Kakšne varnostne funkcije mora imeti baterija za shranjevanje sončne energije?

Preprečevanje toplotnega zbežanja in konstrukcija, varna pred požarom

Kako pride do toplotnega zbežanja v litij-ionski bateriji za shranjevanje sončne energije

Ko pride do toplotnega zbežanja v litij-ionskih baterijah za shranjevanje sončne energije, se običajno začne zaradi težav znotraj samih celic, poškodb iz zunanjih virov ali preprosto zaradi redne obrabe med obratovanjem. Ko se temperatura dvigne nad približno 80 stopinj Celzija (kar ustreza približno 176 stopinjam Fahrenheita), se elektrolit razgradi in sprosti gorljive pline ter še več toplote, kar ustvari verižno reakcijo, ki se samodejno nadaljuje. Na mestih, kjer so te baterije tesno zložene skupaj, se toplota hitro prenaša na sosednje celice, kar v nekaj sekundah lahko povzroči, da se temperature dvignejo čez 400 stopinj Celzija (ali približno 752 stopinj Fahrenheita). Najpogosteje so za take incidente odgovorne notranje kratek spoji. Ti kratek spoji nastanejo običajno zaradi rasti dendritov znotraj baterije ali napak, ki so se pojavile med proizvodnjo. Po podatkih takšni problemi predstavljajo približno sedem desetink vseh primerov toplotnega zbežanja. Da bi preprečili ta nevarni proces, morajo proizvajalci vključiti določene varnostne ukrepe, kot so ločilne membrane, ki se ne vžgejo, posebni dodatki v elektrolitu, ki zavirajo gorenje, ter pregrade iz epoksidne smole, ki pomagajo preprečiti prenašanje toplote med posameznimi celicami.

Preskus UL 9540A in zmanjševanje širjenja požara pri namestitvah akumulatorskih sistemov za shranjevanje sončne energije

Pridobitev certifikata UL 9540A pomeni opravo obsežnih požarnih preskusov, ki preučujejo, kako se toplotni zbežnik širi v komercialnih sistemih za shranjevanje energije v sončnih baterijah. Preskusni postopek ustvarja scenarije, ki predstavljajo najhujše možne odpovedi, na primer ko ostro predmet prebode baterije ali ko so prenapolnjene. Ti preskusi preverjajo stvari, kot so hitrost nastajanja toplote, vrste plinov, ki se sproščajo, ter možnost prenosa ognja z enega modula na drugega. Baterijski sistemi, ki izpolnjujejo ta standard, vključujejo vgrajene varnostne funkcije, med drugim posebne protipožarne ohišja okoli vsakega modula, ventile za varno izpuščanje tlaka ter pregrade, ki preprečujejo prenos toplote med moduli. Neodvisni preskusi kažejo, da večina certificiranih sistemov nevarne toplotne dogodke omeji na le en modul približno v 99 odstotkih primerov. Pri namestitvi teh baterij v zaprtih prostorih ali v tesnih prostorih, kjer je med enotami zelo malo prostora, je uporaba opreme, certificirane po UL 9540A, smiselna tako zaradi regulativnih zahtev kot tudi dejanskega zmanjšanja tveganj v praksi. Številni upravitelji objektov so poročali o manjšem številu incidentov po prehodu na te varnejše sisteme.

Inteligenčna električna zaščita prek sistema za upravljanje akumulatorja (BMS)

Ključne funkcije BMS: prenapolnjenost, podnapolnjenost, kratek stik in nadzor izolacije

Sistem za upravljanje akumulatorja (BMS) deluje kot možgani za litij-ionske akumulatorske baterije za sončno energijo in nadzoruje štiri ključne funkcije varnosti, ki zagotavljajo gladko delovanje. Ko se akumulator preveč napolni, BMS ustavi postopek pri približno 3,65 V na celico, saj lahko presežek te napetosti povzroči nevarno litijevо plastičenje, ki lahko vodi do težav s pregrevanjem. Nasprotno pa, če se akumulator razprazni pod približno 2,5 V na celico, sistem znova vklopi in prepreči nadaljnjo razprazitev, saj to lahko poškoduje notranje komponente ter trajno zmanjša življenjsko dobo akumulatorja. Pri kratek stikih se odziv zgodijo skoraj takoj, ko tok naraste nad trojno normalno raven, pri čemer sistem uporabi posebne stikala za varno prekinitev pretoka električne energije. Sistem prav tako neprestano preverja odpornost izolacije med aktivnimi deli in kovinsko ohišjem ter išče kakršnekoli padce pod 100 ohmov na volt, ki bi kazali na zgodnje znake obrabe. Poljski poročili iz velikih in domačih namestitev v ZDA kažejo, da so ti večplastni ukrepi za zaščito v zadnjih letih zmanjšali električne nesreče približno za dve tretjini.

Sledenje SOC/SOH v realnem času in napovedna reakcija na okvare za baterijo za shranjevanje sončne energije

Najboljši sistemi za upravljanje baterij danes združujejo tehnike štetja kulonov z Kalmanovimi filtri, da ohranijo natančnost ocene stanja polnjenja (SOC) okoli ±3 %. Hkrati spremljajo stanje zdravja baterije (SOH) tako, da opazujejo, kako se kapaciteta zmanjšuje s časom. Ta kombinacija operaterjem zagotavlja dva sloja informacij, ki pomagajo napovedati težave še pred njihovim nastopom. Ko posamezne celice začnejo kazati napetostne razlike nad 50 milivolti ali ko je med moduli razlika v temperaturi večja od 4 stopinj Celzija, sistem zmanjša hitrost polnjenja in pošlje opozorila o potrebni vzdrževalni obrabi. Te podrobne diagnostične preverbe preprečujejo, da bi se majhne težave sčasoma kopičile, kar dejansko podaljša življenjsko dobo baterije približno za 40 % v primerjavi s starejšimi sistemi, ki aktivno ne spremljajo stanja. Noviši sistemi postajajo še pametnejši: z uporabo podatkov o prejšnjem delovanju ocenjujejo, kdaj baterije morda dosežejo konec svoje življenjske dobe približno tri mesece pred tem. Takšno napovedovanje pomaga namestitvenim podjetjem za sončne elektrarne bolje načrtovati zamenjavo baterij namesto, da bi čakali, dokler se ne pokvari popolnoma.

Obvezna regulativna potrdila za akumulatorske baterije za shranjevanje sončne energije

Skladnost z mednarodnimi varnostnimi potrdili je nesprejemljiva za namestitve akumulatorskih baterij za shranjevanje sončne energije v stanovanjskih in poslovnih objektih. Ti standardi zmanjšujejo tveganje požarov, zagotavljajo zanesljivost obratovanja ter predstavljajo predpogoj za povezavo z omrežjem, pridobitev dovoljenj in zavarovalno pokritje.

Varnostni standardi na ravni celic in paketov: UL 1642, IEC 62619 in UN 38.3

Potrdila na ravni komponent potrjujejo osnovno varnost že pred integracijo v sistem:

• UL 1642 podvrže litijeve celice ekstremnim pogojev zlorabe, vključno s prisilnim krajkim stikom, prenapolnjanjem in testi stiskanja, da se preveri strukturna in toplotna celovitost.
• IEC 62619 določa varnostne zahteve za industrijske litijeve baterije in zahteva odpornost proti mehanskim obremenitvam, toplotni zlorabi in nenormalnemu polnjenju.
• UN 38.3 potrjuje varno prevozno varnost tako, da zahteva teste simulacije nadmorske višine, vibracij, udarce in toplotnih ciklov, da se prepreči uhajanje ali toplotni dogodki med prevozom.
  Proizvajalci morajo dokazati skladnost z vsemi tremi zahtevami, preden lahko nadaljujejo na oceno na ravni sistema.

Skladnost na ravni sistema: UL 9540, NFPA 855 in varnost povezave z omrežjem (IEEE 1547, NFPA 585)

Celotna integracija sistema zahteva spoštovanje medsebojno odvisnih varnostnih okvirjev:

• UL 9540 ocenjuje integrirano širjenje požara, električno varnost in toplotno upravljanje pod simuliranimi pogoji toplotnega zbežanja.
• NFPA 855 določa zahteve glede fizične namestitve, vključno z minimalnimi razdaljami, prezračevanjem, gasilnimi ukrepi in ureditvami za evakuacijo, da se omeji širjenje požara in omogoči učinkovit odziv ob nesreči.
• Standardi za povezavo z omrežjem, kot je IEEE 1547 (za vzdržljivost pri napetosti/razponu frekvenc in preprečevanje izolirane obratovanja) ter NFPA 585 (za hitro izklop in zaznavanje lokovnega stika) zagotavljajo brezhibno izklopno funkcijo ob okvarah.
  Do leta 2024 je 37 ameriških zveznih držav vključilo NFPA 855 v svoje električne predpise, s čimer je postalo dejansko zahtevano za pridobitev dovoljenja.

Izbira materialov in izboljšave proaktivnega spremljanja

Zakaj je litij-železo-fosfat (LFP) prednostna kemija za varnejše shranjevanje sončne energije v baterijah

LFP, kar pomeni litij-železov fosfat, je danes najpogosteje izbrana rešitev za večino sistemov za shranjevanje sončne energije zaradi njegove izjemne termične stabilnosti. To materialu daje posebno lastnost edinstvena olivinska kristalna struktura, ki praktično preprečuje izhajanje kisika tudi pri zelo visokih temperaturah. To pomeni, da so baterije na osnovi LFP veliko varnejše kot tiste, ki uporabljajo nikl ali kobalt, saj te zadnje lažje uidejo v plamen. Glede na dejanske poročila iz prakse imajo namestitve, ki uporabljajo tehnologijo LFP, približno 60 odstotkov manj požarnih incidentov. Obstaja tudi še veliko drugih prednosti. Te baterije preživijo veliko več ciklov polnjenja pred tem, ko se obrabijo, napetost ohranjajo precej dobro skozi čas in zanesljivo delujejo tudi pri precej toplih pogojih do približno 55 stopinj Celzija. Takšna odpornost proti visokim temperaturam je zelo pomembna za sončne sisteme na strehah ali zunanjih površinah, kjer lahko toplota predstavlja problem.

Oddaljeno termično slikanje, zaznavanje nepravilnosti na podlagi umetne inteligence in avtomatizirano opozarjanje

Proaktivno spremljanje dodaja ključno plast zaščite poleg strojne opreme in nadzornih sistemov za baterije:

• Termično slikovanje s podaljšanim infravecrtjem omogoča neprekinjeno, brezkontaktno kartiranje površinske temperature za prepoznavanje točk zvišane temperature, preden se razvijejo v resnejše težave.
• Analitika pod poganjanjem AI povezuje odmike napetosti, spremembe impedanc in toplotne trende med moduli, da odkrije nepravilnosti, ki jih alarmi na podlagi meja ne zaznajo.
• Samodejno opozarjanje tehniki pošlje obvestila z kontekstualnimi diagnostičnimi podatki, kar omogoča poseg, preden se majhne odstopanja razvijejo v okvare.
  Ta pristop zmanjša nenamerne prekinitve obratovanja za 34 % v flotah shranjevanja sončne energije in znatno zmanjša odvisnost od reaktivnih vzdrževalnih urnikov, s čimer izboljša dolgoročno varnost in zanesljivost.

Pogosta vprašanja

• Kaj povzroča toplotni zagon v litij-ionskih baterijah za shranjevanje sončne energije?

  Toplotni zagon se lahko pojavi zaradi notranjih težav znotraj celic baterije, zunanjih poškodb ali redne obrabe. Vključuje verižno reakcijo toplote, ki poslabša problem, pogosto sproženo z notranjimi kratkimi stiki.

• Kaj je certifikat UL 9540A in zakaj je pomemben?

  Certifikacija UL 9540A vključuje obsežno požarno preskušanje za oceno širjenja toplotnega zmedenja v sončnih baterijskih sistemih. Sistemi s tem certifikatom vključujejo ognjevzdržne ohišja in druge varnostne funkcije za preprečevanje prenosa toplote med moduli.

• Kako sistem za upravljanje baterij (BMS) izboljša varnost baterij?

  BMS nadzoruje prekomerno polnjenje, prekomerno razpraznjevanje, kratek stik in nadzor izolacije, da ohrani optimalno delovanje baterije in prepreči nevarne situacije.

• Kakšne so prednosti uporabe litij-železo-fosfatnih (LFP) baterij v sončni shrambi?

  LFP-baterije ponujajo toplotno stabilnost zaradi svoje posebne strukture, kar zmanjšuje tveganje požarov in omogoča daljše življenjske dobe v primerjavi z drugimi kemijami, kot sta nikelj ali kobalt.