آیا تا به حال به این فکر کرده اید که انرژی های تجدیدپذیر مانند خورشید، باد و آبی چگونه ذخیره می شوند؟ یک باتری چرخه عمیق که امکان تخلیه و شارژ مداوم را برای حفظ و بهینه سازی عملکرد و همچنین طول عمر می دهد، در حال حاضر شناخته شده ترین و پرکاربردترین گزینه برای ذخیره این انرژی ها است.
ویژگی اصلی که باتری های چرخه عمیق را از سایر گزینه های ذخیره انرژی متمایز می کند، ظرفیت آنها برای تخلیه عمیق قبل از نیاز به شارژ مجدد است. اساساً، تمام باتری های چرخه عمیق باید عمق دشارژ بالاتر از 80 درصد داشته باشند. با بهره گیری از روندها و علایق جهانی در انرژی های تجدیدپذیر، بیایید دریابیم که چگونه باتری های چرخه عمیق مناسب را برای انتقال انرژی های تجدیدپذیر کارآمدتر انتخاب کنیم.
فهرست مندرجات
مقدمه ای بر باتری های چرخه عمیق
راهنمای انتخاب باتری چرخه عمیق
انواع باتری چرخه عمیق محبوب
استقبال از ذخیره انرژی سبز
مقدمه ای بر باتری های چرخه عمیق
انواع باتری های چرخه عمیق
- باتری های اسید سرب
برای درک بهتر انواع باتری های چرخه عمیق موجود در بازار، ابتدا به هر یک از جدول زمانی توسعه آنها نگاه می کنیم. باتری های اسید سرب غرقاب شده به طور کلی به عنوان قدیمی ترین نوع باتری های چرخه عمیق در تاریخ شناخته می شوند که پایه و اساس آنها به سال 2018 باز می گردد. 1880s. در راستای الکترولیت کاملاً غوطه‌ور شده در زیر الکترودها یا صفحات آن، «آب‌گرفته» نامیده می‌شود.
به دنبال آن باتری ژل اسید سرب مهر و موم شده مدرن در سال 1934 اختراع شد که به عنوان باتری اسید سرب تنظیم شده با شیر (VRLA) نیز شناخته می شود. نام‌های "مهربندی شده" و "تنظیم شده دریچه" خود را از ساختار مهر و موم شده و دریچه‌های آزادکننده فشار گرفته است که از خروج گاز جلوگیری می‌کند. زیر مجموعه دیگری از باتری VRLA - the باتری حصیری شیشه ای جذب شده (AGM). سپس به طور رسمی در سال 1972 اعلام شد.
همانطور که از نامش پیداست، تفاوت های اصلی بین باتری های سرب اسیدی مهر و موم شده و باتری های اسید سرب آب بندی شده، در پوشش های بالایی "مهر شده" بین آنها نهفته است. باتری‌های مهر و موم شده با توجه به طراحی مهر و موم بالای خود، حتی اگر در هنگام شارژ شدن ضربه بخورند یا گاز منتشر کنند، عاری از مشکلات اسیدی نشت بالقوه هستند. از طرف دیگر، باتری‌های اسید سرب آب‌بندی نشده‌اند و همیشه درپوش‌های قابل جابجایی برای پر کردن مجدد آب مقطر دارند.
این امر ضروری است زیرا فرآیند نوترکیبی گاز به مایع در داخل باتری‌های غرق‌شده اتفاق نمی‌افتد، اما گازها به بیرون تخلیه می‌شوند. در نتیجه، باتری‌های اسید سرب غرق‌شده نیاز به تعمیر و نگهداری دوره‌ای با پر کردن مجدد آب مقطر دارند، که برای بازگرداندن سطح الکترولیت به سطح مطلوب ضروری است زیرا گازهای تولید شده در طول فرآیند شارژ در اتمسفر آزاد می‌شوند.
- باتری های لیتیومی در مقابل باتری های سرب اسیدی
در هر صورت، مهم نیست که سه زیر مجموعه باتری های سرب اسیدی چقدر متمایز هستند، به هر حال، آنها همچنان در همان دسته باتری های سرب اسید قرار می گیرند. بنابراین، کیفیت واقعی باتری‌های چرخه عمیق را می‌توان تنها با مقایسه با جدیدترین نوع باتری‌های چرخه عمیق - باتری لیتیومی، تقویت کرد. در اینجا برخی از تفاوت های اصلی بین آنها وجود دارد:
- الکترولیت های مختلف: الکترولیت باتری ژل یک ژل است، در حالی که الکترولیت باتری های لیتیومی یک الکترولیت آلی مایع غیرآبی است. از آنجایی که محلول های غیر آبی فقط از حلال های غیر پایه آب استفاده می کنند، درجه تفکیک کمتری دارند و بنابراین در مقایسه با محلول های آبی مانند الکترولیت ژل، به طور کلی پایدارتر هستند.
- اصل کار: برای باتری‌های لیتیومی، یون‌های لیتیوم تولید شده توسط الکترود مثبت در طول فرآیند شارژ، از طریق الکترولیت به الکترود منفی منتقل می‌شوند. ظرفیت شارژ با ورود یون های لیتیوم بیشتر به الکترود منفی افزایش می یابد. این یعنی الف ظرفیت شارژ بالاتر ممکن شده است با تعبیه یون های لیتیوم بیشتر.
- ایمنی: مواد مختلف مورد استفاده در باتری های لیتیومی دارای سطوح ایمنی متفاوتی هستند. در مقابل، باتری‌های ژله‌ای، به‌عنوان یک فناوری بالغ‌تر با سابقه طولانی، سطح ایمنی بیشتری نسبت به باتری‌های لیتیومی ارائه می‌دهند.
- عمرباتری‌های لیتیوم فسفات آهن عمر طولانی‌تری دارند که می‌توان آنها را حدود 1500 بار بدون تجربه اثرات حافظه شارژ کرد. پس از 85 بار تقریباً 1500 درصد از ظرفیت ذخیره سازی اولیه خود را حفظ می کند. در مقابل، باتری ژل تنها قادر به حفظ حافظه تا 500 شارژ است.
- کارایی و عملکرد: باتری‌های اسید سرب با الکترولیت‌های کلوئیدی، باتری‌های کلوئیدی نیز نامیده می‌شوند. آنها معمولاً خود تخلیه کمی دارند و بنابراین برای ذخیره سازی طولانی مدت مفید هستند. عملکرد دبی زیاد و عمیق آنها به بهبود توانایی بازیابی دبی عمیق و تخلیه بیش از حد، میزان استفاده و ظرفیت تخلیه مواد فعال کمک می کند.
- سازگار با محیط زیست: باتری های لیتیومی هیچ آلاینده ای منتشر نمی کنند، در حالی که باتری های کلوئیدی این کار را انجام می دهند.
پتانسیل تجاری باتری های چرخه عمیق
هنگام ارزیابی پتانسیل بازار باتری های چرخه عمیق، می توان از دریچه پیش بینی رشد خود بازار به آن نگاه کرد که طبق یک پیش بینی کوتاه مدت بین سال های 2022 تا 2025، باید به 2.41 میلیارد دلار رسید.
از سوی دیگر، از آنجایی که استفاده از باتری‌های چرخه عمیق در حال حاضر ارتباط نزدیکی با رشد دارد انرژی تجدید پذیرمنطقی است که از طریق چشم انداز توسعه تصاعدی انرژی های تجدیدپذیر، مانند انرژی خورشیدی و انرژی باد، بینش بیشتری در مورد قابلیت تجاری باتری های چرخه عمیق به دست آوریم.
به عنوان مثال، انتظار می رود بازار انرژی خورشیدی با نرخ رشد سالانه مرکب ثابت رشد کند (CAGR) از 7.2٪ از سال 2022 تا 2030 و پیش‌بینی می‌شود در سال 368.63 به رقم حیرت‌انگیز 2030 میلیارد دلار برسد. در عین حال، پیش‌بینی می‌شود که بازار انرژی بادی حتی با قدرت بیشتری گسترش یابد. CAGR 9.5٪ تا سال 2030 و از ارزش تخمینی 77.77 میلیارد دلار آمریکا در سال گذشته به 174.75 میلیارد دلار در سال 2030 صعود کند.
راهنمای انتخاب باتری چرخه عمیق
هزینه
باتری‌های چرخه عمیق با برچسب‌های قیمتی متنوع عرضه می‌شوند. مانند هر فرآیند دیگر منبع یابی محصول، تصمیم گیری بودجه باید دقیقاً با مخاطبان و بازار هدف هماهنگ باشد. برای مثال، باتری‌های اسید سرب غرق‌شده معمولاً حدود 100 دلار آمریکا قیمت دارند و ممکن است مقرون‌به‌صرفه‌ترین نوع باتری‌های چرخه عمیق برای هر عمده‌فروشی باشد که قصد دارد پیشرو قیمت باشد.
در همین حال، باتری‌های AGM معمولاً با پیشنهادات بهتری نسبت به دیگر همتایان VRLA خود - باتری‌های ژل - ارائه می‌شوند. باتری های AGM با ظرفیت کمتر می توانند حدود 80-100 دلار آمریکا قیمت داشته باشند، در حالی که باتری های با ظرفیت بالاتر ممکن است به راحتی بیش از 500 دلار آمریکا یا بیشتر قیمت داشته باشند. و البته، باتری‌های لیتیومی، به‌عنوان جدیدترین فناوری با طول عمر بسیار بیشتر، معمولاً با بالاترین قیمت پیشنهادی عرضه می‌شوند. در واقع، یافتن هزینه‌های باتری لیتیومی در قیمت‌های چهار رقمی کم امری رایج است.
ظرفیت باتری
ظرفیت باتری، که اغلب در مشخصات به عنوان ظرفیت اسمی برچسب گذاری می شود، به اندازه گیری کل انرژی که می توان در باتری ذخیره کرد اشاره دارد، از این رو طبیعتاً باتری اضافی برای تحمل بار بیشتر برای وسایل خاصی که نیاز به ساعات کار طولانی دارند مورد نیاز است. ظرفیت باتری در آمپر ساعت اندازه گیری می شود که نشان دهنده مقدار جریانی است که می تواند در یک دوره زمانی خاص ارسال شود.
با این حال چارچوب زمانی خاص در اینجا توسط رتبه C، که سرعت شارژ یا دشارژ شدن باتری است. درجه بندی C معمولاً از 0.05 درجه سانتیگراد یا C/20 (یعنی 20 ساعت) تا 5 درجه سانتیگراد (یعنی 12 دقیقه) متغیر است. برای تعیین ظرفیت باتری در ساعت آمپر باتری یک باتری سیکل عمیق، کافی است که ظرفیت کل باتری را درک کرده و آن را با نرخ c قابل اعمال تقسیم کنید، همانطور که در مثال های محاسبه زیر نشان داده شده است:
نمونه A:
ظرفیت باتری = 100 آمپر ساعت (Ah)؛ C-rate معمولی = C/20 (20 ساعت)
بنابراین ظرفیت باتری در ساعت 100/20 = 5 آمپر ظرفیت در یک دوره 20 ساعته است.
نمونه B:
ظرفیت باتری = 100 آمپر ساعت (Ah)؛ C-rate سریعتر = 5C (12 دقیقه)
بنابراین ظرفیت باتری در ساعت 100/0.2 = ظرفیت 500 آمپر در 12 دقیقه است!
خوشبختانه، اینترنت زندگی بسیار آسان‌تری را برای هر کسی که ترجیح می‌دهد کارهای استاندارد ریاضی را برای محاسبات رزرو کند، فراهم کرده است. تا زمانی که ظرفیت باتری و مشخصات رتبه بندی c را می دانید، به سادگی جزئیات را روی یک کلید بزنید ماشین حساب آنلاین رتبه بندی c و شما ایده ای خواهید داشت که یک باتری چقدر ظرفیت می تواند در ساعت ایجاد کند یا برعکس، چقدر باتری برای تخلیه کامل نیاز دارد.
عمق تخلیه و عمر چرخه
عمق تخلیه (DoD) یک مشخصات مهم برای عملکرد باتری های قابل شارژ است. معمولاً برای نشان دادن ظرفیت واقعی باتری قابل استفاده بر حسب درصد اندازه گیری می شود. به عبارت دیگر، هر چه درصد عمق دشارژ بیشتر باشد، زمان طولانی تری یک باتری می تواند قبل از شارژ مجدد بعدی کار کند. ظرفیت کل باتری اگرچه ارتباط نزدیکی دارد، کل انرژی موجود در هنگام شارژ کامل را اندازه گیری می کند، در حالی که عمق تخلیه حداکثر مقدار انرژی را تعیین می کند که ممکن است به طور ایمن برای عمر باتری بیشتر استفاده شود.
عمق دشارژ نیز رابطه مستقیم معکوس با عمر چرخه باتری دارد - کل چرخه های شارژ و دشارژ باتری قبل از کاهش عملکرد. این بدان معنی است که با افزایش عمق درصد تخلیه و فرکانس شارژ باتری، عمر چرخه کمتری خواهد داشت.
به عنوان مثال، همانطور که در نشان داده شده است این نمودار مقاله پژوهشی در اینجا، یک رابطه مستقیم معکوس بین عمر چرخه چندین نوع باتری وجود دارد. باتری‌های اسید سرب غرق‌شده طبق گزارش‌ها می‌توانند در حدود 4300 چرخه عمر چرخه‌ای با نرخ 50 درصد عمق دشارژ به دست آورند، اما در صورتی که در عمق 1000 درصد نرخ دشارژ دشارژ شوند، حدود 70 چرخه عمر کمتری دارند. طول عمر یک باتری چرخه عمیق با هر درصد افزایش DoD به وضوح کوتاهتر می شود.
از آنجایی که عمر چرخه باتری های چرخه عمیق بسته به فناوری ها به طور قابل توجهی متفاوت است، بنابراین درک عمق توصیه شده تخلیه برای هر نوع باتری چرخه عمیق مفید است. با این حال، دانستن تفاوت‌های بین حداکثر نرخ DoD که یک باتری چرخه عمیق می‌تواند در مقایسه با نرخ DoD توصیه‌شده‌اش به دست آورد، مهم است.
در حالی که بیشتر باتری های چرخه عمیق ممکن است بیش از 50٪ یا حتی تا 80-100٪ دشارژ شوند، ممکن است نتوانند برای مدت طولانی دوام بیاورند یا با نرخ بسیار بالای DoD در بهترین حالت خود عمل کنند. نرخ پیشنهادی وزارت دفاع برای باتری‌های اسید سرب سیل‌زده برای مثال 50 درصد است، در حالی که برای باتری‌های AGM و لیتیوم، نرخ‌های توصیه‌شده بین 50 تا 75 درصد است.
دیگران
علاوه بر ملاحظات مشخصات اصلی ذکر شده در بالا، چند فاکتور دیگر که مردم اغلب در نظر می گیرند عبارتند از اندازه و وزن باتری ها، که اگر برای نصب بر روی وسایل نقلیه تفریحی (RVs) در نظر گرفته شده باشند بسیار مهم هستند زیرا ممکن است محدودیت فضا و همچنین نگرانی حداکثر بار وجود داشته باشد.
از سوی دیگر، مسئله سازگاری در هسته اصلی آن در مورد مشخصات رتبه بندی ولتاژ است. همه دستگاه ها با ولتاژ ثابت خاصی کار می کنند و به طور مشابه، نرخ های ولتاژ متناسبی برای عملکرد دستگاه های مناسب مورد نیاز است. اکثر RV ها با ولتاژ 12 ولت کار می کنند و به همین ترتیب، اکثر باتری‌های چرخه عمیق از 12 ولت پشتیبانی می‌کنند، اگرچه باتری‌های با ولتاژ 24 ولت یا 36 ولت نیز غیر معمول نیستند.
دوام باتری چرخه عمیق یکی دیگر از نگرانی های رایج است که اغلب در تحمل آن نسبت به دماهای شدید مختلف منعکس می شود، به طوری که علیرغم تغییرات دمایی مختلف، در تحویل انرژی خود ثابت می ماند.
انواع باتری چرخه عمیق محبوب
سرب-اسید غرق شده
به عنوان یک باتری چرخه عمیق با طولانی ترین سابقه، باتری های سرب اسیدی غرقابی، علی رغم نیاز به تعمیر و نگهداری منظم، عموماً مورد استقبال قرار می گیرند. در واقع، آنها به خوبی شناخته شده اند رایج ترین باتری های مورد استفاده برای اتومبیل ها و کامیون ها و به گفته کارشناسان آب مقطر آن روال پر کردن مجدد، شاید برای صاحبان خودرو آنقدرها هم نگران کننده نباشد.
قابلیت اطمینان ثابت شده و عمر چرخه طولانی با توجه به آنها شبکه های ضخیم آلیاژ آنتیمواندر مقایسه با شبکه‌های آلیاژی کلسیم معمولی باتری‌های VRLA، برخی از ویژگی‌هایی است که باتری‌های اسید سرب را پرطرفدار کرده است.
با این حال، این واقعیت که آنها مقرون به صرفه ترین قیمت ها را در بین تمام انواع باتری های چرخه عمیق دارند، ممکن است جذابیت اصلی برای اکثر آنها باشد. به عنوان مثال، می توان یک دریافت کرد عمده فروشی باتری سرب اسیدی غرق شده با قدرت کافی برای لیفتراک و سایر وسایل نقلیه الکتریکی کوچک با قیمت کمتر از 50 دلار آمریکا.
در ضمن ، برای باتری های سرب اسیدی مناسب برای انرژی خورشیدی یا ذخیره انرژی باد، مانند آنچه در تصویر زیر نشان داده شده است، قیمت ها بین 80 تا 100 دلار آمریکا برای هر سفارشات عمده فروشی.
AGM
باتری های AGM به دلیل سطح قیمت مقرون به صرفه و مزیت ایمنی بهبود یافته در مقایسه با باتری های ژلی، محبوب ترین نوع باتری های VRLA هستند. برخلاف باتری‌های چرخه عمیق ژل با الکترولیت‌های معلق در بدنه باتری توسط خمیر ژل، باتری‌های AGM الکترولیت خود را به طور کامل در تشک فیبر شیشه‌ای نگه می‌دارند، که به میزان زیادی آن را افزایش می‌دهد. ویژگی ایمنی ضد نشت.
این واقعیت که باتری های AGM می توانند ظرفیت بالاتری را پشتیبانی کنند و در عین حال همراه هستند مقاومت داخلی کمتر یکی دیگر از این موارد است دلیلی که آنها را نسبت به سایر باتری های اسید سرب ترجیح می دهد، به ویژه برای کاربردهای بارهای سنگین که نیاز به شارژ سریع مانند وسایل نقلیه کمپینگ و تفریحی دارند.
مقرون به صرفه بودن باتری های AGM به ویژه برای باتری هایی که برای وسایل نقلیه الکتریکی سبک مانند این مناسب هستند مشهود است. باتری AGM 75Ah که برای دوچرخه های الکترونیکی ایده آل است یا دیگری باتری AGM با ظرفیت 120Ah که مشابه تصویر زیر است:
باتری های AGM برای ذخیره انرژی خورشیدی یا RVsاز سوی دیگر، معمولاً با توجه به ظرفیت بسیار بالاتر، برچسب قیمت بالاتری دریافت می کنند. برخی به راحتی می توانند قیمت بیش از 250 دلار آمریکا حتی در سطح سفارش عمده فروشی. با این حال، ظرفیت کمتری نیز وجود دارد باتری های AGM برای ذخیره انرژی خورشیدی که از 75Ah شروع می شود و بنابراین با قیمت عمده فروشی بسیار پایین تری عرضه می شوند.
بر پایه لیتیوم
در مقایسه با سایر انواع باتری های چرخه عمیق، توسعه باتری های لیتیومی که به طور رسمی نام خود را با اختراع باتری لیتیوم یون در سال 1985، هنوز در مراحل اولیه است. با این وجود، به عنوان آخرین اختراع در میان خانواده باتری های چرخه عمیق، باتری های مبتنی بر لیتیوم اغلب به عنوان بهترین نوع باتری چرخه عمیق ستایش می شوند.
و تصادفی نیست که باتری های مبتنی بر لیتیوم به این شکل درک می شوند. از درجه بندی c گرفته تا عمر چرخه تا عمق دشارژ و حتی چگالی انرژی، که میزان انرژی باتری را با توجه به اندازه یا وزن آن اندازه گیری می کند، همه یافته ها نشان می دهد که باتری های لیتیومی عملکرد بهتری دارند نسبت به سایر باتری های چرخه عمیق. با این حال، باتری‌های مبتنی بر لیتیوم معمولاً بدون مشکل هستند و در مورد مسائل مربوط به وزن و اثر حافظه بسیار سبک‌تر هستند.
علیرغم محبوبیت بسیار رو به افزایش آن، احتمالاً نقطه ضعف اصلی هنوز هم قیمت نسبتاً بالاتر آن است، حتی اگر پیش بینی می شود در آینده نزدیک به شدت کاهش یابد. در سطح سفارش عمده فروشی عمده، الف باتری 12 ولتی لیتیوم یونی از 100 آمپر ساعتبه عنوان مثال، ممکن است همچنان حدود 150 دلار آمریکا برای هر قطعه هزینه داشته باشد.
در عین حال تک باتری OEM 12 ولت لیتیوم یون با 50 آمپر ساعت ممکن است حداقل 100 دلار دیگر هزینه داشته باشد. الف باتری پایه لیتیومی سطح بالا مناسب برای ذخیره انرژی خورشیدی، از سوی دیگر، با حداقل قیمت شروع 1500 دلار آمریکا حتی با سفارشات عمده عرضه می شود. یک رویکرد متعادل‌تر که ممکن است یک عمده‌فروش برای مقابله با این سطوح مختلف هزینه اتخاذ کند، کار کردن با آن است یک سازنده باتری مبتنی بر لیتیوم سفارشی برای کار کردن ولتاژ مناسب و خاص برای کاربردهای هدفمند.
استقبال از ذخیره انرژی سبز
محبوبیت استفاده از انرژی سبز نیازهای ذخیره سازی را برای آنها تحریک کرد. باتری های چرخه عمیق پاسخی برای رفع این نیازهای ذخیره سازی فوری هستند. باتری های سرب اسید و باتری های لیتیومی دو نوع اصلی باتری های چرخه عمیق هستند. و تصمیمات خرید آنها می تواند بر اساس قیمت، ظرفیت باتری، عمق تخلیه، عمر چرخه و همچنین سایر عوامل متفرقه مانند ولتاژ، دوام، اندازه و وزن باشد. باتری های سرب اسیدی، AGM و لیتیومی پرطرفدارترین سه نوع باتری های چرخه عمیق در حال حاضر هستند. از آنجایی که این یک موضوع بسیار گسترده است که شامل درک چند مشخصات فنی می شود، توصیه می شود مقالات مرتبط با چرخه عمیق باتری را بخوانید. علی بابا می خواند برای اطلاعات بیشتر.
