מהן הסכנות של סוללות ליתיום סולאריות לא עקביות?

צפיפות האנרגיה של סוללות ליתיום-יון גבוהה, מסיבות בטיחותיות הנפח הכללי לא יתוכנן גדול מדי, אלא מספר תאי ליתיום ברזל פוספט בודדים יחברו דרך מחברים מוליכים בטור ובמקביל לספק כוח, ויוצרים מודול סוללת ליתיום סולארית, אולם זה מחייב התמודדות עם בעיית עקביות.

חוסר עקביות שלסוללת ליתיום סולאריתפרמטרים כוללים בדרך כלל קיבולת, התנגדות פנימית, חוסר עקביות במתח במעגל פתוח וחוסר עקביות בביצועי תא הסוללה. חוסר עקביות זהה נוצר בתהליך הייצור ויחמיר עוד יותר בתהליך השימוש. כאשר אותה חבילת סוללה בתוך התא, חלשה יותר ויותר, היא תמיד נחלשת יותר ויותר, ומידת פיזור הפרמטרים בין המונומרים לתא עולה, וככל שמתעמקת מידת ההזדקנות גדלה.

קריאה קשורה: מהי עקביות סוללת ליתיום סולארית?

מאמר זה יציג תאים לא עקביים בעת שימוש בטור וביחד, איזה נזק ייגרם לסוללת ליתיום-יון וכיצד עלינו להתמודד עם בעיית סוללות ליתיום סולאריות לא עקביות.

מהן הסכנות של סוללות ליתיום סולאריות לא עקביות?

אובדן קיבולת אחסון של חבילת סוללות ליתיום סולארית

בתכנון של חבילת סוללות ליתיום סולאריות, הקיבולת הכוללת תואמת את "עקרון החבית", הקיבולת של תא הליתיום-ברזל-פוספט הגרוע ביותר קובעת את הקיבולת של חבילת סוללות הליתיום הסולאריות כולה. על מנת למנוע טעינה ופריקה יתר, מערכת ניהול הסוללות תאמץ את ההיגיון הבא:

בעת פריקה: כאשר מתח התא הבודד הנמוך ביותר מגיע למתח ניתוק הפריקה, כל חבילת הסוללה מפסיקה לפרוק;
במהלך טעינה: כאשר המתח הגבוה ביותר נוגע במתח ניתוק הטעינה, הטעינה נעצרת.

בנוסף, כאשר תא סוללה בעל קיבולת קטנה יותר משמש בטור עם תא סוללה בעל קיבולת גדולה יותר, תא הסוללה בעל הקיבולת הקטנה יותר תמיד יהיה פרוק לחלוטין, בעוד שתא הסוללה בעל הקיבולת הגדולה יותר תמיד ישתמש בחלק מהקיבולת שלו, וכתוצאה מכך קיבולת חבילת הסוללות כולה תמיד תהיה חלק מהקיבולת שלה במצב סרק.

חיי אחסון מופחתים של חבילות סוללות ליתיום סולאריות

באופן דומה, תוחלת החיים שלסוללת ליתיום סולאריתתלוי בתא ליתיום ברזל פוספט בעל תוחלת החיים הקצרה ביותר. סביר להניח שהתא בעל תוחלת החיים הקצרה ביותר הוא תא ליתיום ברזל פוספט בעל קיבולת נמוכה. תא LiFePO4 בעל הקיבולת הנמוכה יותר צפוי להיות הראשון להגיע לסוף חייו מכיוון שהוא נטען ומתפרק במלואו בכל פעם. כאשר מרותכים כקבוצה של תאי ליתיום ברזל פוספט בסוף חייה, כל חבילת סוללות הליתיום הסולארית תגיע גם היא לסוף חייה.

עלייה בהתנגדות הפנימית של חבילות סוללות סולאריות

כאשר אותו זרם זורם דרך תאים בעלי התנגדויות פנימיות שונות, תא LiFePO4 בעל התנגדות פנימית גבוהה יותר מייצר יותר חום. זה מוביל לטמפרטורה גבוהה של תא הסולארי, מה שמאיץ את קצב הבלתי נסבל ומגביר עוד יותר את ההתנגדות הפנימית. נוצר זוג של משוב שלילי בין ההתנגדות הפנימית לעליית הטמפרטורה, מה שמאיץ את הבלתי נסבלות של תאים בעלי התנגדות פנימית גבוהה.

שלושת הפרמטרים הנ"ל אינם בלתי תלויים לחלוטין, ולתאים שהתיישנו עמוקות יש התנגדות פנימית גבוהה יותר וירידה משמעותית יותר בקיבולת. למרות שפרמטרים אלה משפיעים זה על זה, הם מסבירים בנפרד את כיוון השפעתם, ועוזרים להבין טוב יותר את הנזק של חוסר עקביות בסוללות ליתיום סולאריות.

כיצד להתמודד עם חוסר עקביות בסוללת ליתיום סולארית?

ניהול תרמי

בתגובה לבעיה שבה תאי ליתיום ברזל פוספט עם התנגדות פנימית לא עקבית מייצרים כמויות חום שונות, ניתן לשלב מערכת ניהול תרמי כדי לווסת את הפרש הטמפרטורה על פני כל חבילת הסוללה כך שהפרש הטמפרטורה יישמר בטווח קטן. בדרך זו, גם אם התא שמייצר יותר חום עדיין חווה עלייה גבוהה בטמפרטורה, הוא לא יתנתק מהתאים האחרים, ורמת הבלאי לא תהיה שונה באופן משמעותי. מערכות ניהול תרמי נפוצות כוללות מערכות מקוררות אוויר ומערכות מקוררות נוזל.

מִיוּן

מטרת המיון היא להפריד בין פרמטרים וקבוצות שונות של תאי סוללות ליתיום ברזל פוספט באמצעות בחירה, גם אם מדובר באותה קבוצה של תאי סוללות ליתיום ברזל פוספט, יש צורך גם לבדוק את הפרמטרים של הריכוז היחסי של תאי סוללות ליתיום ברזל פוספט בחבילת סוללות. שיטות המיון כוללות מיון סטטי ומיון דינמי.

שוויון

עקב חוסר העקביות של תאי ליתיום ברזל פוספט, מתח ההדקים של חלק מהתאים יהיה גבוה יותר מתאים אחרים ויגיע ראשון לסף הבקרה, וכתוצאה מכך הקיבולת של המערכת כולה תהיה קטנה יותר. פונקציית האיזון של מערכת ניהול הסוללות BMS יכולה לפתור בעיה זו בצורה טובה מאוד.

כאשר תא סוללת ליתיום ברזל פוספט מגיע ראשון למתח ניתוק הטעינה, בעוד ששאר מתח תא סוללת ליתיום ברזל פוספט מפגר, ה-BMS יפעיל את פונקציית שוויון הטעינה, או גישה לנגד, כדי לפרוק חלק מההספק של תא סוללת ליתיום ברזל פוספט במתח גבוה, או להעביר את האנרגיה לתא סוללת ליתיום ברזל פוספט במתח נמוך. בדרך זו, מצב ניתוק הטעינה מוסר, תהליך הטעינה מתחיל שוב, וניתן לטעון את חבילת הסוללה עם יותר הספק.