Κοινά προβλήματα αποθήκευσης μπαταριών και λύσεις

Οι ακραίες θερμοκρασίες μειώνουν σιωπηλά τη χρήσιμη χωρητικότητα

Τα προβλήματα αποθήκευσης ενέργειας στις μπαταρίες ξεκινούν συχνά από τη θερμοκρασία. Οι λιθιο-ιονικές κυψέλες προτιμούν μια στενή ζώνη, περίπου 15 °C έως 35 °C για πολλά σταθερά σχέδια. Πάνω από αυτήν, η γήρανση λόγω χρόνου επιταχύνεται και η εσωτερική αντίσταση αυξάνεται. Κάτω από το σημείο πήξης, η φόρτιση μπορεί να προκαλέσει επίστρωση λιθίου και να ζημιώσει τις κυψέλες. Ένα δοχείο σε άμεσο ηλιακό φως μπορεί να παρουσιάσει εσωτερικές θερμοκρασίες πολύ υψηλότερες από την περιβάλλουσα. Λύσεις περιλαμβάνουν ενεργητικά συστήματα θέρμανσης, ψύξης και εξαερισμού (HVAC), μόνωση, κατασκευές σκίασης και διαχείριση θερμότητας που διατηρεί την ισορροπία των κυψελών. Οι αισθητήρες θερμοκρασίας μόνοι τους δεν είναι επαρκείς. Η στρατηγική ελέγχου πρέπει να μειώνει το ρεύμα φόρτισης και εκφόρτισης πριν από την εμφάνιση τάσης στις κυψέλες. Οι δοκιμές NFPA 855 και UL 9540A αντιμετωπίζουν την ασφάλεια από πυρκαγιά και τη θερμική απώλεια ελέγχου, αλλά η καθημερινή διαχείριση της θερμότητας καθορίζει ακόμα πόσο θα διαρκέσει ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας.

Διαφορά στην κατάσταση φόρτισης και προβλήματα ισοστάθμισης κυψελών

Οι κυψέλες σε ένα πακέτο γερνούν με διαφορετικούς ρυθμούς. Οι αδύναμες κυψέλες φτάνουν πρώτες στα όρια τάσης, οπότε το πακέτο σταματά νωρίς τη φόρτιση ή την εκφόρτιση. Το αποτέλεσμα μοιάζει με απώλεια χωρητικότητας, ακόμα και όταν η πλειοψηφία των κυψελών είναι υγιής. Η παθητική ισορροποποίηση καταναλώνει την περίσσεια ενέργειας από τις ισχυρότερες κυψέλες. Η ενεργητική ισορροποποίηση μεταφέρει φορτίο μεταξύ των κυψελών και μπορεί να ανακτήσει περισσότερη χρήσιμη χωρητικότητα, αν και το κόστος και η πολυπλοκότητα αυξάνονται. Η εκτίμηση της κατάστασης φόρτισης (SOC) επίσης παρεκκλίνει όταν οι αισθητήρες ρεύματος είναι θορυβώδεις ή η θερμοκρασιακή αντιστάθμιση είναι ανεπαρκής. Η περιοδική βαθμονόμηση και τα ακριβή δεδομένα του BMS είναι κρίσιμα. Ένα πακέτο που αναφέρει 90 τοις εκατό μπορεί πραγματικά να βρίσκεται στο 80 τοις εκατό, και αυτό το κενό μεγαλώνει με τον καιρό.

Προβλήματα αντιστροφέα και αλληλεπίδρασης με το δίκτυο

Ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας σπάνια λειτουργεί μόνο του. Λειτουργεί μαζί με αντιστροφείς, ρελέ προστασίας και το δίκτυο. Αποκλίσεις τάσης, γεγονότα συχνότητας και αντίστροφη ροή ισχύος μπορούν να προκαλέσουν διακοπές. Τα πρότυπα IEEE 1547 και οι τοπικοί κανονισμοί δικτύου ορίζουν τις απαιτήσεις για επιβίωση και προστασία. Ένα σύστημα που διακόπτεται κατά τη διάρκεια μιας ελαφράς διαταραχής δεν μπορεί να υποστηρίξει την εγκατάσταση. Οι λύσεις περιλαμβάνουν κατάλληλες μελέτες συντονισμού, ρυθμίσεις αντιστροφέα σύμφωνες με τους κανονισμούς και επικοινωνία μεταξύ του ελεγκτή αποθήκευσης και των φορτίων της εγκατάστασης. Τα αδύναμα δίκτυα και οι μακρές γραμμές τροφοδοσίας απαιτούν ειδική προσοχή. Μερικές φορές το πρόβλημα δεν είναι καθόλου η μπαταρία, αλλά η διεπαφή.

Συμβάντα ασφαλείας και συμμόρφωση με κανονισμούς

Η θερμική απώλεια ελέγχου είναι σπάνια, αλλά σοβαρή. Η ανίχνευση αερίων, η κατάσβεση πυρκαγιάς, οι αεραγωγοί απόσβεσης εκρηκτικής διάδοσης και οι απαιτήσεις απόστασης καλύπτονται από πρότυπα όπως το NFPA 855. Το UL 9540A αξιολογεί τη διάδοση της θερμικής απώλειας ελέγχου. Η συμμόρφωση δεν είναι προαιρετική. Διαμορφώνει τον σχεδιασμό του περιβλήματος, τις αποστάσεις διαχωρισμού και το σχέδιο επείγουσας αντιμετώπισης. Ένα σύστημα που επιτυγχάνει επιτυχία σε εργαστηριακές δοκιμές μπορεί να αποτύχει στο πεδίο εάν η εξαερισμός εμποδίζεται ή αν συσσωρεύεται νερό κοντά στο περίβλημα. Η ασφάλεια εξαρτάται επίσης από την ποιότητα της εγκατάστασης, τη σήμανση και την κατάρτιση των τοπικών δυνάμεων αντιμετώπισης επειγόντων. Οι απαιτήσεις των κωδίκων διαφέρουν ανά περιοχή, γι’ αυτό η πρόωρη σχεδίαση αποφεύγει μεταγενέστερες αλλαγές.

Σφάλματα σχεδιασμού τοποθεσίας και εγκατάστασης

Πολλά προβλήματα αποθήκευσης δημιουργούνται πριν από τη θέση σε λειτουργία. 1. Τοποθέτηση δοχείων σε μη σκιασμένο δρόμο. 2. Διέλευση καλωδίων χωρίς την κατάλληλη ακτίνα κάμψης. 3. Αγνόηση της αποστράγγισης γύρω από τις βάσεις. 4. Ανάμειξη μονάδων μπαταριών από διαφορετικές παρτίδες χωρίς έλεγχο συμβατότητας. 5. Υποδιάσταση της βοηθητικής ισχύος για το σύστημα θέρμανσης, εξαερισμού και κλιματισμού (HVAC) και τους ελέγχους. 6. Παράλειψη μελέτης γείωσης. Αυτές οι επιλογές ενδέχεται να επιτρέψουν την πέραση μιας γρήγορης επιθεώρησης, αλλά να αποτύχουν μετά από μερικές εποχές. Μια επίσκεψη στον χώρο με θερμική απεικόνιση και μετρήσεις ρεύματος αποκαλύπτει συχνά προβλήματα που παραλείπονται στα έγγραφα. Ένα καλό σχέδιο λαμβάνει υπόψη τον καιρό, την πρόσβαση, τον χώρο για συντήρηση και τη μελλοντική επέκταση.

Κενά στην παρακολούθηση και τη συντήρηση

Η αποθήκευση ενέργειας σε μπαταρίες δεν είναι ένα σύστημα «ρύθμισε και ξέχασε». Η χωρητικότητα μειώνεται, οι συνδέσεις χαλαρώνουν και το λογισμικό χρειάζεται ενημερώσεις. Η απομακρυσμένη παρακολούθηση μπορεί να εντοπίσει τάσεις πριν από την ενεργοποίηση συναγερμών. Χρήσιμα μετρήματα περιλαμβάνουν τη διαφορά τάσης μεταξύ κελιών, τη διαφορά θερμοκρασίας, την αντίσταση μόνωσης και την απόδοση κύκλου φόρτισης/εκφόρτισης. Οι εργασίες συντήρησης πρέπει να περιλαμβάνουν έλεγχο ροπής σύσφιξης, αντικατάσταση φίλτρων, αναθεώρηση λογισμικού και λειτουργικό έλεγχο των συστημάτων ασφαλείας. Τα δεδομένα χωρίς αντίστοιχη ενέργεια είναι απλώς θόρυβος. Μια μηνιαία ανασκόπηση που συγκρίνει σειρές και ράφια μπορεί να εντοπίσει ένα ασθενές μόντουλ σε πρώιμο στάδιο. Η αντικατάσταση ενός κακού κελιού ή συνδετήρα είναι πολύ πιο οικονομική από την αντικατάσταση ολόκληρου του ράφιου.

Σε ένα εμπορικό καμπούς της Νοτιοανατολικής Ασίας, ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας παρουσίασε σταδιακή μείωση της χρήσιμης χωρητικότητάς του επί οκτώ μηνών. Η θερμοκρασία εντός ενός δοχείου ήταν υψηλότερη από τα υπόλοιπα, ενώ το εύρος τάσης των κελιών επλατύνθηκε. Η επιθεώρηση αποκάλυψε βλάβη στον ανεμιστήρα εξαερισμού, φραγμένα φίλτρα και δύο ασθενικά μοντέλα. Μετά την αποκατάσταση της ροής αέρα, την αντικατάσταση των μοντέλων και την επαναβαθμονόμηση του μοντέλου κατάστασης φόρτισης, το σύστημα ανέκτησε το μεγαλύτερο μέρος της αναμενόμενης χωρητικότητάς του. Η λύση δεν ήταν εξωτική· ήταν βασική πειθαρχία στη θερμική διαχείριση και τη συντήρηση.

Η Kinpower σχεδιάζει και παραδίδει ολοκληρωμένα συστήματα ηλιακής ενέργειας και αποθήκευσης, συμπεριλαμβανομένης της παραγωγής, της αποθήκευσης, της φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων (EV) και της έξυπνης στήριξης. Η κατασκευαστική εμπειρία της εταιρείας και η παγκόσμια εμπειρία της σε έργα βοηθούν τις ομάδες να καθορίζουν από την αρχή τη θερμική διαχείριση, τη συμμόρφωση με το δίκτυο και την παρακολούθηση. Τα συνηθισμένα προβλήματα αποθήκευσης μπαταριών σπάνια οφείλονται σε μία μόνο αιτία. Μια συντονισμένη προσέγγιση στο σχεδιασμό και την υπηρεσία διατηρεί ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας πιο κοντά στην επιθυμητή του απόδοση.