Warum Lithiumbatterie? Batterieinnovation ist jetzt
Batteriespeicher werden zu einer immer beliebteren Ergänzung für Solarenergiesysteme. Zwei der gängigsten Batteriechemietypen sind Lithium-Ionen und Blei-Säure. Bei der Auswahl einer Batterie stellt sich oft die Frage: „Was ist der Unterschied zwischen Blei-Säure und Lithium und wann sollte welcher Batterietyp verwendet werden?“ Ziel dieses Artikels ist es daher, die Unterschiede zwischen Lithium- und Blei-Säure-Batterien aufzuzeigen.
Hier sind die vier wichtigsten Unterschiede zwischen den beiden Batterien.
1.Kosten:
Die Kosten sind normalerweise das Thema, das jeder am meisten beschäftigt. Wie so oft gibt es keine einfache Antwort und die Kosteneffizienz hängt wirklich von den Anforderungen Ihrer Anwendung ab. Blei-Säure eignet sich hervorragend für stationäre Großanwendungen, bei denen viel Platz vorhanden ist und der Energiebedarf gering ist.
Wenn Sie jedoch den Preis im Hinblick auf Leistung oder Reichweite betrachten, kann die Lithium-Ionen-Technologie oft eine günstigere Option sein, da der Lebenszykluswert einer Lithiumbatterie die Waage ausgleicht. Sie bieten eine viel längere Lebensdauer und eine weitaus größere nutzbare Kapazität als Blei-Säure-Batterien. Eine einzelne Lithiumbatterie hält im Durchschnitt 10-mal länger als ihr Blei-Säure-Gegenstück. Die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien können im Laufe der Zeit viel niedriger sein als die von Blei-Säure.
Berechnet nach der Zyklenlebensdauer oder danach, wie oft eine Batterie entladen und dann wieder aufgeladen werden kann, bevor sie ersetzt werden muss, bieten Lithium-Ionen-Batterien eine Zyklenlebensdauer von 3000 bis 5000 Zyklen, wenn sie bis zu 80 Prozent entladen sind. Nasse Blei-Säure- und VRLA-Batterien hingegen bieten nur eine Lebensdauer von etwa 400 bis 500 Zyklen, wenn sie bis zu 80 Prozent entladen sind. Wenn Sie Ihre Lithiumbatterie einmal täglich laden, hat sie eine Lebensdauer von mehr als 10 Jahren, während eine herkömmliche Blei-Säure-Batterie oft weniger als zwei Jahre hält. Die geschätzten Projektkosten für Lithiumbatterien betragen 209 € pro kWh, verglichen mit 249 € pro kWh für Blei-Säure.
2.Kapazität:
Was die meisten Jungs oft nicht berücksichtigen, ist, dass sie viel mehr Bleibatterien kaufen müssen – manchmal doppelt, dreifach oder vierfach so viele –, nur um die gleiche nutzbare Kapazität wie bei weit weniger Lithiumbatterien zu erreichen. Das liegt daran, dass sie nur die Gesamtnennkapazität oder die Typenschildkapazität einer Batterie betrachten (d. h. die kWh, die die Batterie theoretisch speichern kann) und nicht die nutzbare Kapazität (d. h. die kWh, die die Batterie speichern kann, nachdem Entladetiefe, Effizienz und Lade-/Entladeratenbeschränkungen berücksichtigt wurden).
Die Kapazität einer Batterie ist ein Maß dafür, wie viel Energie von der Batterie gespeichert (und schließlich entladen) werden kann. Während die Kapazitätsangaben je nach Batteriemodell und Hersteller variieren, hat sich gezeigt, dass die Lithiumbatterietechnologie eine deutlich höhere Energiedichte als Bleibatterien aufweist. Das bedeutet, dass in einer Lithiumbatterie auf gleichem Raum mehr Energie gespeichert werden kann. Da Sie mit der Lithiumtechnologie mehr Energie speichern können, können Sie mehr Energie entladen und so mehr Geräte über längere Zeiträume mit Strom versorgen.
Genau wie die Effizienz von Solarmodulen ist die Batterieeffizienz ein wichtiger Maßstab, den Sie beim Vergleich verschiedener Optionen berücksichtigen sollten. Die meisten Lithiumbatterien haben einen Wirkungsgrad von 95 Prozent oder mehr, was bedeutet, dass 95 Prozent oder mehr der in einer Lithiumbatterie gespeicherten Energie tatsächlich genutzt werden können. Im Gegensatz dazu erreichen Bleibatterien Wirkungsgrade von etwa 80 bis 85 Prozent. Batterien mit höherem Wirkungsgrad laden schneller und ähnlich wie bei der Entladetiefe bedeutet ein verbesserter Wirkungsgrad eine höhere effektive Batteriekapazität.
In heißen Klimazonen mit einer Durchschnittstemperatur von 33 °C wird der Unterschied zwischen Lithium- und Bleisäurebatterien noch größer. Die Lebensdauer von Bleisäurebatterien sinkt auf 50 % der Lebensdauer bei gemäßigten Klimazonen, während Lithiumbatterien stabil bleiben, bis die Temperaturen regelmäßig 49 °C überschreiten.
Analysen zeigen, dass Lithium im Vergleich zu Bleibatterien in gemäßigten Klimazonen 18 % höhere Lebenszykluskosten verursacht, in heißen Klimazonen jedoch wesentlich kostengünstiger ist. In einem bedeutenden Gebiet der Welt sind die Durchschnittstemperaturen hoch genug, um die Lebensdauer von Bleibatterien zu verkürzen. Ein Faktor, der in der Abbildung nicht dargestellt ist, ist, dass die Batteriesysteme oft in Gehäusen untergebracht sind, deren Innentemperaturen aufgrund der Sonneneinstrahlung 10 °C höher sind als die Lufttemperatur, was die Leistung von Bleibatterien weiter verringern würde. Die Durchschnittstemperatur ist auch nicht vollständig repräsentativ für die Zeit, die bei extremen Temperaturen verbracht wird, bei denen sich die Verschlechterung in Bleibatteriesystemen beschleunigt (z. B. wird die Bleibatterie eine Stunde bei 40 °C verbracht und eine Stunde bei 20 °C hat eine schlimmere Auswirkung auf die Batterie als zwei Stunden bei 30 °C).
3.Lebensdauer
Konstante Leistung
Dieser Unterschied kann sich wie folgt auswirken: Sie schalten eine Taschenlampe ein und stellen fest, dass sie dunkler ist als beim letzten Mal. Das liegt daran, dass die Batterie im Inneren fast leer ist, aber noch nicht ganz leer ist. Sie hat noch etwas Restleistung, die jedoch nicht ausreicht, um die Glühbirne vollständig zum Leuchten zu bringen.
Wenn sich jedoch anstelle der SLA eine Lithiumbatterie im Inneren befindet, ist die Glühbirne bis zum Ende des Entladevorgangs so hell wie zu Beginn und wenn die Leistung erschöpft ist, schaltet sich das Licht direkt aus, ohne vorheriges Dimmsignal.
Leistung bei niedrigen Temperaturen
Die Verwendung der Batterie bei kaltem Wetter würde aufgrund chemischer Eigenschaften zu einer erheblichen Kapazitätsreduzierung führen. Daher müssen Sie bei der Bewertung einer Batterie für den Einsatz bei niedrigen Temperaturen zwei Dinge berücksichtigen:
Laden und Entladen
Lithiumbatterien können nicht bei niedrigen Temperaturen (unter 32 °F / 0 °C) geladen werden. Im Gegensatz dazu kann eine SLA-Batterie bei Kälte eine Ladung mit niedrigem Strom ermöglichen.
Andererseits hat eine Lithiumbatterie bei kalten Temperaturen eine höhere Entladekapazität als eine SLA. Bei 0 °F / -17 °C wird Lithium zu 70 % seiner Nennkapazität entladen, eine SLA kann jedoch nur 40 % liefern.
4.Wartung
Lithiumbatterien sollten nicht bei 100 % Kapazität gelagert werden, SLAs hingegen schon. Das liegt daran, dass die Selbstentladungsrate von SLA-Batterien 5-mal oder sogar höher ist als die von Lithiumbatterien. Tatsächlich verwenden viele Kunden ein Erhaltungsladegerät, um die Batterie ständig bei 100 % zu halten, damit die Lebensdauer der Batterie nicht durch trockene Lagerung abnimmt.
5.Reihen- und Parallelschaltung
Eine wichtige Vorsichtsmaßnahme: Wenn Batterien in Reihe oder parallel geschaltet werden, ist es wichtig, dass alle Faktoren übereinstimmen, einschließlich Kapazität, Spannung, Widerstand, Ladezustand (aktuelle Spannung) und natürlich Chemie.
Blei-Säure- und Lithiumbatterien können nicht zusammen in derselben Reihe verwendet werden.
SLA-Batterien können eine größere Menge in einer Reihe verdrahtet verarbeiten als Lithiumbatterien, insbesondere bei Reihenschaltung. Das liegt daran, dass Bleibatterien kein BMS enthalten, das über eine Platine zum Schutz der Batterie verfügt. Diese Platine hat eine Begrenzung der Reihenspannung. Für eine Reihe von 4 Lithiumbatterien in Reihe sollte die Begrenzung bei 51,2 V liegen.
1.SICHERER:
1) Von Natur aus sicherere Chemie. Sie werden mit einem starken Sicherheitsprofil entwickelt. Es sind leistungsstarke Batterien auf Phosphatbasis, die eine hervorragende thermische und chemische Stabilität bieten, was eine höhere Sicherheit gegenüber anderen Arten von Lithiumbatterien bietet, die mit anderen Kathodenmaterialien hergestellt werden. Sie sind sicherer und zuverlässiger.
2) Sie explodieren unter normalen Bedingungen nicht. Wir haben viele Tests durchgeführt, darunter Kurzschluss, Durchschlag, Aufprall und Eintauchen in Wasser. Die Eco Worthy-Lithiumbatterie explodiert nicht und fängt auch kein Feuer.
3) Es werden KEINE Gase freigesetzt. Laut der US-Regierung stellen Lithium-Ionen-Batterien keine Umweltgefahr dar. „LiFePO4-Batterien werden von der Bundesregierung als ungefährlicher Abfall eingestuft und können sicher im normalen Hausmüll entsorgt werden.“
2.BMS:
Das eingebaute BMS bietet zusätzlichen Schutz. Ein „Ausgleichsprozess“, der sicherstellt, dass alle Zellen in einem Batteriespeicher gleichmäßig geladen sind, wird automatisch vom BMS (Batteriemanagementsystem) durchgeführt. Laden Sie einfach Ihre Batterie auf, und schon kann es losgehen. Das BMS schützt die Batteriezellen während des Betriebs und vor Schäden, indem es mögliche Fehler verhindert. Ein hochwertiges BMS-System trennt Lasten, wenn die Spannung zu niedrig wird, und Ladegeräte, wenn die Spannung zu hoch wird. Denn eine längere Überspannung während des Ladens kann zu einer Beschichtung der Anode der Batterie mit metallischem Lithium führen, was die Leistung dauerhaft beeinträchtigt.
EINFACHER ZU VERWENDEN:
Blei-Säure-Batterien sind sehr schwer. Das Gewicht kann ein schwerwiegender Nachteil für mobile Anwendungen sein. Außerdem speichern sie für ihre Größe keine nennenswerten Mengen an Energie. Aufgrund ihres Gewichts würde es viel Platz in Anspruch nehmen, um genügend Energie für den Gebrauch im Haushalt zu speichern. Wie viel sie pro Gewicht und Platz speichern, wird als Energiedichte bezeichnet, die für Batterien relativ niedrig ist.
Im Gegensatz dazu sind LiFePO4-Batterien leicht und tragbar, sie sind 50-60 % leichter als Blei-Säure-Äquivalente, sodass Sie sie überallhin mitnehmen können, wo Sie möchten. Beispielsweise wiegt eine 100-Ah-Blei-Säure-Batterie 29,12 kg, während eine 100-Ah-Lithium-Batterie 10,4 kg wiegt.
Es ist wichtig, die Bleibatterie aufrecht einzubauen, um Probleme mit der Entlüftung zu vermeiden. Obwohl die SLA so konstruiert ist, dass sie nicht ausläuft, können durch die Entlüftungsöffnungen dennoch Gase freigesetzt werden.
Lithiumbatterien haben ein vielfältiges Design, insbesondere die LiFePO4-Batterie. Die Zellen im Inneren sind einzeln versiegelt und laufen nicht aus. Dies führt zu keiner Einschränkung bei der Einbaurichtung einer Lithiumbatterie. Es ist praktisch, sie verkehrt herum oder auf die Seite zu legen.
Mit dem richtigen Volumen und einer hohen Leistungsdichte können Lithiumbatterien für kleine Anwendungen wie Notstromversorgungen im Außenbereich, Spielzeugautos, Motorroller usw. geeignet sein.
EFFIZIENTER und STABIL
Die Zyklenlebensdauer ist bis zu 10-mal länger als bei Bleibatterien; die Selbstentladung ist gering, sodass die Batterie ihren Ladezustand beibehält; 25-50 % mehr Kapazität als entsprechende Bleibatterien; 2,5-mal effizienterer Betrieb bei niedrigen Temperaturen. Sicherer Betrieb bis 65 °C (149 °F); volle Leistung während der gesamten Entladung verfügbar. Die Spannung fällt nicht ab wie bei Bleibatterien.
Darüber hinaus hat die Lithiumbatterie im Vergleich zu anderen Batteriearten eine sehr geringe Selbstentladungsrate, normalerweise etwa 2-3 % Leistungsverlust pro Monat, wenn Sie sie einfach weglegen. Während die Bleibatterie nach jedem Monat etwa 5-10 % Verlust aufweist.
Fazit
Bleibatterien und Lithium bieten Vor- und Nachteile für die stationäre Energiespeicherbranche. Bei der Berechnung der Vor- und Nachteile für eine bestimmte Anwendung müssen viele Faktoren berücksichtigt werden. Bei der Auswahl der Batterie spielen Anschaffungskosten, Lebensdauer, Gewicht, Volumen, Temperaturempfindlichkeit, Wartungszugang und Produktverfügbarkeit eine wichtige Rolle.
Derzeit gibt es keine Lösung, die für alle Situationen besser ist als die andere, aber Lithiumsysteme bieten trotz der höheren Anschaffungskosten in vielen Situationen bessere Betriebskosten, insbesondere in heißen Klimazonen.