У двух основных типов аккумуляторов, используемых в проектах солнечной энергетики с накопителями энергии, есть свои преимущества и недостатки. Свинцово-кислотные аккумуляторы существуют гораздо дольше и проще в изучении, но имеют ограничения по емкости хранения.Литий-ионная батареяОни обладают более длительным сроком службы и меньшим весом, но по своей природе дороже.

Системы хранения энергии обычно состоят из одного типа батарей, как, например, у LG Chem (см. фото). Фото предоставлено GreenBrilliance.

Можно ли объединить преимущества каждого типа химических соединений, чтобы создать экономичный и высокоемкий аккумуляторный блок?

Придётся ли разбирать аккумуляторную батарею свинцово-кислотного типа, чтобы использовать возможности новой литий-ионной батареи? Можно ли добавить к литиевой системе более дешёвые свинцово-кислотные батареи, чтобы достичь определённой ёмкости в киловатт-часах?

На все важные вопросы с нечетким ответом: все зависит от обстоятельств. Проще и менее рискованно придерживаться одной и той же химической модели, но есть и обходные пути.

Гордон Ганн, инженер-электрик компании Freedom Solar Power в Техасе, заявил, что, вероятно, возможно соединить свинцово-кислотные и литиевые батареи, но только посредством переменного тока.

«Соединять свинцово-кислотные и литиевые батареи на одной шине постоянного тока категорически нельзя», — сказал он. «В лучшем случае это уничтожит батареи, а в худшем… пожар? Взрыв? Сбой в пространственно-временном континууме? Я не знаю».

Дополнительные пояснения предоставил К. Фред Вемайер, старший вице-президент по инженерным вопросам компании US Battery Manufacturing Co., занимающейся производством свинцово-кислотных аккумуляторов.

«Это возможно, но это будет не так просто, как просто добавить свинцово-кислотные батареи к литий-ионной аккумуляторной системе. По сути, две системы будут работать независимо», — сказал Вемайер. «Литий-ионная аккумуляторная система по-прежнему должна управляться собственной системой управления батареями (BMS) со своим собственным зарядным устройством и контроллером заряда. Свинцово-кислотной аккумуляторной системе потребуется собственное зарядное устройство и/или контроллер заряда, но BMS не понадобится. Две системы могут обеспечивать эквивалентную нагрузку параллельно, но может потребоваться некоторый контроль для безопасного распределения нагрузки между двумя типами батарей».

Трой Дэниелс, менеджер по техническому обслуживанию компании SimpliPhi Power, производителя литий-железо-фосфатных аккумуляторов, не рекомендует смешивать аккумуляторы с одинаковым химическим составом, не говоря уже о различном, в одной системе, но признает, что это возможно.

«Можно объединить несколько вариантов: использовать две изолированные системы (зарядное устройство и инвертор), которые могли бы совместно использовать общую нагрузку или даже разделять необходимые электрические нагрузки», — сказал он. «Также можно использовать переключатель; однако это означало бы, что одновременно можно заряжать или разряжать только один комплект батарей или аккумуляторов одного типа, и, вероятно, потребуется ручное переключение».

Разделение нагрузки и настройка двух систем зачастую оказывается гораздо более сложной задачей, чем многие хотели бы за нее браться.

«В компании Freedom Solar мы не работали с гибридными литий-свинцово-кислотными системами, потому что это было бы недешевым дополнением, и мы стараемся упрощать наши установки аккумуляторов, используя только один химический состав и один тип аккумуляторов», — сказал Джош Мид, инженер-проектировщик и менеджер по проектированию.

Одна компания пытается упростить сочетание двух типов аккумуляторов. Производитель портативных источников питания Goal Zero предлагает литий-ионную портативную электростанцию ​​Yeti, которую можно использовать для частичного резервного питания дома. Yeti 3000 — это литий-ионный аккумулятор NMC емкостью 3 кВт⋅ч и весом 70 фунтов, способный поддерживать четыре цепи. Если требуется большая мощность, Goal Zero предлагает модуль расширения Yeti Link, позволяющий добавлять свинцово-кислотные аккумуляторы. Да, вы правильно поняли: литий-ионный аккумулятор Yeti можно использовать в паре со свинцово-кислотным аккумулятором.

«Наш расширительный бак — это загадочный циклический свинцово-кислотный аккумулятор. Он позволяет использовать электронику из Yeti [литиевой системы], но при этом расширяет батарею», — сказал Билл Хармон, генеральный менеджер Goal Zero. «Каждый из них имеет емкость 1,25 кВт⋅ч, поэтому вы можете добавить столько свинцово-кислотных аккумуляторов, сколько захотите. Клиент может просто подключить их. Внезапно вы получаете портативность литиевых батарей и недорогие свинцово-кислотные батареи, которые можно хранить дома».

Наибольшие проблемы при попытке соединить литиевые и свинцово-кислотные батареи заключаются в различиях в напряжении, профилях зарядки и ограничениях заряда/разряда. Если напряжение батарей отличается или они разряжаются с разной скоростью, заряд будет быстро перетекать одна в другую. При быстром перетекании заряда возникают проблемы с нагревом, что снижает эффективность цикла работы батареи.

Компания Goal Zero решает эту проблему с помощью устройства Yeti Link. Yeti Link — это, по сути, сложная система управления батареями, разработанная для оригинальной литий-ионной батареи Yeti, которая регулирует напряжение и зарядку между различными типами батарей.

«Yeti Link регулирует передачу энергии между батареями», — сказал Хармон. «Мы обеспечиваем безопасную защиту, так что литиевая батарея даже не "знает", что она соединена со свинцово-кислотной батареей».

Аккумулятор Yeti 3000 может быть меньше традиционных бытовых литиевых батарей — LG Chem. Модели Tesla и Sonnet обычно имеют емкость не менее 9,8 кВт⋅ч — но это лишь его отличительная черта, сказал Хармон. И если кто-то сможет увеличить его емкость до 9 кВт⋅ч с помощью более дешевых свинцово-кислотных батарей, а также брать литиевую батарею с собой в походы или на пикники, почему бы и нет?

«Наша система предназначена для всех жителей страны, у которых нет 15 000 долларов на установку системы хранения энергии. А когда я закончу, мне останется только стационарно установить её у себя дома», — сказал Хармон. «Yeti предназначена для тех, кто уязвим перед тем, на что они тратят деньги. Стоимость нашей системы с установкой составляет всего 3500 долларов».

Компания Goal Zero выпускает уже пятое поколение своей продукции, поэтому уверена в возможностях использования литий-свинцовых аккумуляторов в сочетании с другими типами батарей. Однако для тех, кому некомфортно смешивать разные типы батарей, можно установить две изолированные и независимые системы в одном и том же офисе или доме — при условии, что установку выполнит квалифицированный электрик.

«Более простой и безопасный способ добавить к существующей литиевой системе более дешевую емкость хранения — это разделить нагрузку и распределить ее отдельно между двумя аккумуляторными системами», — сказал Вехмайер из компании US Battery. «В любом случае, это должен делать квалифицированный специалист для обеспечения безопасности».