Какви функции за безопасност трябва да има батерията за съхранение на слънчева енергия?

Предотвратяване на топлинен разгон и проект за пожаробезопасност

Как възниква топлинният разгон в батерии за съхранение на слънчева енергия с литиеви йони

Когато се случи термичен разгръщан в батерии за соларно съхранение с литиеви йони, това обикновено започва от проблеми в самите клетки, повреди от външни източници или просто от нормалното износване по време на експлоатация. Веднъж щом температурата надвиши около 80 °C (което е приблизително 176 °F), електролитът се разлага и отделя запалими газове заедно с още повече топлина, предизвиквайки т.нар. верижна реакция, която продължава самостоятелно. В места, където големи количества такива батерии са плътно подредени, топлината се разпространява бързо към съседните клетки, понякога повишавайки температурата над 400 °C (или приблизително 752 °F) само за секунди. Най-често тези инциденти се дължат на вътрешни къси съединения. Такива къси съединения обикновено се причиняват от растящи дендрити вътре в батерията или от дефекти, възникнали по време на производството. Според наличните данни подобни проблеми са причина за около седем от десет случаи на термично разгръщан. За да се спре този опасен процес, производителите трябва да внедрят определени мерки за безопасност, като например сепаратори, които не горят, специални добавки в електролита, устойчиви на пламъци, и бариери от епоксидна смола, които помагат да се ограничи разпространението на топлината между отделните клетки.

Изпитване според UL 9540A и мерки за ограничаване на разпространението на пожар при инсталации на батерии за съхранение на енергия от слънчеви източници

Получаването на сертификат UL 9540A означава извършване на обширни изпитания за горене, които анализират разпространението на термичен разпад в търговските системи за съхранение на енергия от слънчеви батерии. Процесът на изпитание създава сценарии, които имитират най-тежките възможни откази — например пробиване на батериите с остър предмет или прекомерно зареждане. Тези изпитания проверяват такива параметри като скоростта на натрупване на топлина, видовете отделяни газове и възможността за прехвърляне на пламъка от един модул към друг. Батерийните системи, които отговарят на този стандарт, са оснащени с вградени функции за безопасност, включително специални огнеустойчиви корпуси около всеки модул, клапани за безопасно изпускане на нарастващото налягане и термоизолационни бариери, които предотвратяват разпространението на топлината между отделните модули. Независимите изпитания показват, че повечето от сертифицираните системи успяват да ограничат опасните термични събития в рамките само на един модул приблизително в 99 от 100 случая. При инсталиране на тези батерии в закрити помещения или в стеснени пространства, където разстоянието между отделните единици е ограничено, използването на оборудване, сертифицирано според UL 9540A, е оправдано както от гледна точка на регулаторните изисквания, така и поради реалното намаляване на рисковете в практиката. Много управители на съоръжения са съобщили за намаляване на инцидентите след преминаването към тези по-безопасни системи.

Интелигентна електрическа защита чрез система за управление на батерията (BMS)

Ключови функции на BMS: прекомерно зареждане, прекомерно разреждане, късо съединение и мониторинг на изолацията

Системата за управление на батерии (BMS) действа като мозък за батериите за соларно съхранение с литиеви йони, като управлява четири ключови функции за безопасност, които осигуряват гладкото им функциониране. Когато батерията се зареди прекалено много, BMS спира процеса при около 3,65 волта на клетка, тъй като преминаването над тази стойност може да предизвика опасно литиево плакиране, което може да доведе до проблеми с прегряване. От друга страна, ако батерията се разреди под около 2,5 волта на клетка, системата отново се задейства, за да спре по-нататъшното изтощаване, тъй като това може да повреди вътрешните компоненти и да намали завинаги живота на батерията. При късо съединение реакцията настъпва почти мигновено, когато токът нарасне над три пъти нормалното ниво, като се използват специални превключватели за безопасно прекъсване на електрическата мощност. Системата също постоянно проверява съпротивлението на изолацията между активните части и металния корпус, търсейки всякакво намаляване под 100 ома на волт, което сигнализира ранни признаци на износване. Полеви доклади от както големи, така и домашни инсталации в САЩ показват, че тези многопластови защитни мерки са намалили електрическите инциденти с приблизително две трети през последните години.

Отчитане в реално време на SOC/SOH и прогнозирана реакция при неизправности за батерии за съхранение на слънчева енергия

Най-добрите днес системи за управление на батерии комбинират техниките за броене на кулони с филтри на Калман, за да поддържат точността на SOC около плюс или минус 3%. Едновременно с това те проследяват SOH, като наблюдават колко капацитет се губи с времето. Тази комбинация предоставя на операторите два нива информация, които помагат да се предвидят проблеми, преди да възникнат. Когато отделните клетки започнат да показват разлика в напрежението над 50 миливолта или когато има температурна разлика между модулите, по-голяма от 4 °C, системата намалява скоростта на зареждане и изпраща предупреждения за необходимото обслужване. Тези подробни диагностични проверки предотвратяват натрупването на малки неизправности с течение на времето, което всъщност може да удължи живота на батерията приблизително с 40 % спрямо по-старите системи, които не осъществяват активен мониторинг. По-новите версии стават още по-умни, като използват данни за предишната производителност, за да прогнозират кога батериите може да достигнат края на своя експлоатационен живот приблизително три месеца предварително. Такава прогноза помага на инсталаторите на слънчеви системи по-добре да планират замяната, вместо да чакат нещо напълно да се повреди.

Задължителни регулаторни сертификати за батерии за съхранение на енергия от слънчеви източници

Съответствието с международните сертификати за безопасност е непременно условие за инсталиране на батерии за съхранение на енергия от слънчеви източници в жилищни и търговски сгради. Тези стандарти намаляват риска от пожар, гарантират надеждността на експлоатацията и са предварително условие за свързване към електрическата мрежа на електроразпределителната компания, получаване на разрешения и осигуряване.

Стандарти за безопасност на ниво клетка и блок: UL 1642, IEC 62619 и UN 38.3

Сертификатите на ниво компонент потвърждават основната безопасност преди интеграцията в системата:

• UL 1642 подлагат литиевите клетки на екстремни условия на злоупотреба, включително принудително късо съединение, прекомерно зареждане и тестове за притискане, за да се провери структурната и термичната им цялост.
• IEC 62619 установява изисквания за безопасност за промишлени литиеви батерии и задължава устойчивост към механични напрежения, термично натоварване и аномално зареждане.
• UN 38.3 сертифицира безопасната транспортиране, като изисква тестове за симулация на височина, вибрации, удар и термично циклиране, за да се предотврати изтичане или термични събития по време на превоз.
  Производителите трябва да докажат съответствие с всички три изисквания, преди да преминат към оценка на системно ниво.

Съответствие на системно ниво: UL 9540, NFPA 855 и изисквания за безопасност при връзка с електрическата мрежа (IEEE 1547, NFPA 585)

Интеграцията на цялата система изисква спазване на взаимосвързани рамки за безопасност:

• UL 9540 оценява интегрираното разпространение на пожар, електрическата безопасност и термичното управление при симулирани условия на топлинен разгръд.
• NFPA 855 регулира изискванията за физическа инсталация, включително минимални разстояния, вентилация, пожарогасителни системи и изисквания за евакуация, за ограничаване на разпространението на пожара и улесняване на извънредните мерки.
• Стандартите за връзка с електрическата мрежа, като например IEEE 1547 (за устойчивост при отклонения в напрежението/честотата и противодействие на островната работа) и NFPA 585 (за бързо изключване и откриване на дъгови повреди) осигуряват безопасно изключване при повреди.
  През 2024 г. 37 щата в САЩ са включили NFPA 855 в своите електротехнически нормативи, което прави стандарта де-факто задължителен за получаване на разрешение.

Подобрявания в подбора на материали и проактивния мониторинг

Защо литий-железо-фосфатните (LFP) аккумулатори са предпочитаната химическа система за по-безопасно съхранение на енергия от слънчеви панели

LFP, съкращение от литиево-железо-фосфат, е станал първият избор за повечето решения за съхранение на слънчева енергия поради изключителната си термична стабилност. Това, което прави този материал особен, е неговата уникална оливинова кристална структура, която практически предотвратява отделянето на кислород дори при много високи температури. Това означава, че батериите LFP са значително по-безопасни в сравнение с тези, изработени от никел или кобалт, които имат по-висок риск от самовъзпламеняване. Според реални полеви доклади инсталациите, използващи технологията LFP, имат около 60 % по-малко инциденти, свързани с пожари. Има и множество други предимства. Тези батерии издържат много повече цикли на зареждане и разреждане преди износване, поддържат напрежението си сравнително добре с течение на времето и работят надеждно дори при доста високи температури — до около 55 °C. Такава термична устойчивост е от голямо значение за слънчеви инсталации на покриви или на открито, където високата температура може да представлява проблем.

Дистанционно термично визуализиране, аномалия-детекция, водена от изкуствен интелект, и автоматизирани известявания

Превентивният мониторинг добавя критичен защитен слой, извън контрола на хардуера и системата за управление на батерията (BMS):

• Инфрачервено термално изображение осигурява непрекъснато, безконтактно картиране на повърхностната температура, за да се идентифицират горещи точки преди тяхното ескалиране.
• Анализ въз основа на изкуствен интелект корелира отклонения в напрежението, промени в импеданса и термични тенденции между модулите, за да се открият аномалии, които остават незабелязани от аларми, базирани на фиксирани прагове.
• Автоматизирано известяване предоставя уведомления за техниците заедно с контекстуална диагностика, което позволява намеса преди незначителните отклонения да се превърнат в откази.
  Този подход намалява неплануваната простойност с 34 % в парковете за соларно натрупване на енергия и значително намалява зависимостта от графиците за реагиращо поддръжане, което укрепва дългосрочната безопасност и надеждност.

ЧЗВ

• Какви са причините за термичен разгон в литиево-йонните батерии за соларно натрупване на енергия?

  Термичният разгон може да възникне поради вътрешни дефекти в батерийните клетки, външни повреди или нормално износване. Той включва верижна реакция на топлина, която усилва проблема, често започваща с вътрешни къси съединения.

• Какво представлява сертификацията UL 9540A и защо е важна?

  Сертификацията UL 9540A включва обширни изпитания за горене, за да се оцени как се разпространява термичното разпадане в системите за соларни батерии. Системите с тази сертификация включват огнеустойчиви корпуси и други мерки за безопасност, които предотвратяват преноса на топлина между модулите.

• Каква е ролята на системата за управление на батерията (BMS) за повишаване на безопасното й функциониране?

  BMS управлява прекомерното зареждане, прекомерното разреждане, късите съединения и мониторинга на изолацията, за да осигури оптимална работоспособност на батерията и да предотврати опасни ситуации.

• Какви са предимствата при използването на литиево-железо-фосфатни (LFP) батерии за соларно натрупване на енергия?

  LFP батериите предлагат термична стабилност благодарение на своята уникална структура, което намалява риска от пожари и осигурява по-дълги цикли на живот в сравнение с други химически състави, като тези на никел или кобалт.