Vyhrievané akumulátory pre hybridné systémy

Ak navrhujete akumulátor pre hybridný systém s meničom a nemáte vnútorný, vykurovaný priestor pre akumulátor(y), potom možnosť vykurovania nie je voliteľná: v zimných mesiacoch práve to rozhoduje o tom, či sa váš akumulátor bude dať nabíjať pri teplote pod ~0 °C, alebo nie. LiFePO4 články pri vybíjaní znášajú chlad veľmi dobre, pri nabíjaní sa však pri teplote pod ~0 °C môžu poškodiť, preto výrobcovia zakazujú nabíjanie – práve z tohto dôvodu sa zabudované vykurovanie článkov stalo novým priemyselným štandardom, hlavne pri vonkajších akumulátoroch.

V tomto článku si prejdeme, prečo je teplota akumulátora kritická z hľadiska denných nabíjacích cyklov, aký je skutočný rozdiel medzi vnútornou a vonkajšou jednotkou, čo presne znamená označenie „vyhrievaný“ a aké výhody to prináša v praxi. Pozrieme sa aj na to, ktoré modely sa dnes na trhu skutočne považujú za vyhrievateľné, najmä z portfólia značiek Deye a Dyness, a kedy stačí jednoduchšia vnútorná jednotka.

Na záver uzavrieme odporúčaním SOLARKIT: prečo sa tento faktor stal jedným z najdôležitejších hľadísk pri projektovaní, ak chcete trvalý a spoľahlivý systém – a podľa akých kritérií sa oplatí vyberať spomedzi vykurovateľných produktov.

Prečo je dôležitá teplota akumulátora?

V domácich akumulátoroch dnes takmer bez výnimky nájdete lítium-železo-fosfátové (LiFePO4) články, ktoré sú mimoriadne stabilné, majú dlhú životnosť a sú bezpečné – majú však jednu citlivú stránku: nabíjanie pri teplotách pod bodom mrazu. Rýchle nabíjanie LiFePO4 článkov sa zvyčajne dá bezpečne vykonávať v rozmedzí 5 °C až 45 °C, pod 5 °C je už potrebné znížiť nabíjací prúd a pod bodom mrazu (~0 °C) sa nabíjanie vôbec neodporúča. Existuje na to presný chemický dôvod: v chlade sa na anóde spomaľuje vkladanie lítiových iónov a ak aj tak vynútite nabíjanie článku, ióny sa nedostanú na správne miesto.

Tento jav sa nazýva platinizácia lítium: namiesto iónov sa na povrchu anódy usadzuje vrstva kovového lítium. Táto vrstva je trvalá, nezmizne ani po cykloch a má tri dôsledky: znižuje skladovaciu kapacitu, zvyšuje vnútorný odpor a z dlhodobého hľadiska predstavuje aj bezpečnostné riziko. V prípade domáceho akumulátora to konkrétne znamená, že vonkajší akumulátor bez vykurovania, inštalovaný v studenej, nevykurovanej garáži alebo na stene domu, v zimnej zime jednoducho neprijíma energiu vyrobenú solárnymi panelmi, vstavaný systém riadenia akumulátora (BMS) zohľadní teplotu a pri ~0 °C proces deaktivuje.

Strata kapacity je pri vybíjaní tiež značná, ale je reverzibilná. Akumulátor, ktorý pri teplote okolo 25 °C poskytuje menovitú kapacitu, pri 0 °C zvyčajne poskytuje už len 80 % svojej kapacity, a pri teplotách okolo -18 až -20 °C dokonca len 50–60 %. To síce nepoškodí článok, ale výrazne ovplyvní zimnú energetickú bilanciu: menej využiteľnej uloženej energie, skôr vybitý systém a ráno sa nabíjanie spustí až vtedy, keď sa teplota článkov opäť oteplí do bezpečného rozsahu. Presne preto sa teplota akumulátora stala jedným z najkritickejších projektových parametrov pri inštaláciách vonku – a preto sa na trhu objavili modely s integrovaným vyhrievaním článkov.

Vnútorná vs. vonkajšia batéria: aký je rozdiel?

Akumulátory dostupné na trhu sa delia do dvoch hlavných kategórií inštalácie: modely pre vnútorné (indoor) a vonkajšie (outdoor) použitie. Rozdiel nie je marketingový, ale fyzikálny a konštrukčný: spočíva v podstate v konštrukcii skrine, úrovni ochrany a temperovaní. Vnútorná jednotka sa zvyčajne vyrába s krytím medzi IP20 a IP54, čo znamená, že v prípade IP 20 (kde prvá číslica označuje odolnosť proti fyzickým vplyvom a druhá číslica ochranu proti vode) je 0, t. j. neexistuje žiadna ochrana proti vode (napr. dažďu alebo kondenzácii), zatiaľ čo v prípade IP54 už disponuje ochranou proti „striekajúcej vode“ prichádzajúcej z akéhokoľvek smeru.  Naopak, vonkajšia jednotka má aspoň certifikáciu IP65: je prachotesná a chráni pred prúdom vody prichádzajúcim zo všetkých smerov, čo znamená, že vydrží silný dážď, sneh a daždivé počasie.

Úroveň ochrany je však len jedna strana mince. Druhou je regulácia teploty. Vnútorná batéria je typicky navrhnutá do klimatizovanej miestnosti – technickej miestnosti alebo vykurovanej servisnej miestnosti. Tu môže okolná teplota po celý rok zostať v bezpečnom rozsahu nabíjania, čo znamená, že článok nepotrebuje žiadnu aktívnu tepelnú podporu. Pri vonkajšej batérii táto výhoda chýba: v lete môže byť vystavená horúcemu slnku a v zime mrazu. Preto sú skutočné vonkajšie modely nielen vodotesné, ale zabezpečujú aj aktívnu reguláciu teploty: letné chladenie a – čo je z hľadiska maďarských zím dôležitejšie – vykurovanie pri nízkych teplotách.

O výbere nerozhoduje to, „ktorý je lepší“, ale to, kde môžete systém umiestniť. Pri jednotke umiestnenej v klimatizovanej miestnosti sú vysoká ochrana IP a vstavané kúrenie zbytočnými dodatočnými nákladmi. Pri jednotke namontovanej na bočnú stenu domu, do garáže, do prístavby alebo na vonkajší stojan však môžu byť potrebné obidve. Najčastejšou chybou pri projektovaní je, že niekto umiestni vnútorný akumulátor bez „ohrevu“ do nevykurovaného, chladného priestoru – napríklad do neizolovanej garáže – a potom v zimných mesiacoch pri teplotách pod ~0 °C neprijíma nabíjanie a kapacita dramaticky klesá. Nie je to výrobná chyba: je to dôsledok nesprávneho výberu kategórie. Prvou otázkou dobrého návrhu je teda vždy to, kde bude batéria fyzicky umiestnená – a až potom prichádzajú hľadiská kapacity a výkonu.

Čo presne znamená, že batéria je vyhrievaná?

Prívlastok „vyhrievaný“ má presný technický význam: ide o odporový ohrievací prvok zabudovaný do akumulátora, ktorý je v priamom tepelnom kontakte s článkami a BMS ho automaticky zapne, keď teplota článkov klesne pod kritickú hranicu (0–5 °C). V takom prípade energia prichádzajúca z nabíjačky najprv smeruje do ohrievacieho prvku a do článkov prepúšťa prúd až vtedy, keď sa tieto ohria do prevádzkového rozsahu.

Je dôležité rozlišovať v označeniach: označenie „outdoor“, „IP65“ alebo „vonkajšie“ samo o sebe neznamená, že akumulátor je vyhrievaný. Klasifikácia IP sa týka ochrany skrine proti prachu a vode, zatiaľ čo vyhrievanie je samostatná funkcia. Mnoho batérií s vonkajšou klasifikáciou nie je vybavených ohrievacím prvkom – ide o častú chybu zákazníkov, keďže výrobcovia často neoznačujú „heater“. Označenie „vyhrievaná“ je teda dodatočná funkcia, hardvérová vrstva nad skriňou odolnou voči poveternostným vplyvom. U niektorých výrobcov je to štandardná súčasť dodávky, u iných voliteľné príslušenstvo – medzi vyhrievanými produktmi v katalógu SOLARKIT nájdete príklady oboch riešení, vyberte si produkt, ktorý vám vyhovuje (označený príslušným symbolom).

Aké sú výhody vyhrievanej batérie?

Najdôležitejšia výhoda: batériu bude možné nabíjať aj v zime pri teplotách pod 0 °C, teda aj vtedy, keď je teplota okolia výrazne pod bodom mrazu. Vyhrievaný model si v praxi zachováva schopnosť nabíjania až do -20 °C, pretože BMS pred začatím nabíjania skontroluje a v prípade potreby zahreje články na bezpečnú teplotu okolo +5 °C. To znamená, že v zimné ráno – keď sa po východe slnka môže začať výroba energie zo solárnych panelov – váš akumulátor prijme energiu a nestratíte čas čakaním, kým sa články samy zahrejú – ak to vôbec majú možnosť a ak denná teplota nezostane pod 0 °C. 

Druhou výhodou je dlhá životnosť. Vonkajší akumulátor bez vykurovania, ktorý sa pravidelne nabíja v chladnom prostredí, stárne rýchlejšie: môže dôjsť k platinácii lítiových článkov, zníži sa kapacita a zhorší sa vnútorný odpor. Vstavané kúrenie to systematicky vylučuje, takže vaša investícia si zachová svoj výkon aj v horizonte 10–15 rokov. Tretím hľadiskom je zimná energetická bilancia: menšia strata kapacity, predvídateľnejšia prevádzka a fotovoltaický systém je využiteľný po celý rok – nielen vtedy, keď teplota prekročí bod mrazu. 

Kedy stačí vnútorný, teda indoor akumulátor?

Vnútorný model je správnou voľbou, ak máte pre akumulátor k dispozícii uzavretý priestor s teplotou nad 5 °C. Typické prípady: technická miestnosť, vykurovaná pivnica, servisná miestnosť v kancelárskej budove, miestnosť v byte určená na tento účel. V týchto prípadoch je vnútorná jednotka osvedčenou voľbou už roky: jej počiatočná cena je nižšia, pretože nemusíte platiť za skriňu s vyššou úrovňou ochrany a za vykurovanie.

Vnútorná verzia nie je dobrou voľbou tam, kde nie je zaručené, že miesto inštalácie bude vykurované. Neizolovaná garáž v zime pravidelne vychladne pod bod mrazu, strojovňa sa môže ochladiť počas dlhého výpadku prúdu a prístavba môže v prípade zabudnutých otvorených dverí vydržať vlnu chladu. V takýchto situáciách bude vnútorná batéria fungovať krátkodobo, ale z dlhodobého hľadiska sa zhorší jej kapacita, môže to ovplyvniť záruku a prevádzka v zime bude nepredvídateľná. Praktické pravidlo: ak máte istotu, že teplota v mieste inštalácie zostane po celý rok nad 5 °C, vnútorný model je vynikajúcou voľbou – ak máte akékoľvek pochybnosti, stojí za to zvoliť kategóriu vyhrievaných vonkajších modelov, keďže cenový rozdiel medzi nimi zvyčajne nie je taký výrazný. 

Ktoré vonkajšie akumulátory sa v súčasnosti dajú vykurovať?

Na maďarskom trhu dnes viacerí výrobcovia ponúkajú modely vonkajších akumulátorov s vyhrievaním, ale ponuka nie je jednotná: v niektorých prípadoch je vyhrievanie súčasťou základnej výbavy, v iných je možné si ho objednať ako voliteľné príslušenstvo a existujú aj modely, ktoré sú označené ako „outdoor“, napriek tomu však nemajú skutočné vyhrievanie článkov. V portfóliu SOLARKIT tvoria hlavnú ponuku viaceré značky: FoxESS, Deye a Dyness.

Uvedení výrobcovia používajú LiFePO4 články, ponúkajú modely s vonkajším krytom s krytím okolo IP65 alebo vyšším a majú produktovú líniu, kde zabudované vyhrievanie článkov zaručuje nabíjateľnosť až do -20 °C. V uvedenom prístupe však existuje niekoľko praktických rozdielov, ktoré ovplyvňujú výber: šírka portfólia, systém označovania a status vyhrievania (štandardné vs. voliteľné).

Modely vyhrievaných akumulátorov Deye: praktická voľba do chladnejšieho prostredia

Séria Deye SE-F Max je dnes jednou z najprehľadnejších produktových radov s vyhrievaním na trhu. Je k dispozícii v dvoch kapacitách: verzia SE-F12 Max s kapacitou 12 kWh a verzia SE-F16 Max s kapacitou 16 kWh. Oba modely sa dajú ohrievať až do -20 °C a funkcia kúrenia je už uvedená v názve – to znamená, že ak si objednáte verziu „Max heated“, určite dostanete verziu s kúrením.

Sila tejto série spočíva v predvídateľnosti: nízkonapäťová (menovitá 51,2 V) architektúra LiFePO4, až 32 jednotiek, ktoré je možné zapojiť paralelne, a riešenie tepelného manažmentu, ktoré pohodlne zvládne aj teplotný rozsah medzi -10 a -20 °C, typický pre maďarské zimy. Pokiaľ ide o celú kategóriu Deye a kompletný sortiment, odporúčame prehliadnuť si súhrnnú stránku akumulátorov Deye – tu je možné zistiť, ktoré verzie sú dostupné zo skladu a ktoré súvisiace modely nie je možné vykurovať (napríklad SE-G5.1 Pro-B, ktorý sa odporúča výhradne do vnútorných priestorov alebo do klimatizovaného prostredia).

Praktické odporúčanie: ak hľadáte kompaktnú, prehľadnú produktovú radu a odolnosť voči chladu je základnou požiadavkou, séria Deye Max je jasnou voľbou. Označenie „heated“ v názve znamená, že vyhrievanie je súčasťou základnej výbavy a nie je potrebné ho objednávať ako samostatnú voliteľnú výbavu.

H3: Modely Dyness s vyhrievanou batériou: široký výber, ale stojí za to venovať pozornosť označeniam

Portfólio Dyness je širšie a pestrejšie, ale práve preto sa pred nákupom oplatí pozrieť sa o niečo dôkladnejšie na konkrétnu konfiguráciu. Powerbox G2 je štíhly model na montáž na stenu, ktorý označením -H v názve označuje vyhrievanú (heated) verziu. Je vyhrievaný do -20 °C, má stupeň krytia IP65 a vstavaná funkcia self-heating sa automaticky aktivuje, keď teplota článkov klesne pod kritickú hranicu.

PowerBrick Plus je tiež vyhrievaný, ale v tomto prípade je vyhrievanie voliteľné — preto je potrebné pri objednávke osobitne požiadať o vyhrievanú verziu. Stack 100 Pro má stupeň krytia IP55 a je možné ho objednať s voliteľným vyhrievaním do -20 °C. Séria Tower Pro (TP7–TP23) má stupeň krytia IP55 a automatickú funkciu samovyhrievania je možné objednať tiež ako voliteľné príslušenstvo, rovnako do -20 °C.

To znamená, že na stránke Dyness môže označenie „vyhrievaný“ znamenať najmenej dve veci: buď „je súčasťou každej dodávanej jednotky“ (ako v prípade Powerbox G2 s označením -H), alebo „treba si ho objednať osobitne“ (v prípade PowerBrick Plus, Stack 100 Pro a Tower Pro). Preto nestačí pozrieť sa na názov modelu – o tom, či skutočne dostanete jednotku s funkciou ohrevu, rozhoduje konfigurácia. Kompletná ponuka Dyness a identifikácia verzií s funkciou ohrevu sú k dispozíciina stránke Dyness energy storage .

Praktický tip: ak sa rozhodnete pre Dyness, vždy sa pred nákupom opýtajte, či dostanete vyhrievanú verziu konkrétnej konfigurácie – v SOLARKIT jasne označujeme, ktoré z vonkajších akumulátorov patria medzi vyhrievané produkty.

Odporúčanie SOLARKIT: vyhrievaný akumulátor je čoraz dôležitejším faktorom

Na maďarskom trhu bola kategória vyhrievaných akumulátorov ešte pred pár rokmi považovaná za prémiovú – dnes sa však pri plánovaní nových inštalácií stáva čoraz viac základnou požiadavkou. Má to dva navzájom nezávislé dôvody. Prvým je realita inštalácie: domáce akumulátory energie sa dnes zvyčajne montujú vonku, na bočnú stenu, do garáže alebo do prístavby, a nie do vykurovanej miestnosti. Druhým dôvodom je charakter zimy: minimálne teploty v Maďarsku v januári a februári sa pravidelne blížia alebo prekračujú -10 °C, pričom extrémne vlny chladu môžu klesnúť až na -15 °C – a to je presne rozsah, v ktorom LiFePO4 akumulátor bez vykurovania neprijíma energiu vyrobenú solárnymi panelmi.

Inžinieri a inštalační partneri spoločnosti SOLARKIT každý rok pozorujú to isté: systémy, ktoré boli vybudované s vyhrievanou batériou, dosahujú aj v zime plánovaný výkon s predvídateľnými cyklami a rýchlym ranným dobitím. Na druhej strane, systémy, pri ktorých si niekto z úsporných dôvodov alebo z neinformovanosti zvolil vonkajšiu jednotku bez vykurovania, začínajú v zime s 2-4-hodinovým posunutým oknom nabíjania, so značnou stratou kapacity a s degradáciou merateľnou už po niekoľkých rokoch. Z dlhodobého hľadiska má tento rozdiel vplyv aj na celkovú návratnosť investície – lacnejšia počiatočná cena bez vykurovania sa po troch až štyroch zimných sezónach už nemusí javiť ako úspora.

Odborné odporúčanie je preto jednoznačné. Ak máte klimatizovaný, spoľahlivo vykurovaný vnútorný priestor, vedome si vyberte jednotku kategórie pre vnútorné použitie – v tomto prípade by bolo nezmyselné platiť za kúrenie zvlášť. Vo všetkých ostatných prípadoch – teda pri inštalácii na bočnú stenu, do garáže, do prístavby alebo na vonkajší stojan – predstavujú vykurovateľné vonkajšie modely spoľahlivú voľbu z dlhodobého hľadiska. V portfóliu SOLARKIT sa ohrievateľné rady FoxESS, Deye a Dyness osvedčili v podmienkach maďarskej zimy a v našom katalógu je jasne označené, ktorý model patrí do kategórie ohrievateľných a pri ktorom je potrebné objednať samostatnú možnosť pre ohrievateľnú verziu.

Najdôležitejšie je poradie plánovania: najskôr sa rozhodnite pre fyzické miesto inštalácie, na to vyberte príslušnú kategóriu indoor alebo outdoor a až potom kapacitu a značku. Táto logika vám ušetrí najčastejšie chyby a zaručí, že váš sklad bude fungovať podľa plánu už od prvej zimy.

Často kladené otázky

1. Naozaj sa LiFePO4 akumulátor poškodí, ak sa nabíja pri teplote pod bodom mrazu?

Áno. Pri nabíjaní pod bodom mrazu sa na povrchu anódy usadzuje kovové lítium (litium-platinizácia), čo spôsobuje trvalú stratu kapacity, zvýšený vnútorný odpor a v dlhodobom horizonte bezpečnostné riziko. Preto BMS zakazuje nabíjanie studenej bunky.

2. Čo presne znamená, že akumulátor je „vyhrievaný“?

Zvyčajne sa vedľa článkov nachádza zabudovaný ohrievací prvok na báze odporu, ktorý BMS automaticky zapne, keď teplota klesne pod kritickú hranicu (0–5 °C). Nabíjanie sa spustí až vtedy, keď sa články opäť zahrejú do bezpečného rozsahu.

3. Znamená vysoká úroveň krytia IP, že batériu je možné aj ohrievať?

Nie. Klasifikácia IP (IP65, IP66) znamená výlučne fyzickú odolnosť a vodotesnosť. Vyhrievanie je od toho nezávislá, samostatná hardvérová funkcia. Mnoho vonkajších modelov s vysokou klasifikáciou IP nemá vyhrievanie — pred nákupom je vždy potrebné to osobitne skontrolovať.

4. Môže sa vnútorná batéria umiestniť do nevykurovanej garáže?

Iba vtedy, ak je v priestore zaručená teplota nad 5 °C po celý rok. Neizolovaná garáž v zime pravidelne vychladne pod bod mrazu, čo môže u jednotiek určených pre vnútorné použitie spôsobiť zníženie výkonu a problémy so zárukou. Do takého priestoru sa odporúča model určený pre vonkajšie použitie s vyhrievaním.

5. Prečo je pri modeloch Dyness dôležité označenie -H alebo kontrola voliteľných doplnkov?

Pretože v portfóliu Dyness je kúrenie často voliteľným doplnkom, nie je štandardnou súčasťou. Model Powerbox G2 sa dodáva v kúrenej verzii s príponou -H, zatiaľ čo v prípade modelov PowerBrick Plus, Stack 100 Pro a Tower Pro je potrebné pri objednávke osobitne požiadať o konfiguráciu s kúrením.