LiFePO4 ay dinadala na may kasamang sistema ng pagmamaneho ng baterya (Battery Management System o BMS) na nagbabawal sa pagcharga kapag ang temperatura ay mas mababa sa itinakda. Sa malalamig na klima, dapat gamitin ang mga bateryang ito o maglagay ng mekanismo para sa pagkontrol ng temperatura. Ang BMS ay ang pinakamahalagang komponente sa isang sistema na ginagamit sa taglamig.

Isang halimbawa mula sa Minnesota

Isipin natin ang isang sistema na nasa lugar gaya ng Minnesota, kung saan ang temperatura sa taglamig ay kadalasang bumababa sa -10°C. Ito ay isang senaryo, hindi isang ulat ng proyekto; ginagamit natin ito upang ipakita ang mga pagkakaiba ng iba’t-ibang uri ng baterya.

Gel lead-acid: Nagpe-perform nang maayos sa tag-init at taglagay. Sa taglamig, ang kahusayan ng pagdiskarga ay bumababa. Maaaring patuloy parin ang paggawa ng enerhiya ng mga panel sa araw na malinaw, ngunit ang baterya ay hindi makakatanggap nang maayos ng karga, kaya kinakailangan nito o isang housing na may kontrol sa temperatura o ang baterya ay kailangang tanggalin sa sirkuito ng pagcharga hanggang ang temperatura ay gumanda.
LiFePO4: Mas maayos ang pagdiskarga nito sa malalamig na panahon, bagaman mayroong kaunting pagbaba sa kapasidad nito. Kapag ang temperatura ay bumaba sa -10°C, ang BMS ang gagawa ng pagbabawal sa pagcharga hanggang ang baterya ay sumikat; pagkatapos ay maaaring muling magpatuloy ang sistema nang kahit walang pag-aasikaso ng tao.

Ang pagkakaiba sa pagganap ng mga baterya ay hindi kung alin sa kanila ang “mas magaling sa malalamig na klima.” Ang totoo ay kung alin sa kanila ang matatag man at hindi gagawa ng problema kapag may pagkakasalungat sa mga kinakailangan ng controller at mga kondisyon ng panahon.

Ano ang ating inirerekomenda para sa mga lugar na nasa taglamig?

May apat na pamamaraan, sa pagkakasunod-sunod ng paggamit nito:

Ang BMS (Battery Management System) ay dapat na mayroong patungkol sa “low-temperature charge cutoff” (pagtigil sa pag-charge kapag napababa ang temperatura ng baterya), na kailangang mapatunayan sa datasheet at hindi lang ipinalalagay. Ito ay isang hindi maaaring mapagbantayang kahilingan.
Dapat na mayroong insulated enclosure (nakabalot na bahaging nagbibigay ng insulasyon) upang mabagal ang pagbabago ng temperatura ng baterya. Sa mga lugar na napakalamig, ang paggamit ng heating pad o aktibong sistema ng pagkontrol sa temperatura ay kinakailangan upang mapanatiling sapat ang init ng baterya upang maaari itong mag-charge sa mga araw na mahalaga.
Dapat na mayroong wastong sistema ng pagkontrol sa kuryente at boltahe (charge-voltage management). Ang mga sistema na gumagamit ng lead-acid ay gumagamit ng pamamaraan ng pag-charge na kompensado ng temperatura, kung saan ang controller ay nag-aayos ng boltahe ayon sa temperatura ng kapaligiran; sa mga sistema na gumagamit ng lithium, ang katulad na function ay ang logic ng BMS. Dapat ituloy ang pamamaraan na angkop sa kemikal na komposisyon ng baterya, at huwag maghalo ng dalawang pamamaraan na ito.
Dapat na mabuti ang pagpili ng uri ng baterya (chemistry selection). Ang LiFePO4 ay mas angkop para sa malalamig na klima kaysa sa lead-acid sa panahon ng pag-discharge, ngunit kapwa ay nangangailangan ng pagkontrol upang maiwasan ang pag-charge sa mga kondisyon ng yelo. Kung ang proyekto ay hindi makapaglaan ng BMS o insulated enclosure, ang totoo ay ang lugar ay nangangailangan ng ibang disenyo ng sistema ng pagkakaroon ng enerhiya, hindi lang ibang uri ng baterya.

Kung ano ang hindi nasasaklaw ng pahinang ito:

Ang pahinang ito ay tungkol sa epekto ng temperatura sa mga baterya na nasa loob ng isang sistema. Hindi ito nagkokompara nang detalyado ang iba’t-ibang uri ng kemikal na ginagamit sa mga baterya gaya ng gel, AGM, at lithium – ang pagkukumpara na iyon ay nasa isang hiwalay na pahina hiwalay na pahina – at hindi rin ito nagtutukoy ng tamang laki ng mga panel, baterya, o controller para sa isang partikular na lugar; para sa gayong layunin, mayroon tayong kalkulator para sa pagtutukoy ng laki ng controller.