4 Gründe für die Verwendung von Lithium-Eisenphosphat-Batterien in Speichersystemen
Batteriezellen werden in einer herkömmlichen Batterie unabhängig von Größe und Kapazität zu einem Batteriemodul verbunden. Diese Batteriezellen sind miteinander verbunden, um Haushalte oder Unternehmen über Stunden mit gespeicherter Solarenergie zu versorgen. Durch die Verbindung mehrerer Batteriemodule wird die Kapazität der Batterie skaliert.
Da es verschiedene Anwendungen gibt, unterscheidet sich auch deren Energiebedarf. Um diese Anforderungen zu erfüllen, stehen mehrere Batteriezusammensetzungen mit unterschiedlichen Eigenschaften zur Verfügung. Bei HIS setzen wir hauptsächlich auf Lithium-Eisenphosphat, bekannt als LiFePO4 oder LFP-Batterien. Für die meisten Anwendungen werden LFP-Batterien eingesetzt, da sie aus Mobiltelefonen, Notebooks, Elektroautos und ähnlichem bekannt sind.
Innerhalb der breiten Kategorie der Lithium-Ionen-Batterien variiert die Leistung der Batterien aufgrund des verwendeten Kathodenmaterials. Lithium-Ionen-Batterien bestehen typischerweise aus einem leitfähigen Substrat, oft Aluminiumfolie, die mit einem aktiven Material beschichtet ist, um sowohl Lithium-Ionen als auch elektrischen Strom zu speichern. Zu den gängigsten Zusammensetzungen dieser Batteriezellen gehören Lithium-Nickel-Kobalt-Mangan (NMC), Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid (NCA) und Lithium-Eisenphosphat (LFP).
Vorteile der Verwendung von LFP-Batterien LFP vs. NMC
Sicherheit
Sichere Batterielösungen haben höchste Priorität, weshalb wir bei unseren Batterielösungen keine Kompromisse bei den Sicherheitsmerkmalen eingehen. Unsere Batterielösungen können übermäßiger Temperatur, Strom, Spannung oder Kurzschlüssen standhalten, da sie über elektrische/mechanische Schutzschaltungen verfügen. Im Vergleich zu anderen LIB-Zelltechnologien bietet die LFP-Technologie mehr Sicherheit. Bei einem Kurzschluss oder einem Treffer durch einen Gegenstand, der in die Batteriezellen eindringen könnte, beginnen die meisten Batterien zu brennen oder zu explodieren. Batterien, die unter den oben genannten wahrscheinlichen Bedingungen stabil bleiben, gelten als zuverlässig für den Einsatz in BESS. Viele der derzeit auf dem Markt verfügbaren Batterien bestehen diesen Test nicht und sind daher nicht für den Einsatz in Batteriespeichersystemen geeignet.
Bei anderen Batterien können jedoch instabile chemische und thermische Kathodenmaterialien (z.B. NMC) exotherme chemische Reaktionen innerhalb einer Zelle auslösen. Diese exotherme Reaktion entsteht durch übermäßige Wärmeentwicklung aufgrund von Überladung, internen oder externen Kurzschlüssen, Verunreinigungen während der Produktion, starker Hitzeeinwirkung oder mechanischer Beschädigung. Die Innentemperatur einer Zelle steigt, wenn die Freisetzung von Wärmeenergie die Reaktionsgeschwindigkeit der Zellchemie erhöht. Wird ein bestimmter Temperaturschwellenwert überschritten, wird die selbstbeschleunigende Reaktion unkontrollierbar und führt zum thermischen Durchgehen. Dies kann dazu führen, dass die Batteriezelle Feuer fängt oder sogar explodiert. Die Situation wird durch die Freisetzung von Sauerstoff aus dem Kathodenmaterial noch verschärft, wodurch das Feuer extrem schwer zu löschen ist.
Im Gegensatz zu anderen Batterien erfahren LiFePO4-Batterien niemals thermische Instabilität. Dies eliminiert das Risiko von Überhitzung und möglichen Bränden. Mit einem stabilen Temperaturprofil unter extremen Bedingungen weisen LFP-Batterien ein stabiles thermisches Verhalten (bis 300°C) auf und sind nicht selbstentzündlich (durch Überladung). Bei NMC- oder NCA-Zellen hingegen kann ein Kurzschluss eine sehr hohe Temperatur von über 700°C erzeugen, die den Separator schmelzen und sich auf andere Zellen ausbreiten kann. Dies führt zu einem Brand, der nicht einmal unter Wasser gelöscht werden kann, da der für die Verbrennung benötigte Sauerstoff bereits im Batteriematerial enthalten ist. Deshalb ist die LFP-Batterie die bevorzugte Wahl für den Einsatz in Batteriespeichersystemen.
Langlebigkeit & Zyklenfestigkeit
Wenn Batteriezellen chemischen, thermischen und mechanischen Veränderungen ausgesetzt sind, verliert ihre ursprüngliche Kapazität mit jedem Lade- und Entladevorgang (Betriebszyklus) ein wenig. Das bedeutet einfach, dass sie mit der Zeit immer weniger Energie speichert. Sie kennen das vielleicht auch von Ihrem Mobiltelefon, wenn nach 2 Jahren selbst die voll aufgeladene Batterie nur noch einen halben Tag hält.
Aufgrund der etwas niedrigeren Zellspannung von 3,2V haben LFP-Zellen eine etwas geringere Energiedichte im Vergleich zu NMC-Zellen. Dieser anfängliche Nachteil wird jedoch schnell durch ihre bis zu zehnmal größere Zyklenstabilität aufgewogen, was bedeutende langfristige Vorteile bietet. Mit jedem Betriebszyklus altern NMC-Zellen und nach 2500-3000 Zyklen verbleiben noch 80 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität. Dadurch werden die etwas höheren Anfangskosten für die Verwendung von Lithium-Eisenphosphat im Laufe der Zeit ausgeglichen.
Da der Batteriebedarf bei mobilen Anwendungen höher ist, bieten LFP-Batterien eine längere Lebensdauer in tragbaren und mobilen Geräten. Aufgrund der längeren Lebensdauer von Batteriespeichersystemen mit LFP-Technologie in stationären Anwendungen können die relativen Speicherkosten (Levelized Cost of Storage oder LCOS) über ihre Lebensdauer um bis zu 50% im Vergleich zu NMC-Batterien gesenkt werden.
Bewährte Technologie
Die in HIS-Energy-Lösungen verwendete LFP-Technologie garantiert eine spezifische Leistung selbst dann, wenn sich die Batterie dem Ende ihres Lebenszyklus nähert. Darüber hinaus macht der Memory-Effekt der LFP-Zellen sie anderen LIBs überlegen. Wenn eine Batterie häufig nur teilweise entladen wird, führt dies zu einem Kapazitätsverlust, der auch als Memory-Effekt bekannt ist. Die Batterie "merkt" sich den Energiebedarf und passt sich im Laufe der Zeit an, um nur die Energiemenge zu liefern, die für vorherige Entladezyklen benötigt wurde, anstatt der vollen ursprünglichen Kapazität.
Lithium-Eisenphosphat-Batterien haben im Vergleich zu anderen LIBs eine hohe Leistungsdichte. Dies ermöglicht der LFP-Batterie Lade- und Entladeströme zusammen mit einer erhöhten Pulsbelastbarkeit. Mit höheren Strömen können LFP-Zellen schnell geladen werden, aber konstantes Schnellladen verkürzt die Lebensdauer dieser Batterie. Dieser Effekt des Schnellladens tritt bei LFP-Zellen in geringerem Maße auf. Durch intelligentes Systemdesign können kostengünstige Lösungen für stationäre Anwendungen geschaffen werden, die die perfekte Balance zwischen Lade- und Entladeraten, Zyklenstabilität und Lebensdauer finden. Dieser Ansatz hilft, die gesamten Levelized Cost of Storage (LCOS) über die Lebensdauer des Systems zu reduzieren und gewährleistet sowohl Effizienz als auch langfristigen Wert.
Umweltfreundliche Batterien
LFP ist einzigartig unter den Kathodenmaterialien, da seine chemische Zusammensetzung natürlich als Mineral vorkommt und keine zusätzlichen Rohstoffe für die chemischen Reaktionen benötigt werden. Deshalb enthalten unsere Batterielösungen kein Kobalt oder Nickel, da diese toxische Schwermetalle mit Auswirkungen auf die Umwelt sind. In LFP-Zellen wird das gesamte Lithium für die chemische Reaktion genutzt. Im Gegensatz dazu nutzen andere Lithium-Ionen-Batterien nur etwa 50-60% des Lithiums, da eine höhere Nutzung zu Instabilität in der Schichtstruktur führen kann oder das verbleibende Lithium Teil der kristallinen Struktur der Kathode wird. Diese Effizienz reduziert die benötigte Lithiummenge pro kWh von etwa 140 Gramm (in NMC/NCA-Batterien) auf etwa 80 Gramm in LFP-Zellen.
LFP-Batterien - Die sicherste Technologie für Anwendungen
Lithium-Eisenphosphat-Batterien sind im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien zuverlässig, sicher und robust. LFP-Batteriespeichersysteme bieten außergewöhnliche langfristige Vorteile mit bis zu 10-mal mehr Ladezyklen im Vergleich zu LCO- und NMC-Batterien und niedrigen Gesamtbetriebskosten (TCO). Sie bieten zuverlässige Leistung bei minimalem Wartungsaufwand und sind damit eine solide Investition, die sowohl Sicherheit als auch langanhaltende Funktionalität gewährleistet.
LFP-Batterien werden aufgrund ihrer Zyklenfestigkeit, des geringeren inneren Widerstands, der höheren Effizienz und des breiten Betriebstemperaturbereichs bevorzugt eingesetzt. Für die schnellsten und sichersten All-in-One-Batterielösungen bietet HIS-Energy erstklassige Optionen mit ihren 215KW und 233KW Premium-Batterien. Unsere mit einem Batteriemanagementsystem (BMS) integrierten Energielösungen sind für Ihre gewerblichen und industriellen Anwendungen konzipiert.
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