Güneş enerjisi depolama bataryasının sahip olması gereken güvenlik özellikleri nelerdir?

Termal Kaçış Önleme ve Yangına Dayanıklı Tasarım

Lityum-iyon güneş enerjisi depolama bataryalarında termal kaçış nasıl oluşur?

Lityum iyon güneş enerjisi depolama pillerinde termal kaçış meydana geldiğinde, bu durum genellikle hücrelerin kendisi içindeki sorunlardan, dış kaynaklı hasarlardan veya işletme sırasında yaşanan normal aşınmadan kaynaklanır. Bir kez sıcaklık yaklaşık 80 °C’ye (yaklaşık 176 °F) ulaştığında, elektrolit bozulur ve yanıcı gazlar ile daha fazla ısı açığa çıkar; bu da kendi kendine devam eden bir zincirleme reaksiyonu oluşturur. Birçok pilin bir araya sıkıştırıldığı ortamlarda ısı komşu hücrelere hızla yayılır ve bazen sadece birkaç saniye içinde sıcaklıklar 400 °C’yi (yaklaşık 752 °F) aşabilir. Bu tür olayların çoğu, iç kısa devrelerden kaynaklanır. Bu kısa devreler tipik olarak pilden içine doğru büyüyen dendritlerden veya üretim sürecinde oluşan hatalardan kaynaklanır. Kayıtlara göre, bu tür sorunlar termal kaçış vakalarının yaklaşık on tanesinden yedisiyle ilişkilidir. Bu tehlikeli süreci durdurmak için üreticiler, tutuşmayan ayırıcılar, alev direnci sağlayan özel elektrolit katkı maddeleri ve bireysel hücreler arasındaki ısı yayılmasını engellemeye yardımcı olan epoksi reçinesi bariyerleri gibi belirli güvenlik önlemlerini entegre etmelidir.

Güneş enerjisi depolama bataryası tesislerinde UL 9540A testi ve yangın yayılımını azaltma

UL 9540A sertifikasyonu almak, ticari güneş enerjisi batarya depolama sistemlerinde termal kaçışın nasıl yayıldığını inceleyen kapsamlı yangın testlerinden geçmeyi gerektirir. Test süreci, bataryalara keskin bir cismin saplanması veya aşırı şarj edilmeleri gibi en kötü olası arızaları temsil eden senaryolar oluşturur. Bu testler, ısı birikiminin ne kadar hızlı gerçekleştiğini, hangi gazların salındığını ve yangınların bir modülden diğerine sıçrayıp sıçramadığını kontrol eder. Bu standartı geçen batarya sistemleri, her modülün etrafındaki özel yangına dayanıklı muhafazalar, basıncı güvenli bir şekilde dışarıya boşaltan havalandırma açıklıkları ve modüller arasında ısı iletimini engelleyen bariyerler gibi yerleşik güvenlik özelliklerine sahiptir. Bağımsız testler, çoğu sertifikalı sistemin tehlikeli termal olayları yaklaşık 100’de 99 oranında yalnızca tek bir modül içinde sınırlandırdığını göstermektedir. Bu bataryaları, birimler arasında çok az boşluk kalan iç mekânlarda veya dar alanlarda kurarken UL 9540A sertifikalı ekipman tercih etmek hem yasal düzenlemeler gereği hem de pratikte riskleri gerçekten azalttığı için mantıklıdır. Birçok tesis yöneticisi, bu daha güvenli sistemlere geçtikten sonra olay sayısında azalma yaşadıklarını bildirmiştir.

Pil Yönetim Sistemi (BMS) Aracılığıyla Akıllı Elektriksel Koruma

Kritik BMS İşlevleri: Aşırı Şarj, Aşırı Deşarj, Kısa Devre ve İzolasyon İzleme

Bir Pil Yönetim Sistemi (BMS), lityum-iyon güneş enerjisi depolama pillerinin 'beyni' gibi çalışır ve işlerin sorunsuz yürümesini sağlayan dört temel güvenlik işlevini yönetir. Bir pil aşırı şarj olduğunda BMS, pilin yaklaşık 3,65 volt/hücre seviyesinde şarj işlemini durdurur; çünkü bu sınırın ötesine geçilmesi tehlikeli lityum kaplamasına neden olabilir ve bunun sonucunda aşırı ısınma sorunları ortaya çıkabilir. Bunun tam tersine, pil yaklaşık 2,5 volt/hücre altına deşarj olmaya başladığında sistem tekrar devreye girer ve daha fazla deşarjı engeller; çünkü bu durum iç bileşenlere zarar verebilir ve pil ömrünü kalıcı olarak kısaltabilir. Kısa devre durumlarında ise akım normal değerlerin üç katını aştığında yanıt neredeyse anlık olarak gerçekleşir ve güç akışını güvenli bir şekilde kesmek için özel anahtarlar kullanılır. Sistem ayrıca aktif parçalar ile metal kasa arasındaki yalıtım direncini sürekli izler ve erken aşınma belirtilerini gösteren 100 ohm/volt değerinin altına düşen herhangi bir azalmayı tespit eder. ABD'deki büyük ölçekli ve ev tipi tesislerden gelen saha raporları, bu çok katmanlı koruma sisteminin son yıllarda elektrik kazalarını yaklaşık üçte ikisi oranında azalttığını göstermektedir.

Güneş enerjisi depolama bataryası için gerçek zamanlı SOC/SOH izleme ve tahmine dayalı arıza yanıtı

Günümüzün en iyi pil yönetim sistemleri, SOC doğruluğunu yaklaşık %3'lük bir artı/eksi hata payı ile korumak için coulomb sayma tekniklerini Kalman filtreleriyle birleştirir. Aynı zamanda bu sistemler, zaman içinde ne kadar kapasite kaybı yaşandığını izleyerek SOH'yi takip eder. Bu kombinasyon, operatörlere sorunların ortaya çıkmadan önce tahmin edilmelerine yardımcı olacak iki katmanlı bilgi sağlar. Bireysel hücrelerde 50 milivoltun üzerinde gerilim farkları gözlemlendiğinde ya da modüller arasında 4 °C'den fazla bir sıcaklık farkı oluştuğunda sistem, şarj hızını azaltır ve bakım gerekliliği hakkında uyarılar gönderir. Bu detaylı tanısal kontroller, küçük sorunların zaman içinde birikmesini engeller; bu da aktif izleme yapmayan eski sistemlere kıyasla pil ömrünü yaklaşık %40 oranında uzatabilir. Daha yeni sürümler ise geçmiş performans verilerini kullanarak pillerin kullanım ömürlerinin sonuna yaklaşık üç ay kala ulaşabileceğini tahmin edecek kadar akıllı hâle gelmektedir. Bu tür tahmin yeteneği, güneş enerjisi kurulum firmalarının tamamen arızalanana kadar beklemek yerine, değiştirme işlemlerini daha iyi planlamalarına yardımcı olur.

Güneş Enerjisi Depolama Pilleri İçin Zorunlu Düzenleyici Sertifikalar

Konut ve ticari güneş enerjisi depolama pilleri kurulumları için uluslararası güvenlik sertifikasyonlarına uyum sağlamak şarttır. Bu standartlar yangın risklerini azaltır, işletimsel güvenilirliği sağlar ve şebekeye bağlanma, ruhsatlandırma ve sigorta kapsamı için ön koşullar oluşturur.

Pil ve pil paketi düzeyinde güvenlik standartları: UL 1642, IEC 62619 ve UN 38.3

Bileşen düzeyindeki sertifikalar, sistem entegrasyonundan önce temel güvenlik doğrulamasını sağlar:

• UL 1642 lityum pilleri zorlayıcı kısa devre, aşırı şarj ve ezilme testleri gibi aşırı kullanım koşullarına tabi tutarak yapısal ve termal bütünlüğünü doğrular.
• IEC 62619 endüstriyel lityum piller için güvenlik gereksinimlerini belirler; mekanik stres, termal kötüye kullanım ve anormal şarja karşı direnç göstermeyi zorunlu kılar.
• UN 38.3 taşıma güvenliğini sertifikalandırır; sızıntı veya taşıma sırasında termal olayların önlenmesi amacıyla yükseklik simülasyonu, titreşim, darbe ve termal çevrim testlerini gerektirir.
  Üreticiler, sistem düzeyi değerlendirmesine geçmeden önce bu üç şartın tamamına uygunluklarını kanıtlamak zorundadır.

Sistem düzeyi uyumluluk: UL 9540, NFPA 855 ve şebeke bağlantısı güvenliği (IEEE 1547, NFPA 585)

Tam sistem entegrasyonu, birbirleriyle ilişkili güvenlik çerçevelerine uyum gerektirir:

• UL 9540 entegre yangın yayılımı, elektriksel güvenlik ve termal yönetim performansını, simüle edilmiş termal kaçış koşulları altında değerlendirir.
• NFPA 855 yangın yayılmasını sınırlandırmak ve acil durum müdahalelerini kolaylaştırmak amacıyla minimum mesafeler, havalandırma, yangın söndürme ve tahliye düzenlemeleri gibi fiziksel kurulum gereksinimlerini düzenler.
• Şebeke bağlantısı standartları gibi IEEE 1547 (gerilim/frekans dayanımı ve yalıtılmış çalışma önleme) ile NFPA 585 (hızlı kapatma ve ark arızası tespiti için) arızalar sırasında güvenli kesme işleminin sağlanmasını sağlar.
  2024 itibarıyla, ABD'nin 37 eyaleti elektrik kodlarına NFPA 855 standardını dahil etmiştir; bu da onay süreci için de facto bir zorunluluk haline gelmesine neden olmuştur.

Malzeme Seçimi ve Proaktif İzleme Geliştirmeleri

Neden lityum demir fosfat (LFP), daha güvenli güneş enerjisi depolama pilleri için tercih edilen kimyasal yapıdır?

LFP, yani Litzyum Demir Fosfat, termal olarak ne kadar kararlı olduğu için artık çoğu güneş enerjisi depolama çözümü için tercih edilen seçenektir. Bu malzemenin özel kılan özelliği, sıcaklık çok yükseldiğinde bile oksijenin kaçmasını temelde engelleyen benzersiz elma taşına (olivin) benzer kristal yapısıdır. Bu da LFP pillerinin, nikel veya kobalt içeren pillere kıyasla çok daha güvenli olduğu anlamına gelir; çünkü bu sonraki piller daha kolay alev alabilir. Gerçek saha raporlarına göre, LFP teknolojisi kullanan tesislerde yangınla ilgili olaylar yaklaşık %60 oranında azalmıştır. Bunun yanı sıra birçok başka avantajı da vardır. Bu piller, aşınmadan önce çok daha fazla şarj/düşürme döngüsüne dayanır, gerilimlerini zaman içinde oldukça iyi korurlar ve yaklaşık 55 °C’ye kadar olan oldukça sıcak koşullarda bile güvenilir şekilde çalışırlar. Bu tür sıcaklık dayanımı, ısı sorunu yaratabilecek çatı üstü veya açık hava güneş enerjisi sistemleri için büyük önem taşır.

Uzaktan termal görüntüleme, yapay zekâ destekli anormallık tespiti ve otomatik uyarı sistemi

Proaktif izleme, donanım ve BMS kontrollerinin ötesinde kritik bir savunma katmanı ekler:

• Infraruj termal görüntüleme sıcak noktaların şiddetlenmeden önce tespit edilmesini sağlayan sürekli, temas gerektirmeyen yüzey sıcaklığı haritalaması sağlar.
• AI-driven analytics (AI'ye dayalı analiz) gerilim kaymalarını, empedans değişimlerini ve modüller boyunca termal eğilimleri bir araya getirerek eşik tabanlı alarm sistemlerinin göremediği anormallıkları işaret eder.
• Otomatik uyarı sistemi teknisyenlere bağlamsal tanı bilgileriyle birlikte bildirim göndererek küçük sapmaların arızaya dönüşmesinden önce müdahale imkânı sunar.
  Bu yaklaşım, güneş enerjisi depolama filolarında plansız duruş sürelerini %34 oranında azaltır ve reaktif bakım programlarına olan bağımlılığı önemli ölçüde düşürerek uzun vadeli güvenliği ve güvenilirliği güçlendirir.

SSS

• Lityum-iyon güneş enerjisi depolama pillerinde termal kaçışa neler neden olur?

  Termal kaçış, pil hücreleri içindeki iç sorunlardan, dış hasarlardan veya normal aşınmadan kaynaklanabilir. Genellikle iç kısa devreler tarafından başlatılan, sorunu daha da kötüleştiren bir ısı zincir reaksiyonudur.

• UL 9540A sertifikasyonu nedir ve neden önemlidir?

  UL 9540A sertifikasyonu, güneş enerjisi pil sistemlerinde termal kaçak yayılımının nasıl gerçekleştiğini değerlendirmek amacıyla kapsamlı yangın testlerini içerir. Bu sertifikaya sahip sistemler, modüller arasında ısı transferini önlemek için yangına dayanıklı muhafazalar ve diğer güvenlik özellikleri içerir.

• Pil Yönetim Sistemi (BMS), pil güvenliğini nasıl artırır?

  Bir BMS, aşırı şarj, aşırı deşarj, kısa devre ve izolasyon izleme işlemlerini yöneterek pilin optimal performansını korur ve tehlikeli durumların oluşmasını önler.

• Güneş enerjisi depolama sistemlerinde Litzyum Demir Fosfat (LFP) pillerinin kullanılmasının avantajları nelerdir?

  LFP piller, benzersiz yapılarından kaynaklanan termal kararlılık sunar; bu da yangın riskini azaltır ve nikel veya kobalt gibi diğer kimyasallara kıyasla daha uzun ömürlü kullanım sağlar.