بطارية LiFePO4 - بطارية التيار الرئيسي للإضاءة الشمسية

بطارية LiFePO4 - بطارية التيار الرئيسي للإضاءة الشمسية

مع المزيد والمزيد من الاقتصادات الكبرى في العالم التي تخطو بخطى طموحة نحو أهداف الحياد الكربوني العالمية في منتصف القرن تقريبًا ، فإننا نشهد اتجاهات تصاعدية في متطلبات الشوارع الشمسية وأضواء الكاشفة كحل ميسور التكلفة لإضاءة العقارات والشوارع والمباني الخاصة. الأماكن العامة مع مصابيح LED فعالة. 

تعد البطاريات القابلة لإعادة الشحن من أهم مكونات موثوقية الإضاءة الشمسية. نعلم جميعًا أن وضع الألواح الشمسية للحصول على تعرض كامل للشمس مهم لكفاءة النظام الشمسي. هذا مهم ، لكن كفاءته تعتمد أيضًا على جودة البطاريات في النظام الشمسي. يحدد نوع وحالة البطاريات المدة التي تحتاج فيها الألواح الشمسية من نفس الحجم إلى التعرض لأشعة الشمس. قد تحتاج بعض البطاريات إلى أربع ساعات فقط من الشمس وستعمل على الإضاءة طوال الليل. قد يحتاج البعض الآخر إلى يوم كامل من ضوء الشمس. 

في هذه المقالة سوف نلقي نظرة على أنواع البطاريات القابلة لإعادة الشحن للإضاءة الشمسية. ما هي ، وإيجابيات وسلبيات هذه البطاريات لمساعدتك على فهم مزايا وعيوب هذه البطاريات. 

Ni-Cd و Ni-MH و Lithium-ion هي الأنواع الثلاثة الرئيسية للبطاريات القابلة لإعادة الشحن المستخدمة حاليًا. 

Ni-Cd والنيكل والكادميوم. يتكون من النيكل والكادميوم والفاصل والقلوية. كانت هذه أكثر البطاريات القابلة لإعادة الشحن شيوعًا للأجهزة المحمولة في تسعينيات القرن العشرين ، ولكن يتم التخلص منها تدريجيًا لأنها تحتوي على معدن الكادميوم الثقيل الذي يتسبب في إلحاق الضرر بالبيئة. لن نتوسع في هذا المقال. 

بطارية Ni-MH تشبه إلى حد بعيد بطارية النيكل والكادميوم ولكنها تتكون من هيدروكسيد النيكل كأقطاب موجبة ، وسبائك امتصاص الهيدروجين (روابط) كأقطاب سالبة وهيدروكسيد البوتاسيوم بالكهرباء القلوية. جهد الخلية لبطارية Ni-MH هو 1.2 فولت وجهد الشحن حوالي 1.6 فولت لكل خلية. مع هذا الجهد المنخفض لكل خلية ، يتعين على الشركات المصنعة الجمع بين خلايا متعددة لبناء حزم بطارية لزيادة جهدها ، مما يجعل حجمها غير مضغوط بدرجة كافية وغير فعال من حيث التكلفة. عيب بطارية Ni-MH هو معدل تفريغها الذاتي العالي. إذا تركت بطارية Ni-MH مشحونة بالكامل لبضعة أشهر ، فستفقد معظم شحنتها. يمكن أن تفقد بطارية Ni-MH النموذجية من 4 إلى 20٪ من شحنتها في اليوم الأول فقط وبعد ذلك ينخفض ​​معدل التفريغ الذاتي إلى حوالي 1٪ يوميًا حسب درجة الحرارة المحيطة.

أصبحت بطارية الليثيوم لأضواء الشوارع بالطاقة الشمسية حل تيار رئيسي أكثر فأكثر. نعلم جميعًا أن بطاريات الليثيوم لا تزال باهظة الثمن بالنظر إلى الأنواع الأخرى ، ولكن من العدل أن نقول إنها أصبحت أكثر تكلفة بكثير لتكامل مصابيح الشوارع بالطاقة الشمسية. في السنوات الست الماضية ، انخفضت تكلفة بطارية الليثيوم بنسبة 6٪ تقريبًا. هناك أنواع مختلفة من بطاريات الليثيوم التي يمكن استخدامها لأنظمة إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية. أظهرت تجربتنا أن أفضل حل للإضاءة الشمسية هو بطارية LiFePO80.

يعتبر ليثيوم أيون (li-ion) حاليًا أكثر أنواع البطاريات القابلة لإعادة الشحن شيوعًا للعديد من المنتجات المحمولة والقائمة على الطاقة الشمسية. كان النمط القديم لبطاريات الليثيوم يستخدم معدن الليثيوم ، ولكن بسبب عدم الاستقرار وقضايا السلامة ، تم استخدام أيونات الليثيوم في الوقت الحاضر بدلاً من ذلك. تتمتع بطاريات الليثيوم أيون بمزايا أكبر من حيث كثافة الطاقة العالية والصيانة المنخفضة من خلال مقارنتها مع Ni-Cd و Ni-MH مما يجعلها أفضل حل لمنتجات الإضاءة الشمسية والأجهزة الإلكترونية أو المركبات الأخرى.

أكثر أنواع بطاريات الليثيوم أيون شيوعًا هي Li-cobalt و Li-manganese و Li-phosphate و NMC (أكسيد الكوبالت الليثيوم والنيكل والمنغنيز). تستخدم كل واحدة من بطاريات الليثيوم أيون مواد كاثودية مختلفة ، لذلك لكل منها مزايا وعيوب مختلفة. تُستخدم بطاريات Li-cobalt بشكل شائع في الإلكترونيات الاستهلاكية ، بينما تُستخدم بطاريات Li-phosphate في السيارات الكهربائية والإضاءة المحمولة والإضاءة الشمسية.

                هيكل بطارية ليثيوم أيون. مصدر - http://electronicdesign.com

بطاريات فوسفات حديد الليثيوم

تعد بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم أكثر أمانًا من بطاريات Li-cobalt و Li-manganese ، ولديها عمر أطول ويمكن أن تؤدي إلى تيارات أعلى. ومع ذلك ، فإن عيب بطاريات LiFePO4 هو وجود واحدة من أقل السعات لجميع أنواع بطاريات الليثيوم أيون. على الرغم من أنها أقل مقارنة بالأنواع الأخرى من بطاريات الليثيوم أيون ، إلا أنها مناسبة جدًا لأضواء الشوارع الشمسية أو الأضواء الكاشفة التي لا تتطلب قدرًا هائلاً من الكهرباء لتشغيل النظام.

مزايا بطارية ليثيوم أيون

• تتميز بطاريات الليثيوم أيون بكثافة طاقة عالية ، أعلى من Ni-MH ، ضعف ارتفاع Ni-Cd وأكثر من ثلاث مرات من بطاريات الرصاص الحمضية.

• بطاريات Li-ion لها معدل تفريغ ذاتي منخفض

• لا تطور بطاريات Li-ion تأثير الذاكرة ؛

• لا تحتاج بطاريات Li-ion إلى الصيانة عمليًا ، وهو أمر مفيد بشكل خاص للإضاءة الشمسية ؛

• بطاريات Li-ion آمنة للبيئة دون احتوائها على أي مواد سامة ؛

• بسبب كثافة الطاقة العالية ، تتميز بطاريات li-ion بخفة الوزن وصغر الحجم.

• تسمح بطاريات Li-ion بالشحن السريع إلى السعة الكاملة ؛

• السلامة - تتمتع بطاريات الليفوسفات باستقرار حراري وكيميائي جيد جدًا.

عيوب بطارية ليثيوم أيون

• بطاريات Li-ion لها تكاليف تصنيع عالية مما يؤدي إلى ارتفاع أسعار البيع.

• تتطلب بطاريات Li-ion دوائر حماية للحد من الجهد والتيارات وضمان سلامة أفضل ؛

• توفر بعض بطاريات Li-ion مثل Li-phosphate معدلات تفريغ منخفضة ؛

مخطط مقارنة طاقة محددة للبطارية القابلة لإعادة الشحن

مخطط الجهد الاسمي للبطارية القابلة لإعادة الشحن

متوسط ​​سعة البطارية القابلة لإعادة الشحن لمخطط الأضواء الشمسية

متوسط ​​معدل التفريغ الذاتي للبطارية القابلة لإعادة الشحن لكل شهر مخطط مقارنة

بطارية قابلة لإعادة الشحن مخطط مقارنة دورة الحياة التقريبية

بطارية قابلة لإعادة الشحن العمر الافتراضي النظري المتوقع في مخطط الإضاءة الشمسية

جدول مقارنة نطاق درجة حرارة البطارية القابلة لإعادة الشحن

متوسط ​​سعر المصابيح الشمسية باستخدام نوع معين من البطاريات