Prostě baterie

Tak za tímhle jednoduchým slovíčkem je mnoho týdnů přemýšlení a rozhodování mezi různými variantami, kde ale většinou není špatná-dobrá – jedná se o varianty které mají každá své pro, ale i proti. Jediné, co bylo jasné od počátku přemýšlení o tom jak má vypadat bateriové úložiště pro 4. generaci fotovoltaické elektrárny bylo, že se bude jednat o chemický akumulátor elektrické energie s napětím 48V. No a jaké byly další varianty? Spočítal jsem zkusmo i různé formy gravitačního úložiště (mechanické – závaží, vodní – přečerpávací vodní elektrárnu), ale žádné tyto „ekologické a udržitelné“ akumulátory prostě rozumně finančně nevychází pro „malé ale rozumně použitelné“ množství uložené energie.

Olovo, lithium, louh, cadmium, … ?

Tady to nebylo tak složité rozhodování – cadmium, louh … zajímavé, funkční, asi i levnější … ale já to vzdávám vzhledem k mým omezených znalostem v oblasti chemie a neochotě si tyto znalosti prohlubovat a „míchat si elektrolyt v kyblíku“ :-). Pak už se dá se téma zjednodušit na otázku jestli budu chtít využívat solární energii přes den a baterii udržovat vesměs trvale nabitou (u mě používáno až do FVE generace 3) a nebo i v noci využívat solární energii, tedy baterii cyklovat (což mám v plánu pro FVE generaci 4). Za mě tedy volba padla na lithium. A jaké zvolit? Tady je odpověď z mého pohledu také jednoduchá … Li-Ion články mají sice možnost vyšších proudů, ale mají takovou jednu nepříjemnou vlastnost … vybuchují a hoří. A to tak, že velmi dobře, velmi rychle, a když chytnou, moc s tím už není možné dělat. Oproti tomu „menší“ proudy se kterými umí pracovat LiFePO4 články pro fotovoltaiku stačí (když se zvolí správná konfigurace) a tyto články nehoří, ani když je vystavíte plamenům. Takže za mě opět jednoznačná volba LiFePO4. A nakonec bylo potřeba vybrat značku. Že půjdu do „čínských“ bylo jasné, a po zvažování několika možností jsem koupil články značky CALB s kapacitou kolem 300Ah.

Kapacita?

Ani toto téma nebylo příliš složité na rozhodnutí – dá se totiž vyjít z naměřených hodnot a jednoduchou matematikou spočítat, jakou kapacitu bychom od úložiště chtěli. Základem je vědět, co chcete napájet z fotovoltaické elektrárny. Nechce se vám nad tím přemýšlet a tedy řeknete automaticky „celý dům“? Pak je i měření jednoduché – musíte se na domovní elektroměr podívat párkrát přesně po 24, tedy třeba 2 týdny sledovat vždy v 20:00 jaký je stav elektroměru (každého z tarifů, pokud jich máte více) a z naměřeného odečtením získáte informaci, kolik kWh z jakého tarifu váš dům spotřebuje. Pokud se nad tím chcete zamyslet více, a vyberete si doma několik spotřebičů/okruhů které byste rádi provozovali na fotovoltaiku, pak bude vhodné si zakoupit měřič spotřeby (např. se mi osvědčily Solight, které měří už od 2W, stojí cca 300,-), a přes tento měřič spotřebiče nechat třeba týden (7x 24h) běžet a pak odečíst, kolik spotřebiče za tu dobu spotřebovaly elektrické energie (kWh), vydělit sedmi a znáte spotřebu daného spotřebiče za 24h. Posčítáním tohoto údaje pro všechny vámi vybrané spotřebiče získáte kolik kWh spotřebují všechny dohromady za 24h. A to je základní údaj k výpočtu, jakou kapacitu baterie chcete/potřebujete. Pokud vám vyjde např. 5kWh za 24h (a zde je už jedno jestli je to za celý dům nebo jen vybrané spotřebiče), potřebujete na každý den „bez slunce“ pro tyto spotřebiče zmíněných 5kWh. Tedy pokud budeme uvažovat že slunce nebude svítit 3 dny, potřebujeme pro 3 dny 15kWh. Ano, jsou tam ještě další aspekty, ztráty, … atd. které je vhodné vzít v potaz, a není jich málo, ale pro základní rámcovou představu o vašich potřebách toto stačí. Zbytek je totiž už potřeba posoudit v širším kontextu – jaké panely máte, kolik, jak orientované, jaké regulátory, jaké měniče – prostě co máte v plánu použít. Toto ale tady nebudu rozepisovat, jde o široké téma k diskuzi, pro kterou ale potřebujete znát alespoň ty vaše spotřeby.

Koupit komerčně prodávaný battery box nebo si ho vytvořit sám?

Tak tato část byla asi nejvíce zdlouhavá a složitá na rozhodnutí. Vstupuje tady spousta faktorů a hodně z nich nemá jasný měřitelný charakter. Nebudu tady vypisovat vše, bylo by to na samostatný článek, uvedu jen pár příkladů

• finanční – při vlastní stavbě se vejdu do poloviční ceny za stejnou kapacitu a životnost
• technické parametry elektroniky – liší se u výrobců komerčních řešení a bohužel nelze obecně říct, že tu platí za více peněz více muziky. Např. parametry balanceru nelze hodnotit u leckterých komerčních baterií jako dostatečné. U vlastní konstrukce si můžete vybrat BMS i balancer s takovými parametry, jako vám budou vyhovovat pro váš provoz
• mechanické provedení – na zeď nebo na zem – obecně je víc poptávka po rackových bateriích, tedy i jejich nabídka je větší. Mě zrovna hloubka zástavby necelých 50cm nevyhovuje, leckdo to řeší provozem „nastojato“, v doporučeních výrobců článků je leckdy zmínka o rozdílu dosažitelných parametrů podle jejich orientace (toto jsem do detailu jsem nezkoumal). Nabídka nástěnných modelů je o poznání menší, leckdy to vypadá, že ty modely jsou spíš už ve výběhu. Ono asi moc lidí si netroufne na zeď navěsit 150kg…
• záruka – hlavním tahákem pro zvolení komerční verze byla dlouhá záruka. Asi nejběžněji používané baterie Pylontech se chlubí 7 letou zárukou, při registraci ještě o 3 roky více. Ale četli jste záruční podmínky? Víte že i použití značkových regulátorů/střídačů se tyto můžou občas „zaseknout“ a dojde tak k většímu zatížení baterií než je uvedeno v nastavení … a ty baterie (jejich BMS) jsou chytré, ony si ty „přešlapy“ pamatují, a záruční podmínky jsou na to připraveny
• black-box – vše v jedné krabici může být výhodou, ale pokud odejde jedna součástka, třeba vaší chybou, jste odkázáni na značkový servis a jeho náhradní díly. Sami si s baterií nemůžete udělat nic. Jinak konec záruky. Složení z více menších komponent vám umožní si komponentu vyměnit, za stejnou, nebo za jinou, pokud nevyhovují parametry původní.

Po zvážení hromady variant, padlo konečně finální rozhodnutí – vyrobím si sám LiFePo4 baterii.

Výroba battery boxu

Články v baterii nemohou jen tak stát na zemi vedle sebe – pro dosažení co nejlepších a výrobcem deklarovaných parametrů musí být náležitě „staženy“, a síla kterou se mají „k sobě tulit“ není úplně malá. Určitě existuje x možností jak to udělat, já jsem zvolil výrobu boxu z překližky a stažení závitovými tyčemi. Po dokončení základu a jeho prvním vyzkoušení/naplnění jsem se rozhodl ještě pro jistotu zesílit bočnice. Ono by to asi stačilo i tak, jak jsem to měl prve, ale tím že chci přidělat nějaké komponenty právě na bočnice, tak se mi nechce to pak případně upravovat a raději to předimenzuju teď.

Jedna z voleb byla i umístění „battery managementu“ – někde vedle, nebo na box. Volba padla na variantu mít baterii jako jeden funkční celek, tedy na vlastní box se musí navěsit ještě pár drobností, které se o baterii budou starat. Jedná se o BMS, balancer, a kladný a záporný terminál. Kladný bude reprezentován nožovou pojistkou, a záporný jsem se rozhodl si vyrobit, neboť jsem nenašel žádný finální výrobek, který by mi vyhovoval. Na obrobení mosazného bloku jsem poprvé jsem použil 4-paknouvou nesoustřednou univerzálku k soustruhu, kterou jsem si před pár měsíci koupil v akci v Číně, ale musel jsem si k ní udělat redukční kroužek (125mm, 0,5kg), abych jí nasadil na můj soustruh.

Pak zbývalo ještě vyrobit nějaký držák na BMS (a balancer), protože montážní závity M3 pro BMS jsou umístěny „zespodu“. Pak už následovalo testovací a následně finální sestavování z vyrobených nebo koupených komponent.

No a v neposlední řadě je třeba to všechno propojit, a při tom je potřeba vzhledem k počtu kabelů a uložené elektrické energii být nanejvýš pečlivý a opatrný! Úmyslně zde nebudu rozepisovat detaily zapojování a postupy, protože toto je práce pro kvalifikované lidi – toto není návod podle kterého by měli postupovat amatérští kutilové bez dostatečných znalostí elektroniky a mechaniky (a trochu i chemie)! Zde opravdu hrozí škody na zdraví i majetku, pokud se něco pokazí – ne nadarmo se komerční baterie prodávají zabalené v plechové skříni bez možnosti zásahu ze strany uživatelů, a ani pro tyto baterie není povoleno zapojení běžnými uživateli.

Pokud by vás zajímaly informace v jiné než psané podobě, tak jeden príma chlapík, mladý kutil a vynálezce, v neposlední řadě taky jůtůber, natočil o té baterie taky video:

No a můžu jít na instalaci ostatních komponent…