بطارية الليثيوم مقابل بطارية الرصاص الحمضية: أيهما أفضل لتخزين الطاقة الشمسية؟

عند مقارنة بطارية الليثيوم مقابل بطارية الرصاص الحمضية لنظام الطاقة الشمسية، عادةً ما تكون بطارية ليثيوم فوسفات الحديد، أو LiFePO4، الخيار الأقوى للدورات اليومية، وسعة الاستخدام الأعلى، والشحن الشمسي الأسرع، وصيانة أقل، وتخزين طاقة على المدى الطويل.

لا تزال بطاريات الرصاص الحمضية مناسبة عندما تكون التكلفة الأولية هي الاهتمام الرئيسي، وعندما تُستخدم البطارية بشكل عرضي فقط، ومساحة التركيب غير مقيدة، ويكون المالك مستعدًا لقبول سعة استخدام أقل أو استبدال أكثر تكرارًا.

لا يعتمد الاختيار الصحيح على سعر البطارية أو تصنيف الأمبير-ساعة فحسب. يجب على المشترين مقارنة:

• الطاقة القابلة للاستخدام بالكيلوواط-ساعة

• عمق التفريغ المسموح به

• عمر الدورة المتوقع

• حدود تيار الشحن

• زمن الشحن الشمسي

• كفاءة الذهاب والإياب

• التوافق مع العاكس

• متطلبات إدارة البطارية

• مساحة ووزن التركيب

• متطلبات الصيانة

• ظروف درجة الحرارة

• التكلفة الإجمالية على مدار عمر المشروع

بالنسبة لتطبيقات الطاقة الشمسية السكنية، والطاقة خارج الشبكة، وتخزين الطاقة التجارية، والتطبيقات الاحتياطية المتكررة، توفر بطاريات LiFePO4 بشكل متزايد نتيجة أفضل على مستوى النظام. ومع ذلك، لا يزال يجب تصميم البطارية والعاكس ومصفوفة الألواح الشمسية ومنحنى الحمل كنظام طاقة واحد منسّق.

بطارية الليثيوم مقابل بطارية الرصاص الحمضية: مقارنة سريعة

يوفر الجدول التالي مقارنة عامة. يعتمد الأداء الفعلي على تصميم البطارية، ودرجة حرارة التشغيل، وطريقة الشحن، وعمق التفريغ، ومواصفات الشركة المصنعة.

تحدد مراجعة الحكومة البريطانية لتخزين طاقة البطاريات المحلية بطاريات الرصاص الحمضية كتقنية ناضجة وفعالة من حيث التكلفة، لكنها تشير إلى كثافتها الطاقية المنخفضة وعمرها المحدود في ظل الدورات العميقة. وتصنف المراجعة نفسها بطاريات AGM والجل كأنواع من بطاريات الرصاص الحمضية المنظمة بصمام، وتفيد بأن بطاريات الليثيوم أيون كعائلة تتمتع بكثافة طاقية أعلى بكثير.

لا ينبغي تفسير هذه المقارنة على أنها تعني أن كل بطارية ليثيوم أفضل من كل بطارية رصاص حمضية. فجودة البطارية واختيار الخلايا وتصميم نظام إدارة البطارية واتساق الإنتاج وتكامل النظام تظل عوامل حاسمة.

ما الفرق بين بطاريات الرصاص الحمضية وبطاريات الليثيوم؟

الفرق الجوهري بين بطارية الرصاص الحمضية وبطارية الليثيوم هو النظام الكهروكيميائي المستخدم لتخزين الطاقة وإطلاقها.

بطارية الرصاص الحمضية

تستخدم بطارية الرصاص الحمضية ألواحاً موجبة وسالبة قائمة على الرصاص مع إلكتروليت من حمض الكبريتيك.

استُخدمت بطاريات الرصاص الحمضية لعقود عديدة في:

• أنظمة تشغيل المركبات

• مصادر الطاقة غير المنقطعة

• الاحتياطي في الاتصالات

• الرافعات الشوكية

• الأنظمة الشمسية

• المركبات الترفيهية

• الأنظمة البحرية

• منشآت الطاقة الاحتياطية

مزاياها الرئيسية هي النضج التقني، والتوافر الواسع، والتكلفة الأولية المنخفضة نسبياً.

تشمل قيودها الشائعة في تخزين الطاقة الشمسية ما يلي:

• انخفاض كثافة الطاقة

• الوزن الثقيل

• فقدان السعة عند معدلات التفريغ العالية

• وقت شحن أطول

• الحساسية للتفريغ العميق المتكرر

• الكبرتة عند ترك البطارية مشحونة بشكل غير كافٍ

• متطلبات التهوية أو الصيانة لبعض التصاميم

بطارية الليثيوم أيون

الليثيوم أيون هي عائلة من كيميائيات البطاريات القابلة لإعادة الشحن وليست نوعًا واحدًا من البطاريات. وتشمل NMC وNCA وLCO وLTO وفوسفات حديد الليثيوم.

لتخزين الطاقة الشمسية الثابت، تستخدم Anern بشكل أساسي LiFePO4، أو فوسفات حديد الليثيوم، في مجموعة منتجات بطاريات الليثيوم الشمسية الخاصة بها. وتشمل المجموعة بطاريات مثبتة على الحائط، وبطاريات مثبتة على الرفوف، وبطاريات بديلة لبطاريات الرصاص الحمضية، وأنظمة تخزين الطاقة التجارية عالية الجهد.

عادةً ما تتضمن بطارية LiFePO4 نظام إدارة البطارية الذي يراقب أو يتحكم في:

• جهد الخلية

• جهد الحزمة

• تيار الشحن

• تيار التفريغ

• درجة حرارة البطارية

• حالة الشحن

• حماية من الشحن الزائد

• حماية من التفريغ الزائد

• حماية من الدائرة القصيرة

• موازنة الخلايا

• التواصل مع عاكس متوافق

نظام إدارة البطارية (BMS) ليس مجرد رفاهية اختيارية. بل هو جزء بالغ الأهمية للسلامة في نظام بطاريات الليثيوم، لأن خلايا الليثيوم يجب أن تبقى ضمن حدود محددة من الجهد والتيار ودرجة الحرارة.

للحصول على شرح أكثر تفصيلاً لبنية بطاريات الليثيوم وتطبيقات الطاقة الشمسية، راجع الدليل الشامل لبطاريات الليثيوم الشمسية من Anern.

هل AGM من نوع الرصاص الحمضي أم الليثيوم؟

بطارية AGM هي بطارية رصاص حمضية.

يرمز AGM إلى حصيرة زجاجية ماصة. يتم امتصاص إلكتروليت حمض الكبريتيك في فاصل من الألياف الزجاجية بدلاً من بقائه سائلاً متحركاً بحرية.

الفئات الرئيسية لبطاريات الرصاص الحمضية هي:

بطارية الرصاص الحمضية المغمورة

تحتوي البطارية المغمورة على إلكتروليت سائل وعادة ما تتطلب:

• فحصًا دوريًا للإلكتروليت

• إعادة تعبئة الماء حيثما حُدد ذلك

• التهوية

• التركيب في وضع عمودي

• صيانة الأطراف

• الشحن والمعادلة بشكل مُتحكَّم به

غالبًا ما يتم اختيار البطاريات المغمورة عندما تكون التكلفة الأولية المنخفضة مهمة وتكون الصيانة الدورية عملية.

بطارية AGM

AGM هو تصميم من الرصاص الحمضي المُحكم أو المنظَّم بالصمام. وهو يتطلب عمومًا صيانة أقل من البطارية السائلة، كما أنه أكثر مقاومة لتسرب الإلكتروليت.

غالبًا ما يُستخدم في:

• أنظمة النسخ الاحتياطي

• المركبات الترفيهية ومركبات الترفيه

• الاتصالات

• أنظمة UPS

• تركيبات الطاقة الشمسية الصغيرة

• التطبيقات التي تتطلب بطارية مُحكمة

بطارية الجل

بطارية الجل هي أيضًا بطارية رصاص حمضي منظَّمة بالصمام. يتم تثبيت الإلكتروليت فيها في هلام.

يمكن لبطاريات الجل أن توفر أداءً جيدًا للتفريغ العميق عند شحنها بشكل صحيح، لكنها حساسة لفرط جهد الشحن. يجب أن يحتوي العاكس أو وحدة التحكم بالشحن على نمط شحن متوافق مع بطاريات الجل.

لذلك، السؤال ليس ما إذا كانت بطاريات AGM من نوع الرصاص الحمضي أم الليثيوم. فكل من AGM والجل تنتميان إلى عائلة الرصاص الحمضي.

مقارنة AGM مقابل الجل مقابل الليثيوم لتخزين الطاقة الشمسية

عند مقارنة AGM المغمور مقابل الليثيوم أو الجل مقابل AGM مقابل الليثيوم، ينبغي للمشترين تقييم طراز التدوير العميق الفعلي بدلاً من تصنيف الكيمياء وحده.

قد تتفوق بطارية AGM الممتازة المصممة لتدوير الطاقة المتجددة على حزمة ليثيوم منخفضة الجودة. وعلى العكس، عادةً ما توفر بطارية LiFePO4 المصممة هندسياً بشكل صحيح مع نظام إدارة بطارية مؤهل طاقة قابلة للاستخدام ودورات أكثر من بطارية الرصاص الحمضية الأساسية في تطبيق شمسي يومي.

لماذا تُعد السعة القابلة للاستخدام أهم من الأمبير-ساعة الاسمية

من أكثر الأخطاء شيوعًا في مقارنة الليثيوم Ah مقابل الرصاص الحمضي Ah هو افتراض أن نفس رقم الأمبير-ساعة يعني نفس الطاقة القابلة للاستخدام.

وهذا غير صحيح.

يُحسب مخزون طاقة البطارية من الجهد والسعة:

الطاقة الاسمية بالكيلوواط-ساعة = الجهد الاسمي × الأمبير-ساعة ÷ 1,000

على سبيل المثال:

• 12.8 فولت × 200 أمبير-ساعة = 2.56 كيلوواط-ساعة

• 25.6 فولت × 200 أمبير-ساعة = 5.12 كيلوواط-ساعة

• 51.2 فولت × 200 أمبير-ساعة = 10.24 كيلوواط-ساعة

لذلك، لا يمكن تقييم بطارية 200 أمبير-ساعة دون معرفة جهدها.

يجب بعد ذلك أن تراعي الطاقة القابلة للاستخدام عمق التفريغ وفواقد النظام:

الطاقة القابلة للاستخدام = الطاقة الاسمية × عمق التفريغ المسموح به × كفاءة النظام

مقارنة توضيحية

لنأخذ بطاريتين اسميتين بسعة 10 كيلوواط/ساعة:

• بطارية الرصاص الحمضية التي تعمل بعمق تفريغ 50% توفر حوالي 5 كيلوواط/ساعة قبل خسائر التحويل.

• بطارية الليثيوم التي تعمل بعمق تفريغ 80% توفر حوالي 8 كيلوواط/ساعة قبل خسائر التحويل.

هذه افتراضات تخطيطية وليست مواصفات عالمية. تسمح بعض بطاريات الرصاص الحمضية بتفريغ أعمق، وتدعم بعض أنظمة الليثيوم نوافذ تشغيل مختلفة. ومع ذلك، قد يؤثر التفريغ الأعمق على عمر الدورة المتوقع.

لهذا السبب يجب على مشتري الأنظمة الشمسية المقارنة بين:

• الكيلوواط/ساعة الاسمية

• الكيلوواط/ساعة القابلة للاستخدام

• عمق التفريغ الموصى به

• السعة عند نهاية العمر

• كفاءة العاكس

• إعداد احتياطي البطارية

تتيح حاسبة سعة البطارية الشمسية من Anern للمستخدمين تقدير سعة البطارية بناءً على قدرة الأجهزة ووقت الاستخدام ومتطلبات النسخ الاحتياطي. وهي مخصصة للأنظمة الشمسية وأنظمة الطاقة الاحتياطية وتكوينات الطاقة خارج الشبكة.

هل تدوم بطاريات الليثيوم أطول من بطاريات الرصاص الحمضية؟

في تطبيقات الطاقة الشمسية ذات الدورة اليومية، تدوم بطارية LiFePO4 المصممة بشكل صحيح عمومًا لعدد أكبر من دورات الشحن والتفريغ مقارنة ببطارية الرصاص الحمضية التقليدية.

ومع ذلك، يجب أن تستخدم مقارنات عمر الدورات نفس ظروف الاختبار.

تتأثر ادعاءات عمر البطارية بما يلي:

• عمق التفريغ

• معدل الشحن

• معدل التفريغ

• درجة حرارة الخلية

• درجة حرارة التخزين

• الوقت المستغرق في حالة الشحن العالية

• التشغيل بالجهد المنخفض

• حدود نظام إدارة البطارية

• تعريف نهاية العمر

• اتساق الخلايا

• دقة الشحن

لا ينبغي المقارنة المباشرة بين بطارية مصنفة بـ 6,000 دورة عند عمق تفريغ معين وبطارية أخرى مصنفة بـ 1,000 دورة وفق طريقة اختبار مختلفة.

يمكن تقصير عمر بطارية الرصاص الحمضية من خلال:

• التفريغ العميق المتكرر

• فترات طويلة عند حالة شحن جزئية

• الشحن الناقص المزمن

• جهد شحن مفرط

• فقدان الإلكتروليت

• درجة حرارة تشغيل مرتفعة

• الكبريتة

• سوء الصيانة

يمكن تقصير عمر بطارية الليثيوم بسبب:

• التشغيل خارج حدود الجهد

• التيار الزائد

• الشحن خارج نطاق درجة الحرارة المسموح به

• ضعف موازنة الخلايا

• إعدادات العاكس غير المتوافقة

• التخزين المطول في حالة شحن غير مناسبة

• الإدارة الحرارية غير الكافية

تحدد Anern قيم عمر دورات مختلفة لتكوينات المنتجات المختلفة. تُقدَّم بطارية LiFePO4 بقدرة 48V 200Ah لتطبيقات سكنية وتجارية واحتياطية وخارج الشبكة بأكثر من 3,000 دورة، بينما تُوجَّه بطارية LiFePO4 بقدرة 300Ah لتخزين سكني وتجاري وصناعي أكبر بأكثر من 4,000 دورة. يجب التحقق من ظروف التشغيل الدقيقة ووثائق الطراز قبل الشراء.

هل تُشحن بطاريات الليثيوم أسرع من بطاريات الرصاص الحمضي؟

يمكن عادةً ضبط بطاريات الليثيوم للشحن أسرع من بطاريات الرصاص الحمضي، لكن الإجابة تعتمد على تيار الشحن المسموح به، وسعة البطارية، وخرج الشاحن، وقدرة الألواح الشمسية، ودرجة الحرارة.

يشمل شحن الرصاص الحمضي عادةً:

1. الشحن بالجملة

2. شحن الامتصاص

3. الشحن العائم

خلال مرحلة الامتصاص، ينخفض تيار الشحن تدريجيًا بينما تقترب البطارية من حالة الشحن الكاملة. يمكن أن تؤدي هذه المرحلة النهائية إلى إطالة إجمالي وقت الشحن.

تحتاج بطاريات LiFePO4 أيضًا إلى شحن مُتحكَّم فيه، لكنها عادةً ما تقضي وقتًا أقل في مرحلة امتصاص مطوّلة. توضح وثائق الشاحن الرسمية من Victron أن بطاريات الرصاص الحمضية قد تتطلب فترة امتصاص طويلة بعد التفريغ العميق، بينما يمكن لبطاريات الليثيوم إكمال مرحلة الشحن النهائية بشكل أسرع في ظل نفس مثال تيار الشاحن.

في النظام الشمسي، يمكن أن يكون قبول الشحن الأسرع مهمًا لأن نافذة الشحن الشمسي المتاحة محدودة.

البطارية القادرة على قبول تيار شحن أكبر قد:

• تلتقط المزيد من إنتاج الألواح الكهروضوئية في منتصف النهار

• تتعافى بشكل أسرع بعد ليلة من التفريغ

• تقلل من وقت تشغيل المولد

• تحسين توافر الطاقة خارج الشبكة

• دعم فترات قصيرة من توليد الطاقة الشمسية القوي

ومع ذلك، فإن تركيب شاحن أكبر لا يؤدي تلقائيًا إلى شحن أسرع.

يحدّ معدل الشحن الفعلي أدنى قيمة منطبقة من بين:

• الحد الأقصى لتيار شحن البطارية

• أمر نظام إدارة البطارية (BMS)

• سعة العاكس أو الشاحن

• الطاقة الكهروضوئية المتاحة

• تصنيف الكابلات وأجهزة الحماية

• حدود درجة الحرارة

• عدد وحدات البطارية المتوازية

الليثيوم مقابل الرصاص الحمضي للطاقة الشمسية: لماذا يغيّر التفريغ والشحن اليومي القرار

تختلف بطارية الطاقة الشمسية عن البطارية الاحتياطية التقليدية لأنها قد تشحن وتفرغ كل يوم.

يمكن أن تتضمن دورة شمسية نموذجية ما يلي:

1. تبدأ الألواح الشمسية بإنتاج الطاقة في الصباح.

2. يزوّد التيار الكهروضوئي الأحمال النشطة بالطاقة.

3. تشحن الكهرباء الشمسية الفائضة البطارية.

4. تقترب البطارية من الحد الأعلى لحالة الشحن لديها.

5. ينخفض إنتاج الطاقة الشمسية في المساء.

6. تزوّد البطارية الأحمال المنزلية أو التجارية بالطاقة.

7. تتكرر الدورة في اليوم التالي.

يولي نمط التشغيل هذا أهمية كبيرة لعمر الدورة وعمق التفريغ القابل للاستخدام وكفاءة الشحن.

الاستهلاك الذاتي للطاقة الشمسية السكنية

في منزل متصل بالشبكة، قد تخزن بطارية الطاقة الشمسية الفائضة في منتصف النهار لاستخدامها في المساء.

عادةً ما يُفضَّل LiFePO4 عندما يتوقع المالك دورات متكررة لأنه يوفر:

• سعة قابلة للاستخدام أكبر من حجم بطارية اسمي معين

• كثافة طاقة أعلى

• وزنًا أقل

• شحنًا أسرع

• صيانة روتينية في الحد الأدنى

• دعم أفضل للشحن والتفريغ المجدولين

• اتصال نظام إدارة البطارية (BMS) مع العواكس الهجينة المتوافقة

قد يظل الرصاص الحمضي خيارًا مطروحًا عندما تُستخدم البطارية فقط لانقطاعات عرضية وتكون أقل تكلفة استثمارية أولية هي الشاغل الأهم.

أنظمة الطاقة الشمسية خارج الشبكة

تعتمد الأنظمة خارج الشبكة على البطاريات كل يوم، مما يجعل أداء البطارية محوريًا لموثوقية النظام.

يجب تحديد سعة نظام الرصاص الحمضي بعناية لتجنب عمق التفريغ المفرط. وقد يتطلب أيضًا بنك بطاريات اسميًا أكبر لتوفير نفس الطاقة القابلة للاستخدام.

بشكل عام، تُعد بطاريات LiFePO4 أكثر ملاءمة لما يلي:

• الدورات اليومية

• أنظمة الطاقة الشمسية مع المولد

• المنازل النائية

• المزارع

• الاتصالات

• طاقة الجزر

• مواقع العمل المتنقلة

• الأنظمة ذات مساحة التركيب المحدودة

يجب أن يظل العاكس مهيأً للاستجابة بشكل صحيح عندما يحد نظام إدارة بطارية الليثيوم (BMS) من الشحن والتفريغ أو يقطعهما.

أنظمة الطاقة الشمسية الاحتياطية

بالنسبة لبطارية تُستخدم فقط أثناء انقطاعات الشبكة العرضية، يمكن أن تظل بطاريات الرصاص الحمضية خيارًا اقتصاديًا معقولًا.

يعتمد القرار على:

• تكرار الانقطاعات المتوقع

• مدة النسخ الاحتياطي المطلوبة

• قدرة الصيانة

• المساحة الأرضية المتاحة

• تهوية غرفة البطاريات

• لوجستيات الاستبدال

• حرجية الأحمال المدعومة

قد تُقدّر المستشفيات ومراكز البيانات ومنشآت الاتصالات عمر الدورة الطويل والمراقبة والتوسع المعياري بشكل مختلف عن نظام إضاءة طوارئ منزلي صغير.

أي بطارية أفضل للأنظمة الشمسية في المركبات الترفيهية وأنظمة الترفيه؟

يتأثر قرار بطارية المركبات الترفيهية الليثيوم مقابل الرصاص الحمضي بالوزن والمساحة والشحن بالمولد والشحن بالطاقة الشمسية والأحمال عالية التيار.

تتميز بطاريات الليثيوم للمركبات الترفيهية ومركبات الترفيه لأنها يمكن أن توفر:

• وزن بطارية أقل

• سعة قابلة للاستخدام أكبر

• انخفاض أقل في الجهد

• شحنًا أسرع

• دعم أفضل للأحمال العالية للعاكس

• صيانة روتينية أقل

هذه الخصائص مفيدة لتشغيل:

• الثلاجات

• الإضاءة

• معدات الاتصالات

• مضخات المياه

• أجهزة التلفزيون

• أجهزة الكمبيوتر

• الأجهزة الصغيرة

• أحمال التيار المتردد التي تعمل بالمحول

لا تزال بطاريات الرصاص الحمضية تعمل بشكل جيد عندما:

• تكون الحمولة الكهربائية للمركبة محدودة

• تكون الرحلات غير متكررة

• يكون نظام الشحن الأصلي مخصصًا لبطاريات الرصاص الحمضية

• تكون الميزانية الأولية محدودة

• لا يمثل الوزن مصدر قلق كبير

• يتوفر وقت شحن طوال الليل

لا ينبغي التعامل مع تحويل مركبة ترفيهية من بطاريات الرصاص الحمضية إلى بطاريات الليثيوم على أنه مجرد استبدال لصندوق البطارية. يجب فحص المولد الكهربائي، وشاحن التيار المستمر إلى التيار المستمر، ووحدة التحكم بالطاقة الشمسية، وشاحن التيار الكهربائي الخارجي، وشاحن المحول، جميعها.

بطارية الليثيوم مقابل بطارية الرصاص الحمضية لتخزين الطاقة دون الطاقة الشمسية

ينطبق المقارنة أيضًا على العملاء الذين يسعون إلى تخزين البطاريات دون الألواح الكهروضوئية.

قد يشحن نظام تخزين طاقة البطارية من:

• شبكة المرافق

• مولد ديزل

• مولد غاز

• طاقة الرياح

• الطاقة المائية

• معدات الاسترداد الصناعية

• شبكة مصغرة

• مصادر الطاقة الموزعة الأخرى

طاقة احتياطية

يمكن أن يظل الرصاص الحمضي مناسبًا لتطبيقات الاحتياطي منخفض الدورة مثل:

• إضاءة الطوارئ

• أنظمة UPS الأساسية

• أنظمة الإنذار

• النسخ الاحتياطي غير المتكرر

• منشآت الاتصالات الصغيرة

تخزين الطاقة حسب وقت الاستخدام

عادةً ما يكون الليثيوم أكثر ملاءمة عندما تشحن البطارية وتفرغ وفقًا لتعريفات الكهرباء لأن ذلك ينشئ دورات متكررة.

تقليص الذروة

قد تستخدم المنشآت التجارية البطاريات لتقليل فترات قصيرة من الطلب العالي على الشبكة. تتطلب هذه التطبيقات قدرة خرج مناسبة وإدارة حرارية ومنطق تحكم وقدرة على الدورات.

تخزين تجاري وصناعي

بالنسبة للمرافق الأكبر حجمًا، ينبغي للمشترين مقارنة أنظمة تخزين طاقة البطاريات الكاملة بدلًا من وحدات البطاريات الفردية.

تدمج بطارية الليثيوم التجارية من Anern تخزين بطاريات LiFePO4 عالية الجهد مع وظائف العاكس في تصميم معياري. وتشمل التهيئة المنشورة سعة 61.44 كيلووات ساعة، واتصالات CAN/RS485، وعمر دورات مُعلن يتجاوز 6,000 دورة لتطبيقات الصناعة والقطاع التجاري والقطاع الطبي ومراكز البيانات.

لا يزال يتعين على المشترين التجاريين تقييم:

• خرج الطاقة المطلوب بالكيلووات

• سعة الطاقة المطلوبة بالكيلووات ساعة

• مدة الشحن والتفريغ

• تيار الذروة

• الاتصال بالشبكة

• الحماية من الحرائق

• التدفئة والتهوية والتكييف أو التبريد

• إدارة الطاقة

• المعايير المحلية

• متطلبات التوسع

• منفذ الصيانة

كيف تتلاءم بطاريات الأنر الليثيوم مع تطبيقات الطاقة الشمسية المختلفة

تتمحور مجموعة بطاريات الأنر الليثيوم حول سعات نظامية وصيغ تركيب مختلفة بدلاً من بطارية واحدة عالمية.

بطاريات LiFePO4 البديلة لبطاريات الرصاص الحمضية

تتناسب بطاريات استبدال الرصاص الحمضية هذه مع التطبيقات التي كانت تستخدم سابقاً بنوك بطاريات رصاص حمضية تقليدية بقوة 12 فولت، وذلك وفقاً للتوافق الكهربائي وتوافق الشاحن.

تشمل التطبيقات النموذجية:

• أنظمة الطاقة الشمسية الصغيرة

• أنظمة المركبات الترفيهية والاستجمام

• معدات الاتصالات

• أنظمة الطاقة المحمولة

• الطاقة الاحتياطية

• الأحمال البحرية المساعدة

• المراقبة عن بُعد

لا يعني الشكل الفيزيائي "القابل للاستبدال المباشر" أن جميع معدات الشحن الموجودة متوافقة تلقائيًا.

بطاريات الليثيوم المثبتة على الحائط

تُستخدم بطاريات LiFePO4 المثبتة على الحائط عادةً في:

• تخزين الطاقة الشمسية السكنية

• أنظمة العواكس الهجينة

• النسخ الاحتياطي للمنزل بالكامل أو للأحمال الأساسية

• المنشآت التجارية الصغيرة

• غرف الطاقة محدودة المساحة

يمكنهم توفير تركيب منظم مع توصيلات الاتصال والطاقة من الأمام، حسب الطراز.

بطاريات مثبتة على حامل

بطاريات الليثيوم المثبتة على حامل مناسبة للأنظمة المعيارية التي تتطلب:

• توسيع السعة

• خزائن بطاريات موحدة

• تخزين الاتصالات

• النسخ الاحتياطي لمراكز البيانات

• أنظمة الطاقة الشمسية التجارية

• غرف البطاريات المركزية

يجب أن تبقى السعة المتوازية ضمن عدد الوحدات المسموح به من الشركة المصنعة وبنية الاتصال.

بطاريات ليثيوم 200 أمبير في الساعة

قد تكون بطارية ليثيوم 200 أمبير في الساعة مناسبة للأنظمة السكنية متوسطة الحجم والأنظمة خارج الشبكة وأنظمة النسخ الاحتياطي. ويجب اختيار الجهد وفقًا للعاكس وسعة الطاقة المطلوبة.

يمكن أن يمثل تصنيف 200 أمبير في الساعة كميات طاقة مختلفة جدًا:

• 12.8 فولت 200 أمبير في الساعة: 2.56 كيلوواط في الساعة

• 25.6 فولت 200 أمبير في الساعة: 5.12 كيلوواط في الساعة

• 51.2 فولت 200 أمبير في الساعة: 10.24 كيلوواط في الساعة

لذلك ينبغي اختيار البطارية بالكيلوواط في الساعة، وليس بالأمبير في الساعة وحده.

بطاريات ليثيوم 300 أمبير في الساعة

توفر بطارية ليثيوم 300 أمبير في الساعة سعة متزايدة للتطبيقات السكنية والتجارية والصناعية الأكبر حجمًا.

ويمكن أخذها في الاعتبار عندما يتطلب النظام:

• مدة نسخ احتياطي أطول

• استهلاك يومي أعلى للطاقة

• وحدات بطارية متوازية أقل

• استقلالية أكبر خارج الشبكة

• دعم أحمال عاكس أكبر

يجب مع ذلك التحقق من حد تيار التفريغ لنظام إدارة البطارية مقابل طلب تدفق العاكس.

تخزين تجاري عالي الجهد

يمكن للأنظمة عالية الجهد تقليل تيار التيار المستمر لمستوى قدرة معين، وغالباً ما تُستخدم في تخزين الطاقة التجاري. وهي تتطلب رفوف بطاريات منسقة ومعدات تحويل الطاقة والاتصالات والحماية.

يجب ألا يتم تركيب البطاريات عالية الجهد وتشغيلها إلا بواسطة أفراد مؤهلين.

التحويل من الرصاص الحمضي إلى الليثيوم: ما الذي يجب تغييره؟

يتطلب التحويل من حمض الرصاص إلى الليثيوم مراجعة النظام. إن استبدال البطاريات دون مراجعة إعدادات الشاحن والعاكس قد يؤدي إلى شحن ضعيف أو إيقاف تشغيل غير مرغوب فيه أو تلف المعدات.

1. تأكد من جهد النظام

تحقق مما إذا كان النظام الحالي:

• 12 فولت

• 24 فولت

• 36 فولت

• 48 فولت

• 51.2 فولت

• جهد عالٍ

غالبًا ما تُستخدم بطارية LiFePO4 بقدرة 12.8 فولت في تطبيقات 12 فولت الاسمية، ولكن يجب تأكيد التوافق من مواصفات العاكس والبطارية.

2. غيّر ملف الشحن

تتطلب بطاريات حمض الرصاص وبطاريات الليثيوم معلمات شحن مختلفة.

راجع:

• جهد الشحن السريع

• جهد الامتصاص

• زمن الامتصاص

• جهد الطفو

• وضع المعادلة

• تعويض درجة الحرارة

• الحد الأقصى لتيار الشحن

• حماية الشحن في درجات الحرارة المنخفضة

لا ينبغي تطبيق المعادلة المخصصة لبطاريات الرصاص الحمضية المغمورة على بطارية LiFePO4 إلا إذا وجّهت الشركة المصنعة لبطارية الليثيوم بذلك تحديدًا.

3. مراجعة قطع الجهد المنخفض

تتميز بطاريات الليثيوم بمنحنى جهد أكثر استواءً من بطاريات الرصاص الحمضية. قد لا يوفر حد الجهد المنخفض المصمم للرصاص الحمضي إدارة دقيقة لحالة شحن الليثيوم.

ينبغي أن يتوافق قطع العاكس مع نظام إدارة البطارية (BMS) بدلاً من إجبار نظام BMS مرارًا وتكرارًا على الدخول في الحماية الطارئة.

4. تأكيد اتصال نظام إدارة البطارية (BMS)

بالنسبة لنظام الحلقة المغلقة، تحقق من:

• بروتوكول CAN أو RS485

• توصيل أطراف كابل الاتصال

• عنوان البطارية

• اختيار البطارية في العاكس

• توافق البرنامج الثابت

• أمر الحد الأقصى لتيار الشحن

• أمر الحد الأقصى لتيار التفريغ

تطابق منافذ الاتصال الفعلية لا يثبت توافق البروتوكول.

5. تحقق من الحد الأقصى للتيار

يمكن لبطاريات الليثيوم الحفاظ على جهد أعلى تحت الحمل، مما قد يسمح للعاكس بسحب تيار عالٍ لفترة أطول.

تأكيد:

• تيار التفريغ المستمر لنظام إدارة البطارية

• تيار التفريغ الأقصى لنظام إدارة البطارية

• تصنيف تيار الكابل

• تصنيف المصهر أو القاطع

• سعة قضيب التوزيع

• عزم ربط الأطراف

• متطلبات تدفق العاكس

6. إعادة حساب السعة

لا تستبدل تلقائيًا بنك بطاريات الرصاص الحمضية بسعة 400Ah ببنك ليثيوم بسعة 400Ah.

احسب الطاقة القابلة للاستخدام المطلوبة أولًا. قد توفر سعة ليثيوم اسمية أصغر طاقة قابلة للاستخدام مماثلة، لكن يجب مع ذلك دعم قدرة الحمل والتيار الأقصى.

7. مراجعة ظروف درجة الحرارة

قد يكون شحن الليثيوم محدودًا عند درجات الحرارة المنخفضة. قد يقلل نظام إدارة البطارية BMS من تيار الشحن أو يوقفه عندما تكون الخلايا خارج النطاق المسموح به.

تحقق مما إذا كان التطبيق يتطلب:

• التركيب الداخلي

• حاوية بطارية معزولة

• تدفئة البطارية

• غرفة مُتحكَّم في درجة حرارتها

• تقليل تيار الشحن

• قطع الجهد عند درجة الحرارة المنخفضة

8. تحديث مراقب البطارية

قد تكون مؤشرات حالة الشحن المعتمدة على الجهد لبطاريات الرصاص الحمضية غير دقيقة بالنسبة لبطاريات LiFePO4 لأن الليثيوم يتميز بمنحنى تفريغ أكثر استواءً.

يُفضَّل استخدام قراءة حالة الشحن (SOC) المتوافقة عبر تحويل قياس أو نظام إدارة البطارية (BMS).

هل يمكن توصيل بطاريات الليثيوم والرصاص الحمضية على التوازي؟

لا ينبغي عادةً توصيل بطاريات الليثيوم والرصاص الحمضية مباشرة على التوازي.

تختلف الكيمياء الكيميائية لكل منهما في:

• جهود السكون

• متطلبات جهد الشحن

• المقاومة الداخلية

• منحنيات التفريغ

• سلوك حالة الشحن

• خصائص تقاسم التيار

• آليات الحماية

قد يؤدي التوصيل المتوازي المباشر إلى تدفق تيار غير متحكَّم فيه بين البطاريات، وشحن غير متساوٍ، وتشغيل غير متوقع لنظام إدارة البطارية.

لا ينبغي النظر في نظام مختلط الكيمياء إلا عندما يكون قد تم تصميمه هندسيًا باحترافية باستخدام العزل والتحكم المناسبين، مثل:

• ناقلات بطاريات منفصلة

• محوّلات التيار المستمر إلى التيار المستمر

• شواحن مستقلة

• قواطع تماس مُتحكَّم فيها

• منطق مخصص لإدارة الطاقة

بالنسبة لمعظم الأنظمة الشمسية السكنية والتجارية الصغيرة، يُعدّ استخدام نوع واحد من كيمياء البطاريات وبنك بطاريات واحد منسّق نهجاً أكثر أماناً وأسهل في الإدارة.

مقارنة بطاريات الليثيوم ببطاريات الرصاص الحمضية: التكلفة الإجمالية للملكية

عادةً ما يكون سعر الشراء الأولي لبطاريات الرصاص الحمضية أقل. ومع ذلك، فإن أقل سعر للبطارية لا يؤدي بالضرورة إلى أقل تكلفة تخزين.

ينبغي أن تتضمن المقارنة الاقتصادية السليمة حساب التكلفة لكل كيلوواط ساعة مُسلَّم على مدى عمر المشروع.

عوامل تكلفة بطاريات الرصاص الحمضية

• الشراء الأولي للبطارية

• بنك بطاريات اسمي أكبر للطاقة القابلة للاستخدام المطلوبة

• مساحة التركيب

• الدعم الهيكلي

• التهوية

• السقي والصيانة للبطاريات المغمورة

• أجرة الاستبدال

• التخلص أو إعادة التدوير

• انخفاض الأداء بعد التقادم

• تشغيل المولد الناتج عن الشحن الأبطأ

عوامل تكلفة الليثيوم

• سعر الشراء الأولي الأعلى

• متطلبات نظام إدارة البطارية (BMS) والاتصالات

• عاكس أو شاحن متوافق

• صيانة أقل

• سعة قابلة للاستخدام أعلى

• استبدالات أقل محتملة

• مساحة تركيب أقل

• شحنًا أسرع

• قدرة دورات أعلى

• المراقبة والتشخيص

تعتمد البطارية الأفضل ماليًا على عدد مرات دورتها.

قد يكون الرصاص الحمضي أكثر اقتصادًا عندما:

• نادرًا ما يتم تفريغ النظام

• مدة النسخ الاحتياطي قصيرة

• الميزانية الأولية محدودة للغاية

• المساحة والوزن ليسا مصدر قلق

• الصيانة متاحة

• الاستبدال سهل

• المعدات الحالية مُحسَّنة بالفعل لبطاريات الرصاص الحمضية

قد تكون بطاريات الليثيوم أكثر اقتصاداً عندما:

• تُشحن البطارية يومياً

• يكون الهدف هو الاستهلاك الذاتي للطاقة الشمسية

• تكون الموثوقية خارج الشبكة أمراً بالغ الأهمية

• تكون المساحة محدودة

• يكون الوزن مهماً

• وقت الشحن محدود

• الوصول للصيانة صعب

• لوجستيات الاستبدال مكلفة

• مطلوب سعة قابلة للاستخدام عالية

بالنسبة لمشاريع الشراء الأكبر، ينبغي تقييم سعر البطارية إلى جانب توافق العاكس، ودعم الضمان، والمستندات الفنية، وقدرة الشركة المصنعة على الإنتاج.

تتموضع Anern كمزود متكامل لحلول الطاقة الشمسية يوفر الألواح الشمسية والعاكسات وبطاريات الليثيوم والأنظمة الكاملة المتصلة بالشبكة والمنفصلة عنها. يمكن للمشترين مراجعة اعتبارات اختيار الموردين الأوسع في دليلها الخاص بـ شركات الطاقة الشمسية الصينية.

أيهما أفضل: بطارية الرصاص الحمضية أم بطارية الليثيوم؟

بالنسبة لمعظم أنظمة تخزين الطاقة الشمسية الحديثة، تُعد LiFePO4 الخيار الفني الأفضل عندما يتم تفريغ البطارية وشحنها بشكل متكرر.

وهي توفر عموماً:

• طاقة قابلة للاستخدام أكثر

• عمر دورة أطول

• شحنًا أسرع

• كثافة طاقة أعلى

• وزنًا أقل

• صيانة أقل

• مراقبة أفضل

• توصيل طاقة أكثر استقرارًا

يبقى حمض الرصاص مناسبًا عندما:

• تكون التكلفة الأولية أهم من دورة الحياة

• يُستخدم النظام بشكل أساسي للاحتياط

• تكون معدات الشحن الحالية مخصصة لحمض الرصاص

• لا تكون المساحة والوزن مهمين

• تكون البنية التحتية المحلية للاستبدال وإعادة التدوير متطورة

• يستطيع المالك إجراء الصيانة المطلوبة

تعتمد الإجابة على سؤال «أيهما أفضل، الليثيوم أم الرصاص الحمضي؟» على التطبيق وليس على الكيمياء وحدها.

بالنسبة لنظام شمسي سكني للاستخدام اليومي، أو منزل خارج الشبكة، أو مشروع تخزين تجاري، عادةً ما يوفر الليثيوم نتيجة إجمالية أقوى.

أما بالنسبة لنظام احتياطي نادر الاستخدام وحساس للميزانية، فقد تظل بطارية الرصاص الحمضي المختارة بشكل صحيح عملية.

قائمة مراجعة شراء البطاريات للطاقة الشمسية وتخزين الطاقة

قبل اختيار بطارية الليثيوم أو بطارية الرصاص الحمضي، تأكد من النقاط التالية.

متطلبات الطاقة

• استهلاك الحمل اليومي بالكيلوواط ساعة

• حمل الذروة بالكيلوواط

• مدة النسخ الاحتياطي المطلوبة

• أيام الاستقلالية خارج الشبكة

• الأحمال الأساسية وغير الأساسية

• دورة الشحن اليومية المتوقعة

مواصفات البطارية

• كيمياء البطارية

• الجهد الاسمي

• السعة الاسمية

• السعة القابلة للاستخدام

• عمق التفريغ الموصى به

• ظروف اختبار عمر الدورة

• الحد الأقصى لتيار الشحن

• أقصى تيار تفريغ

• مدة التفريغ القصوى

• نطاق درجة حرارة التشغيل

• نطاق درجة حرارة التخزين

• معدل التفريغ الذاتي

توافق العاكس

• جهد البطارية المدعوم

• ملف شحن الليثيوم

• ملف شحن الرصاص الحمضي

• بروتوكول CAN أو RS485

• قطع الجهد المنخفض

• الحد الأقصى لتيار الشحن

• الشحن بالمولد

• دعم توصيل البطاريات على التوازي

السلامة والتركيب

• الحاوية المطلوبة

• تصنيف الحماية IP

• التهوية

• التأريض

• المصهر أو القاطع

• مقاس الكابل

• جهاز العزل

• قطع الاتصال الطارئ

• متطلبات الحرائق والكهرباء

• مؤهلات المُركِّب

الشروط التجارية

• فترة الضمان

• شروط دورة الضمان أو معدل إنتاجية الطاقة

• السعة عند نهاية العمر

• دعم قطع الغيار

• الوثائق الفنية

• وثائق الاعتماد

• مدة الإنتاج

• سير عمل ما بعد البيع

• متطلبات إعادة التدوير أو التخلص

الرصاص مادة سامة ويجب التعامل معها ونقلها وإعادة تدويرها عبر القنوات المناسبة. كما تتطلب أنظمة بطاريات الليثيوم معالجة خاضعة للرقابة عند نهاية العمر التشغيلي والامتثال لقواعد النقل وإعادة التدوير المعمول بها.

الأسئلة الشائعة

هل بطاريات الليثيوم أفضل من بطاريات الرصاص الحمضية؟

بالنسبة للدورات الشمسية اليومية والاستخدام خارج الشبكة وتخزين الطاقة عالي الطلب، تكون بطاريات LiFePO4 generally better لأنها توفر سعة قابلة للاستخدام أكبر، وعمر دورات أطول، وشحنًا أسرع، ووزنًا أقل، وصيانة أقل. قد تظل بطاريات الرصاص الحمضية مفضلة للنسخ الاحتياطي منخفض التكلفة وقليل الاستخدام.

ما الفرق بين بطاريات الليثيوم وبطاريات الرصاص الحمضية؟

تستخدم بطاريات الرصاص الحمضية ألواح الرصاص وحمض الكبريتيك. وتستخدم بطاريات الليثيوم كيمياء خلايا قائمة على الليثيوم وتتطلب نظام إدارة البطارية (BMS). ويوفر الليثيوم عمومًا كثافة طاقة أعلى وأداء دورات أفضل، بينما يكون سعر الرصاص الحمضي عادةً أقل في البداية.

هل بطارية الرصاص الحمضية بطارية ليثيوم؟

لا. الرصاص الحمضي والليثيوم كيمياءان منفصلان لبطاريات قابلة لإعادة الشحن.

هل AGM من الرصاص الحمضي أم الليثيوم؟

AGM هي بطارية حمض الرصاص المختومة المنظّمة بصمام. إنها ليست بطارية ليثيوم.

أيّها أفضل: AGM أم السائلة أم الليثيوم؟

غالبًا ما تكون بطارية حمض الرصاص السائلة الخيار الأقل تكلفة لكنها تتطلب أكبر قدر من الصيانة. AGM مختومة وأسهل في الصيانة. عادةً ما توفر بطارية الليثيوم طاقة قابلة للاستخدام أكثر، وشحنًا أسرع، وعمر دورات أطول للاستخدام الشمسي المتكرر.

أيّها أفضل: AGM أم الجل أم الليثيوم؟

AGM مناسبة لتطبيقات حمض الرصاص المختومة والاستخدام الاحتياطي. يمكن للجل أن يوفر أداءً جيدًا للتفريغ العميق لكنه يحتاج إلى شحن دقيق. عادةً ما يُفضَّل LiFePO4 للدورات المتكررة، والوزن الأخف، والسعة القابلة للاستخدام العالية.

هل تشحن بطاريات الليثيوم أسرع من حمض الرصاص؟

عادةً، نعم. غالبًا ما تستطيع بطاريات الليثيوم تحمّل معدلات شحن أعلى وتحتاج إلى وقت أقل في مرحلة الشحن النهائية. يعتمد وقت الشحن الفعلي على البطارية ونظام إدارة البطارية BMS والشاحن ودرجة الحرارة والطاقة الشمسية المتاحة.

هل تدوم بطاريات الليثيوم أطول من حمض الرصاص؟

في تطبيقات التفريغ العميق المتكررة، توفر بطاريات LiFePO4 المصممة جيدًا عمومًا دورات أكثر. يعتمد العمر الدقيق على عمق التفريغ ودرجة الحرارة والتيار وجودة الشحن.

هل يمكنني استبدال بطارية حمض الرصاص ببطارية ليثيوم؟

نعم، ولكن يجب فحص العاكس، والشاحن، ومنظم الشحن الشمسي، وأجهزة الحماية، والكابلات، ومراقب البطارية. عادةً ما يحتاج ملف الشحن وإعدادات الجهد المنخفض إلى التغيير.

هل يمكن استخدام بطاريات الليثيوم والرصاص الحمضية على التوازي؟

لا ينبغي عادةً توصيلهما مباشرة على التوازي. فاختلاف منحنيات الجهد والمقاومة الداخلية ومتطلبات الشحن يمكن أن يسبب تقاسمًا غير منضبط للتيار.

هل تعادل بطارية ليثيوم 100 أمبير ساعة بطارية رصاص حمضية 100 أمبير ساعة؟

لهما نفس معدل الأمبير ساعة الاسمي فقط عند القياس وفق ظروف الاختبار المحددة، لكنهما قد لا يوفران نفس الطاقة القابلة للاستخدام. فالليثيوم عادةً ما يسمح بعمق تفريغ أكبر ويحافظ على الجهد بشكل أفضل تحت الحمل.

هل الليثيوم أفضل من الرصاص الحمضي للطاقة الشمسية؟

بالنسبة لمعظم الأنظمة التي تشحن وتفرغ يوميًا، يكون الليثيوم أفضل عمومًا. وقد يظل الرصاص الحمضي مناسبًا للأنظمة ذات الميزانية المنخفضة أو أنظمة النسخ الاحتياطي العرضية.

هل الليثيوم أفضل لأنظمة الطاقة الشمسية في المركبات الترفيهية؟

غالبًا ما يُفضَّل الليثيوم لأنظمة الطاقة الشمسية في المركبات الترفيهية لأنه أخف وزنًا، ويوفر سعة قابلة للاستخدام أكبر، ويدعم الشحن الأسرع. يجب أن يكون مولد المركبة ومنظم الشحن الشمسي وشاحن التيار الخارجي متوافقة.

هل LiFePO4 هو نفسه أيون الليثيوم؟

LiFePO4 هو أحد أنواع كيمياء الليثيوم أيون. يستخدم فوسفات حديد الليثيوم كمادة الكاثود ويُستخدم على نطاق واسع في أنظمة الطاقة الشمسية وتخزين الطاقة الثابتة.

الخاتمة

يجب أن يعتمد قرار بطارية الليثيوم مقابل بطارية الرصاص الحمضية على الطاقة القابلة للاستخدام والأداء الكلي للنظام، وليس فقط على سعر الشراء أو تصنيف الأمبير-ساعة.

لا تزال بطاريات الرصاص الحمضية ناضجة ومتاحة وفعالة من حيث التكلفة لبعض تطبيقات الاستعداد منخفضة الدورات. كما تقلل تصاميم AGM والهلام من بعض متطلبات الصيانة المرتبطة بالبطاريات المغمورة.

بالنسبة لتخزين الطاقة الشمسية السكنية، والطاقة خارج الشبكة، والطاقة الشمسية للمركبات الترفيهية، وإدارة الطاقة التجارية، والتطبيقات التي تتطلب دورات متكررة، عادةً ما يوفر LiFePO4 التوازن الأفضل بين السعة القابلة للاستخدام وسرعة الشحن وعمر الدورات والوزن والصيانة.

يجب أن يتوافق اختيار البطارية النهائي مع:

• خرج المصفوفة الشمسية

• جهد العاكس

• تيار الشحن

• طاقة الحمل

• مدة النسخ الاحتياطي

• بروتوكول الاتصال

• بيئة التركيب

• متطلبات السلامة المحلية

توفر Anern بطاريات LiFePO4 عبر تكوينات استبدال بطاريات الرصاص الحمضية، والمثبتة على الحائط، والمثبتة على حوامل، والأنظمة التجارية عالية الجهد. ومن خلال مطابقة البطارية مع عاكس شمسي متوافق ونظام طاقة شمسية متكامل، يمكن للمشترين تقليل مخاطر التكامل وبناء حل تخزين حول احتياجات الطاقة الفعلية بدلاً من سعة البطارية وحدها.