Vi siete mai chiesti come vengono immagazzinate le energie rinnovabili come quella solare, eolica e idrica? Una batteria a ciclo profondo che consente una scarica e una ricarica costanti per mantenere e ottimizzare le sue prestazioni, nonché la durata della vita, è attualmente l'opzione più riconosciuta e ampiamente utilizzata per immagazzinare queste energie.
La caratteristica principale che distingue le batterie a ciclo continuo da altre opzioni di accumulo di energia è la loro capacità di subire una scarica profonda prima di richiedere una ricarica. Fondamentalmente, tutte le batterie a ciclo continuo dovrebbero avere una profondità di scarica superiore all'80%. Attingendo alle tendenze e agli interessi mondiali per le energie rinnovabili, scopriamo come scegliere le giuste batterie a ciclo profondo per una transizione rinnovabile più efficiente.
Sommario
Introduzione alle batterie a ciclo profondo
Guida alla scelta di una batteria a ciclo continuo
Tipi popolari di batterie a ciclo continuo
Abbracciare lo stoccaggio di energia verde
Introduzione alle batterie a ciclo profondo
Tipi di batterie a ciclo profondo
- Batterie al piombo acido
Per comprendere meglio i tipi di batterie a ciclo continuo attualmente disponibili sul mercato, diamo prima un'occhiata a ciascuna delle loro tempistiche di sviluppo. Le batterie al piombo-acido allagate sono generalmente riconosciute come il tipo più antico di batterie a ciclo profondo della storia con la loro fondazione che risale al 1880 secondi. Si chiama "allagato" in linea con l'elettrolita completamente immerso sotto i suoi elettrodi o piastre.
Nel 1934 seguì l'invenzione della moderna batteria al gel al piombo sigillata, nota anche come batteria al piombo acido regolata da valvola (VRLA). Ha preso i nomi "sigillato" e "regolato da valvola" dalla struttura sigillata e dalle valvole di rilascio della pressione che impediscono la fuoriuscita del gas. Un'altra sottocategoria della batteria VRLA: la batteria con tappetino di vetro assorbito (AGM). fu poi ufficialmente annunciato nel 1972.
Le principali differenze tra una batteria al piombo sigillata e una batteria al piombo allagata, come suggerisce il nome, risiedono nei coperchi superiori "sigillati" tra di loro. Le batterie sigillate sono prive di potenziali problemi di perdita di acido in considerazione del loro design sigillato dall'alto anche se vengono rovesciate o emettono gas durante la ricarica. Le batterie al piombo acido, invece, non sono sigillate e sono sempre dotate di tappi rimovibili per il rabbocco dell'acqua distillata.
Ciò è necessario perché il processo di ricombinazione gas-liquido non avviene internamente nelle batterie allagate ma i gas vengono scaricati all'esterno. Di conseguenza, le batterie al piombo acido richiedono una manutenzione periodica mediante il rabbocco dell'acqua distillata, essenziale per riportare il livello dell'elettrolito al livello desiderato poiché i gas generati durante il processo di ricarica vengono rilasciati nell'atmosfera.
- Batterie al litio vs batterie al piombo
In ogni caso, per quanto distintive possano essere le tre sottocategorie di batterie al piombo, dopotutto rientrano comunque nella stessa categoria delle batterie al piombo. Pertanto, le qualità veramente sovversive delle batterie a ciclo continuo possono essere amplificate solo rispetto al tipo più recente di batteria a ciclo profondo: la batteria al litio. Ecco alcune delle principali distinzioni tra loro:
- Diversi elettroliti: L'elettrolita di una batteria al gel è un gel, mentre l'elettrolita nelle batterie al litio è un elettrolita organico liquido non acquoso. Poiché le soluzioni non acquose utilizzano solo solventi non a base acquosa, hanno un minor grado di dissociazione e quindi sono generalmente più stabili rispetto alla soluzione acquosa come l'elettrolita gel.
- Il principio di funzionamento: Per le batterie al litio, gli ioni di litio prodotti dall'elettrodo positivo durante il processo di carica vengono trasportati attraverso l'elettrolita all'elettrodo negativo. La capacità di carica aumenta man mano che più ioni di litio entrano nell'elettrodo negativo. Questo significa un è possibile una maggiore capacità di ricarica incorporando più ioni di litio.
- Sicurezza: Diversi materiali utilizzati nelle batterie al litio hanno diversi livelli di sicurezza. Al contrario, le batterie al gel, essendo una tecnologia più matura con una lunga storia, forniscono un livello di sicurezza maggiore rispetto alle batterie al litio.
- durata di vita: Le batterie al litio ferro fosfato hanno una durata maggiore e possono essere ricaricate circa 1500 volte senza subire effetti di memoria. Mantiene circa l'85% della sua capacità di archiviazione iniziale dopo 1500 volte. Al contrario, la batteria al gel è in grado di conservare la memoria solo fino a 500 ricariche.
- Efficienza e prestazioni: Le batterie al piombo con elettroliti colloidali sono anche chiamate batterie colloidali. In genere hanno una bassa autoscarica e sono quindi favorevoli allo stoccaggio a lungo termine. Le loro prestazioni di scarica elevata e profonda aiutano a migliorare la capacità di recupero da scarica profonda e eccessiva, il tasso di utilizzo e la capacità di scarica dei materiali attivi.
- Ecologico: Le batterie al litio non emettono sostanze inquinanti, mentre le batterie colloidali sì.
Il potenziale commerciale delle batterie a ciclo profondo
Nel valutare il potenziale di mercato delle batterie a ciclo profondo, possiamo guardarlo dalla lente della previsione della crescita del mercato stesso, che secondo una previsione a breve termine tra il 2022 e il 2025, dovrebbe ha raggiunto i 2.41 miliardi di dollari.
D'altra parte, poiché l'uso di batterie a ciclo continuo è ormai strettamente legato alla crescita di energia rinnovabile, ha senso ottenere maggiori informazioni sulla fattibilità commerciale delle batterie a ciclo continuo attraverso la prospettiva dello sviluppo esponenziale delle energie rinnovabili, come l'energia solare e l'energia eolica.
Il mercato dell'energia solare, ad esempio, dovrebbe crescere a un tasso di crescita annuale composto costante (CAGR) del 7.2% dal 2022 al 2030 e si prevede che raggiungerà l'incredibile cifra di 368.63 miliardi di dollari USA nel 2030. Allo stesso tempo, si prevede che il mercato dell'energia eolica si espanderà a un ritmo ancora più forte CAGR di 9.5% fino al 2030 e passare dal valore stimato di US$ 77.77 miliardi dello scorso anno a US$ 174.75 miliardi nel 2030.
Guide alla scelta di una batteria a ciclo continuo
Costi
Le batterie a ciclo continuo vengono fornite con cartellini dei prezzi diversi. Analogamente a qualsiasi altro processo di approvvigionamento di prodotti, la decisione sul budget dovrebbe essere strettamente allineata con il pubblico di destinazione e il mercato di riferimento. Le batterie al piombo acido, ad esempio, hanno in genere un prezzo di circa $ 100 e possono essere il tipo di batteria a ciclo continuo più economico per qualsiasi grossista che mira a essere il leader dei prezzi.
Le batterie AGM, nel frattempo, normalmente vengono fornite con offerte migliori rispetto alle loro altre controparti VRLA: le batterie al gel. Le batterie AGM con capacità inferiore possono costare circa US$ 80-100, mentre quelle con capacità maggiore possono facilmente costare più di US$ 500 o più. E, naturalmente, le batterie al litio, in quanto la tecnologia più recente con un'aspettativa di vita molto più lunga, di solito hanno il prezzo quotato più alto. In effetti, è comune trovare i costi delle batterie al litio a un livello di prezzo basso a quattro cifre.
Capacità della batteria
La capacità della batteria, spesso etichettata nelle specifiche come capacità nominale, si riferisce alla misura dell'energia totale che si può immagazzinare in una batteria, quindi naturalmente è necessaria una batteria aggiuntiva per supportare un carico maggiore per alcuni apparecchi che richiedono ore di funzionamento prolungate. La capacità della batteria è misurata in amperora, che rappresenta la quantità di corrente che può essere inviata durante un determinato periodo di tempo.
Eppure il lasso di tempo specifico qui è determinato dal Classificazione C, che è la velocità con cui una batteria viene caricata o scaricata. Il rating C varia tipicamente da 0.05°C o C/20 (che significa 20 ore) a 5°C (che significa 12 minuti). Per determinare la capacità della batteria in ampere per ora di una batteria a ciclo continuo, è sufficiente comprendere la capacità totale della batteria e dividerla con il tasso c applicabile come mostrato nei seguenti esempi di calcolo:
Campione A:
Capacità della batteria = 100 ampere-ora (Ah); C-rate tipico = C/20 (20 ore)
Quindi la capacità oraria della batteria è 100/20 = 5 A di capacità per un periodo di 20 ore.
Campione B:
Capacità della batteria = 100 ampere-ora (Ah); C-rate più veloce = 5C (12 minuti)
Quindi la capacità della batteria all'ora è 100/0.2 = 500 A di capacità in 12 minuti!
Fortunatamente, Internet ha reso la vita molto più facile a chiunque preferisca riservare le faccende matematiche standard all'informatica. Finché conosci la capacità della batteria e le specifiche del c-rating, digita semplicemente i dettagli su un calcolatore di rating online e avrai un'idea di quanta capacità può generare una batteria all'ora o, al contrario, di quanto tempo la batteria ha bisogno per essere completamente scaricata.
Profondità di scarica e ciclo di vita
La profondità di scarica (DoD) è una specifica importante per il funzionamento delle batterie ricaricabili. Di solito viene misurato in percentuale per indicare la capacità effettiva della batteria utilizzabile. In altre parole, maggiore è la percentuale di profondità di scarica, maggiore è il tempo in cui una batteria può funzionare prima che sia necessaria la ricarica successiva. Sebbene strettamente correlata, la capacità totale della batteria misura l'energia totale disponibile quando è completamente carica, mentre la profondità di scarica determina la quantità massima di energia che può essere utilizzata in sicurezza per una maggiore durata della batteria.
La profondità di scarica ha anche una relazione inversamente proporzionale diretta con la durata del ciclo di vita della batteria, i cicli totali di carica e scarica di una batteria prima di un calo delle prestazioni. Ciò significa che una batteria avrà un ciclo di vita inferiore all'aumentare della percentuale di profondità di scarica e della frequenza di ricarica.
Ad esempio, come mostrato in questo diagramma del documento di ricerca qui esiste una relazione diretta inversamente proporzionale tra il ciclo di vita di diversi tipi di batterie. Secondo quanto riferito, le batterie al piombo acido allagate sono in grado di raggiungere circa 4300 cicli di vita con una profondità di scarica del 50%, ma sono circa 1000 cicli di vita inferiori se vengono scaricate a una profondità di scarica del 70%. La durata di una batteria a ciclo continuo si riduce chiaramente con ogni aumento della percentuale DoD.
Poiché la durata del ciclo di vita delle batterie a ciclo continuo varia in modo significativo a seconda delle tecnologie, è quindi utile comprendere la profondità di scarica consigliata per ciascun tipo di batteria a ciclo continuo. Tuttavia, è importante conoscere le differenze tra la velocità DoD massima che una batteria a ciclo continuo è in grado di raggiungere rispetto alla velocità DoD consigliata.
Mentre la maggior parte delle batterie a ciclo continuo può essere scaricata oltre il 50% o addirittura fino all'80-100%, potrebbero non essere in grado di durare a lungo o funzionare al meglio con un tasso DoD eccessivamente elevato. Ad esempio, il tasso DoD consigliato per le batterie al piombo acido è del 50%, mentre per le batterie AGM e al litio i tassi consigliati vanno dal 50% al 75%.
Altri
Oltre alle principali considerazioni sulle specifiche sopra elencate, alcuni altri fattori che le persone spesso prendono in considerazione includono le dimensioni e il peso delle batterie, che sono particolarmente importanti se sono destinate all'installazione su veicoli ricreativi (camper) poiché potrebbe esserci spazio vincoli e problemi di carico massimo.
Il problema di compatibilità, d'altra parte, è al centro quando si tratta delle specifiche di tensione nominale. Tutti i dispositivi funzionano con una certa tensione fissa e, allo stesso modo, sono necessarie velocità di tensione proporzionate per far funzionare i dispositivi appropriati. La maggior parte dei camper funziona a 12 volt e di conseguenza, la maggior parte delle batterie a ciclo continuo supporta 12 volt sebbene anche le batterie con 24 volt o 36 volt non siano rare.
La durata di una batteria a ciclo continuo è un'altra preoccupazione comune, che spesso si riflette nella sua tolleranza a varie temperature estreme, in modo da rimanere stabile nella sua erogazione di potenza nonostante i diversi sbalzi di temperatura.
Tipi popolari di batterie a ciclo continuo
Piombo-acido allagato
Essendo una batteria a ciclo continuo con la storia più lunga, le batterie al piombo-acido allagate sono generalmente ben accolte nonostante la loro regolare manutenzione. In effetti, sono ben riconosciuti come il batterie più comunemente usate per auto e camion, e secondo gli esperti la sua acqua distillata routine di ricarica, dopotutto potrebbe non essere così preoccupante per i proprietari di automobili.
La comprovata affidabilità e il lungo ciclo di vita in vista della loro spesse griglie in lega di antimonio, rispetto alle tipiche griglie in lega di calcio delle batterie VRLA, sono alcune delle caratteristiche che rendono popolari le batterie al piombo acido.
Il fatto che abbiano i prezzi più economici tra tutti i tipi di batterie a ciclo continuo, tuttavia, potrebbe essere la principale attrazione per la maggior parte. Ad esempio, si può ottenere a batteria al piombo allagata all'ingrosso con potenza sufficiente per carrelli elevatori e altri piccoli veicoli elettrici per meno di US $ 50.
Nel frattempo, per batterie al piombo acido adatte per l'energia solare o accumulo di energia eolica, come quello mostrato nell'immagine qui sotto, i prezzi vanno da US$ 80 a US$ 100+ per qualsiasi ordini all'ingrosso all'ingrosso.
AGM
Le batterie AGM sono il tipo più popolare di batterie VRLA grazie al loro livello di prezzo conveniente e al maggiore vantaggio in termini di sicurezza rispetto alle batterie al gel. A differenza delle batterie a ciclo profondo al gel con elettroliti sospesi nell'involucro della batteria mediante pasta gel, le batterie AGM trattengono il loro elettrolita interamente nel tappetino in fibra di vetro, che ne aumenta notevolmente la durata funzione di sicurezza a tenuta stagna.
Il fatto che le batterie AGM possano supportare una capacità maggiore e tuttavia venire con la resistenza interna più bassa è un altro motivo che le rende preferibili rispetto ad altre batterie al piombo, in particolare per applicazioni con carichi pesanti che richiedono una ricarica rapida come camper e veicoli ricreativi.
L'accessibilità delle batterie AGM è particolarmente evidente per quelle adatte a veicoli elettrici leggeri come questo Batteria AGM da 75 Ah, ideale per una e-bike oppure un'altra Batteria AGM con capacità 120Ah che è simile a quello mostrato nella foto qui sotto:
Batterie AGM per accumulo di energia solare o camper, d'altra parte, in genere ottengono un prezzo più elevato data la loro capacità molto più elevata. Alcuni possono facilmente costare più di US $ 250 anche a livello di ordini all'ingrosso all'ingrosso. Tuttavia, ci sono anche alcune capacità inferiori Batterie AGM per l'accumulo di energia solare che partono da 75Ah e sono quindi offerti a un prezzo all'ingrosso molto più basso.
A base di litio
Rispetto a tutti gli altri tipi di batterie a ciclo profondo, lo sviluppo delle batterie al litio, che ha ufficialmente stabilito il loro nome con l'invenzione di batterie agli ioni di litio nel 1985, è ancora agli inizi. Tuttavia, essendo l'ultima invenzione nella famiglia delle batterie a ciclo continuo, le batterie al litio sono spesso lodate come il miglior tipo di batteria a ciclo profondo.
E non è un caso che le batterie a base di litio vengano percepite in questo modo. Dal c-rating al ciclo di vita, alla profondità di scarica e persino alla densità di energia, che misura la quantità di energia che una batteria può immagazzinare in base alle sue dimensioni o al suo peso, tutti i risultati suggeriscono che le batterie al litio funzionano meglio rispetto ad altre batterie a ciclo profondo. Tuttavia, le batterie a base di litio sono normalmente prive di problemi e significativamente più leggere quando si tratta di problemi di peso ed effetto memoria.
Nonostante la sua enorme popolarità, il principale svantaggio è probabilmente ancora il suo prezzo piuttosto alto, anche se si prevede che sarà drasticamente ridotto nel prossimo futuro. A livello di ordine all'ingrosso all'ingrosso, a Batteria 12v agli ioni di litio da 100Ah, ad esempio, può ancora costare circa US $ 150 per pezzo.
Allo stesso tempo, un singolo Batteria OEM agli ioni di litio da 12 V con 50 Ah potrebbe costare almeno altri 100 USD in più. UN batteria al litio di fascia alta adatto per lo stoccaggio di energia solare, invece, viene fornito con un prezzo minimo di partenza di US $ 1500 anche con ordini all'ingrosso. Un approccio più equilibrato che un grossista può adottare per affrontare questi diversi livelli di costo è quello di lavorare un produttore di batterie personalizzate a base di litio per elaborare tensioni specifiche su misura per applicazioni mirate.
Abbracciare lo stoccaggio di energia verde
La popolarità dell'utilizzo di energia verde ha stimolato le loro esigenze di stoccaggio. Le batterie a ciclo continuo sono la risposta per soddisfare queste pressanti esigenze di stoccaggio. Le batterie al piombo e le batterie al litio sono i due tipi principali di batterie a ciclo profondo. E le loro decisioni di acquisto possono essere basate su prezzo, capacità della batteria, profondità di scarica, durata del ciclo, nonché altri fattori vari come voltaggio, durata, dimensioni e peso. Al momento, le batterie al piombo-acido, AGM e al litio sono i tre tipi più popolari di batterie a ciclo profondo. Poiché si tratta di un argomento molto ampio che implica la comprensione di molteplici specifiche tecniche, si consiglia di leggere altri articoli relativi alle batterie a ciclo profondo su Alibaba legge per ulteriori dettagli.
