Magazyny energii – jak synchronizować pracę baterii?

Magazyny energii to świetny sposób na zwiększenie autokonsumpcji zarówno w skali pojedynczego gospodarstwa domowego, jak i komercyjnej. Jednak przy doborze urządzenia tego typu rzadko zwraca się uwagę na dość istotną kwestię, jaką jest synchronizacja jednostki magazynów energii. Co to właściwie znaczy? Jak do tego podejść? Temat ten przybliży Mykhailo Sorochynskyi, ekspert z firmy BMZ Poland.

Zdjęcie autora: Redakcja GLOBEnergia
Zdjęcie autora: Redakcja GLOBEnergia

Redakcja GLOBEnergia

Podziel się

Zacznijmy jednak od wyjaśnienia, czym tak właściwie jest synchronizacja jednostek magazynu energii. Otóż magazyn energii może być złożony z kilku baterii, które mogą być połączone szeregowo bądź równolegle. Akumulatory te muszą być jednak odpowiednio do siebie dobrane, aby zapewnić całemu systemowi sprawne działanie. I to jest właśnie synchronizacja jednostki magazynów energii. Przy doborze odpowiednich baterii musimy zwrócić też uwagę na to, jak działa system BMS. BMS to układ zarządzający działaniem akumulatora litowo-jonowego. W dalszej części artykułu będziemy posługiwali się terminem SOC. Jest to nic innego jak stopień naładowania baterii wyrażany w procentach.  Po tym krótkim wstępie przejdźmy do sedna problemu - jak należycie synchronizować pracę jednostki magazynów energii?

Jak wygląda praca akumulatorów?

Aby zobrazować pracę poszczególnych baterii w systemie magazynowania energii konieczne jest posłużenie się przykładem. Tak więc mamy magazyn wyposażony w 6 akumulatorów połączonych ze sobą równolegle. Trzy baterie są naładowane w 30%, a pozostałe trzy mają SOC równe odpowiednio: 15%, 60% i 90%. W sytuacji, gdy 3 akumulatory będą naładowane do poziomu 30%, to pozostałe baterie nie będą działać. Kiedy się włączą? Otóż bateria o SOC 15% włączy się dopiero wtedy, gdy obecnie pracujące akumulatory rozładują się do poziomu 15%. Natomiast bateria o SOC 60% włączy się dopiero w momencie, gdy cztery baterie o niższym SOC naładują się do poziomu 60%. Z kolei akumulator o najwyższym stopniu naładowania zacznie pracować dopiero wtedy, gdy cała reszta baterii osiągnie równie wysokie SOC co ona. Brzmi dość zawile. Dlaczego więc synchronizacja jednostek magazynu energii zachodzi w tak skomplikowany sposób?

Balansowanie napięcia 

Otóż poziom SOC jest zależny od napięcia baterii. Tak więc w momencie ładowania baterii napięcie rośnie. 

Aby system mógł działać prawidłowo na każdej z równolegle połączonych jednostek magazynu napięcie musi być takie same. Dokładnie tak samo jak przy panelach fotowoltaicznych

zauważa Mykhailo Sorochynskyi.

Podobnie jak w przypadku instalacji fotowoltaicznej, system magazynowania energii będzie pracował zgodnie z wydajnością najsłabszego baterii. Niekiedy jest to jednak niebezpieczne, zarówno w przypadku systemu fotowoltaicznego, jak i systemu magazynowania energii.

W przypadku kiedy jednostki ogniw w baterii zaczynają się balansować,  dochodzi do wytracania energii na rezystorach w celu wyrównania napięć pomiędzy ogniwami. Zbyt duża różnica napięć może spowodować, że układ balansowania będzie załączony cały czas a to może spowodować przegranie rezystorów i awarię.

zaznacza Mykhailo Sorochynskyi.

Na szczęście to wszystko kontroluje BMS, czyli system zarządzania działaniem akumulatora litowo-jonowego. Dzięki temu takie sytuacje są bardzo rzadkie. Niemniej jednak bardzo ważna jest kontrola napięć pomiędzy jednostkami bateryjnymi przed jego załączeniem.

Zawsze przed ostatecznym uruchomieniem należy sprawdzić, czy występuje odpowiednie napięcie na bateriach

apeluje ekspert.

Im mniejsza różnica napięcia, tym lepiej

Nieco inaczej sprawa wygląda w przypadku szeregowego połączenia baterii. Przy wysokonapięciowym systemie SOC 0% napięcie jednego modułu akumulatora jest równe 46,3 V. Natomiast przy maksymalnym stopniu naładowania to napięcie wzrasta do 56,7 V. Jeśli zechcemy złożyć system z akumulatorów o różnym stopniu naładowania to musimy liczyć się z tym, że nasz system nigdy nie naładuje się do 100%. Zawsze będzie on działał według modułu o najmniejszym stopniu SOC. Dlatego też firma BMZ wprowadziła ograniczenia w dopuszczalnych napięciach łączonych ze sobą modułów. 

Jako firma BMZ odradzamy łączenia ze sobą modułów akumulatorów o różnicy w napięciu większym niż 0,5 V

mówi ekspert z firmy BMZ.

Jest to spowodowane tym, że łączenie ze sobą akumulatorów o większych różnicach w napięciu powoduje ich ciągłe bilansowanie na rezystorach. Dodatkowo takie moduły nie będą mogły być użytkowane efektywnie - niektóre z baterii nie będą w stanie naładować się do 100%, podczas gdy pozostałe nie będą w stanie rozładować się poniżej pewnego poziomu. Jest to spowodowane tym, że system BMS na bieżąco śledzi napięcie każdego z modułów i powstrzymuje baterie o wyższym SOC przed spadkiem napięcia. 

Podsumowując - najlepszym rozwiązaniem będzie łączenie ze sobą baterii o zbliżonych napięciach. Dzięki temu magazyn energii będzie mógł pracować z najwyższą wydajnością. 

Artykuł powstał na podstawie materiałów z cyklu Webinarowa Środa