WeChat - المسح الضوئي للدردشة
واتساب-مسح للدردشة
محتوى
يواجه أصحاب المنازل الذين قاموا بتركيب أنظمة الطاقة الشمسية أو الطاقة الاحتياطية قبل عقد من الزمن الآن نقطة قرار مألوفة: يقترب بنك بطاريات الرصاص الحمضية من نهاية عمره التشغيلي ويحتاج إلى الاستبدال. وبدلاً من شراء مجموعة أخرى من نفس الكيمياء، يتحول عدد متزايد منها إلى فوسفات حديد الليثيوم، المعروف باسم LiFePO4. هذا التحول ليس مدفوعًا باتجاهات التسويق. يتعلق الأمر بكيفية أداء كل نوع من أنواع البطاريات على مدار سنوات من ركوب الدراجات اليومية، ومقدار السعة القابلة للاستخدام التي توفرها فعليًا، ومقدار الاهتمام الذي تتطلبه.
العمل مع موثوق مورد نظام تخزين الطاقة السكنية أصبحت نقطة انطلاق عملية لأصحاب المنازل لمقارنة المواد الكيميائية، نظرًا لأن تصميم النظام وتوافق العاكس ومواصفات البطارية كلها تحتاج إلى العمل معًا بدلاً من اختيارها بشكل منفصل.
توضح هذه المقالة الاختلافات التقنية بين بطاريات الرصاص الحمضية والليثيوم ذات الدورة العميقة، وما تعنيه هذه الاختلافات في الاستخدام اليومي، وكيفية تقييم الخيار الذي يناسب إعدادًا منزليًا محددًا.
لقد كانت بطاريات الرصاص الحمضية المختومة، بما في ذلك AGM ومتغيرات الهلام، هي الخيار الافتراضي لأنظمة الطاقة خارج الشبكة وأنظمة الطاقة الاحتياطية لعقود من الزمن. يستخدم تصميمها الداخلي ألواح رصاص مغمورة في محلول إلكتروليت، ومغلقة لمنع الانسكاب وتقليل الحاجة إلى إضافة الماء مقارنة ببطاريات حمض الرصاص القديمة المغمورة بالمياه.
نظرًا لأن كيمياء حمض الرصاص تتحلل بشكل أسرع عندما يتم تفريغها بانتظام بأقل من نصف السعة، فإن أصحاب المنازل غالبًا ما يبالغون في حجم بنك البطارية فقط لحماية وقت التشغيل القابل للاستخدام، مما يزيد من المساحة الأولية ومتطلبات التكلفة بما يتجاوز ما يحتاجه الحمل فعليًا.
إن بنك الرصاص الحمضي ذو الحجم المناسب للاستخدام اليومي عند عمق تفريغ يصل إلى 50 بالمائة يوفر بشكل فعال نصف سعته المقدرة على أساس ثابت.
تستخدم بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم كيمياء كاثود مختلفة عن خلايا أيون الليثيوم الموجودة في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية. يتم تقدير LiFePO4 في التخزين الثابت على وجه التحديد بسبب ثباته الحراري ودورته الطويلة بدلاً من كثافة الطاقة القصوى، مما يجعله مناسبًا بشكل أفضل لبنوك البطاريات المنزلية التي تبقى في مكانها لسنوات.
يتم إقران كل حزمة LiFePO4 المستخدمة للتخزين المنزلي بنظام إدارة البطارية، أو BMS، الذي يراقب جهد الخلية الفردية ودرجة الحرارة والتيار في الوقت الفعلي. وهذا ما يسمح للبطارية بتفريغها بشكل أعمق بكثير من حمض الرصاص دون تقصير عمرها، وهو أيضًا ما يمنع الشحن الزائد، والإفراط في التفريغ، والمشكلات الحرارية قبل أن تصبح مصدر قلق للسلامة.
صاحب المنزل يحصل على خلايا من مؤسسة مورد بطارية LiFePO4 ذات الدورة العميقة يمكن توقع عمومًا عمق تفريغ قابل للاستخدام في نطاق 90 إلى 100 بالمائة، نظرًا لأن الكيمياء لا تعاني من نفس التدهور المتسارع الذي يتعرض له حمض الرصاص عند مستويات التفريغ العالية.
بالمقارنة مع كيمياء الليثيوم الأخرى، يتمتع LiFePO4 بعتبة حرارية أعلى، مما يعني أنه يتحمل الشحن الزائد، والإجهاد البدني، ودرجات الحرارة المرتفعة مع هامش أمان أوسع. وهذا هو أحد الأسباب التي جعلته الخيار القياسي للتخزين المنزلي الثابت بدلاً من التطبيقات التي يكون فيها الوزن والحجم هو القيد الأساسي، مثل السيارات الكهربائية.
يلخص الجدول أدناه الاختلافات العملية التي يواجهها أصحاب المنازل عند مقارنة الكيميائيتين في ظل ظروف الاستخدام السكني النموذجي.
| السمة | حمض الرصاص (AGM/جل) | LiFePO4 الليثيوم |
| عمق التفريغ القابل للاستخدام | 40-50 بالمئة | 90-100 بالمائة |
| دورة الحياة النموذجية | 300-600 دورات | 3500-6000 دورة |
| كفاءة ذهابا وإيابا | 75-85 بالمئة | 95-99 بالمائة |
| الوزن للسعة القابلة للاستخدام المكافئة | عالية | ما يقرب من الثلث إلى النصف |
| وقت الشحن | مطلوب بطيء ومتعدد المراحل | سريع، قادر على مرحلة واحدة |
| أداء الطقس البارد | خسارة كبيرة في القدرات | مستقر مع خيارات التدفئة الداخلية |
| الصيانة الروتينية | منتظم | الحد الأدنى |
| عمر الخدمة المتوقع | 3-6 سنوات | 10-15 سنة أو أكثر |
يوضح الرسم البياني أدناه الفجوة في دورة الحياة عند عمق التشغيل النموذجي للتفريغ، وهو العامل الأكبر الذي يدفع تكلفة الاستبدال على المدى الطويل.
تحمل بطاريات الليثيوم سعر شراء أعلى من بطاريات الرصاص الحمضية ذات السعة المقدرة المماثلة. عند تقييم تكلفة اليوم الأول فقط، يبدو حمض الرصاص أرخص. وبعد تقييمها على مدى فترة ملكية مدتها 15 عاما، عادة ما تنعكس النتيجة.
عادة ما يحتاج بنك الرصاص الحمضي المصنف لمدة خدمة تتراوح من 4 إلى 6 سنوات إلى الاستبدال مرتين إلى ثلاث مرات خلال فترة 15 عامًا، ويجب أن تكون السعة القابلة للاستخدام كبيرة الحجم منذ البداية لتتوافق مع حد التفريغ بنسبة 50 بالمائة.
غالبًا ما يتطلب بنك LiFePO4 ذو الحجم المناسب والمصنف لمدة 10-15 عامًا استبدال صفر أو استبدال واحد خلال نفس الفترة، مع تقديم ما يقرب من سعته الكاملة المقدرة في كل دورة.
عندما يتم حساب التكلفة لكل دورة قابلة للاستخدام بدلاً من كل وحدة من السعة الأولية، فإن الليثيوم ينخفض باستمرار، نظرًا لأن الجمع بين التفريغ الأعمق وعمر الخدمة الأطول ينشر التكلفة الأولية الأعلى عبر طاقة أكثر قابلية للاستخدام مع مرور الوقت.
يعد عبء أعمال الصيانة أحد أكثر الاختلافات الملحوظة التي أبلغ عنها أصحاب المنازل بعد تبديل الكيمياء.
ولا يرجع الانخفاض في الصيانة إلى أن بطاريات الليثيوم لا تحتاج إلى صيانة، بل لأن نظام إدارة المباني يقوم بأتمتة مهام المراقبة التي قد يحتاج صاحب المنزل إلى تنفيذها يدويًا على بنك حمض الرصاص.
يجب أن يبدأ الاختيار بين الكيميائيات ببيانات الحمل الفعلية بدلاً من الميزانية وحدها. يوضح التدفق أدناه تسلسل القرار العملي.
| عامل | يفضل حمض الرصاص | تفضل الليثيوم |
| ميزانية محدودة مقدمًا، واستخدام قصير المدى | نعم | لا |
| مساحة التثبيت ضيقة | لا | نعم |
| ركوب الدراجات العميقة المتكررة، والاستخدام اليومي للطاقة الشمسية | لا | نعم |
| تركيب المناخ البارد | لا | نعم |
| الحد الأدنى ongoing maintenance desired | لا | نعم |
عادةً ما يقوم أصحاب المنازل الذين يخططون لاستثمار طويل الأجل في الطاقة الشمسية أو الاحتياطية باستشارة أحد مورد تخزين الطاقة في وقت مبكر من مرحلة التخطيط، لذلك يمكن تقييم حجم البطارية، وإقران العاكس، والدورات اليومية المتوقعة معًا بدلاً من اتخاذ قرارات منفصلة بعد التثبيت.
في معظم الحالات، يمكن تبديل بنك البطارية، ولكن عادةً ما تحتاج إعدادات وحدة التحكم في الشحن والعاكس إلى إعادة التكوين لتتوافق مع معلمات الجهد والشحن LiFePO4، نظرًا لأن ملفات تعريف شحن حمض الرصاص ليست مناسبة لخلايا الليثيوم.
يؤدي تفريغ بطاريات الرصاص الحمضية بشكل ملحوظ أقل بكثير من عتبة 50 بالمائة الموصى بها على أساس منتظم إلى تسريع تدهور اللوحة ويمكن أن يقلل من إجمالي عمر الدورة بشكل كبير مقارنة بالبقاء ضمن النطاق الموصى به.
تتحمل بطاريات LiFePO4 نطاقًا أوسع من درجات الحرارة مقارنة بحمض الرصاص، وتشتمل العديد من الوحدات السكنية على عناصر تسخين داخلية للشحن في الظروف الباردة، على الرغم من أنه لا يزال يتعين تجنب الحرارة الشديدة لأي كيمياء للبطارية.
لا، نظرًا لأن الليثيوم يسمح بعمق تفريغ أعلى بكثير يمكن استخدامه، فإن السعة المقدرة الأصغر يمكن أن توفر نفس الطاقة القابلة للاستخدام مثل بنك أكبر من حمض الرصاص، مما يقلل غالبًا من البصمة المادية اللازمة لنفس الحمل اليومي.
يعد عمر الدورة جنبًا إلى جنب مع عمق التفريغ القابل للاستخدام هو العامل الأساسي، لأنه يحدد عدد المرات التي يحتاج فيها بنك البطارية إلى الاستبدال ومقدار السعة المقدرة التي يمكن استخدامها فعليًا على أساس يومي.