Hvilke sikkerhedsfunktioner skal en batterilager til solenergi have?

Forebyggelse af termisk løberi og brandsikker konstruktion

Hvordan opstår termisk løberi i et litium-ion-batterilager til solenergi?

Når termisk løberi opstår i lithium-ion-solopsamlingsbatterier, starter det normalt fra problemer inde i selve cellerne, skade forårsaget udefra eller blot almindelig slitage under driften. Når temperaturen stiger over ca. 80 grader Celsius (svarende til ca. 176 grader Fahrenheit), nedbrydes elektrolytten og frigiver brandfarlige gasser sammen med yderligere varme, hvilket skaber en slags kædereaktion, der fortsætter af sig selv. På steder, hvor mange af disse batterier er pakket tæt sammen, spreder varmen sig hurtigt til naboceller, hvilket nogle gange kan føre til temperaturer over 400 grader Celsius (eller ca. 752 grader Fahrenheit) på få sekunder. I de fleste tilfælde skyldes disse hændelser interne kortslutninger. Disse kortslutninger skyldes typisk dendritvækst inden i batteriet eller fejl, der opstår under fremstillingen. Ifølge registrerede data udgør sådanne problemer ca. syv ud af ti tilfælde af termisk løberi. For at forhindre denne farlige proces skal producenter integrere bestemte sikkerhedsforanstaltninger, såsom ikke-brændbare separatorer, specielle flammehæmmende additiver i elektrolytten samt barrierer af epoxiharpiks, som hjælper med at hindre varmespredning mellem individuelle celler.

UL 9540A-testning og brandudbredelsesbekæmpelse for batteriinstallationer til solenergilagring

At opnå UL 9540A-certificering betyder, at man gennemgår omfattende brandtests, der undersøger, hvordan termisk runaway spreder sig i kommercielle solbatterilagre. Testprocessen skaber scenarier, der repræsenterer de værste mulige fejl, f.eks. når noget skarpt gennemborer batterierne eller de oplades over deres kapacitet. Disse tests undersøger bl.a., hvor hurtigt varme opbygges, hvilke gasser der frigives og om brande kan sprede sig fra én modul til en anden. Batterisystemer, der opfylder denne standard, er udstyret med indbyggede sikkerhedsfunktioner, herunder specielle ildfaste omslutninger omkring hver modul, ventiler, der tillader trykafledning på en sikker måde, samt barrierer, der forhindrer varmeoverførsel mellem moduler. Uafhængige tests viser, at de fleste certificerede systemer holder farlige termiske hændelser inde i én enkelt modul ca. 99 ud af 100 gange. Når disse batterier installeres indendørs eller i trange rum, hvor der ikke er meget plads mellem enhederne, er det fornuftigt at vælge UL 9540A-certificeret udstyr – både fordi reglerne kræver det og fordi det faktisk reducerer risiciene i praksis. Mange facilitychefer har rapporteret færre hændelser efter skiftet til disse mere sikre systemer.

Intelligent elektrisk beskyttelse via batteristyringssystem (BMS)

Kritiske BMS-funktioner: Overlading, underlading, kortslutning og isoleringsovervågning

Et batteristyringssystem (BMS) fungerer som hjernen i lithium-ion-solcellelagerbatterier og styrer fire centrale sikkerhedsfunktioner, der sikrer en problemfri drift. Når et batteri bliver for meget opladet, stopper BMS-processen ved ca. 3,65 volt pr. celle, da en opladning ud over dette punkt kan føre til farlig lithiumaflejring, hvilket muligvis kan medføre overophedningsproblemer. På den anden side træder systemet igen i funktion, hvis batteriet aflades under ca. 2,5 volt pr. celle, for at forhindre yderligere afladning, da dette kan beskadige interne komponenter og permanent reducere batteriets levetid. Ved kortslutninger sker reaktionen næsten øjeblikkeligt, når strømmen stiger til mere end tre gange normalniveauet, hvor specielle kontakter bruges til at afbryde strømstrømmen sikkert. Systemet kontrollerer også konstant isolationsmodstanden mellem aktive dele og det metalbeholdende kabinet for at registrere eventuelle fald under 100 ohm pr. volt, hvilket kan være et tidligt tegn på slitage. Feltrapporter fra både store anlæg og hjemmeinstallationer i USA viser, at disse flere lag af beskyttelse har reduceret elektriske ulykker med omkring to tredjedele de seneste år.

Echtid-overvågning af SOC/SOH og forudsigende fejlreaktion for batteri til solenergilagring

De bedste batteristyringssystemer i dag kombinerer coulombtællingsteknikker med Kalman-filtre for at opretholde en SOC-nøjagtighed på omkring plus/minus 3 %. Samtidig overvåger de SOH ved at analysere, hvor meget kapaciteten aftager over tid. Denne kombination giver operatører to lag information, der hjælper med at forudsige problemer, inden de opstår. Når enkelte celler begynder at vise spændingsforskelle på over 50 millivolt eller der er en temperaturforskel mellem moduler på mere end 4 grader Celsius, vil systemet reducere opladningshastigheden og sende advarsler om nødvendig vedligeholdelse. Disse detaljerede diagnostiske kontroller forhindrer små problemer i at akkumulere sig over tid, hvilket faktisk kan forlænge batterilevetiden med cirka 40 % sammenlignet med ældre systemer, der ikke overvåger aktivt. Nyere versioner bliver også stadig smartere og bruger tidligere ydelsesdata til at estimere, hvornår batterierne muligvis når deres levetidsende ca. tre måneder i forvejen. Denne type prognose hjælper solinstallatører med bedre at planlægge udskiftninger i stedet for at vente, indtil noget går helt i stykker.

Obligatoriske reguleringscertificeringer for batterier til solenergilagring

Overholdelse af internationale sikkerhedscertificeringer er en ufravigelig kravstilling for installation af batterier til solenergilagring til bolig- og erhvervsbrug. Disse standarder reducerer brandrisici, sikrer driftssikkerhed og udgør forudsætninger for tilslutning til elnettet, byggetilladelse og forsikringsdækning.

Sikkerhedsstandarder på celle- og pakkeniveau: UL 1642, IEC 62619 og UN 38.3

Certificeringer på komponentniveau bekræfter grundlæggende sikkerhed inden systemintegration:

• UL 1642 underkaster litiumceller ekstreme misbrugsforhold, herunder tvungen kortslutning, overladning og knusningstests, for at verificere strukturel og termisk integritet.
• 62619 fastsætter sikkerhedskrav til industrielle litiumbatterier og kræver modstandsdygtighed over for mekanisk påvirkning, termisk misbrug og unormal opladning.
• UN 38.3 certificerer sikker transport ved at kræve højdesimulation, vibration, stød og termisk cyklus-testing for at forhindre utætheder eller termiske begivenheder under fragt.
  Producenter skal demonstrere overholdelse af alle tre krav, inden de kan gå videre til systemniveau-evaluering.

Overholdelse på systemniveau: UL 9540, NFPA 855 og sikkerhed ved tilslutning til elnettet (IEEE 1547, NFPA 585)

Fuld-systemintegration kræver overholdelse af indbyrdes afhængige sikkerhedsrammer:

• UL 9540 vurderer integreret brandudbredelse, elektrisk sikkerhed og termisk styring under simulerede forhold med termisk løsrevning.
• NFPA 855 regulerer krav til fysisk installation, herunder minimumsafstande, ventilation, brandslukning og redningsveje, for at begrænse brandudbredelse og lette nødreaktion.
• Standarder for tilslutning til elnettet, såsom IEEE 1547 (for spændings- og frekvensstabilitet samt anti-islanding) og NFPA 585 (til hurtig nedlukning og lysbuefejl-detection) sikrer fejlsikker afkobling under fejl.
  Pr. 2024 har 37 amerikanske stater indført NFPA 855 i deres elektriske regelsæt, hvilket gør det til en de facto-krav for tilladelse.

Materialvalg og forbedringer af proaktiv overvågning

Hvorfor lithium-jernfosfat (LFP) er den foretrukne kemiske sammensætning til sikker solenergilagring

LFP, forkortelse for lithiumjernfosfat, er nu det foretrukne valg for de fleste solenergilagringsløsninger på grund af dets fremragende termiske stabilitet. Det, der gør dette materiale særligt, er dets unikke olivin-kristalstruktur, som effektivt forhindrer ilt i at undslippe, selv når temperaturen bliver meget høj. Dette betyder, at LFP-batterier er langt sikrere end batterier fremstillet med nikkel eller kobalt, som har en tendens til at antænde mere let. Ifølge faktiske feltrapporter har installationer med LFP-teknologi omkring 60 procent færre brandrelaterede hændelser. Der er også mange andre fordele. Disse batterier kan gennemgå langt flere opladningscyklusser, inden de slits, opretholder deres spænding ret godt over tid og fungerer pålideligt, selv ved ret varme forhold op til ca. 55 grader Celsius. Denne temperaturtolerance er meget vigtig for solenergisystemer monteret på tag eller udendørs, hvor varme kan være et problem.

Fjernvarmebilleddannelse, AI-drevet anomaliodkrydning og automatisk advarselsfunktion

Proaktiv overvågning tilføjer et kritisk forsvarslag ud over hardware- og BMS-kontroller:

• Infrarød termisk billedgøring giver kontinuerlig, kontaktløs overfladetemperaturkortlægning, der identificerer varmeområder, inden de eskalerer.
• AI-drevet analyse korrelere spændingsafvigelse, impedansændringer og termiske tendenser på tværs af moduler for at identificere anomalier, som ikke kan opdages af alarmer baseret på faste grænseværdier.
• Automatisk advarselsfunktion leverer teknikernotifikationer med kontekstbaserede diagnostikker, hvilket gør det muligt at indgribe, inden mindre afvigelser bliver fejl.
  Denne fremgangsmåde reducerer uplanlagt nedtid med 34 % i solenergilagre og formindsker betydeligt afhængigheden af reaktive vedligeholdelsesplaner, hvilket styrker langsigtede sikkerhed og pålidelighed.

Ofte stillede spørgsmål

• Hvad forårsager termisk løberi i litium-ion-batterier til solenergilagring?

  Termisk løberi kan opstå på grund af interne problemer i battericellerne, ekstern beskadigelse eller almindelig slitage. Det indebærer en kædereaktion af varme, der forværrer problemet, ofte udløst af interne kortslutninger.

• Hvad er UL 9540A-certificering, og hvorfor er den vigtig?

  UL 9540A-certificering omfatter omfattende brandprøvninger for at vurdere, hvordan termisk runaway spreder sig i solbatterisystemer. Systemer med denne certificering inkluderer brandsikre omslutninger og andre sikkerhedsfunktioner til at forhindre varmeoverførsel mellem moduler.

• Hvordan forbedrer et batteristyringssystem (BMS) batterisikkerheden?

  Et BMS håndterer overladning, underladning, kortslutning og isoleringsovervågning for at opretholde optimal batteriydelse og forhindre farlige situationer.

• Hvad er fordelene ved at bruge lithiumjernfosfatbatterier (LFP) i solenergilagring?

  LFP-batterier tilbyder termisk stabilitet på grund af deres unikke struktur, hvilket reducerer risikoen for brande og giver længere levetider sammenlignet med andre kemiske sammensætninger som nikkel eller kobalt.