Kako varaven je sistem za shranjevanje nizkonapetostne energije v domači uporabi?

Razumevanje realnosti varnosti pri nizki napetosti za domače ESS

Zakaj »nizka napetost« ne pomeni »brez tveganja«: Fiziologija človeka in obnašanje okvarnega toka

Nizkonapetostni sistemi delujejo pod napetostjo manj kot 50 voltov izmeničnega toka ali 120 voltov enosmernega toka v skladu z navodili NEC, a naj vas ti številki ne zmaterijo glede varnosti. Naše telo na elektriko reagira presenetljivo močno že pri majhnih vrednostih. Že 5 miliamperov, ki preidejo skozi kožo, lahko povzroči krčenje mišic, zaradi česar se oseba ne more umakniti od žice pod napetostjo. Ko tok doseže približno 50 miliamperov, je to dovolj, da hudo moti ritem srca. Te težave se pojavijo predvsem takrat, ko pride do okvare sistema. Pomislite, kaj se zgodi, če odpove izolacija ali pride do ozemljitvene okvare na površinah, kot so mokre betonske tla ali kovinska delovna miza. Takrat postane celo namestitev z 48-voltim enosmernim tokom nevarna, ker se prehodni upor zmanjša na nevarno nizko raven okoli 480 ohmov, kar omogoči prost pretok 100 miliamperov toka. Nato je tu še dejavnik toplote, ki ga nihče ne pričakuje. Električni lokovi v teh nižjenapetostnih sistemih lahko trenutno segrejejo temperaturo nad 3.500 stopinj Celzija in vnamejo vse, kar je v bližini. Zato pozabite na to, kar ljudje mislijo o razlikovanju napetosti. Pravilne prakse izolacije, ustrezne tehnike ozemljitve in hitra odzivanja na okvare niso le priporočila za električarje, ki delajo s temi sistemi. To so absolutne nujnosti, ne glede na to, ali napajanje ustreza tradicionalnim opredelitvam visoke napetosti ali ne.

Napetostni pragovi v stanovanjskem kontekstu: 48V enosmerna napetost kot praktični referenčni standard za sisteme shranjevanja energije z nizko napetostjo

V stanovanjskih sistemih za shranjevanje energije se vedno pogosteje uporablja 48V enosmerna napetost kot varnostni standard, ki uravnoveša gostoto moči in hkrati omogoča bistveno nižje tveganje. Ta napetost je pod pragom 60V enosmerne napetosti, pri katerem mednarodni standardi, kot je IEC 61140, zahtevajo dodatne zaščitne ukrepe. V primerjavi s sistemi višje napetosti sistemi z 48V ponujajo merljive varnostne prednosti:

Oznaka vezja NEC Class 2 še dodatno podpira ta pristop, saj omejuje izhodno moč na 100 W, kar omejuje razpoložljivo energijo pri okvari ter omogoča varnejše namestitve, primerni za samodejne namestitve, hkrati pa še vedno zadostuje osnovnim potrebam rezervnega energije za gospodinjstva.

Termalni beg in požarna varnost v baterijah za stanovanja z nizkim napetostnim tokom

Sestava je pomembna: primerjava termalne stabilnosti LiFePO„¢ in NMC pri ekstremnih pogojih (UL 9540A)

Kemija akumulatorjev igra pomembno vlogo pri tem, kako varni so, ko so nameščeni v hišah z sistemi za shranjevanje energije nizke napetosti. Litij-železo-fosfat, ki se pogosto imenuje tudi LiFePO4, se ne znajde v stanju termalnega uganjanja zaradi svoje stabilne olivinske kristalne strukture. Ti akumulatorji lahko zdržijo celo pri temperaturah nad 260 stopinj Celzija, kar je približno 500 stopinj Fahrenheita. Nasprotno pa se nikl-mangan-kobaltne celice običajno nasilno razgradijo, ko dosežejo približno 200 stopinj Celzija. Ko gre kaj narobe, te NMC celice dosegajo izjemno visoke temperature, več kot 900 stopinj Celzija, v najslabših primerih celo 1.652 stopinj Fahrenheita. Preizkusi po standardu UL 9540A to potrjujejo: LiFePO4 celice ob okvari navadno ostanejo na mestu in ne povzročajo širjenja težav. Pri modulih NMC pa se težave v okviru sistema širijo v približno osemih od desetih primerov med testiranjem. Ker večina domačih namestitev uporablja pasivne hladilne metode in ima omejen prostor, notranja stabilnost LiFePO4 omogoča boljšo izbiro za aplikacije ESS nizke napetosti. To pomeni, da lastniki hiš ne potrebujejo zapletenih aktivnih sistemov za upravljanje toplote, da bi zagotovili varno delovanje.

Konstrukcijsko oblikovanje in nadzor širjenja v kompaktnih sistemih nizke napetosti

Dobro konstrukcijsko oblikovanje ohišja je zelo pomembno za omejevanje okvar pri manjših domačih sistemih za shranjevanje energije. Sodobne večplastne konstrukcije običajno vključujejo keramične toplotne pregrade skupaj s tlakom aktiviranimi ventilacijskimi kanali, ki pomagajo ustrezno odvajati produktov zgorevanja. Če se temperatura znotraj sistema preveč poveča ali če se tlak dvigne nad varne meje, posebni plamenski zaporni ventili usmerijo vroče pline stran od drugih delov sistema. Hkrati se intumescenčni tesnilni materiali začnejo razpirati in ustvarjati pregrade okoli poškodovanih modulov. Preizkusi so dejansko pokazali, da se pri teh rešitvah ogenj med termičnimi incidenti razširi na manj kot 5 % sosednjih celic. V kombinaciji s stalnim spremljanjem temperature v različnih skupinah celic dobimo inženirsko rešitev, ki težave ohranja izolirane znotraj varnostnih mej, določenih v standardu UL. To deluje tudi v tesnih prostorih, kjer se ti sistemi pogosto nameščajo, na primer v tehničnih prostorih ali kotih garaž.

Ključne varnostne funkcije: BMS, nadzor in zgodnje zaznavanje okvar

Izven napetosti: zaznavanje nabrekovanja, korozije in napak pri povezavah v nizkonapetostnih ESS

Če upoštevamo samo napetostne nivoje, to pri varnosti nizkonapetostnih sistemov za shranjevanje energije preprosto ni dovolj. Deležno pomembno se dogaja fizično že prej, veliko preden kakršnekoli električne težave pokaže merilnik. Vzemimo na primer nabreknila celica. Ko se celice začnejo širiti, to pomeni, da se znotraj njih kopiči plin in da se razvija mehansko napetost, kar lahko vodi do počenja, če tega ne nadzorujemo. Sodobni sistemi zdaj kombinirajo senzorje, občutljive na silo, s skrbnim spremljanjem napetosti, da bi te težave ujeli čim prej. Kaj pa druga velika težava? Korozija na priključnih točkah. Ta povzroča višjo upornost med komponentami, kar vodi do vročih točk, ki morda ne sprožijo običajnih alarmov napetosti, a kljub temu predstavljajo resno požarno nevarnost za okoliške materiale. Ne smemo pozabiti niti na ohlapne priključke. Ti ustvarjajo majhne lokove, ki proizvajajo nenadna povišanja temperature ravno preden se stvari popolnoma sesujejo. Najnovejši sistemi za upravljanje baterij dejansko zaznajo vse te težave z naprednimi metodami, kot sta termalno kartiranje na več točkah in metoda, imenovana spektroskopija impedanc. Ti sistemi lahko zaznajo celo majhne spremembe upornosti okoli 15 %. Zakaj je to tako pomembno? Po poročilu Nacionalne združbe za zaščito pred požarom iz leta 2023 je skoraj četrtina odpovedi domačih sistemov za shranjevanje energije pripisana fizičnemu degradaciji namesto enostavnim težavam zaradi previsoke napetosti ali prevelikega toka.

Osnovne zmogljivosti BMS-ja za stanovanjske sisteme z nizkim napetostnim tokom

Učinkovit stanovanjski BMS gre veliko dlje od osnovnega uravnavanja napetosti. Morajo zagotavljati:

• Sledenje več parametrom v realnem času , vključno s temperaturnimi gradienti med celicami, upornostjo izolacije, uhajanjem toka in metrikami stanja zdravja
• Algoritme napovedovanja okvar , usposobljene na podlagi zgodovinskih vzorcev degradacije za napovedovanje konca življenjske dobe ali začetka toplotnega napetosti
• Podvojene strojne odklopnike , sposobne izolacije okvar v milisekundah po zaznavanju nenormalnega povečanja temperature ali spremembe impedancе
• Dijagnostiko, integrirano v oblak , ki omogoča oddaljena opozorila in uporabne vpoglede prek varnih IoT protokolov

Stari sistemi za nadzor napetosti preprosto več ne zadostujejo v primerjavi z modernimi sistemi, ki neprestano spremljajo dogajanje znotraj baterij. Ti novi sistemi opazujejo stvari, kot so majhne spremembe notranje upornosti in kako se toplota prenaša med različnimi deli baterijskega paketa. Resnična vrednost nastane, ko se težavam da pravočasno prepreči. Na primer, če sistem zazna nabreknilo celico, lahko samodejno zmanjša moč, ki se prenaša skozi to področje, preden pride do resnejše okvare. Večina okvar baterij tudi ne nastane iz nič. Podatki iz industrije kažejo, da se približno 78 % teh okvar počasi razvija v obdobju od tednov do mesecev. Takšno podrobno spremljanje popolnoma spremeni naš pristop k vzdrževanju baterij – namesto popravljanja stvari po okvari zdaj dejansko napovedujemo težave, še preden postanejo resne.

Certifikacija, standardi za vgradnjo in varstvo okolja

Pridobitev ustrezne certifikacije in sledenje pravilom za vgradnjo sta zelo pomembna za varno namestitev sistemov za shranjevanje energije nizke napetosti. Neodvisne certifikacije, kot so UL 9540 za varnost sistema, UL 1973 za zmogljivost celic in NFPA 855 glede požarne zaščite, zagotavljajo načrtovalcem neodvisno potrdilo, da njihovi sistemi zmorejo okvare brez odpovedi. Pri vgradnji teh sistemov morajo električarji upoštevati tudi lokalne predpise. V Severni Ameriki sledijo NEC Article 706, medtem ko se drugod po svetu uporablja IEC 62477. Ti standardi zahtevajo uporabo odobrenih komponent, usposobljeno delovno silo in različne preizkuse po vgradnji, vključno s preverjanjem upornosti izolacije, zagotavljanjem dovolj prostora za prezračevanje ter preverjanjem celovitosti ohišij. Če pogledamo širšo sliko, bi morali proizvajalci skrbeti za dolgoročno usodo svojih izdelkov. Podjetja, usklajena s standardi ISO 14001, proizvajajo okolju prijaznejše izdelke in imajo programe za pravilno recikliranje starih enot. Glede na najnovejše podatke industrije iz lanskega leta približno tri četrtine vseh varnostnih težav po servisiranju nastanejo zaradi nepravilnega odstranjevanja teh sistemov. Zato mora biti upravljanje s temi sistemi – kako vstopijo na trg, kako delujejo in kako končajo svoje življenje – del vsakega varnostnega načrta že od samega začetka.

Pogosta vprašanja

Kaj velja za nizko napetost v domačih sistemih za shranjevanje energije?

Nizka napetost v domačih sistemih za shranjevanje energije navadno pomeni sisteme, ki delujejo pod 50 volti izmenične napetosti ali 120 volti enosmerne napetosti, v skladu z navodili NEC.

Zakaj se za stanovanjske sisteme za shranjevanje energije pogosto izbere 48V enosmerne napetosti?

48 V enosmerne napetosti se pogosto izbere, ker ponuja ravnovesje med gostoto moči in varnostjo. Pomembno zmanjša tveganje električnega udara in energije lokov v primerjavi s sistemi z višjo napetostjo.

Kako kemična sestava baterij vpliva na termalni zagon in požarno varnost?

Baterije, kot je LiFePO4, so zaradi svoje stabilne strukture manj nagnjene k termalnemu zagonu v primerjavi s celicami NMC, ki lahko postanejo nevarno vroče ob toplotnem stresu.

Kakšno vlogo ima sistem za upravljanje baterij (BMS) pri varnosti?

BMS je ključnega pomena za spremljanje več parametrov, zgodnje odkrivanje okvar in zagotavljanje varnega delovanja s hitrim ločevanjem okvar.