Welke veiligheidskenmerken moet een accu voor zonne-energieopslag hebben?

Voorkoming van thermische ontlading en brandveilige constructie

Hoe treedt thermische ontlading op in een lithium-ion-accu voor zonne-energieopslag?

Wanneer thermische ontlading optreedt in lithium-ion-zonnepakketbatterijen, begint dit meestal bij problemen binnen de cellen zelf, schade door externe oorzaken of gewoon door normale slijtage tijdens gebruik. Zodra de temperatuur boven ongeveer 80 graden Celsius komt (wat overeenkomt met ongeveer 176 graden Fahrenheit), breekt de elektrolyt af en worden brandbare gassen vrijgegeven, samen met nog meer warmte, waardoor een soort kettingreactie ontstaat die zichzelf in stand houdt. Op plaatsen waar veel van deze batterijen dicht op elkaar zijn geplaatst, verspreidt de warmte zich snel naar aangrenzende cellen, waardoor de temperatuur soms in slechts enkele seconden boven de 400 graden Celsius (of ruwweg 752 graden Fahrenheit) stijgt. Meestal zijn interne kortsluitingen de oorzaak van dergelijke incidenten. Deze kortsluitingen ontstaan doorgaans door dendrieten die binnen de batterij groeien of door gebreken die tijdens de fabricage zijn ingebracht. Volgens registratiegegevens zijn dergelijke oorzaken verantwoordelijk voor ongeveer zeven op de tien gevallen van thermische ontlading. Om dit gevaarlijke proces te voorkomen, moeten fabrikanten bepaalde veiligheidsmaatregelen inbouwen, zoals niet-brandbare scheidingsschotten, speciale vlamvertragende additieven in de elektrolyt en barrières van epoxyhars die helpen de warmteverspreiding tussen individuele cellen te beperken.

UL 9540A-testen en mitigatie van vuurverspreiding voor installaties van batterijen voor energieopslag uit zonne-energie

Het verkrijgen van de UL 9540A-certificering betekent het doorlopen van uitgebreide brandtests die onderzoeken hoe thermische ontlading zich verspreidt in commerciële zonne-energiebatterijopslagsystemen. Het testproces creëert scenario’s die de meest extreme mogelijke storingen weerspiegelen, zoals wanneer een scherp voorwerp de batterijen doorboort of wanneer ze overladen raken. Deze tests onderzoeken onder andere hoe snel warmte opbouwt, welke gassen vrijkomen en of branden van de ene module naar de andere kunnen overslaan. Batterijsystemen die aan deze norm voldoen, zijn uitgerust met ingebouwde veiligheidsvoorzieningen, waaronder speciale vuurvaste behuizingen rond elke module, ventielen die druk op veilige wijze kunnen afvoeren en barrières die warmteoverdracht tussen modules voorkomen. Onafhankelijke tests tonen aan dat de meeste gecertificeerde systemen gevaarlijke thermische gebeurtenissen in ongeveer 99 van de 100 gevallen beperken tot slechts één module. Bij de installatie van dergelijke batterijen binnenshuis of op beperkte ruimten, waar weinig afstand is tussen de eenheden, is het gebruik van UL 9540A-gecertificeerde apparatuur zowel vanwege wettelijke vereisten als vanwege de daadwerkelijke risicovermindering een verstandige keuze. Veel facility managers hebben gemeld dat er na de overstap naar deze veiliger systemen minder incidenten optreden.

Intelligente elektrische beveiliging via het batterijbeheersysteem (BMS)

Kritieke BMS-functies: Opladen boven de maximale spanning, ontladen onder de minimale spanning, kortsluiting en isolatiemonitoring

Een Battery Management System (BMS) fungeert als het brein van lithium-ion-zonneparkbatterijen en beheert vier cruciale veiligheidsfuncties om een soepele werking te waarborgen. Wanneer een batterij te veel wordt opgeladen, stopt het BMS het laadproces bij ongeveer 3,65 volt per cel, aangezien het overschrijden van dit punt gevaarlijk lithiumplating kan veroorzaken, wat op zijn beurt kan leiden tot oververhitting. Aan de andere kant treedt het systeem opnieuw in werking wanneer de batterij onder ongeveer 2,5 volt per cel ontlaadt, om verdere ontlading te voorkomen, omdat dit interne componenten kan beschadigen en de levensduur van de batterij permanent kan verkorten. Bij kortsluiting vindt de reactie bijna direct plaats zodra de stroom piekt tot meer dan drie keer het normale niveau; hiervoor worden speciale schakelaars ingezet om de stroomtoevoer veilig te onderbreken. Het systeem controleert ook voortdurend de isolatieweerstand tussen actieve onderdelen en de metalen behuizing, en let op eventuele dalingen onder de 100 ohm per volt, die vroege signalen kunnen zijn van slijtage. Veldrapporten van zowel grootschalige als particuliere installaties in de Verenigde Staten tonen aan dat deze meervoudige lagen bescherming de elektrische ongevallen de afgelopen jaren met ongeveer twee derde hebben verminderd.

Real-time SOC/SOH-bijhouding en voorspellende foutreactie voor batterijen voor zonne-energieopslag

De beste batterijbeheersystemen van vandaag combineren coulombtellingstechnieken met Kalman-filters om de nauwkeurigheid van de SOC (State of Charge) te behouden op ongeveer plus of min 3%. Tegelijkertijd volgen ze de SOH (State of Health) door te kijken naar het capaciteitsverlies dat zich in de loop van de tijd voordoet. Deze combinatie geeft exploitanten twee lagen informatie die helpen problemen te voorspellen voordat ze zich voordoen. Wanneer individuele cellen spanningsverschillen vertonen van meer dan 50 millivolt of wanneer er een temperatuurverschil is van meer dan 4 graden Celsius tussen modules, vertraagt het systeem de laadsnelheid en geeft waarschuwingen over benodigd onderhoud. Deze gedetailleerde diagnosecontroles voorkomen dat kleine problemen zich in de loop van de tijd opstapelen, wat de levensduur van de batterij daadwerkelijk kan verlengen met ongeveer 40% ten opzichte van oudere systemen die niet actief bewaken. Nieuwere versies worden ook steeds intelligenter: zij gebruiken gegevens over eerdere prestaties om te schatten wanneer batterijen ongeveer drie maanden voorafgaand aan hun einde van levensduur zullen aankomen. Dit soort prognoses helpt zonne-installateurs beter te plannen voor vervangingen, in plaats van te wachten tot er iets volledig defect raakt.

Verplichte wettelijke certificeringen voor accu's voor zonne-energieopslag

Naleving van internationale veiligheidscertificeringen is onmisbaar voor installaties van accu's voor zonne-energieopslag in woningen en commerciële gebouwen. Deze normen beperken brandrisico's, waarborgen betrouwbare werking en vormen een vereiste voor aansluiting op het elektriciteitsnet, vergunningsverlening en verzekeringdekkings.

Veiligheidsnormen op cel- en pakketniveau: UL 1642, IEC 62619 en UN 38.3

Certificeringen op componentniveau bevestigen de fundamentele veiligheid voordat het systeem wordt geïntegreerd:

• UL 1642 onderwerpt lithiumcellen aan extreme misbruiksomstandigheden, waaronder geforceerde kortsluiting, overladen en persproeven, om structurele en thermische integriteit te verifiëren.
• IEC 62619 stelt veiligheidseisen vast voor industriële lithiumaccu's en vereist weerstand tegen mechanische belasting, thermisch misbruik en abnormaal laden.
• UN 38.3 certificeert veilig transport door tests te eisen voor hoogtesimulatie, trilling, impact en thermische cycli om lekkage of thermische gebeurtenissen tijdens het verzenden te voorkomen.
  Fabrikanten moeten aantonen dat zij aan alle drie de eisen voldoen voordat zij overgaan naar evaluatie op systeemniveau.

Conformiteit op systeemniveau: UL 9540, NFPA 855 en veiligheid van aansluiting op het elektriciteitsnet (IEEE 1547, NFPA 585)

Volledige systeemintegratie vereist naleving van onderling afhankelijke veiligheidskaders:

• UL 9540 beoordeelt geïntegreerde brandverspreiding, elektrische veiligheid en thermisch beheer onder gesimuleerde omstandigheden van thermische ontlading.
• NFPA 855 regelt de fysieke installatievereisten, waaronder minimale afstanden, ventilatie, brandblussing en ontsnappingsmogelijkheden, om brandverspreiding te beperken en een snelle noodsituatie-afhandeling te vergemakkelijken.
• Netaansluitnormen zoals IEEE 1547 (voor spannings- en frequentieondersteuning tijdens storingen en anti-islanding) en NFPA 585 (voor snelle uitschakeling en boogstroomdetectie) zorgt voor een veilige ontkoppeling tijdens storingen.
  Per 2024 hebben 37 Amerikaanse staten NFPA 855 opgenomen in hun elektriciteitsvoorschriften, waardoor het een de facto vereiste is voor vergunningsverlening.

Materiaalkeuze en verbeteringen in proactief toezicht

Waarom lithium-ijzerfosfaat (LFP) de voorkeurschemie is voor veiliger zonne-energieopslagbatterijen

LFP, een afkorting voor Lithiumijzerfosfaat, is nu de standaardkeuze voor de meeste oplossingen voor zonne-energieopslag vanwege de uitzonderlijke thermische stabiliteit. Wat dit materiaal bijzonder maakt, is zijn unieke olijfsteen-kristalstructuur, die er in wezen voor zorgt dat zuurstof zelfs bij zeer hoge temperaturen niet kan ontsnappen. Dit betekent dat LFP-batterijen veel veiliger zijn dan batterijen op basis van nikkel of kobalt, die gemakkelijker vlam kunnen vatten. Volgens daadwerkelijke veldrapporten vertonen installaties met LFP-technologie ongeveer 60 procent minder brandincidenten. Er zijn ook talloze andere voordelen. Deze batterijen doorstaan veel meer laadcycli voordat ze verslijten, behouden hun spanning gedurende lange tijd vrij goed en functioneren betrouwbaar, zelfs bij vrij warme omstandigheden tot ongeveer 55 graden Celsius. Deze temperatuurtolerantie is van groot belang voor zonne-energiesystemen op daken of buitenshuis, waar hitte een probleem kan vormen.

Afstands-thermografie, AI-gestuurde anomaliedetectie en geautomatiseerde meldingen

Proactief bewaken voegt een cruciale verdedigingslaag toe bovenop hardware- en BMS-regelingen:

• Infrarood thermische beeldvorming biedt continu, contactloos oppervlaktetemperatuurmonitoren waarmee hotspots worden geïdentificeerd voordat ze escaleren.
• Analyse Gedreven door Kunstmatige Intelligentie correleert spanningsafwijkingen, impedantieveranderingen en thermische trends over modules heen om afwijkingen te signaleren die onzichtbaar zijn voor alarmsystemen op basis van drempelwaarden.
• Geautomatiseerde meldingen verstrekken technici meldingen met contextuele diagnosegegevens, zodat ingrijpen mogelijk is voordat kleine afwijkingen uitgroeien tot storingen.
  Deze aanpak vermindert ongeplande stilstand met 34% in zonne-energieopslagvloten en verlaagt aanzienlijk de afhankelijkheid van reactieve onderhoudsplanningen, wat de langetermijnveiligheid en betrouwbaarheid versterkt.

Veelgestelde vragen

• Wat veroorzaakt thermische ontlading in lithium-ion-batterijen voor zonne-energieopslag?

  Thermische ontlading kan optreden door interne problemen binnen de batterijcellen, externe beschadiging of normale slijtage. Het betreft een kettingreactie van warmte die het probleem verergert, vaak op gang gebracht door interne kortsluitingen.

• Wat is de UL 9540A-certificering en waarom is deze belangrijk?

  De UL 9540A-certificering omvat uitgebreide brandtests om te beoordelen hoe thermische ontlading zich verspreidt in zonnepakketten met accu’s. Systemen met deze certificering zijn uitgerust met vuurvaste behuizingen en andere veiligheidsvoorzieningen om warmteoverdracht tussen modules te voorkomen.

• Hoe verhoogt een Battery Management System (BMS) de veiligheid van accu’s?

  Een BMS regelt opladen boven de maximale spanning, ontladen onder de minimale spanning, kortsluiting en isolatiemonitoring om optimale accuprestatie te behouden en gevaarlijke situaties te voorkomen.

• Wat zijn de voordelen van het gebruik van Lithiumijzerfosfaat (LFP)-accu’s voor zonne-energieopslag?

  LFP-accu’s bieden thermische stabiliteit dankzij hun unieke structuur, waardoor het risico op branden wordt verminderd en ze een langere levensduur hebben dan accu’s met andere chemieën, zoals nikkel- of kobaltgebaseerde accu’s.