Sistem Tenaga Surya Hybrid Off-Grid 100KW DKSESS

Perbandingan baterai dalam sistem penyimpanan energi
Penyimpanan energi jenis baterai adalah penyimpanan energi kimia. Berdasarkan jenis baterai yang dipilih, baterai dapat dibagi menjadi baterai asam timbal, baterai litium, baterai nikel-hidrogen, baterai aliran cair (baterai vanadium), baterai natrium-sulfur, baterai karbon-timbal, dll.

1. Baterai asam timbal
Baterai timbal-asam terdiri dari baterai koloid dan baterai cair (disebut baterai timbal-asam biasa). Kedua jenis baterai ini digunakan di berbagai wilayah. Baterai koloid memiliki ketahanan dingin yang kuat, dan efisiensi energi kerjanya jauh lebih baik daripada baterai cair ketika suhu di bawah 15°C, serta kinerja insulasi termalnya sangat baik.

Baterai timbal-asam koloid merupakan penyempurnaan dari baterai timbal-asam biasa dengan elektrolit cair. Elektrolit koloid digunakan untuk menggantikan elektrolit asam sulfat, yang lebih baik daripada baterai biasa dalam hal keamanan, kapasitas penyimpanan, kinerja pengosongan, dan masa pakai. Baterai timbal-asam koloid menggunakan elektrolit gel, dan tidak ada cairan bebas di dalamnya. Dalam volume yang sama, elektrolit memiliki kapasitas besar, kapasitas panas besar, dan kemampuan pembuangan panas yang kuat, yang dapat menghindari fenomena thermal runaway pada baterai umum; Korosi pelat elektroda lemah karena konsentrasi elektrolit yang rendah; Konsentrasinya seragam dan tidak ada stratifikasi elektrolit.

Baterai timbal-asam biasa adalah jenis baterai yang elektroda utamanya terbuat dari timbal dan oksidanya, dengan elektrolit berupa larutan asam sulfat. Dalam kondisi pengosongan baterai timbal-asam, komponen utama elektroda positif adalah timbal dioksida, dan komponen utama elektroda negatif adalah timbal; Dalam kondisi pengisian daya, komponen utama elektroda positif dan negatif adalah timbal sulfat. Tegangan nominal baterai timbal-asam sel tunggal adalah 2,0V, yang dapat dikosongkan hingga 1,5V dan diisi daya hingga 2,4V; Dalam aplikasinya, enam baterai timbal-asam sel tunggal sering digunakan secara seri untuk membentuk baterai timbal-asam nominal 12V, serta 24V, 36V, 48V, dan sebagainya.

Keunggulan utamanya meliputi: penyegelan yang aman, sistem pelepasan udara, perawatan sederhana, masa pakai yang lama, kualitas stabil, keandalan tinggi, dan bebas perawatan; Kerugiannya adalah polusi timbal yang besar dan kepadatan energinya rendah (yaitu, terlalu berat).

2. Baterai litium
"Baterai litium" adalah jenis baterai dengan logam litium atau paduan litium sebagai bahan katoda dan larutan elektrolit non-air. Baterai ini terbagi menjadi dua kategori: baterai logam litium dan baterai ion litium.

Baterai logam litium umumnya menggunakan mangan dioksida sebagai material katode, logam litium atau logam paduannya sebagai material katode, dan menggunakan larutan elektrolit non-air. Baterai ion litium umumnya menggunakan oksida logam paduan litium sebagai material katode, grafit sebagai material katode, dan elektrolit non-air. Baterai ion litium tidak mengandung logam litium dan dapat diisi ulang. Baterai litium yang kita gunakan dalam penyimpanan energi adalah baterai ion litium, yang disebut sebagai "baterai litium".

Baterai litium yang digunakan dalam sistem penyimpanan energi terutama meliputi: baterai litium besi fosfat, baterai litium terner, dan baterai litium manganat. Baterai tunggal memiliki tegangan tinggi, rentang suhu kerja yang luas, energi spesifik dan efisiensi tinggi, serta tingkat pengosongan sendiri yang rendah. Keamanan dan masa pakai baterai dapat ditingkatkan dengan menggunakan sirkuit proteksi dan pemerataan. Oleh karena itu, dengan mempertimbangkan kelebihan dan kekurangan berbagai baterai, baterai litium telah menjadi pilihan utama untuk pembangkit listrik penyimpanan energi karena rantai industrinya yang relatif matang, keamanan, keandalan, dan keramahan lingkungannya.

Keuntungan utamanya adalah: masa pakai yang lama, kepadatan energi penyimpanan yang tinggi, ringan dan kemampuan beradaptasi yang kuat; Kerugiannya adalah keamanan yang buruk, mudah meledak, biaya tinggi dan kondisi penggunaan terbatas.

Litium besi fosfat
Baterai litium besi fosfat mengacu pada baterai ion litium yang menggunakan litium besi fosfat sebagai material katoda. Material katoda baterai ion litium terutama meliputi litium kobalat, litium manganat, litium nikel oksida, material terner, litium besi fosfat, dan sebagainya. Litium kobalat merupakan material katoda yang digunakan oleh sebagian besar baterai ion litium.

Litium besi fosfat sebagai material baterai lithium baru muncul beberapa tahun terakhir. Pada tahun 2005, baterai litium besi fosfat berkapasitas besar dikembangkan di Tiongkok. Performa keselamatan dan siklus hidupnya tak tertandingi material lain. Siklus hidup pengisian dan pengosongan 1C mencapai 2000 kali lipat. Tegangan pengisian berlebih satu baterai adalah 30V, yang tidak akan terbakar, bocor, dan meledak. Baterai lithium-ion berkapasitas besar yang terbuat dari material katoda litium besi fosfat lebih mudah digunakan secara seri untuk memenuhi kebutuhan pengisian dan pengosongan kendaraan listrik yang sering.

Litium besi fosfat tidak beracun, bebas polusi, aman, memiliki sumber daya yang luas, murah, dan memiliki masa pakai yang panjang. Litium besi fosfat merupakan bahan katoda yang ideal untuk baterai ion litium generasi baru. Baterai litium besi fosfat juga memiliki kekurangan. Misalnya, kerapatan tamping bahan katoda litium besi fosfat kecil, dan volume baterai litium besi fosfat dengan kapasitas yang sama lebih besar daripada baterai ion litium seperti litium kobalat, sehingga tidak memiliki keunggulan dalam baterai mikro.

Karena karakteristik inheren litium besi fosfat, kinerja suhu rendahnya lebih rendah dibandingkan material katoda lain seperti litium manganat. Secara umum, untuk sel tunggal (perhatikan bahwa ini adalah sel tunggal, bukan baterai), kinerja suhu rendah baterai yang terukur mungkin sedikit lebih tinggi.

Hal ini berkaitan dengan kondisi pembuangan panas, tingkat retensi kapasitasnya sekitar 60~70% pada suhu 0 ℃, 40~55% pada suhu -10 ℃, dan 20~40% pada suhu -20 ℃. Performa suhu rendah tersebut jelas tidak dapat memenuhi persyaratan penggunaan catu daya. Saat ini, beberapa produsen telah meningkatkan kinerja suhu rendah litium besi fosfat dengan menyempurnakan sistem elektrolit, menyempurnakan formula elektroda positif, meningkatkan kinerja material, dan menyempurnakan desain struktur sel.

Baterai litium terner
Baterai litium polimer terner mengacu pada baterai litium yang material katodanya berupa litium nikel kobalt manganat (Li(NiCoMn)O2). Material katoda komposit terner terbuat dari garam nikel, garam kobalt, dan garam mangan sebagai bahan baku. Proporsi nikel, kobalt, dan mangan dalam baterai litium polimer terner dapat disesuaikan dengan kebutuhan aktual. Baterai dengan material terner sebagai katoda memiliki keamanan yang lebih tinggi dibandingkan dengan baterai litium kobalt, tetapi tegangannya terlalu rendah.

Keunggulan utamanya adalah: kinerja siklus yang baik; kekurangannya adalah penggunaannya yang terbatas. Namun, karena pengetatan kebijakan domestik terkait baterai litium terner, pengembangan baterai litium terner cenderung melambat.

Baterai litium manganat
Baterai litium manganat merupakan salah satu material katoda ion litium yang menjanjikan. Dibandingkan dengan material katoda tradisional seperti litium kobalat, litium manganat memiliki keunggulan sumber daya yang melimpah, biaya rendah, bebas polusi, keamanan yang baik, dan kinerja penggandaan yang baik. Litium manganat merupakan material katoda yang ideal untuk baterai daya. Namun, kinerja siklus dan stabilitas elektrokimianya yang rendah sangat membatasi industrialisasinya. Litium manganat terutama mencakup spinel litium manganat dan litium manganat berlapis. Spinel litium manganat memiliki struktur yang stabil dan mudah direalisasikan dalam produksi industri. Produk-produk pasar saat ini semuanya memiliki struktur ini. Spinel litium manganat termasuk dalam sistem kristal kubik, grup ruang Fd3m, dan kapasitas spesifik teoritisnya adalah 148mAh/g. Berkat struktur terowongan tiga dimensinya, ion litium dapat dipisahkan secara reversibel dari kisi spinel tanpa menyebabkan keruntuhan struktur, sehingga memiliki kinerja pembesaran dan stabilitas yang sangat baik.

3. Baterai NiMH
Baterai NiMH merupakan jenis baterai dengan kinerja yang baik. Zat aktif positif baterai nikel-hidrogen adalah Ni(OH)2 (disebut elektroda NiO), zat aktif negatifnya adalah logam hidrida, juga disebut paduan penyimpan hidrogen (disebut elektroda penyimpan hidrogen), dan elektrolitnya adalah larutan kalium hidroksida 6mol/L.

Baterai nikel metal hidrida dibagi menjadi baterai nikel metal hidrida tegangan tinggi dan baterai nikel metal hidrida tegangan rendah.

Baterai nikel metal hidrida tegangan rendah memiliki karakteristik sebagai berikut: (1) Tegangan baterai adalah 1,2~1,3V, yang setara dengan baterai nikel kadmium; (2) Kepadatan energi tinggi, lebih dari 1,5 kali lipat baterai nikel kadmium; (3) Pengisian dan pengosongan cepat, kinerja suhu rendah yang baik; (4) Dapat disegel, ketahanan pengisian dan pengosongan yang kuat; (5) Tidak ada pembentukan kristal dendritik, yang dapat mencegah korsleting pada baterai; (6) Aman dan andal, tidak ada polusi terhadap lingkungan, tidak ada efek memori, dll.

Baterai nikel hidrogen tegangan tinggi memiliki karakteristik sebagai berikut: (1) Keandalan yang kuat. Memiliki proteksi overdischarge dan overcharge yang baik, mampu menahan laju pengisian daya yang tinggi, dan tidak membentuk dendrit. Baterai ini memiliki karakteristik spesifik yang baik. Kapasitas massa spesifiknya adalah 60A·h/kg, yang 5 kali lipat dari baterai nikel kadmium. (2) Siklus hidup yang panjang, hingga ribuan kali lipat. (3) Tertutup rapat, minim perawatan. (4) Performa suhu rendah yang sangat baik, dan kapasitasnya tidak berubah secara signifikan pada suhu -10℃.

Keunggulan utama baterai NiMH adalah: kepadatan energi tinggi, kecepatan pengisian dan pengosongan cepat, bobot ringan, masa pakai lama, dan tidak ada pencemaran lingkungan. Sedangkan kelemahannya adalah efek memori yang sedikit, lebih banyak masalah manajemen, dan mudahnya membentuk pemisah baterai tunggal yang meleleh.

4. Sel aliran
Baterai aliran cair adalah jenis baterai baru. Baterai aliran cair adalah baterai berkinerja tinggi yang menggunakan elektrolit positif dan negatif untuk dipisahkan dan disirkulasikan secara terpisah. Baterai ini memiliki karakteristik kapasitas tinggi, bidang aplikasi (lingkungan) yang luas, dan siklus hidup yang panjang. Baterai ini merupakan produk energi baru saat ini.

Baterai aliran cair umumnya digunakan dalam sistem pembangkit listrik penyimpanan energi, yang terdiri dari unit tumpukan, larutan elektrolit dan unit penyimpanan dan pasokan larutan elektrolit, unit kontrol dan manajemen, dll. Inti terdiri dari tumpukan dan (tumpukan terdiri dari lusinan sel untuk reaksi reduksi oksidasi) dan satu sel untuk pengisian dan pengosongan sesuai dengan persyaratan khusus secara seri, dan strukturnya mirip dengan tumpukan sel bahan bakar.

Baterai aliran vanadium adalah jenis baru penyimpanan daya dan peralatan penyimpanan energi. Baterai ini tidak hanya dapat digunakan sebagai perangkat penyimpanan energi pendukung untuk proses pembangkit listrik tenaga surya dan angin, tetapi juga dapat digunakan untuk pencukuran puncak jaringan listrik guna meningkatkan stabilitas jaringan listrik dan menjamin keamanan jaringan listrik. Keunggulan utamanya adalah: tata letak yang fleksibel, siklus hidup yang panjang, waktu respons yang cepat, dan tanpa emisi berbahaya; sedangkan kelemahannya adalah kepadatan energinya sangat bervariasi.

5. Baterai natrium sulfur
Baterai natrium sulfur terdiri dari kutub positif, kutub negatif, elektrolit, diafragma, dan cangkang. Tidak seperti baterai sekunder biasa (baterai timbal-asam, baterai nikel-kadmium, dll.), baterai natrium sulfur terdiri dari elektroda cair dan elektrolit padat. Zat aktif kutub negatif adalah logam natrium cair, dan zat aktif kutub positif adalah sulfur cair dan natrium polisulfida cair. Baterai sekunder menggunakan logam natrium sebagai elektroda negatif, sulfur sebagai elektroda positif, dan tabung keramik sebagai pemisah elektrolit. Pada tingkat kerja tertentu, ion natrium dapat bereaksi secara reversibel dengan sulfur melalui membran elektrolit untuk melepaskan dan menyimpan energi.

Sebagai jenis baru sumber daya kimia, baterai jenis ini telah berkembang pesat sejak kemunculannya. Baterai natrium sulfur berukuran kecil, berkapasitas besar, tahan lama, dan berefisiensi tinggi. Baterai ini banyak digunakan dalam penyimpanan energi listrik seperti pengisian daya puncak dan pengisian daya lembah, pasokan daya darurat, dan pembangkit listrik tenaga angin.

Keunggulan utamanya adalah sebagai berikut: 1) Memiliki energi spesifik yang lebih tinggi (yaitu, energi listrik efektif per satuan massa atau satuan volume baterai). Energi spesifik teoretisnya adalah 760 Wh/kg, yang sebenarnya telah melampaui 150 Wh/kg, 3-4 kali lipat dari baterai timbal-asam. 2) Pada saat yang sama, baterai ini dapat dikosongkan dengan arus besar dan daya tinggi. Kepadatan arus pengosongannya umumnya dapat mencapai 200-300 mA/cm², dan dapat melepaskan 3 kali lipat energi inherennya dalam sekejap; 3) Efisiensi pengisian dan pengosongan yang tinggi.

Baterai natrium sulfur juga memiliki kekurangan. Suhu kerjanya 300-350℃, sehingga baterai perlu dipanaskan dan dijaga tetap hangat selama pengoperasian. Namun, masalah ini dapat diatasi secara efektif dengan menggunakan teknologi isolasi termal vakum berkinerja tinggi.

6. Baterai karbon timbal
Baterai timbal-karbon adalah jenis baterai timbal-asam kapasitif, yang merupakan teknologi yang dikembangkan dari baterai timbal-asam tradisional. Baterai ini dapat meningkatkan masa pakai baterai timbal-asam secara signifikan dengan menambahkan karbon aktif ke kutub negatif baterai.

Baterai timbal-karbon merupakan jenis baterai super baru yang menggabungkan baterai timbal-asam dan superkapasitor. Baterai ini tidak hanya memanfaatkan keunggulan pengisian daya superkapasitor berkapasitas besar secara instan, tetapi juga memanfaatkan keunggulan energi spesifik baterai timbal-asam. Performa pengisian dan pengosongan baterai ini sangat baik, yaitu dapat terisi penuh dalam 90 menit (jika baterai timbal-asam diisi dan dikosongkan dengan cara ini, masa pakainya berkurang 30 kali lipat). Selain itu, penambahan karbon (grafena) dapat mencegah fenomena sulfasi pada elektroda negatif, sehingga mengurangi risiko kegagalan baterai dan memperpanjang masa pakai baterai.

Baterai karbon timbal adalah campuran superkapasitor asimetris dan baterai asam timbal dalam bentuk koneksi paralel internal. Sebagai jenis baterai super baru, baterai karbon timbal merupakan kombinasi teknologi baterai asam timbal dan superkapasitor. Ini adalah baterai penyimpanan energi fungsi ganda dengan karakteristik kapasitif dan karakteristik baterai. Oleh karena itu, tidak hanya memberikan permainan penuh untuk keuntungan pengisian daya sesaat kapasitor super dengan kapasitas besar, tetapi juga memberikan permainan penuh untuk keuntungan energi baterai asam timbal, yang dapat terisi penuh dalam satu jam. Ini memiliki kinerja pengisian dan pengosongan yang baik. Karena penggunaan teknologi karbon timbal, kinerja baterai karbon timbal jauh lebih unggul daripada baterai asam timbal tradisional, yang dapat digunakan dalam kendaraan energi baru, seperti kendaraan listrik hibrida, sepeda listrik dan bidang lainnya; Ini juga dapat digunakan di bidang penyimpanan energi baru, seperti pembangkit listrik tenaga angin dan penyimpanan energi.