Types et sélection des batteries des systèmes de stockage d'énergie photovoltaïque

Il est prévisible que le marché du stockage de l'énergie est en plein essor. Comme son nom l'indique, le stockage de l'énergie consiste à stocker l'énergie électrique. Pour stocker l'énergie électrique, il faut un support ou un conteneur, et les batteries sont précisément les conteneurs qui stockent l'énergie électrique. En général, deux types de batteries sont principalement utilisés dans les systèmes de stockage d'énergie photovoltaïque, à savoir les batteries au plomb et les batteries au lithium.

Batterie au plomb

Une batterie plomb-acide est un dispositif de stockage d'énergie chimique qui utilise le plomb et le dioxyde de plomb (PbO₂) comme matière active de la cathode et de l'anode de la batterie, et utilise de l'acide sulfurique dilué comme électrolyte. En fait, elle réalise la conversion mutuelle entre l'énergie électrique et l'énergie chimique par le biais de réactions électrochimiques. C'est la source d'énergie chimique préférée pour divers systèmes de stockage d'énergie, les alimentations d'urgence et les dispositifs de démarrage progressif/noir.

Un seul élément de batterie plomb-acide a une tension nominale de 2,0 V, peut être déchargé jusqu'à 1,5 V et peut être chargé jusqu'à 2,4 V. Dans les applications pratiques, 6 cellules sont souvent connectées en série pour former un module de batterie au plomb-acide avec une tension nominale de 12V. Sur la base de 12V, grâce à une mise en série et en parallèle appropriée, la valeur de tension (telle que 48V, 96V) acceptée par le système peut être obtenue pour réaliser un travail de charge et de décharge normal.

Les principaux composants des batteries plomb-acide sont : les pôles de cathode et d'anode, les plaques, les séparateurs, l'électrolyte, les conteneurs, etc. En raison de la grande quantité de solution chimique contenue dans le module de batterie, celui-ci est généralement relativement lourd. Les batteries plomb-acide comprennent principalement les batteries plomb-acide inondées, les batteries plomb-acide sans entretien (pour l'énergie solaire) et les batteries plomb-carbone.

Dans l'utilisation réelle, la proportion de batteries au gel et de batteries au plomb-carbone augmente. Les performances des batteries à gel en matière de surdécharge, d'auto-rétablissement et de charge-décharge à basse température sont meilleures. Grâce à l'ajout de carbone (graphène) dans l'électrolyte, la batterie plomb-carbone empêche la sulfatation de l'anode et résout le problème de la défaillance facile de la batterie, ce qui améliore considérablement la durée de vie de la batterie.

Les modes de charge des batteries plomb-acide sont généralement au nombre de trois : courant constant, tension constante et charge flottante, également connue sous le nom de charge en trois étapes. Le courant de charge est un paramètre très important, dont l'unité est généralement représentée par C. Le courant de charge maximal d'une batterie est clairement indiqué dans les paramètres de spécification de la batterie, généralement 0,1C, 0,2C ou 0,3C. Le meilleur courant de charge pour les batteries plomb-acide sans entretien doit être d'environ 0,1C. Un courant de charge trop élevé ou trop faible affectera la durée de vie de la batterie.

Batterie au lithium

Les piles au lithium sont un type de piles qui utilisent du lithium métal ou des alliages de lithium comme matériaux de cathode ou d'anode et qui utilisent des solutions électrolytiques non aqueuses. Les piles au lithium sont principalement divisées en piles au lithium métal et en piles au lithium ionique. Les batteries au lithium font généralement référence aux batteries lithium-ion, qui sont les batteries les plus répandues dans le monde. meilleures piles rechargeables qui peut prendre en charge la charge et la décharge.

Les batteries lithium-ion utilisent de l'oxyde métallique d'alliage de lithium comme matériau de cathode et du graphite comme matériau d'anode. Le corps principal des batteries lithium-ion pour stocker le lithium est le matériau de l'anode, qui joue un rôle clé dans l'efficacité de la charge et de la décharge de la batterie et dans la durée des cycles.

Les batteries lithium-ion sont principalement divisées en batteries lithium-oxyde de cobalt, batteries lithium-oxyde de manganèse, batteries lithium-oxyde de nickel, batteries lifepo4 et batteries lithium ternaires en fonction des différents matériaux de cathode.

En tenant compte du prix, du coût, des performances, de la sécurité et d'autres facteurs, les systèmes de stockage d'énergie utilisent de plus en plus de batteries au phosphate de fer-lithium. Les batteries au phosphate de fer-lithium sont généralement considérées comme ne contenant pas de métaux lourds ni de métaux rares, et sont des batteries non toxiques, non polluantes, vertes et respectueuses de l'environnement.

Il utilise le phosphate de fer lithié (LiFePO4) comme matériau de cathode, le carbone comme matériau d'anode, la tension nominale du monomère est de 3,2V, et la tension de coupure de charge est d'environ 3,6V~3,65V. La tension et la capacité requises peuvent être obtenues en série et en parallèle.

L'application des piles au lithium devrait également inclure le système de gestion de la batterie (BMS), c'est-à-dire le système de gestion de la batterie. Un système BMS comprend généralement une unité centrale de contrôle, une unité d'acquisition, une unité d'affichage, une unité d'enregistrement des données et une unité d'expansion externe.

Sélection des batteries de stockage d'énergie photovoltaïque

De nombreux clients ne savent toujours pas comment choisir une batterie de stockage de l'énergie photovoltaïque adaptée à la conception du système.

Batterie au plomb ou au lithium

Tout d'abord, les batteries représentent une part importante des systèmes de stockage d'énergie. Pour les onduleurs de stockage d'énergie qui prennent en charge à la fois les batteries au plomb et les batteries au lithium, le choix dépend de la volonté d'investissement, du type de projet, de l'emplacement du projet et des exigences en matière d'assurance qualité.

La densité énergétique des batteries au lithium est plus élevée, environ 6 à 7 fois celle des batteries au plomb, elles sont plus petites et plus légères et ont une longue durée de vie, qui est de 1,5 à 5 fois celle des batteries au plomb. Par conséquent, les batteries généralement garanties par les fabricants de machines de stockage d'énergie sont des batteries au lithium. Toutefois, les performances des batteries au lithium sont relativement médiocres à basse température et leur prix est relativement élevé.

Sélection de la capacité

Deuxièmement, la sélection de la capacité de la batterie est principalement déterminée en fonction des besoins de l'utilisateur en matière de stockage d'énergie et, parallèlement, la capacité du système doit être prise en considération.

Par exemple, un utilisateur a besoin de stocker 30 kWh/jour d'électricité. Il a installé un système de stockage d'énergie hors réseau de 3 kW et il n'y a pas de complément d'alimentation électrique, de sorte qu'il faudra au moins deux jours pour que sa batterie soit complètement chargée. Il faudra donc au moins deux jours pour que sa batterie soit complètement chargée. Il se peut qu'elle ne soit pas pleine pendant une longue période pendant la saison des pluies continues.

Dans ce cas, il est nécessaire de prendre en compte les contraintes des différents facteurs au stade de la conception du système, d'augmenter la capacité d'installation des modules photovoltaïques et d'accroître la capacité de production de l'équipement de contrôle du stockage de l'énergie.

En ce qui concerne les batteries au lithium, vous pouvez généralement choisir directement en fonction de la capacité d'un seul PACK, par exemple un pack de batteries avec un seul PACK de 2,56KWh, 2 packs sont de 5,12KWh, et 10 packs sont de 25,6KWh.

Batterie haute tension ou batterie basse tension

Il existe des séries d'onduleurs de stockage d'énergie à haute tension (HV) et à basse tension (LV). En conséquence, les batteries sont divisées en batterie haute tension et une batterie basse tension. En général, une machine de stockage d'énergie à sortie monophasée est associée à une batterie basse tension, et la tension terminale est d'environ 48V~52V.

A ce moment, si une batterie au plomb est utilisée, quatre 12V peuvent être connectés en série pour atteindre 48V. Si l'on utilise une batterie au lithium, on peut directement choisir un bloc-batterie d'une tension de 48V. La machine de stockage d'énergie triphasée intégrée au réseau et hors réseau (hybride) peut être utilisée avec une batterie haute tension, et la tension est d'environ 100V~550V. Un appareil tout-en-un plus puissant a une tension de batterie plus élevée.

Conclusion

D'après le contenu ci-dessus, nous pouvons constater que les batteries au plomb et les batteries au lithium ont leurs propres avantages et inconvénients. D'une manière générale, les piles au lithium sont relativement haut de gamme, mais leur prix est également élevé. Actuellement, elles sont plus largement utilisées sur les marchés européen, américain et australien.

La tendance est aux nouvelles énergies, et l'énorme demande du marché deviendra une force motrice inépuisable pour le développement rapide de la technologie. On pense que le marché sera remplacement des piles au lithium par des piles au plomb et le prix des batteries au lithium atteindra la fourchette acceptée par le public dans un avenir proche, et de nombreux domaines tels que les véhicules électriques, les systèmes de stockage de l'énergie photovoltaïque et les alimentations portables en bénéficieront.