SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR TODO EN UN DKSESS DE 100 KW HÍBRIDO/FÓRIDO

Comparación de baterías en sistemas de almacenamento de enerxía
O almacenamento de enerxía de tipo batería é o almacenamento de enerxía química. Pódese dividir en baterías de chumbo-ácido, baterías de litio, baterías de níquel-hidróxeno, baterías de fluxo líquido (baterías de vanadio), baterías de sodio-xofre, baterías de chumbo-carbono, etc. segundo o tipo de batería escollido.

1. Batería de chumbo-ácido
As baterías de chumbo-ácido inclúen as coloides e as líquidas (as chamadas baterías de chumbo-ácido ordinarias). Estes dous tipos de baterías úsanse segundo as diferentes rexións. A batería coloide ten unha forte resistencia ao frío e a súa eficiencia enerxética de funcionamento é moito mellor que a da batería líquida cando a temperatura é inferior a 15 °C, e o seu rendemento de illamento térmico é excelente.

A batería de chumbo-ácido coloidal é unha mellora da batería de chumbo-ácido común con electrolito líquido. O electrolito coloidal úsase para substituír o electrolito de ácido sulfúrico, que é mellor que a batería común en termos de seguridade, capacidade de almacenamento, rendemento de descarga e vida útil. A batería de chumbo-ácido coloidal adopta electrolitos de xel e non hai líquido libre no seu interior. No mesmo volume, o electrolito ten gran capacidade, gran capacidade calorífica e forte capacidade de disipación de calor, o que pode evitar o fenómeno de fuga térmica das baterías xerais; A corrosión da placa de eléctrodos é débil debido á baixa concentración de electrolitos; A concentración é uniforme e non hai estratificación de electrolitos.

Unha batería de chumbo-ácido ordinaria é un tipo de batería cuxo eléctrodo está feito principalmente de chumbo e o seu óxido, e o electrolito é unha solución de ácido sulfúrico. No estado de descarga da batería de chumbo-ácido, o compoñente principal do eléctrodo positivo é o dióxido de chumbo e o compoñente principal do eléctrodo negativo é o chumbo; no estado de carga, os compoñentes principais dos eléctrodos positivo e negativo son sulfato de chumbo. A tensión nominal dunha batería de chumbo-ácido dunha soa cela é de 2,0 V, que se pode descargar a 1,5 V e cargar a 2,4 V; Na aplicación, adoitan usarse seis baterías de chumbo-ácido dunha soa cela en serie para formar unha batería de chumbo-ácido nominal de 12 V, así como 24 V, 36 V, 48 V, etc.

As súas vantaxes inclúen principalmente: selado seguro, sistema de liberación de aire, mantemento sinxelo, longa vida útil, calidade estable, alta fiabilidade e libre de mantemento; A desvantaxe é que a contaminación por chumbo é grande e a densidade de enerxía é baixa (é dicir, demasiado pesada).

2. Batería de litio
Unha "batería de litio" é un tipo de batería con litio metálico ou aliaxe de litio como material catódico e unha solución electrolítica non acuosa. Divídese en dúas categorías: batería de litio metálico e batería de ións de litio.

As baterías de metal litio xeralmente usan dióxido de manganeso como material catódico, litio metálico ou a súa aliaxe metálica como material catódico e usan unha solución electrolítica non acuosa. As baterías de ións de litio xeralmente usan óxidos metálicos de aliaxe de litio como materiais catódicos, grafito como materiais catódicos e electrolitos non acuosos. As baterías de ións de litio non conteñen litio metálico e pódense recargar. A batería de litio que usamos no almacenamento de enerxía é unha batería de ións de litio, denominada "batería de litio".

As baterías de litio empregadas no sistema de almacenamento de enerxía inclúen principalmente: baterías de fosfato de ferro-litio, baterías de litio ternarias e baterías de manganato de litio. As baterías individuais teñen alta tensión, amplo rango de temperatura de funcionamento, alta enerxía e eficiencia específicas e baixa taxa de autodescarga. A seguridade e a vida útil pódense mellorar mediante o uso de circuítos de protección e ecualización. Polo tanto, tendo en conta as vantaxes e desvantaxes de varias baterías, as baterías de litio convertéronse na primeira opción para as centrais eléctricas de almacenamento de enerxía debido á súa cadea industrial relativamente madura, seguridade, fiabilidade e respecto polo medio ambiente.

As súas principais vantaxes son: longa vida útil, alta densidade de enerxía de almacenamento, peso lixeiro e forte adaptabilidade; as desvantaxes son pouca seguridade, fácil explosión, alto custo e condicións de uso limitadas.

Fosfato de ferro e litio
Unha batería de fosfato de litio e ferro refírese á batería de ións de litio que emprega fosfato de litio e ferro como material catódico. Os materiais catódicos das baterías de ións de litio inclúen principalmente cobalato de litio, manganato de litio, óxido de níquel e litio, materiais ternarios, fosfato de litio e ferro, etc. O cobalato de litio é o material catódico que empregan a maioría das baterías de ións de litio.

O fosfato de litio-ferro como material para baterías de enerxía de litio só apareceu nos últimos anos. Foi en 2005 cando se desenvolveu na China unha batería de fosfato de litio-ferro de gran capacidade. O seu rendemento de seguridade e o seu ciclo de vida son incomparables con outros materiais. O ciclo de vida da carga e descarga de 1C alcanza as 2000 veces. A tensión de sobrecarga dunha soa batería é de 30 V, o que non se queimará nin se perforará, non explotará. As baterías de ións de litio con gran capacidade feitas de materiais catódicos de fosfato de litio-ferro son máis fáciles de usar en serie para satisfacer as necesidades de carga e descarga frecuentes dos vehículos eléctricos.

O fosfato de litio e ferro non é tóxico, non contamina, é seguro, ten unha ampla gama de materias primas de orixe, é barato, ten unha longa vida útil e ofrece outras vantaxes. É un material catódico ideal para as baterías de ións de litio de nova xeración. As baterías de fosfato de litio e ferro tamén teñen as súas desvantaxes. Por exemplo, a densidade de compactación do material catódico de fosfato de litio e ferro é pequena e o volume das baterías de fosfato de litio e ferro con igual capacidade é maior que o das baterías de ións de litio como o cobalato de litio, polo que non ten vantaxes nas microbaterías.

Debido ás características inherentes do fosfato de ferro e litio, o seu rendemento a baixa temperatura é inferior ao doutros materiais catódicos como o manganato de litio. En xeral, para unha soa cela (teña en conta que é unha soa cela en lugar dunha batería), o rendemento medido a baixa temperatura da batería pode ser lixeiramente superior.

Isto está relacionado coas condicións de disipación da calor), a súa taxa de retención de capacidade é de aproximadamente 60~70 % a 0 ℃, 40~55 % a -10 ℃ e 20~40 % a -20 ℃. Obviamente, este rendemento a baixa temperatura non pode cumprir os requisitos de uso da fonte de alimentación. Na actualidade, algúns fabricantes melloraron o rendemento a baixa temperatura do fosfato de ferro e litio mellorando o sistema electrolítico, a fórmula do eléctrodo positivo, o rendemento do material e o deseño da estrutura da cela.

Batería de litio ternaria
Unha batería de litio polímero ternario refírese á batería de litio cuxo material de cátodo é manganato de litio níquel cobalto (Li(NiCoMn)O2). O material de cátodo composto ternario está feito de sal de níquel, sal de cobalto e sal de manganeso como materias primas. A proporción de níquel, cobalto e manganeso na batería de litio polímero ternario pódese axustar segundo as necesidades reais. A batería con material ternario como cátodo ten unha alta seguridade en comparación coa batería de litio cobalto, pero a súa voltaxe é demasiado baixa.

As súas principais vantaxes son: bo rendemento do ciclo; a desvantaxe é que o uso é limitado. Non obstante, debido ao endurecemento das políticas nacionais sobre as baterías de litio ternarias, o desenvolvemento das baterías de litio ternarias tende a diminuír.

Batería de manganato de litio
A batería de manganato de litio é un dos materiais catódicos de ións de litio máis prometedores. En comparación cos materiais catódicos tradicionais como o cobalato de litio, o manganato de litio ten as vantaxes de ser rico en recursos, baixo custo, ausencia de contaminación, boa seguridade, bo rendemento multiplicador, etc. É un material catódico ideal para baterías de enerxía. Non obstante, o seu baixo rendemento de ciclo e a súa estabilidade electroquímica limitan en gran medida a súa industrialización. O manganato de litio inclúe principalmente manganato de litio de espinela e manganato de litio en capas. O manganato de litio de espinela ten unha estrutura estable e é doado de realizar na produción industrial. Os produtos actuais do mercado teñen todos esta estrutura. O manganato de litio de espinela pertence ao sistema cristalino cúbico, grupo espacial Fd3m, e a capacidade específica teórica é de 148 mAh/g. Debido á estrutura de túnel tridimensional, os ións de litio poden ser desintegrados reversiblemente da rede de espinela sen causar o colapso da estrutura, polo que ten un excelente rendemento de ampliación e estabilidade.

3. Batería de NiMH
A batería de NiMH é un tipo de batería con bo rendemento. A substancia activa positiva da batería de níquel-hidróxeno é o Ni(OH)2 (chamado eléctrodo de NiO), a substancia activa negativa é o hidruro metálico, tamén chamado aliaxe de almacenamento de hidróxeno (chamada eléctrodo de almacenamento de hidróxeno), e o electrolito é unha solución de hidróxido de potasio de 6 mol/L.

As baterías de níquel e hidruro metálico divídense en baterías de níquel e hidruro metálico de alta tensión e baterías de níquel e hidruro metálico de baixa tensión.

As baterías de níquel e hidruro metálico de baixa tensión teñen as seguintes características: (1) A tensión da batería é de 1,2~1,3 V, o que equivale á batería de níquel cadmio; (2) Alta densidade de enerxía, máis de 1,5 veces superior á dunha batería de níquel cadmio; (3) Carga e descarga rápidas, bo rendemento a baixas temperaturas; (4) Selable, forte resistencia á sobrecarga e á descarga; (5) Sen xeración de cristais dendríticos, o que pode evitar curtocircuítos na batería; (6) Segura e fiable, sen contaminación para o medio ambiente, sen efecto memoria, etc.

A batería de níquel-hidróxeno de alta tensión ten as seguintes características: (1) Gran fiabilidade. Ten unha boa protección contra sobredescargas e sobrecargas, pode soportar unha alta taxa de descarga de carga e non ten formación de dendritas. Ten boas propiedades específicas. A súa capacidade de masa específica é de 60 A · h/kg, que é 5 veces maior que a da batería de níquel-cadmio. (2) Longa vida útil, ata miles de veces. (3) Totalmente selada, menos mantemento. (4) O rendemento a baixa temperatura é excelente e a capacidade non cambia significativamente a -10 ℃.

As principais vantaxes das baterías de NiMH son: alta densidade de enerxía, velocidade de carga e descarga rápidas, peso lixeiro, longa vida útil e ausencia de contaminación ambiental; as desvantaxes son un lixeiro efecto de memoria, máis problemas de xestión e facilidade para formar un único separador de baterías fundido.

4. Célula de fluxo
A batería de fluxo líquido é un novo tipo de batería. A batería de fluxo líquido é unha batería de alto rendemento que usa electrolitos positivos e negativos para separar e circular por separado. Ten as características de alta capacidade, amplo campo de aplicación (ambiente) e longa vida útil. É un novo produto enerxético na actualidade.

A batería de fluxo líquido úsase xeralmente no sistema de central eléctrica de almacenamento de enerxía, que consta dunha unidade de apilado, unha solución de electrolitos e unha unidade de almacenamento e subministración de solución de electrolitos, unha unidade de control e xestión, etc. O núcleo está composto por unha pila (a pila está composta por ducias de celas para a reacción de oxidación-redución) e unha única cela para cargar e descargar segundo requisitos específicos en serie, e a súa estrutura é similar á dunha pila de pilas de combustible.

A batería de fluxo de vanadio é un novo tipo de almacenamento de enerxía e equipamento de almacenamento de enerxía. Non só se pode usar como dispositivo de almacenamento de enerxía de apoio para procesos de xeración de enerxía solar e eólica, senón que tamén se pode usar para o aforro de picos da rede eléctrica para mellorar a estabilidade da rede eléctrica e garantir a seguridade da rede eléctrica. As súas principais vantaxes son: deseño flexible, longa vida útil, tempos de resposta rápidos e ausencia de emisións nocivas; a desvantaxe é que a densidade de enerxía varía moito.

5. Batería de sodio e xofre
A batería de sodio e xofre está composta por un polo positivo, un polo negativo, un electrolito, un diafragma e unha carcasa. A diferenza das baterías secundarias ordinarias (baterías de chumbo-ácido, baterías de níquel-cadmio, etc.), a batería de sodio e xofre está composta por un eléctrodo fundido e un electrolito sólido. A substancia activa do polo negativo é o sodio metálico fundido e a substancia activa do polo positivo é o xofre líquido e o polisulfuro de sodio fundido. A batería secundaria ten sodio metálico como eléctrodo negativo, xofre como eléctrodo positivo e tubo cerámico como separador de electrolitos. Baixo un certo grao de funcionamento, os ións de sodio poden reaccionar reversiblemente co xofre a través da membrana electrolítica para formar liberación e almacenamento de enerxía.

Como novo tipo de fonte de enerxía química, este tipo de batería desenvolveuse moito desde a súa creación. A batería de xofre e sodio é de pequeno tamaño, gran capacidade, longa vida útil e alta eficiencia. Úsase amplamente no almacenamento de enerxía eléctrica, como o axuste de picos e o recheo de vales, a subministración de enerxía de emerxencia e a xeración de enerxía eólica.

As súas principais vantaxes son as seguintes: 1) Ten unha maior enerxía específica (é dicir, a enerxía eléctrica efectiva por unidade de masa ou unidade de volume da batería). A súa enerxía específica teórica é de 760 Wh/kg, que en realidade superou os 150 Wh/kg, 3-4 veces a da batería de chumbo-ácido. 2) Ao mesmo tempo, pode descargarse con gran corrente e alta potencia. A súa densidade de corrente de descarga pode alcanzar xeralmente os 200-300 mA/cm2 e pode liberar 3 veces a súa enerxía inherente nun instante; 3) Alta eficiencia de carga e descarga.

A batería de xofre e sodio tamén ten deficiencias. A súa temperatura de funcionamento é de 300-350 ℃, polo que a batería necesita ser quentada e mantida quente durante o funcionamento. Non obstante, este problema pódese resolver eficazmente mediante o uso de tecnoloxía de illamento térmico ao baleiro de alto rendemento.

6. Batería de chumbo-carbono
A batería de chumbo-carbono é un tipo de batería de chumbo-ácido capacitiva, que é unha tecnoloxía evolucionada da batería de chumbo-ácido tradicional. Pode mellorar significativamente a vida útil da batería de chumbo-ácido engadindo carbón activo ao polo negativo da batería.

A batería de chumbo-carbono é un novo tipo de superbatería que combina a batería de chumbo-ácido e o supercondensador: non só aproveita as vantaxes da carga instantánea de gran capacidade do supercondensador, senón que tamén aproveita a vantaxe enerxética específica da batería de chumbo-ácido e ten un moi bo rendemento de carga e descarga: pódese cargar completamente en 90 minutos (se a batería de chumbo-ácido se carga e descarga deste xeito, a súa vida útil é inferior a 30 veces). Ademais, debido á adición de carbono (grafeno), evítase o fenómeno de sulfatación do eléctrodo negativo, o que mellora o factor de fallo da batería no pasado e prolonga a vida útil da batería.

A batería de chumbo-carbono é unha mestura de supercondensador asimétrico e batería de chumbo-ácido en forma de conexión paralela interna. Como novo tipo de superbatería, a batería de chumbo-carbono é unha combinación das tecnoloxías de batería de chumbo-ácido e supercondensador. É unha batería de almacenamento de enerxía de dobre función con características capacitivas e de batería. Polo tanto, non só aproveita ao máximo as vantaxes da carga instantánea de enerxía do supercondensador con gran capacidade, senón que tamén aproveita ao máximo as vantaxes enerxéticas das baterías de chumbo-ácido, que se poden cargar completamente nunha hora. Ten un bo rendemento de carga e descarga. Debido ao uso da tecnoloxía de chumbo-carbono, o rendemento da batería de chumbo-carbono é moi superior ao da batería de chumbo-ácido tradicional, que se pode usar en vehículos de nova enerxía, como vehículos eléctricos híbridos, bicicletas eléctricas e outros campos; Tamén se pode usar no campo do novo almacenamento de enerxía, como a xeración de enerxía eólica e o almacenamento de enerxía.