هل تساءلت يومًا عن كيفية تخزين الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة المائية؟ تعد البطارية ذات الدورة العميقة التي تتيح التفريغ وإعادة الشحن بشكل متسق للحفاظ على أدائها وتحسينه ، بالإضافة إلى العمر الافتراضي ، الخيار الأكثر شهرة واستخدامًا لتخزين هذه الطاقات.
السمة الأساسية التي تميز بطاريات الدورة العميقة عن خيارات تخزين الطاقة الأخرى هي قدرتها على الخضوع لتفريغ عميق قبل الحاجة إلى إعادة الشحن. بشكل أساسي ، يجب أن يكون عمق التفريغ لجميع البطاريات ذات الدورة العميقة أعلى من 80٪. من خلال الاستفادة من الاتجاهات والاهتمامات العالمية في مجال الطاقة المتجددة ، دعنا نتعرف على كيفية اختيار بطاريات الدورة العميقة المناسبة لانتقال متجدد أكثر كفاءة.
جدول المحتويات
مقدمة لبطاريات الدورة العميقة
دليل لاختيار بطارية دورة عميقة
أنواع بطاريات الدورة العميقة الشائعة
احتضان تخزين الطاقة الخضراء
مقدمة لبطاريات الدورة العميقة
أنواع البطاريات العميقة
- بطاريات الرصاص الحمضية
لفهم أنواع البطاريات ذات الدورة العميقة المتوفرة في السوق بشكل أفضل ، دعنا أولاً نلقي نظرة على كل من الجداول الزمنية للتطوير. تُعرف بطاريات الرصاص الحمضية المغمورة عمومًا بأنها أقدم نوع من البطاريات ذات الدورة العميقة في التاريخ ، حيث يرجع أساسها إلى 1880s. يطلق عليه "مغمور" بما يتماشى مع المنحل بالكهرباء المغمور بالكامل تحت الأقطاب أو الألواح.
وتلا ذلك اختراع بطارية جل حمض الرصاص المختومة الحديثة في عام 1934، والتي تُعرف أيضًا باسم بطارية حمض الرصاص المنظم بالصمام (VRLA). حصلت على أسماء "مختومة" و"صمام منظم" من الهيكل المغلق وصمامات تحرير الضغط التي تمنع الغاز من الهروب. فئة فرعية أخرى من بطارية VRLA - بطارية زجاجية ماصة (AGM) ثم أعلن رسميًا في عام 1972.
تكمن الاختلافات الرئيسية بين بطارية حمض الرصاص المختومة وبطارية حمض الرصاص المغمورة ، كما يوحي اسمها ، في الأغطية العلوية "المغلقة" بينهما. البطاريات محكمة الغلق خالية من مشاكل حمض التسرب المحتملة في ضوء تصميمها محكم الإغلاق حتى لو طرقت أو انبعثت غازًا عند شحنها. من ناحية أخرى ، فإن بطاريات الرصاص الحمضية المغمورة ليست محكمة الإغلاق وتتميز دائمًا بأغطية قابلة للإزالة لإعادة تعبئة الماء المقطر.
هذا ضروري لأن عملية إعادة التركيب من الغاز إلى السائل لا تحدث داخليًا في البطاريات المغمورة ولكن الغازات تنفث في الخارج. نتيجة لذلك ، تتطلب بطاريات الرصاص الحمضية المغمورة صيانة دورية عن طريق إعادة تعبئة الماء المقطر ، وهو أمر ضروري لإعادة مستوى الإلكتروليت إلى المستوى المطلوب حيث يتم إطلاق الغازات المتولدة خلال عملية الشحن في الغلاف الجوي.
- بطاريات الليثيوم مقابل بطاريات الرصاص الحمضية
على أي حال ، بغض النظر عن مدى تميز الفئات الفرعية الثلاثة لبطاريات الرصاص الحمضية ، فإنها لا تزال تندرج ضمن نفس فئة بطاريات الرصاص الحمضية. لذلك ، لا يمكن تضخيم الصفات التخريبية حقًا لبطاريات الدورة العميقة إلا بالمقارنة مع أحدث نوع من بطاريات الدورة العميقة - بطارية الليثيوم. فيما يلي بعض الفروق الرئيسية بينهما:
- إلكتروليتات مختلفة: المنحل بالكهرباء لبطارية الهلام عبارة عن هلام ، في حين أن المنحل بالكهرباء في بطاريات الليثيوم هو إلكتروليت عضوي سائل غير مائي. نظرًا لأن المحاليل غير المائية تستخدم فقط المذيبات غير القائمة على الماء ، فإن درجة تفككها أقل وبالتالي فهي أكثر استقرارًا بشكل عام مقارنة بالمحلول المائي مثل المحلول الكهربائي الهلامي.
- مبدأ العمل: بالنسبة لبطاريات الليثيوم ، يتم نقل أيونات الليثيوم التي ينتجها القطب الموجب أثناء عملية الشحن عبر الإلكتروليت إلى القطب السالب. تزداد سعة الشحن مع دخول المزيد من أيونات الليثيوم في القطب السالب. هذا يعني أ قدرة شحن أعلى أصبحت ممكنة عن طريق تضمين المزيد من أيونات الليثيوم.
- السلامة: المواد المختلفة المستخدمة في بطاريات الليثيوم لها مستويات أمان متفاوتة. في المقابل ، توفر بطاريات الهلام ، باعتبارها تقنية أكثر نضجًا ولها تاريخ طويل ، مستوى أمان أعلى من بطاريات الليثيوم.
- خدمة الحياة: بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم لها عمر خدمة أطول يمكن شحنها حوالي 1500 مرة دون التعرض لتأثيرات الذاكرة. يحتفظ بحوالي 85٪ من سعته التخزينية الأولية بعد 1500 مرة. في المقابل ، فإن بطارية الهلام قادرة فقط على الاحتفاظ بالذاكرة حتى 500 شحنة.
- الكفاءة والأداء: تسمى بطاريات الرصاص الحمضية التي تحتوي على إلكتروليتات غروانية أيضًا بالبطاريات الغروية. عادة ما يكون لها تفريغ ذاتي منخفض وبالتالي فهي تفضي إلى التخزين على المدى الطويل. يساعد أداء التفريغ المرتفع والعميق على تحسين قدرة التفريغ العميق والإفراط في التفريغ ، ومعدل الاستخدام ، وقدرة التفريغ للمواد الفعالة.
- صديقة للبيئة: لا تنبعث بطاريات الليثيوم أي ملوثات ، في حين أن البطاريات الغروية تنبعث منها.
الإمكانات التجارية لبطاريات الدورة العميقة
عند تقييم إمكانات السوق لبطاريات الدورة العميقة ، يمكننا النظر إليها من منظور التنبؤ بنمو السوق نفسه ، والذي وفقًا للتنبؤ قصير المدى بين 2022 و 2025 ، يجب أن 2.41 مليار دولار أمريكي.
من ناحية أخرى ، نظرًا لأن استخدام بطاريات الدورة العميقة مرتبط الآن ارتباطًا وثيقًا بنمو طاقة متجددةمن المنطقي اكتساب المزيد من الأفكار حول الجدوى التجارية لبطاريات الدورة العميقة من خلال منظور التطور الأسي للطاقة المتجددة ، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.
من المتوقع أن ينمو سوق الطاقة الشمسية ، على سبيل المثال ، بمعدل نمو سنوي مركب ثابت (معدل نمو سنوي مركب) بنسبة 7.2٪ من 2022 إلى 2030 ومن المتوقع أن يصل إلى 368.63 مليار دولار أمريكي في عام 2030. ومن المتوقع أن يتوسع سوق طاقة الرياح ، في نفس الوقت ، بمعدل أقوى نمو سنوي مركب بلغ٪ 9.5 حتى عام 2030 والارتفاع من القيمة المقدرة البالغة 77.77 مليار دولار أمريكي في العام الماضي إلى 174.75 مليار دولار أمريكي في عام 2030.
أدلة لاختيار بطارية ذات دورة عميقة
التكاليف
تأتي البطاريات ذات الدورة العميقة بعلامات أسعار متنوعة. على غرار أي عملية أخرى لتحديد مصادر المنتجات ، يجب أن يتماشى قرار الميزانية بشكل وثيق مع الجمهور المستهدف والسوق المستهدف. على سبيل المثال ، يبلغ سعر بطاريات الرصاص الحمضية المغمورة حوالي 100 دولار أمريكي وقد تكون أكثر أنواع البطاريات ذات الدورة العميقة اقتصادا لأي تاجر جملة يهدف إلى أن يكون الرائد في السعر.
في هذه الأثناء ، تأتي بطاريات AGM عادةً بعروض أفضل من نظيراتها الأخرى VRLA - بطاريات الهلام. يمكن أن تكلف بطاريات AGM ذات السعة المنخفضة حوالي 80-100 دولار أمريكي ، في حين أن البطاريات ذات السعة الأعلى قد تكلف بسهولة أكثر من 500 دولار أمريكي أو أكثر. وبالطبع ، فإن بطاريات الليثيوم ، باعتبارها أحدث التقنيات ذات العمر الافتراضي الأطول بكثير ، تأتي عادةً بأعلى سعر مدرج. في الواقع ، من الشائع العثور على تكاليف بطارية الليثيوم بمستوى سعر منخفض مكون من أربعة أرقام.
قدرة البطارية
تشير سعة البطارية ، التي يتم وصفها غالبًا على أساس المواصفات على أنها سعة اسمية ، إلى قياس إجمالي الطاقة التي يمكن للمرء تخزينها في البطارية ، ومن ثم يلزم بطبيعة الحال بطارية إضافية لدعم حمولة أكبر لبعض الأجهزة التي تتطلب ساعات تشغيل ممتدة. تُقاس سعة البطارية بالأمبير بالساعات ، وهي تمثل مقدار التيار الذي يمكن إرساله خلال فترة زمنية محددة.
ومع ذلك ، يتم تحديد الإطار الزمني المحدد هنا بواسطة التصنيف C، وهو معدل شحن البطارية أو تفريغها. يتراوح التصنيف C عادةً من 0.05 درجة مئوية أو C / 20 (مما يعني 20 ساعة) إلى 5 درجة مئوية (مما يعني 12 دقيقة). لتحديد سعة بطارية أمبير لكل ساعة لبطارية ذات دورة عميقة ، يحتاج المرء ببساطة إلى فهم سعة البطارية الإجمالية وتقسيمها بمعدل c القابل للتطبيق كما هو موضح في أمثلة الحساب التالية:
عينة أ:
سعة البطارية = 100 أمبير في الساعة (آه) ؛ معدل c النموذجي = C / 20 (20 ساعة)
ومن ثم فإن سعة البطارية لكل ساعة هي 100/20 = سعة 5 أمبير على مدى 20 ساعة.
نموذج ب:
سعة البطارية = 100 أمبير في الساعة (آه) ؛ أسرع معدل c = 5 درجات مئوية (12 دقيقة)
ومن ثم فإن سعة البطارية لكل ساعة هي 100 / 0.2 = سعة 500 أمبير على مدى 12 دقيقة!
لحسن الحظ ، أتاح الإنترنت حياة أسهل بكثير لأي شخص يفضل حجز المهام الحسابية القياسية للحوسبة. طالما أنك تعرف سعة البطارية ومواصفات التصنيف c ، فما عليك سوى إدخال التفاصيل على نطاق حاسبة تقييم ج عبر الإنترنت وستحصل على فكرة عن مقدار السعة التي يمكن أن تولدها البطارية في الساعة أو بشكل عكسي ، ومقدار الوقت الذي تحتاجه البطارية لتفريغها بالكامل.
عمق التفريغ ودورة الحياة
عمق التفريغ (DoD) هو مواصفات مهمة لتشغيل البطاريات القابلة لإعادة الشحن. عادة ما يتم قياسه بالنسبة المئوية للإشارة إلى سعة البطارية الفعلية القابلة للاستخدام. بمعنى آخر ، كلما زادت نسبة عمق التفريغ ، زاد الوقت الذي يمكن أن تعمل فيه البطارية قبل أن تكون إعادة الشحن التالية مطلوبة. على الرغم من ارتباطها الوثيق بسعة البطارية الإجمالية ، إلا أنها تقيس إجمالي الطاقة المتاحة عند الشحن الكامل ، بينما يحدد عمق التفريغ الحد الأقصى من الطاقة التي يمكن استخدامها بأمان لإطالة عمر البطارية.
يأتي عمق التفريغ أيضًا مع علاقة تناسبية عكسية مباشرة مع عمر دورة البطارية - إجمالي دورات الشحن والتفريغ للبطارية قبل انخفاض الأداء. هذا يعني أن عمر البطارية سيكون أقل مع زيادة عمق نسبة التفريغ وتردد الشحن.
على سبيل المثال ، كما هو موضح في هذا الرسم التخطيطي ورقة البحث هنا ، توجد علاقة مباشرة تناسبية عكسيًا بين دورة الحياة لعدة أنواع من البطاريات. يقال إن بطاريات الرصاص الحمضية المغمورة قادرة على تحقيق حوالي 4300 دورة حياة عند عمق 50٪ من معدل التفريغ ولكن أقل بحوالي 1000 دورة حياة يجب تفريغها بعمق 70٪ من معدل التفريغ. من الواضح أن العمر الافتراضي لبطارية الدورة العميقة يصبح أقصر مع زيادة نسبة DoD.
نظرًا لأن عمر دورة البطاريات العميقة يختلف اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على التقنيات ، فمن المفيد فهم عمق التفريغ الموصى به لكل نوع من أنواع البطاريات ذات الدورة العميقة. ومع ذلك ، من المهم معرفة الاختلافات بين الحد الأقصى لمعدل DoD الذي تستطيع بطارية دورة عميقة تحقيقه مقارنة بمعدل DoD الموصى به.
في حين أن معظم البطاريات ذات الدورة العميقة قد يتم تفريغها بما يتجاوز 50٪ أو حتى 80-100٪ ، إلا أنها قد لا تكون قادرة على الاستمرار لفترة طويلة أو الأداء في أفضل حالاتها مع معدل DoD مرتفع للغاية. معدل DoD الموصى به لبطاريات الرصاص الحمضية المغمورة على سبيل المثال هو 50٪ ، بينما بالنسبة لبطاريات AGM وبطاريات الليثيوم ، تتراوح المعدلات الموصى بها من 50٪ إلى 75٪.
أخرى
علاوة على اعتبارات المواصفات الرئيسية المذكورة أعلاه ، هناك عدد قليل من العوامل الأخرى التي غالبًا ما يأخذها الناس في الاعتبار تشمل حجم ووزن البطاريات ، والتي تعتبر مهمة بشكل خاص إذا كانت مخصصة للتركيب على المركبات الترفيهية (RVs) حيث قد تكون هناك مساحة القيود وكذلك مخاوف الحمل القصوى.
من ناحية أخرى ، تكمن مشكلة التوافق في جوهرها عندما يتعلق الأمر بمواصفات تصنيف الجهد. تعمل جميع الأجهزة بجهد ثابت معين وبالمثل ، فإن معدلات الجهد المتناسبة مطلوبة من أجل تشغيل الأجهزة المناسبة. تعمل معظم RVs بجهد 12 فولت وفي المقابل ، تدعم غالبية البطاريات ذات الدورة العميقة 12 فولتًا على الرغم من أن البطاريات ذات 24 فولت أو 36 فولت ليست غير شائعة أيضًا.
تعد متانة بطارية الدورة العميقة مصدر قلق شائع آخر ، والذي ينعكس غالبًا في تحملها لدرجات الحرارة القصوى المختلفة ، وذلك للحفاظ على ثباتها في توصيل الطاقة على الرغم من التغيرات في درجات الحرارة المختلفة.
أنواع بطاريات الدورة العميقة الشائعة
غمر حمض الرصاص
باعتبارها بطارية ذات دورة عميقة ذات تاريخ طويل ، فإن بطاريات الرصاص الحمضية المغمورة يتم استقبالها بشكل جيد على الرغم من متطلبات الصيانة الدورية الخاصة بها. في الواقع ، هم معروفون جيدًا باسم البطاريات الأكثر استخدامًا للسيارات والشاحنات وحسب الخبراء ماءها المقطر روتين إعادة التعبئة، قد لا يكون ذلك مزعجًا لأصحاب السيارات بعد كل شيء.
الموثوقية المثبتة وعمر الدورة الطويل في ضوء شبكات سبائك الأنتيمون السميكةمقارنةً بشبكات سبائك الكالسيوم النموذجية لبطاريات VRLA ، هناك بعض الميزات التي تجعل بطاريات الرصاص الحمضية المغمورة شائعة.
ومع ذلك ، فإن حقيقة أن لديهم أكثر الأسعار اقتصادا بين جميع أنواع البطاريات ذات الدورة العميقة ، قد يكون عامل الجذب الرئيسي لمعظم. على سبيل المثال ، يمكن للمرء الحصول على ملف بطارية حمض الرصاص مغمورة بالجملة مع طاقة كافية للرافعات الشوكية والمركبات الكهربائية الصغيرة الأخرى بأقل من 50 دولارًا أمريكيًا.
وفي الوقت نفسه ، ل بطاريات حمض الرصاص المغمورة المناسبة للطاقة الشمسية أو تخزين طاقة الرياح ، مثل ذلك المعروض في الصورة أدناه ، تتراوح الأسعار بين 80 دولارًا أمريكيًا و 100 دولار أمريكي لكل أوامر البيع بالجملة بالجملة.
اجتماع الجمعية العامة العادية
بطاريات AGM هي النوع الأكثر شيوعًا من بطاريات VRLA نظرًا لمستوى سعرها الفعال من حيث التكلفة وميزة الأمان المحسّنة مقارنة ببطاريات الهلام. على عكس البطاريات ذات الدورة العميقة الهلامية مع الإلكتروليتات المعلقة في غلاف البطارية بواسطة عجينة الهلام ، فإن بطاريات AGM تحافظ على إلكتروليتها بالكامل في حصيرة الألياف الزجاجية ، مما زاد بشكل كبير ميزة أمان مانعة للتسرب.
حقيقة أن بطاريات AGM يمكن أن تدعم سعة أعلى وتأتي مع ذلك انخفاض المقاومة الداخلية هو شيء آخر السبب الذي يجعلها مفضلة على بطاريات الرصاص الحمضية الأخرى ، خاصة لتطبيقات الأحمال الثقيلة التي تتطلب شحنًا سريعًا مثل مركبات التخييم والمركبات الترفيهية.
إن القدرة على تحمل تكاليف بطاريات AGM واضحة بشكل خاص لتلك المناسبة للسيارات الكهربائية الخفيفة مثل هذا بطارية 75Ah AGM مثالية للدراجة الإلكترونية أو آخر بطارية AGM بسعة 120Ah وهو مشابه لما هو مذكور في الصورة أدناه:
بطاريات AGM لتخزين الطاقة الشمسية أو RVs، من ناحية أخرى ، عادةً ما تجلب سعرًا أعلى نظرًا لقدرتها العالية. يمكن للبعض بسهولة تكلف أكثر من 250 دولارًا أمريكيًا حتى على مستوى طلب بالجملة بالجملة. ومع ذلك ، هناك أيضًا بعض السعة الأصغر بطاريات AGM لتخزين الطاقة الشمسية والتي تبدأ من 75 أمبير وبالتالي يتم عرضها بسعر جملة أقل بكثير.
الليثيوم
بالمقارنة مع جميع الأنواع الأخرى من بطاريات الدورة العميقة ، فإن تطوير بطاريات الليثيوم ، التي أسست اسمها رسميًا من خلال اختراع بطاريات الليثيوم أيون في عام 1985 ، لا يزال في مهده. ومع ذلك ، كأحدث اختراع بين عائلة البطاريات ذات الدورة العميقة ، غالبًا ما يتم الإشادة بالبطاريات القائمة على الليثيوم باعتبارها أفضل أنواع بطاريات الدورة العميقة.
وليس من قبيل المصادفة أن يتم النظر إلى بطاريات الليثيوم بهذه الطريقة. من التصنيف c إلى دورة الحياة إلى عمق التفريغ وحتى كثافة الطاقة ، والتي تقيس مقدار الطاقة التي يمكن للبطارية تخزينها نظرًا لحجمها أو وزنها ، تشير جميع النتائج إلى ذلك تعمل البطاريات القائمة على الليثيوم بشكل أفضل من البطاريات العميقة الأخرى. ومع ذلك ، فإن البطاريات التي تعتمد على الليثيوم عادة ما تكون خالية من المشاكل وأخف وزناً بشكل ملحوظ عندما يتعلق الأمر بقضايا الوزن وتأثير الذاكرة.
على الرغم من شعبيتها المتزايدة بشكل كبير ، إلا أن الجانب السلبي الرئيسي لا يزال على الأرجح هو سعرها المرتفع ، على الرغم من أنه من المتوقع أن ينخفض بشكل كبير في المستقبل القريب. على مستوى طلب الجملة بالجملة ، أ بطارية ليثيوم أيون 12 فولت من 100 أمبير، على سبيل المثال ، قد لا تزال تكلف حوالي 150 دولارًا أمريكيًا للقطعة الواحدة.
في نفس الوقت ، واحد بطارية ليثيوم أيون OEM 12 فولت مع 50Ah قد تكلف ما لا يقل عن 100 دولار أمريكي إضافي. أ بطارية عالية الجودة تعتمد على الليثيوم مناسب لتخزين الطاقة الشمسية ، من ناحية أخرى ، يأتي بسعر يبدأ من 1500 دولار أمريكي كحد أدنى حتى مع الطلبات بالجملة. النهج الأكثر توازناً الذي قد يتبناه تاجر الجملة للتعامل مع مستويات التكلفة المتنوعة هذه ، هو العمل معه مُصنِّع مخصص لبطاريات الليثيوم للعمل على جهد محدد ومخصص للتطبيقات المستهدفة.
احتضان تخزين الطاقة الخضراء
حفزت شعبية استخدام الطاقة الخضراء احتياجات التخزين بالنسبة لهم. بطاريات الدورة العميقة هي الحل لتلبية احتياجات التخزين الملحة هذه. تعد بطاريات الرصاص الحمضية وبطاريات الليثيوم النوعين الرئيسيين من بطاريات الدورة العميقة. ويمكن أن تستند قرارات الشراء الخاصة بهم إلى السعر وسعة البطارية وعمق التفريغ وعمر الدورة بالإضافة إلى عوامل متنوعة أخرى مثل الجهد والمتانة والحجم والوزن. تعد بطاريات الرصاص الحمضية المغمورة ، والبطاريات التي تعتمد على بطاريات AGM ، والبطاريات القائمة على الليثيوم هي الأنواع الثلاثة الأكثر شيوعًا لبطاريات الدورة العميقة في الوقت الحالي. نظرًا لأن هذا موضوع واسع جدًا يتضمن فهمًا لمواصفات فنية متعددة ، يوصى بقراءة المزيد من المقالات ذات الصلة بالبطارية ذات الدائرة العميقة حول علي بابا يقرأ لمزيد من التفاصيل.
