Күн энергиясын сақтауға арналған аккумуляторларда қандай қауіпсіздік функциялары болуы керек?

Жылулық тұрақсыздықтың алдын алу және өртке қауіпсіз дизайн

Литий-ионды күн энергиясын сақтауға арналған аккумуляторларда жылулық тұрақсыздық қалай пайда болады?

Литий-ионды күн сәулесінің энергиясын сақтау аккумуляторларында жылулық тұрақсыздық пайда болған кезде, бұл әдетте элементтердің ішіндегі ақаулардан, сыртқы көздерден келген зақымдан немесе жай ғана жұмыс істеу кезіндегі ыстықтану мен тозудан басталады. Температура шамамен 80 °C (бұл шамамен 176 °F) асып кеткен кезде электролит ыдырап, отқа ұшырайтын газдар бен одан да көп жылу бөлінеді, нәтижесінде өзін-өзі қорғайтын тізбектік реакция пайда болады. Көптеген осындай аккумуляторлар тығыз орналасқан орындарда жылу көршілес элементтерге тез таралады және кейде бірнеше секунд ішінде температураны 400 °C (немесе шамамен 752 °F) асырып кетуі мүмкін. Көбінесе осындай жағдайлардың себебі — ішкі қысқа тұйықталу болып табылады. Бұл қысқа тұйықталулар әдетте аккумулятор ішінде дендриттердің өсуінен немесе өндіріс кезінде енгізілген ақаулардан туындайды. Статистикалық деректерге сәйкес, осындай ақаулар жылулық тұрақсыздықтың жуықтап алғанда оннан жетісін құрайды. Бұл қауіпті процесті тоқтату үшін өндірушілер өртке ұшырамайтын бөлгіштер, отқа төзімді қоспалармен байытылған электролит және жеке элементтер арасында жылу таралуын баяулататын эпоксидті смоладан жасалған кедергілер сияқты қауіпсіздік шараларын қамтуы қажет.

Күн энергиясын сақтау үшін аккумуляторлық орнатулардың UL 9540A сынағы және өрт таралуын болдырмау шаралары

UL 9540A сертификатын алу — коммерциялық күн сәулесінің аккумуляторлық қоймаларында жылулық тұрақсыздықтың таралуын зерттейтін кең көлемді өрт сынақтарынан өту дегенді білдіреді. Сынақ процесі батареяларға қатты дене түсіп, олардың жарылуы немесе артық зарядталуы сияқты ең нашар мүмкін болатын ақауларды көрсететін жағдайларды құрады. Бұл сынақтар жылу қаншалықты тез жиналатынын, қандай газдар бөлінетінін және өрт бір модульден екіншісіне таратыла ма, соны тексереді. Бұл стандартқа сәйкес сертификатталған аккумуляторлық жүйелер әрбір модульді қоршаған арнайы отқа төзімді қораптар, қысымды қауіпсіз шығаруға арналған желдеткіштер мен модульдер арасында жылу таралуын тоқтататын кедергілер сияқты ішкі қауіпсіздік функцияларымен жабдықталған. Тәуелсіз сынақтар көрсеткендей, көпшілік сертификатталған жүйелер қауіпті жылулық оқиғаларды 100 реттің 99-ында барынша бір модуль ішінде ғана шектеп ұстайды. Бұндай аккумуляторларды ішкі орындарға немесе бірліктер арасында кеңістік аз болатын тар орындарға орнатқан кезде UL 9540A сертификаты бар жабдықтарды таңдау қажеттіліктің (регламенттерге сәйкес) және практикада нақты қауіптерді азайтудың да негізінде логикалық шешім болып табылады. Көптеген объектілердің басқарушылары осы қауіпсіз жүйелерге ауысқаннан кейін инциденттер санының азаюын хабарлады.

Батареяны басқару жүйесі (BMS) арқылы ақылды электрлік қорғау

Негізгі BMS функциялары: Ашық зарядтау, ашық разрядтау, қысқа тұйықталу және изоляцияны бақылау

Аккумуляторды басқару жүйесі (АБЖ) литий-ионды күн энергиясын сақтау аккумуляторлары үшін сияқты «ми» ретінде әрекет етеді және жұмыстың тегіс жүруін қамтамасыз ететін төрт негізгі қауіпсіздік функциясын басқарады. Аккумулятор өте көп зарядталған кезде АБЖ зарядтауды шамамен әрбір элементке 3,65 вольтта тоқтатады, себебі осы деңгейден аса зарядтау қауіпті литийлық пластиналардың пайда болуына әкеліп, қызу проблемаларына ұшыратуы мүмкін. Керісінше, егер аккумулятор шамамен әрбір элементке 2,5 вольттан төмен разрядталса, жүйе қосымша разрядталуды тоқтату үшін қайтадан іске қосылады, өйткені бұл ішкі компоненттерге зиян келтіруі және аккумулятордың қызмет көрсету мерзімін тұрақты түрде қысқартуы мүмкін. Қысқа тұйықталу жағдайында ток қалыпты деңгейден үш есе артық болған кезде жауап шамамен лездік болады; осы кезде қауіпсіз түрде электр қуатының берілуін тоқтату үшін арнайы қосқыштар қолданылады. Жүйе сонымен қатар белсенді бөліктер мен метал корпус арасындағы изоляциялық кедергіні тұрақты түрде бақылайды және ыдырау белгілерін көрсететін вольтқа 100 Омнан төмен кедергі төмендеуін анықтайды. АҚШ-тағы үлкен масштабты және үйдегі орнатулардан түскен өрістік есептер бұл көптеген қорғану қабаттарының соңғы жылдары электрлік апаттарды шамамен үштен екі бөлігіне дейін азайтқанын көрсетеді.

Күн энергиясын сақтау аккумуляторы үшін нақты уақытта SOC/SOH бақылауы және болжамды ақау реакциясы

Қазіргі кезде ең жақсы аккумуляторларды басқару жүйелері SOC дәлдігін шамамен ±3% деңгейінде ұстайтындай етіп, кулондық санау әдістерін Калман сүзгілерімен ұштастырады. Бір уақытта олар қорғағыш қабілеттің уақыт өтуімен қанша азаятынын бақылай отырып, SOH-ты бақылайды. Бұл қосымша операторларға екі қабатты ақпарат береді, олар келешекте пайда болуы мүмкін проблемаларды алдын ала болжауға көмектеседі. Жеке элементтерде 50 милливольттан асатын кернеу айырымы пайда болған кезде немесе модульдер арасында 4 °C-тан асатын температура айырымы болған кезде жүйе зарядтау жылдамдығын баяулатады және қажетті техникалық қызмет көрсетуді туралы ескертпелер береді. Бұл терең диагностикалық тексерістер кішігірім ақаулардың уақыт өтуімен жиналуын тоқтатады, нәтижесінде аккумулятордың қызмет ету мерзімі белсенді бақыланбайтын ескі жүйелерге қарағанда шамамен 40%-ға ұзақарады. Жаңа нұсқалар да одан әрі ақылды болып келеді: олар өткен кезеңдегі жұмыс істеу деректерін пайдаланып, аккумуляторлардың өмір сүру мерзімінің аяғына үш ай бұрын жетуін болжайды. Мұндай болжау күн энергиясын пайдаланатын орнатушыларға жабдықтардың толықтай шығып қалуын күтпей-ақ алдын ала ауыстыру жоспарын құруға көмектеседі.

Күн энергиясын сақтау үшін аккумуляторларға қойылатын міндетті реттеуші сертификаттар

Тұрғын үйлер мен коммерциялық объектілерге арналған күн энергиясын сақтау үшін аккумуляторларды орнату кезінде халықаралық қауіпсіздік сертификаттарына сай келу – шартты түрде қажет. Бұл стандарттар өрт қаупін азайтады, жұмыс істеу сенімділігін қамтамасыз етеді және электр желісіне қосылу, рұқсат алу және сақтандыру қамтамасыз ету үшін алдын-ала қойылатын талаптар болып табылады.

Аккумуляторлық элементтер мен блоктар деңгейіндегі қауіпсіздік стандарттары: UL 1642, IEC 62619 және UN 38.3

Компоненттер деңгейіндегі сертификаттау – жүйеге интеграцияланғаннан бұрын негізгі қауіпсіздікті растайды:

• UL 1642 литийлі элементтерді өте қатал пайдалану шарттарына ұшыратады, оның ішінде өзінше қысқа тұйықталу, артық зарядтау және сығылу сынақтары; бұл элементтің конструкциялық және жылулық тұрақтылығын тексереді.
• IEC 62619 өнеркәсіптік литийлі аккумуляторлар үшін қауіпсіздік талаптарын орнатады; олар механикалық кернеуге, жылулық тағылымға және аномальды зарядтауға төзімділікті талап етеді.
• UN 38.3 жеткізу кезінде сұйықтықтың ағуы немесе жылулық оқиғалардың пайда болуын болдырмау үшін биіктікте модельдеу, тербеліс, соққы және жылулық циклдау сынақтарын талап ететін қауіпсіз жеткізу сертификаты.
  Өндірушілер жүйелік деңгейдегі бағалауға өту үшін барлық үш талапқа сай келетінін көрсетуі тиіс.

Жүйелік деңгейдегі сәйкестік: UL 9540, NFPA 855 және желіге қосылу қауіпсіздігі (IEEE 1547, NFPA 585)

Толық жүйелі интеграция өзара байланысты қауіпсіздік негіздеріне сәйкестікті талап етеді:

• UL 9540 жанудың таралуын, электрлік қауіпсіздікті және жасанды жылулық шығу жағдайларындағы жылулық басқаруды біріктіріп бағалайды.
• NFPA 855 оттың таралуын шектеуге және авариялық жағдайлардағы реакцияны қамтамасыз етуге арналған минималды аралықтар, желдету, өрт сөндіру және шығу жолдары сияқты физикалық орнату талаптарын реттейді.
• Желіге қосылу стандарттары, мысалы, IEEE 1547 (кернеу/жиілік ұстау және анти-аралдық режим) және NFPA 585 (тез тоқтау және доғалық ақаулықты анықтау үшін) ақаулар кезінде қауіпсіз ажыратуды қамтамасыз ету.
  2024 жылға дейін АҚШ-тың 37 штаты электрлік нормаларына NFPA 855 стандартын енгізді, сондықтан ол рұқсат алу үшін де-факто талап болып табылады.

Материалдарды таңдау және белсенді бақылау жақсартулары

Неге литий-темір-фосфат (LFP) қауіпсіз күн энергиясын сақтау аккумуляторлары үшін қалаған химиялық құрам болып табылады

LFP — литий-темір-фосфаттың қысқартылған атауы — қазір көптеген күн энергиясын сақтау шешімдері үшін негізгі таңдау болып табылады, себебі ол өте жоғары термиялық тұрақтылыққа ие. Бұл материалды ерекшелейтін нәрсе — оның уникалды оливин кристалдық құрылымы, ол температура өте жоғары болған кезде оттегінің босап шығуын толықтай тоқтатады. Сондықтан LFP аккумуляторлары никель немесе кобальт негізіндегілерге қарағанда әлдеқайда қауіпсіз, өйткені соңғылары қыздырған кезде өртке ұшырайды. Нақты өткізілген жерде жиналған деректерге сәйкес, LFP технологиясын қолданатын орнатуларда өрт инциденттері шамамен 60 пайызға азаяды. Басқа да көптеген артықшылықтары да бар. Бұл аккумуляторлар тозуға дейін көп рет зарядталу циклдарын көтереді, уақыт өте келе кернеуін жақсы сақтайды және 55 °C-қа дейінгі жылы жағдайларда да сенімді жұмыс істейді. Мұндай температураға төзімділік күн энергиясын қолданатын, мысалы, төбelerде немесе ашық алаңдарда орналасқан жабдықтар үшін өте маңызды, себебі мұнда қызу проблема тудыруы мүмкін.

Қашықтан жылулық суреттеу, жасанды интеллектке негізделген аномалияларды анықтау және автоматтандырылған хабарландыру

Болжамды бақылау — аппараттық құралдар мен BMS басқару жүйелерінен тыс қосымша қорғаныс қабатын қосады:

• Инфракрасное тепловое изображение беткі қабаттың үздіксіз, контактсіз температуралық карталауын қамтамасыз етеді және ыстық нүктелерді олар күшейгенге дейін анықтайды.
• AI-негізіндегі талдау кернеу ауытқуларын, импеданстың өзгерістерін және модульдер бойынша жылулық тенденцияларды корреляциялайды, сондықтан порогтық тревогаларға негізделген жүйелердің анықтай алмайтын аномалияларды белгілейді.
• Автоматтандырылған хабарландыру техниктерге контекстік диагностикалық деректермен қосымша хабарландыруларды жеткізеді, сондықтан азғантай ауытқулар істен шығуға айналғанға дейін қажетті шаралар қолданылады.
  Бұл тәсіл күн энергиясын сақтау қорларында жоспарланбаған тоқтатуларды 34%-ға азайтады және реактивті техникалық қызмет көрсету жоспарларына деген тәуелділікті қатты төмендетеді, ол ұзақ мерзімді қауіпсіздік пен сенімділікті нығайтады.

ЖИҚ (Жиі қойылатын сұрақтар)

• Литий-ионды күн энергиясын сақтау аккумуляторларында жылулық тізбектің бұзылуы неге болады?

  Жылулық тізбектің бұзылуы аккумуляторлық элементтердегі ішкі ақаулар, сыртқы зақымдану немесе қалыпты тозу нәтижесінде пайда болуы мүмкін. Бұл құбылыс жылу қайталанып отыратын тізбектік реакция болып табылады және жиі ішкі қысқа тұйықталулармен басталады.

• UL 9540A сертификаты дегеніміз не және ол неге маңызды?

  UL 9540A сертификаты — бұл күн энергиясын сақтау үшін қолданылатын аккумуляторлық жүйелерде жылулық тұрақсыздықтың таралуын бағалау үшін жүргізілетін кеңістіктік өрт сынақтарын қамтиды. Бұл сертификатқа ие жүйелер өртке төзімді қораптар мен модульдер арасында жылу берілуін болдырмауға арналған басқа да қауіпсіздік сипаттамаларын қамтиды.

• Аккумуляторларды басқару жүйесі (BMS) аккумуляторлардың қауіпсіздігін қалай арттырады?

  BMS аккумуляторлардың қосымша зарядталуын, қосымша разрядталуын, қысқа тұйықталуын және изоляцияны бақылауды басқарады, сондықтан аккумуляторлардың тиімді жұмыс істеуі қамтамасыз етіледі және қауіпті жағдайлардың пайда болуын болдырмауға болады.

• Күн энергиясын сақтау үшін литий-темір-фосфат (LFP) аккумуляторларын қолданудың артықшылықтары қандай?

  LFP аккумуляторлары өзіндік құрылымы арқасында жылулық тұрақтылыққа ие болады, сондықтан олар от болу қаупін азайтады және никель немесе кобальт сияқты басқа химиялық құрамдармен салыстырғанда ұзақ өмір сүру циклін қамтамасыз етеді.