Hvilke sikkerhetsfunksjoner bør batteriet for solenergilagring ha?

Forebygging av termisk løype og brannsikker konstruksjon

Hvordan termisk løype oppstår i litium-ion-batterier til solenergilagring

Når termisk løsning oppstår i litiumion-solenergilagringsbatterier, starter den vanligvis i selve cellene, skade fra eksterne kilder eller bare normal slitasje under drift. Når temperaturen stiger over ca. 80 grader Celsius (ca. 176 grader Fahrenheit), brytes elektrolytten ned og frigir brennbare gasser sammen med enda mer varme, noe som skaper en slags kjedereaksjon som fortsetter av seg selv. I områder der mange slike batterier er pakket tett sammen, sprer varmen seg raskt til naboceller, og temperaturen kan noen ganger stige til over 400 grader Celsius (ca. 752 grader Fahrenheit) på bare få sekunder. I de fleste tilfeller skyldes disse hendelsene interne kortslutninger. Slike kortslutninger oppstår typisk på grunn av dendritvekst inne i batteriet eller feil som ble introdusert under produksjonen. Ifølge registrerte data utgjør slike problemer ca. syv av ti tilfeller av termisk løsning. For å hindre denne farlige prosessen må produsenter integrere visse sikkerhetstiltak, som f.eks. separatorelementer som ikke antennes, spesielle additiver i elektrolytten som er flammehemmende, og barrierer laget av epoksyhar, som hjelper til å hindre spredning av varme mellom enkelte celler.

UL 9540A-tester og tiltak mot brannspredning for batteriinstallasjoner til lagring av solenergi

Å få UL 9540A-sertifisering betyr å gjennomgå omfattende brannprøver som undersøker hvordan termisk løsrevning sprer seg i kommersielle solbatterilagringsystemer. Prøveprosessen skaper scenarier som representerer de verste mulige sviktene, for eksempel når noe skarpt gjør hull i batteriene eller når de lades over. Disse prøvene undersøker blant annet hvor raskt varme bygges opp, hvilke gasser som frigjøres og om branner kan spre seg fra én modul til en annen. Batterisystemer som oppfyller denne standarden er utstyrt med innebygde sikkerhetsfunksjoner, inkludert spesielle ildsikre omslag rundt hver modul, ventiler som lar trykk avgå på en sikker måte og barrierer som hindrer varmespredning mellom moduler. Uavhengige tester viser at de fleste sertifiserte systemer holder farlige termiske hendelser innenfor én enkelt modul ca. 99 av 100 ganger. Når man installerer disse batteriene innendørs eller i trange rom der det ikke er mye plass mellom enhetene, er det rimelig å velge UL 9540A-sertifisert utstyr både fordi regelverket krever det og fordi det faktisk reduserer risikoene i praksis. Mange driftsansvarlige har rapportert færre hendelser etter å ha byttet til disse sikrere systemene.

Intelligent elektrisk beskyttelse via batteristyringssystem (BMS)

Viktige BMS-funksjoner: Overlading, utladning under minimumspenning, kortslutning og isolasjonsovervåking

Et batteristyringssystem (BMS) fungerer som hjernen til litium-ion-solenergilagre, og styrer fire viktige sikkerhetsfunksjoner som sikrer en jevn drift. Når et batteri lades for mye, stopper BMS-ladeprosessen ved ca. 3,65 volt per celle, siden å gå forbi dette punktet kan føre til farlig litiumavleiring, noe som igjen kan føre til overopphetingsproblemer. På den andre siden aktiveres systemet på nytt hvis batteriet utlades under ca. 2,5 volt per celle, for å hindre ytterligere utladning – da kan dette skade interne komponenter og redusere batteriets levetid permanent. Ved kortslutning skjer responsen nesten øyeblikkelig når strømmen stiger til mer enn tre ganger normalnivået, og spesielle brytere brukes for å kutte av strømtilførselen på en trygg måte. Systemet kontrollerer også konstant isolasjonsmotstanden mellom aktive deler og metallkapslingen, og søker etter eventuelle nedgangsverdier under 100 ohm per volt, som kan signalisere tidlige tegn på slitasje. Feltmeldinger fra både store anlegg og hjemmeinstallasjoner i USA viser at disse flere lagene med beskyttelse har redusert elektriske ulykker med omtrent to tredjedeler de siste årene.

Sanntids-SOC/SOH-sporing og prediktiv feilsvar for batteri til solenergilagring

De beste batteristyringssystemene i dag kombinerer coulombtellingsteknikker med Kalman-filter for å holde nøyaktigheten til SOC (State of Charge) på omtrent pluss eller minus 3 %. Samtidig sporer de SOH (State of Health) ved å analysere hvor mye kapasitet som reduseres over tid. Denne kombinasjonen gir operatører to lag med informasjon som hjelper dem med å forutsi problemer før de oppstår. Når enkelte celler begynner å vise spenningsforskjeller på mer enn 50 millivolt, eller når det er en temperaturforskjell mellom moduler på mer enn 4 grader Celsius, senker systemet ladefarten og sender ut advarsler om nødvendig vedlikehold. Disse detaljerte diagnostiske sjekkene hindrer små problemer i å akkumuleres over tid, noe som faktisk kan utvide batterilevetiden med omtrent 40 % sammenlignet med eldre systemer som ikke overvåker aktivt. Nyere versjoner blir også enda smartere, ved å bruke tidligere ytelsesdata til å estimere når batteriene kanskje når sin levetidsende ca. tre måneder i forkant. Denne typen prognoser hjelper solinstallatører med å planlegge utskiftninger bedre, i stedet for å vente til noe går helt i stykker.

Påkrevde regulatoriske sertifiseringer for batterier til lagring av solenergi

Overholdelse av internasjonale sikkerhetssertifiseringer er uunnværlig for installasjoner av batterier til lagring av solenergi i boliger og kommersielle bygninger. Disse standardene reduserer brannrisiko, sikrer driftssikkerhet og utgjør forutsetninger for tilkobling til kraftnettet, tillatelser og forsikringsdekning.

Sikkerhetsstandarder på celle- og pakknivå: UL 1642, IEC 62619 og UN 38.3

Sertifiseringer på komponentnivå bekrefter grunnleggende sikkerhet før systemintegrering:

• UL 1642 underkaster litiumceller ekstreme misbruksbetingelser, inkludert tvungen kortslutning, overlading og knusningstester, for å verifisere strukturell og termisk integritet.
• IEC 62619 fastsetter sikkerhetskrav for industrielle litiumbatterier og krever motstandsevne mot mekanisk stress, termisk misbruk og unormal lading.
• UN 38.3 sikrer trygg transport ved å kreve høydesimulering, vibrasjons-, støt- og termisk syklus-testing for å forhindre lekkasje eller termiske hendelser under frakt.
  Produsenter må dokumentere overholdelse av alle tre kravene før de kan gå videre til systemnivåvurdering.

Overholdelse på systemnivå: UL 9540, NFPA 855 og sikkerhet ved tilkobling til strømnettet (IEEE 1547, NFPA 585)

Full-systemintegrasjon krever overholdelse av gjensidig avhengige sikkerhetsrammeverk:

• UL 9540 evaluerer integrert brannspredning, elektrisk sikkerhet og termisk styring under simulerte forhold med termisk løsrivelse.
• NFPA 855 regulerer krav til fysisk installasjon, inkludert minimumsavstand, ventilasjon, brannslokkingsanlegg og utgangsforhold for å begrense brannspredning og lette nødreaksjon.
• Nettkoblingsstandarder som IEEE 1547 (for spennings- og frekvensstabilitet ved nettfeil samt anti-islanding) og NFPA 585 (for rask avkopling og lysbuefeiloppdagelse) sikrer feilsikker frakobling ved feil.
  Per 2024 har 37 amerikanske stater inkludert NFPA 855 i sine elektriske forskrifter, noe som gjør det til en de facto-krav for tillatelse.

Forbedringer av materialevalg og proaktiv overvåking

Hvorfor litium-jernfosfat (LFP) er den foretrukne kjemien for sikrere solenergilagring

LFP, forkortelse for litium-jern-fosfat, er nå det foretrukne valget for de fleste løsninger for lagring av solenergi på grunn av sin høye termiske stabilitet. Det som gjør dette materialet spesielt, er dens unike olivin-kristallstruktur, som i praksis forhindrer oksygen i å unnslippe, selv ved svært høye temperaturer. Dette betyr at LFP-batterier er mye sikrere enn batterier laget med nikkel eller kobalt, som har en tendens til å ta fyr mer lett. Ifølge faktiske feltmeldinger har installasjoner som bruker LFP-teknologi omtrent 60 prosent færre brannrelaterte hendelser. Det finnes også mange andre fordeler. Disse batteriene tåler langt flere lade-/utladecykler før de slites ut, holder spenningen relativt stabil over tid og fungerer pålitelig selv ved ganske varme forhold – opp til ca. 55 grader Celsius. Denne typen temperaturtoleranse er svært viktig for solkraftanlegg på tak eller utendørs, der varme kan være et problem.

Fjernvarmebildebehandling, AI-drevet avviksdeteksjon og automatisk varsling

Proaktiv overvåking legger til et kritisk forsvarslag ut over maskinvare- og BMS-kontroller:

• Infrarød termisk avbildning gir kontinuerlig, kontaktløs overflatetemperaturkartlegging som identifiserer varmeområder før de eskalerer.
• AI-drevet analytikk korrelere spenningsdrift, impedansendringer og termiske trender på tvers av moduler for å markere avvik som er usynlige for alarmer basert på terskelverdier.
• Automatisert varsling leverer teknikervarsler med kontekstuelle diagnostikkdata, slik at inngrep kan foretas før små avvik blir feil.
  Denne tilnærmingen reduserer uplanlagt nedetid med 34 % i solenergilagringsflåter og senker betydelig avhengigheten av reaktive vedlikeholdsplaner, noe som styrker langsiktig sikkerhet og pålitelighet.

Ofte stilte spørsmål

• Hva forårsaker termisk løype i litium-ion-batterier for solenergilagring?

  Termisk løype kan oppstå på grunn av interne problemer i battericellene, ytre skade eller normal slitasje. Den innebär en kjedereaksjon av varme som forverrer problemet, ofte utløst av interne kortslutninger.

• Hva er UL 9540A-sertifisering, og hvorfor er den viktig?

  UL 9540A-sertifisering innebär omfattande brannprøver for å vurdere hvordan termisk løsning spreder seg i solbatterisystemer. Systemer med denne sertifiseringen inkluderer ildsikre omslag og andre sikkerhetsfunksjoner for å hindre varmeoverføring mellom moduler.

• Hvordan forbedrer et batteristyringssystem (BMS) batterisikkerheten?

  Et BMS håndterer overlading, utladning under tillatt grense, kortslutning og isolasjonskontroll for å opprettholde optimal batteriytelse og forhindre farlige situasjoner.

• Hva er fordelene med å bruke litium-jernfosfatbatterier (LFP) i solenergilagring?

  LFP-batterier gir termisk stabilitet på grunn av sin unike struktur, noe som reduserer risikoen for brann og gir lengre levetider sammenlignet med andre kjemiske sammensetninger, som nikkel eller kobalt.