Vyhřívané akumulátory pro hybridní systémy

Pokud plánujete akumulátor pro hybridní systém s měničem a nemáte k dispozici vnitřní, vytápěný prostor pro baterii (baterie), není možnost vytápění volitelnou záležitostí: v zimních měsících právě to rozhoduje o tom, zda bude možné váš akumulátor nabíjet při teplotách pod ~0 °C, či nikoli. LiFePO4 články při vybíjení snášejí chlad velmi dobře, při nabíjení však mohou být při teplotách pod ~0 °C poškozeny, proto výrobci nabíjení zakazují — právě proto se vestavěné vyhřívání článků stalo novým průmyslovým standardem, zejména u venkovních akumulátorů.

V tomto článku si projdeme, proč je teplota akumulátoru kritická z hlediska denních nabíjecích cyklů, jaký je skutečný rozdíl mezi jednotkou pro vnitřní a venkovní použití, co přesně znamená označení „vyhřívatelný“ a jaké výhody to přináší v praxi. Podíváme se také na to, které modely na trhu lze dnes skutečně považovat za vyhřívané, zejména z portfolia značek Deye a Dyness, a kdy postačí jednodušší vnitřní jednotka.

Na závěr přineseme doporučení SOLARKIT: proč se tento faktor stal jedním z nejdůležitějších hledisek při plánování, pokud chcete trvalý a spolehlivý systém – a podle jakých kritérií se vyplatí vybírat z vyhřívatelných produktů.

Proč je důležitá teplota akumulátoru?

V domácích akumulátorech dnes téměř bez výjimky najdete lithium-železo-fosfátové (LiFePO4) články, které jsou mimořádně stabilní, mají dlouhou životnost a jsou bezpečné – mají však jednu citlivou stránku: nabíjení při teplotách pod bodem mrazu. Rychlé nabíjení článků LiFePO4 lze bezpečně provádět obvykle v rozmezí 5 °C až 45 °C, pod 5 °C je již nutné snížit nabíjecí proud a pod bodem mrazu (~0 °C) se nabíjení vůbec nedoporučuje. To má přesný chemický důvod: v chladu se na anodě zpomaluje vkládání lithium-iontů, a pokud přesto vynutíte nabíjení článku, ionty se nedostanou na správné místo.

Tento jev se nazývá platinace lithia: namísto iontů se na povrchu anody usazuje vrstva kovového lithia. Tato vrstva je trvalá, nezmizí ani po cyklech a má tři důsledky: snižuje skladovací kapacitu, zvyšuje vnitřní odpor a z dlouhodobého hlediska představuje bezpečnostní riziko. V případě domácího akumulátoru to konkrétně znamená, že venkovní akumulátor bez vytápění, instalovaný v chladné, nevytápěné garáži nebo na stěně domu, v zimním chladu jednoduše nepřijímá energii vyrobenou solárními panely, vestavěný systém řízení akumulátoru (BMS) zkontroluje teplotu a při ~0 °C proces deaktivuje.

Ztráta kapacity je při vybíjení také značná, ale je reverzibilní. Akumulátor, který při teplotě kolem 25 °C poskytuje jmenovitou kapacitu, při 0 °C obvykle poskytuje již jen 80 % své kapacity a při teplotách kolem -18 až -20 °C dokonce jen 50–60 %. To sice nepoškozuje článek, ale výrazně ovlivňuje zimní energetickou bilanci: méně využitelné uložené energie, dříve vybitý systém a ráno se nabíjení spustí znovu až tehdy, když se teplota článků opět ohřeje do bezpečného rozsahu. Právě proto se teplota akumulátoru stala jedním z nejkritičtějších konstrukčních parametrů při venkovní instalaci – a proto se na trhu objevily modely vybavené vestavěným vyhříváním článků.

Vnitřní vs. venkovní akumulátor: jaký je rozdíl?

Akumulátory dostupné na trhu lze rozdělit do dvou hlavních kategorií podle umístění: modely pro vnitřní (indoor) a venkovní (outdoor) použití. Rozdíl není marketingový, ale fyzikální a konstrukční: spočívá především v konstrukci skříně, úrovni ochrany a temperování. Vnitřní jednotka je obvykle vyrobena s krytím mezi IP20 a IP54, což znamená, že v případě IP 20 (kde první číslice označuje odolnost proti fyzickým vlivům a druhá číslice ochranu proti vodě) 0, tedy žádná ochrana proti vodě (např. dešti nebo kondenzaci), zatímco v případě IP54 již disponuje ochranou proti „stříkající vodě“ z jakéhokoli směru.  Venkovní jednotka má naproti tomu minimálně certifikaci IP65: je prachotěsná a chrání před proudem vody ze všech směrů, tedy vydrží silný déšť, sníh i deštivé počasí.

Úroveň ochrany je však pouze jedna strana mince. Druhou je teplotní regulace. Vnitřní akumulátor je typicky navržen pro klimatizované prostory – technickou místnost nebo vytápěnou servisní místnost. Zde může okolní teplota po celý rok zůstat v bezpečném rozmezí pro nabíjení, což znamená, že článek nepotřebuje žádnou aktivní tepelnou podporu. U venkovní baterie tento komfort chybí: v létě může být vystavena horkému slunci a v zimě mrazu. Proto jsou skutečné venkovní modely nejen vodotěsné, ale zajišťují i aktivní temperování: letní chlazení a – což je s ohledem na maďarské zimy důležitější – vytápění při nízkých teplotách.

O výběru nerozhoduje to, „který je lepší“, ale to, kam můžete systém umístit. U jednotky umístěné v klimatizované místnosti jsou vysoká stupeň krytí IP a vestavěné topení zbytečnými dodatečnými náklady. U jednotky namontované na boční stěnu domu, do garáže, do přístavby nebo na venkovní stojan však mohou být obě tyto vlastnosti nezbytné. Nejčastější chybou při projektování je, že někdo umístí akumulátor bez vnitřního „topení“ do nevytápěného, chladného prostoru – například do neizolované garáže – a ten pak v zimních měsících při teplotách pod ~0 °C nepřijímá nabíjení a jeho kapacita dramaticky klesá. Nejedná se o výrobní vadu: je to důsledek nesprávného výběru kategorie. První otázkou dobrého návrhu je tedy vždy to, kde bude baterie fyzicky umístěna – a teprve poté přicházejí na řadu hlediska kapacity a výkonu.

Co přesně znamená, že je baterie vyhřívatelná?

Přívlastek „vyhřívatelný“ má přesný technický význam: jedná se o odporový topný článek zabudovaný do akumulátoru, který je v přímém tepelném kontaktu s články a který BMS automaticky zapne, když teplota článků klesne pod kritickou hranici (0–5 °C). V takovém případě energie přicházející z nabíječky nejprve směřuje do topného prvku a do článků propouští proud až poté, co se tyto ohřejí do provozního rozsahu.

Je důležité rozlišovat mezi označeními: označení „outdoor“, „IP65“ nebo „venkovní“ samo o sobě neznamená, že je baterie vyhřívatelná. Klasifikace IP se vztahuje na odolnost skříně proti prachu a vodě, zatímco vyhřívání je samostatná funkce. Mnoho baterií s venkovním označením není vybaveno topným článkem – to je častý omyl zákazníků, protože výrobci často neoznačují „heater“. Označení „vyhřívatelná“ je tedy doplňková funkce, hardwarová vrstva nad skříní odolnou proti povětrnostním vlivům. U některých výrobců se jedná o standardní výbavu, u jiných o volitelné příslušenství – mezi vyhřívanými produkty v katalogu SOLARKIT najdete příklady obou řešení, vyberte si produkt, který vám vyhovuje (označený příslušnou značkou).

Jaké jsou výhody vyhřívané baterie?

Nejdůležitější výhoda: baterii lze nabíjet i v zimě při teplotách pod 0 °C, tedy i když je okolní teplota výrazně pod bodem mrazu. Vyhřívaný model si v praxi zachovává schopnost nabíjení až do -20 °C, protože BMS před zahájením nabíjení zkontroluje a v případě potřeby zahřeje články na bezpečnou teplotu kolem +5 °C. To znamená, že v zimním ránu – kdy může výroba solární energie začít po východu slunce – váš akumulátor přijímá energii a neztrácíte čas čekáním, až se články samy zahřejí – pokud k tomu vůbec mají možnost a pokud denní teplota nezůstane pod 0 °C. 

Druhou výhodou je dlouhá životnost. Venkovní akumulátor bez vyhřívání, který je pravidelně udržován v chladném prostředí během nabíjení, stárne rychleji: může dojít k platinaci lithia, klesá kapacita a zhoršuje se vnitřní odpor. Vestavěné topení tomu systematicky zabraňuje, takže vaše investice si udrží svůj výkon i v horizontu 10–15 let. Třetím hlediskem je zimní energetická bilance: menší ztráty kapacity, předvídatelnější provoz a fotovoltaický systém lze využívat po celý rok – nejen tehdy, když teplota překročí bod mrazu. 

Kdy stačí vnitřní, tj. indoorový akumulátor?

Vnitřní model je správnou volbou, pokud máte pro akumulátor k dispozici uzavřený prostor s teplotou nad 5 °C. Typické příklady: technická místnost, vytápěný sklep, servisní místnost v kancelářské budově, místnost v bytě určená k tomuto účelu. V těchto případech je vnitřní jednotka osvědčenou volbou již řadu let: pořizovací cena je nižší, protože nemusíte platit za skříň s vyšší úrovní ochrany a za vytápění.

Vnitřní varianta není vhodnou volbou tam, kde není zaručeno, že místo instalace bude vytápěné. Neizolovaná garáž v zimě pravidelně klesá pod bod mrazu, technická místnost se může při delším výpadku proudu ochladit a přístavba může při zapomenutých otevřených dveřích vydržet vlnu chladu. V takových situacích bude vnitřní akumulátor fungovat krátkodobě, ale dlouhodobě se zhorší jeho kapacita, může dojít k ovlivnění záruky a zimní provoz bude nepředvídatelný. Praktické pravidlo: pokud máte jistotu, že teplota v místě instalace zůstane po celý rok nad 5 °C, je vnitřní model vynikající volbou – pokud o tom máte jakékoli pochybnosti, vyplatí se zvolit kategorii vyhřívaných venkovních modelů, protože cenový rozdíl mezi nimi většinou není tak výrazný. 

Které venkovní akumulátory lze v současné době vyhřívat?

Na maďarském trhu dnes nabízí modely venkovních akumulátorů s vyhříváním několik výrobců, ale nabídka není jednotná: u některých je vyhřívání součástí základní výbavy, u jiných je k dispozici jako volitelná výbava a existují i modely, které jsou označeny jako „outdoor“, ale přesto postrádají skutečné vyhřívání článků. V portfoliu SOLARKIT tvoří hlavní nabídku několik značek: FoxESS, Deye a Dyness.

Uvedení výrobci používají LiFePO4 články, nabízejí modely s venkovním krytem s krytím kolem IP65 nebo vyšším a mají produktovou řadu, u které vestavěné vyhřívání článků zaručuje nabíjitelnost až do -20 °C. V uvedeném přístupu však existuje několik praktických rozdílů, které ovlivňují výběr: šířka portfolia, systém označování a status vyhřívání (z výroby vs. volitelně).

Modely vyhřívaných akumulátorů Deye: praktická volba do chladnějšího prostředí

Řada Deye SE-F Max je dnes jednou z nejlépe srozumitelných řad vyhřívaných produktů na trhu. Je k dispozici ve dvou kapacitách: SE-F12 Max ve verzi 12 kWh a SE-F16 Max ve verzi 16 kWh. Oba modely lze vyhřívat až do -20 °C a funkce vyhřívání je již uvedena v názvu – to znamená, že pokud si objednáte verzi „Max heated“, určitě dostanete vyhřívanou variantu.

Síla této řady spočívá v její předvídatelnosti: architektura LiFePO4 s nízkým napětím (jmenovitě 51,2 V), až 32 jednotek, které lze zapojit paralelně, a řešení pro řízení teploty, které pohodlně zvládá i teplotní rozsah mezi -10 a -20 °C, který je typický pro maďarské zimy. Pokud jde o celou kategorii Deye a kompletní sortiment, vyplatí se prozkoumat souhrnnou stránku akumulátorů Deye – zde je vidět, které varianty jsou k dispozici skladem a které související modely nelze vyhřívat (například SE-G5.1 Pro-B, který se doporučuje výhradně pro vnitřní nebo temperované prostředí).

Praktické doporučení: pokud hledáte kompaktní, čistou produktovou řadu a odolnost proti chladu je základním požadavkem, je řada Deye Max jasnou volbou. Označení „heated“ v názvu znamená, že vyhřívání je součástí standardní výbavy a nejde o volitelnou možnost, kterou je třeba objednat zvlášť.

H3: Modely Dyness s vyhřívanou baterií: široký výběr, ale je třeba věnovat pozornost označením

Portfolio Dyness je širší a rozmanitější, ale právě proto se před nákupem vyplatí podívat se o něco důkladněji na konkrétní konfiguraci. Powerbox G2 je tenký model pro montáž na zeď, který označením s příponou -H v názvu označuje vyhřívanou (heated) verzi. Lze jej vyhřívat až do -20 °C, má krytí IP65 a vestavěná funkce self-heating se automaticky aktivuje, když teplota článků klesne pod kritickou hranici.

PowerBrick Plus je rovněž vyhřívatelný, ale v tomto případě je vyhřívání volitelné — při objednávce je tedy nutné zvlášť požádat o vyhřívanou verzi. Stack 100 Pro má krytí IP55 a lze jej objednat s volitelným vyhříváním do -20 °C. Řada Tower Pro (TP7–TP23) má krytí IP55 a lze ji objednat s automatickou funkcí self-heating rovněž jako volitelný doplněk, a to také do -20 °C.

To znamená, že na stránkách Dyness může označení „vyhřívaný“ znamenat minimálně dvě věci: buď „je součástí každé dodávané jednotky“ (jako v případě Powerbox G2 s označením -H), nebo „je třeba si jej při objednávce zvlášť vyžádat“ (v případě PowerBrick Plus, Stack 100 Pro a Tower Pro). Proto nestačí se dívat na název modelu – o tom, zda skutečně dostanete vyhřívanou jednotku, rozhoduje konfigurace. Kompletní nabídka Dyness a identifikace vyhřívaných verzí je k dispozicina stránce Dyness energy storage .

Praktický tip: pokud se rozhodnete pro Dyness, vždy se před nákupem zeptejte, zda dostanete vyhřívanou verzi konkrétní konfigurace – u SOLARKIT jasně označujeme, které z variant venkovních akumulátorů patří mezi vyhřívané produkty.

Doporučení SOLARKIT: vyhřívaný akumulátor je stále důležitějším kritériem

Na maďarském trhu byla kategorie vyhřívaných akumulátorů ještě před několika lety považována za prémiovou – dnes se však při plánování nových instalací stává stále více základním požadavkem. Má to dva navzájem nezávislé důvody. Prvním je realita instalace: domácí akumulátory energie se dnes obvykle montují venku, na boční stěnu, do garáže nebo do přístavby, nikoli do vytápěné místnosti. Druhým důvodem je povaha zimy: minimální teploty v Maďarsku v lednu a únoru se pravidelně blíží nebo klesají pod -10 °C, přičemž extrémní vlny chladu mohou klesnout až na -15 °C — a to je přesně rozsah, ve kterém LiFePO4 akumulátor bez vytápění nepřijímá energii vyrobenou solárními panely.

Inženýři a instalační partneři společnosti SOLARKIT každoročně pozorují totéž: systémy, které byly postaveny s vyhřívanými akumulátory, přinášejí i v zimě plánovaný výkon, s předvídatelnými cykly a rychlým ranním dobitím. Naopak systémy, u nichž si někdo z důvodu úspory nebo neznalosti zvolil venkovní jednotku bez topení, v zimě startují s 2–4hodinovým zpožděním nabíjení, se značnou ztrátou kapacity a s degradací měřitelnou během několika let. V dlouhodobém horizontu má tento rozdíl vliv i na celkovou návratnost investice – levnější pořizovací cena bez topení se po třech až čtyřech zimních sezónách již nemusí jevit jako úspora.

Doporučení je proto z odborného hlediska jednoznačné. Pokud máte klimatizovaný, spolehlivě vytápěný vnitřní prostor, vědomě si vyberte jednotku kategorie pro vnitřní použití – zde by nemělo smysl platit zvlášť za vytápění. Ve všech ostatních případech – tedy při instalaci na boční stěnu, do garáže, do přístavby nebo na venkovní stojan – představují vyhřívané venkovní modely jistou volbu z dlouhodobého hlediska. V portfoliu SOLARKIT se řady FoxESS, Deye a Dyness s vyhříváním osvědčily v podmínkách maďarské zimy a v našem katalogu je jasně označeno, který model patří do kategorie s vyhříváním a u kterého je třeba objednat samostatnou volbu pro verzi s vyhříváním.

Nejdůležitější je pořadí plánování: nejprve se rozhodněte pro fyzické místo instalace, k tomu vyberte příslušnou kategorii indoor nebo outdoor a teprve poté kapacitu a značku. Tato logika vám ušetří nejčastější chyby a zaručí, že váš sklad bude fungovat podle plánu již od první zimy.

Často kladené otázky

1. Opravdu se LiFePO4 baterie poškodí, pokud se nabíjí při teplotách pod bodem mrazu?

Ano. Při nabíjení pod bodem mrazu se na povrchu anody usazuje kovové lithium (lithium-platinace), což způsobuje trvalou ztrátu kapacity, zvýšený vnitřní odpor a v dlouhodobém horizontu bezpečnostní riziko. Proto BMS zakazuje nabíjení studené články.

2. Co přesně znamená, že je akumulátor „vyhřívatelný“?

Obvykle se vedle článků nachází zabudovaný topný článek na bázi odporu, který BMS automaticky zapne, když teplota klesne pod kritickou hranici (0–5 °C). Nabíjení se spustí až tehdy, když se články opět zahřejí do bezpečného rozsahu.

3. Znamená vysoká třída krytí IP, že je baterie také vyhřívaná?

Ne. Klasifikace IP (IP65, IP66) označuje výhradně fyzickou odolnost a vodotěsnost. Vyhřívání je samostatná hardwarová funkce, která s tím nesouvisí. Mnoho venkovních modelů s vysokou klasifikací IP není vybaveno vyhříváním – před nákupem je vždy nutné to zvlášť ověřit.

4. Lze vnitřní akumulátor umístit do nevytápěné garáže?

Pouze v případě, že je zaručeno, že teplota v daném prostoru zůstane po celý rok nad 5 °C. Neizolovaná garáž v zimě pravidelně klesá pod bod mrazu, což u jednotek určených pro vnitřní použití může způsobit snížení výkonu a problémy se zárukou. Pro takové prostory se doporučuje venkovní model s vyhříváním.

5. Proč je u modelů Dyness důležité označení -H nebo kontrola volitelných doplňků?

Protože v portfoliu Dyness je topení často volitelným doplňkem, nikoli standardem. Model Powerbox G2 se dodává v vyhřívané verzi s příponou -H, zatímco u modelů PowerBrick Plus, Stack 100 Pro a Tower Pro je nutné vyhřívanou konfiguraci při objednávce vyžádat zvlášť.