Combinarea bateriilor plumb-acid cu baterii cu fosfat de fier litiu (LiFePO4) în sistemele de stocare a energiei solare permite o soluție hibridă de stocare. Această abordare valorifică durata de viață superioară a bateriilor cu litiu, utilizând în același timp rentabilitatea bateriilor cu plumb-acid ca tampon. Cu toate acestea, introduce o complexitate crescută a sistemului și riscuri potențiale de siguranță.
Design de configurare
1. Conexiune electrică
• Conexiune paralelă izolată cu diode: bornele pozitive ale ambelor bănci de baterii sunt conectate la diode înainte de a fi conectate în paralel la ieșirea controlerului. Acest lucru previne încărcarea încrucișată (unde rezistența internă mai scăzută a bateriilor cu plumb-acid le-ar putea face să atragă curent din bateriile cu litiu) și alimentarea inversă (unde o baterie cu tensiune mai mare s-ar putea descărca într-una cu tensiune mai mică).
• Gestionare independentă a controlerului: Un regulator de încărcare solar cu două ieșiri (cum ar fi un model MPPT cu două canale) ar trebui utilizat pentru a aplica algoritmi de încărcare specifici fiecărui tip de baterie - curent constant/tensiune constantă/încărcare flotantă pentru plumb-acid și curent constant/tensiune constantă pentru litiu.
2. Raportul de capacitate
• Un raport tipic între capacitatea plumb-acid și litiu (în Ah) este de 1:2 până la 1:3. De exemplu:
- 100Ah plumb-acid (cu o capacitate efectivă de utilizare de 30–50Ah) asociat cu 200Ah LiFePO4 (cu o capacitate efectivă de utilizare de 160–180Ah).
• Bateriile cu litiu se ocupă de sarcina ciclică primară (cicluri zilnice de încărcare/descărcare), în timp ce bateriile cu plumb-acid servesc ca un tampon sau de rezervă (adresează sarcinile de vârf pe termen scurt sau furnizează energie de urgență dacă sistemul de protecție al bateriei cu litiu declanșează o întrerupere).
3. Strategia de control
• Descărcare cu prioritate litiu: Controlerul este configurat să acorde prioritate consumului de energie din bateriile cu litiu. Odată ce tensiunea scade la un anumit prag de protecție (de exemplu, 12,8 V), sistemul trece la bateriile plumb-acid.
• Gestionarea încărcării în etape: Intrarea solară este direcționată mai întâi către bateriile cu litiu pentru încărcare rapidă; odată ce sunt complet încărcate, sistemul trece la încărcarea bateriilor cu plumb-acid. În perioadele de lumină solară scăzută, bateriile cu plumb-acid pot face față încărcării neîntrerupte.
Parametri cheie de implementare
• Potrivirea tensiunii: Ambele bănci de baterii trebuie să împartă aceeași tensiune nominală (de exemplu, ambele sisteme de 12 V sau 24 V), cu o diferență de tensiune statică mai mică sau egală cu 0,2 V. • Parametri de protecție:
- Litiu Fier Fosfat (LiFePO4): Protecție la supraîncărcare Mai mare sau egală cu 14,6V; protecţie la supradescărcare Mai mică sau egală cu 10,0 V (pentru sisteme de 12 V).
- Baterii plumb-acid: Tensiune de încărcare flotant 13,8V; tensiune de încărcare de egalizare 14,4V (pentru baterii cu gel de 12V).
• Compensarea temperaturii: bateriile cu plumb necesită ajustări ale tensiunii de încărcare în funcție de temperatura mediului ambiant (-3mV/grad/2V); bateriile cu litiu nu necesită o astfel de compensare.
Riscuri și limitări
• Riscuri de siguranță: conectarea directă în paralel poate duce la evadarea termică (de exemplu, gazele eliberate de bateriile cu plumb-acid care reacţionează cu scânteile de la bateriile cu litiu); izolarea prin diode sau relee este obligatorie.
• Pierdere de eficiență: căderea de tensiune între diode (0,4–0,7 V) are ca rezultat o pierdere de energie de 5–8%.
• Complexitatea managementului: necesită un controler hibrid specializat (cum ar fi Victron MultiPlus-II), crescând costurile cu 30–40%.
Scenarii aplicabile
• Modernizarea sistemelor existente: Adăugarea de baterii cu litiu pentru a extinde capacitatea sistemelor vechi de plumb-acid, reducând astfel costul înlocuirii întregului sistem.
• Încărcări foarte fluctuante: în scenariile care implică curenți instantanei mari, cum ar fi stațiile de încărcare pentru vehicule electrice (EV), bateriile cu litiu pot face față sarcinilor cu impulsuri, în timp ce bateriile cu plumb-acid gestionează sarcina de bază.
• Medii cu temperatură scăzută: La temperaturi sub -20 grade, bateriile cu plumb-acid (gel) pot fi mai ușor de utilizat decât bateriile cu litiu (care necesită încălzire); o configurație hibridă poate fi avantajoasă aici.
Notă: Standardele tehnice actuale se referă la documentul din 2023 al Ministerului Industriei și Tehnologiei Informației (MIIT) „Cerințe de siguranță pentru bateriile utilizate în sistemele de stocare a energiei fotovoltaice” (GB/T 36276-2023) și standardul industriei telecomunicațiilor YD/T 2344.1-2022.