エネルギー貯蔵システムは気象条件に影響されませんか?

具体的に寒さ対暑さについて説明する前に、なぜ温度がバッテリーの動作の中心となるのかを理解するのに役立ちます。

住宅用ストレージ システム - かどうかエネルギー貯蔵システム 48V-電圧スタック-は、リチウムイオンの化学反応に依存してエネルギーを蓄積および放出します。-その化学反応は、2 つの電極間の液体電解質中を移動するイオンに依存します。温度はその動きの起こりやすさに直接影響します。

寒さはすべてを遅らせます。電解液の抵抗が増加し、イオンの動きが制限され、バッテリーはエネルギーを効率的に送達したり受け入れたりできなくなります。これは、使用可能容量の減少とピーク出力の低下として現れます - 一時的な影響ですが、温度が上昇すると逆転します。

熱は逆の問題を引き起こします。熱はセル内での望ましくない化学副反応 - 反応を加速させ、電解質を徐々に消費し、貯蔵に利用できるリチウム イオンの総数を減らします。この劣化は累積的かつ永続的です。

国立再生可能エネルギー研究所 (NREL) によると、25 度 (77 度 F) で動作するシステムと 40 度 (104 度 F) で動作するシステムの劣化速度の差は約 2 倍です。- これは、温度管理された地下室と比較して、暑いガレージでは同じシステムが 2 倍の速さで劣化することを意味します。-。

これは大きな違いであり、保証パンフレットには記載されていない種類の詳細です。
 

寒冷地の住宅所有者が抱く最も実際的な質問は次のとおりです。寒い夜には実際にどのくらいの容量が失われるのでしょうか？

アルゴンヌ国立研究所は、今日ほとんどの高品質住宅用蓄電システムに使用されている化学物質であるリン酸鉄リチウム (LFP) セルの詳細な性能テストを発表しました。データは、25 度の標準ベースラインと比較した、さまざまな温度での使用可能な容量を示しています。
 

出典: アルゴンヌ国立研究所、Battery500 Consortium LFP セルのテスト データ

この表からは注目に値することがいくつかあります。まず、ほとんどの温帯気候で​​は、-設置場所が 10 度以上に保たれている場合-、現実世界への影響は比較的軽微であり、おそらく眠れなくなるほどの価値はありません。第二に、中西部北部、山岳地帯の州、またはカナダの住宅所有者にとって、表の下端にある数字は、冬にどれだけのバックアップ期間を当てにできるかに真の意味を持ちます。

良いニュースです。-寒冷地での能力低下は一時的なもので、完全に回復可能です。温度が上昇すると、使用可能な容量も増加します。それはダメージではありません - それは物理です。

永続的な唯一の寒冷気象リスク-

永続的な害を引き起こす寒冷気候のシナリオが 1 つあります。それは知っておく価値があります。それは、セルが氷点下または氷点下でリチウム バッテリーを充電することです。

リチウム電池が 0 度以下で充電されている場合、リチウム金属は適切に保管されずに、アノード表面に析出する可能性があります -。リチウムめっきと呼ばれるプロセス -。これにより、将来の容量が永久に減少し、深刻な場合には、安全上の懸念となる微細な内部短絡が発生します。

高品質のシステムにはバッテリー管理システム (BMS) 保護が備わっており、温度が安全なしきい値 - (通常は約 5 度 -) を下回ると充電が一時停止され、状態が改善されると自動的に再開されます。これは標準の安全機能ですが、特に寒冷地でのガレージや屋外設置を計画している場合は、それが正しく実装されていることをサプライヤーに確認する価値があります。

ここで、会話は一時的なパフォーマンスから長期的な経済性に移ります。{0}}

寒さとは異なり、熱は劣化を引き起こし、その劣化は年々悪化します。この関係は、技術者がアレニウスの法則と呼ぶものに従います。つまり、持続動作温度が 10 度上昇するごとに、セル内の化学劣化の速度がおよそ 2 倍になります。

実際には、これは 10 年間の所有期間にわたって意味することになります。-

出典: NREL 劣化モデリングと EPRI 住宅貯蔵熱分析から導き出された、2022 年

Electric Power Research Institute (EPRI) は、高温環境にある実際の住宅用ストレージ設備を調査しました。{0}{1}その結果、換気の悪い場所 -、特に午後の直射日光にさらされる場所 - にあるシステムでは、メーカーの定格予測よりも明らかに早い容量低下が見られることがわかりました。-一部のシステムでは、中程度の動作条件を想定した保証に反して、5 ～ 6 年以内に元の容量の 20 ～ 30% が失われてしまいました。

ほとんどの住宅用保管保証は動作温度を 25 度として想定しているため、これは重要です。設置場所 - のせいでシステムが常にその - よりも熱く動作する場合は、知らず知らずのうちに保証が設計された条件から外れている可能性があります。

熱源は 1 つではなく 2 つ

ストレージ システムの熱ストレスは 1 か所だけではなく 2 か所から発生することを理解する価値があります。

周囲熱とは、ユニット - ガレージ、ユーティリティ ルーム、屋外エンクロージャの周囲の空気の温度です。

自己発生熱は、頻繁な充電または放電サイクル中にバッテリーが生成する熱です。{0}暑い午後にエアコンを作動させながら高出力で放電しようとすると、バッテリーは既に処理している周囲の熱に加えて、バッテリー自身の熱も発生します。

適切に設計されたシステムは、アクティブな熱管理-、高負荷時に増加する可変速度ファン、またはプレミアム構成では液体冷却の両方を処理します。-この熱管理の品質は、同様の価格帯のストレージ システム間の最も明確な差別化要因の 1 つです。それはスペックシートにははっきりと現れませんが、3 ～ 5 年間の所有期間にわたるパフォーマンスデータに現れます。

IP 評価の見方

IP (侵入保護) 評価は、メーカーがシステムが水や塵にどれだけうまく対処できるかを伝える標準的な方法です。仕様シートには、IP55、IP65、または IP67 などのコードが表示されます。数字が実際に何を意味するかは次のとおりです
 

出典: IEC 60529 侵入保護規格

あらゆる屋外設置に,IP65 は実用的な最小値です。重大な雨にさらされる場所 - 沿岸地域、頻繁に激しい嵐が発生する地域 - IP66 は特に探す価値があります。

重要な注意事項が 1 つあります。IP 定格は、適切に密閉されている場合のエンクロージャ自体に適用されます。ケーブル入口点、電線管接続、端子カバーは個別に考慮する必要があります。屋外に適切に設置するには、机上の適切な IP 定格を持つユニットだけでなく、すべての貫通ポイントが正しく密閉されている必要があります -。

湿度と速度低下の問題

-高湿度環境 - 沿岸地域、湾岸諸国、湿潤な亜熱帯気候 - では、雨以外にも二次的な懸念があります。湿気は、たとえ筐体が無傷であっても、システム内の電子機器に徐々に影響を及ぼします。

これは、時間の経過とともに端子接続や回路基板接触部の腐食として現れます -。すぐに故障するわけではありませんが、3 ～ 5 年後に故障コードが徐々に増加し、効率が低下し、予測不能な動作が発生します。

湿気の多い気候向けのシステムを評価する場合は、制御基板にコンフォーマル コーティング - が施されているかどうかを特に質問してください。これは、湿気の侵入を防ぐために回路基板に塗布される薄い保護層です。これは、湿気の多い環境向けのシステムに対する高品質メーカーの標準的な慣行ですが、普遍的なものではありません。

アリゾナ州フェニックス - 継続的な暑さ

フェニックス都市圏のお客様は、夏の午後には周囲温度が定期的に 40 度を超える西向きのガレージに 20 kWh システムを設置しました。{1}これは、米国本土の住宅用ストレージ システムが直面する熱環境とほぼ同じくらい厳しいものです。

設置から 2 年後の独立した容量テストでは、元の定格容量の 96.2% が維持されていることがわかりました。-同様の条件でアクティブな熱管理を行わない LFP システムの NREL 劣化モデリングでは、同じ期間で約 8 ～ 12% の容量損失が予測されます。実際の結果は大幅に優れており、主にシステムの可変速度冷却により、夏の午後のピーク時でも内部セル温度が目標動作範囲の 5 度以内に維持されたためです。-

お客様の観察: システムのファンは暑い午後に著しく作動していましたが、パフォーマンスは夏を通して一貫していました - バックアップ期間の短縮や障害イベントの増加はありませんでした。

ミネソタ州ミネアポリス

ミネアポリスの施設は、暖房のないガレージで冬の通常気温が -15 度から - 20 度にさらされていました。認定設置業者は、その場所に設置するのではなく、空調設備の整った地下室を推奨しました。-これは、システムを年間を通じて 10 度以上に保ち、寒冷時の能力低下を完全に排除する簡単な変更です。

住宅所有者にとって、実際的な違いは重要でした。最も寒い夜に 60 ～ 70% の使用可能容量に対処する代わりに、冬の間ずっと一貫したフル定格のパフォーマンスが得られました。-

地下室への設置が選択肢にない住宅所有者向けに、Sunhingstones システムには低温保護モードが含まれています。-5 度未満では、充電が自動的に一時停止され、BMS センサーが充電に安全な温度を検出するまで、システムは放電のみの動作に移行します。{2}これにより、寒い夜でも電力を供給しながら、リチウムメッキを防止します。

Energy Storage Association (ESA) は、2023 年のベスト プラクティス更新の中で、設置場所は常に住宅用ストレージの導入において最も大きな影響を与える決定の 1 つであると述べています。-長期的なパフォーマンスの観点からは、容量のサイジングやブランドの選択よりも重要なことが多い-。ミネアポリスの事件はその点を明確に示している。
 

これらの手順には技術的な専門知識は必要ありません。これらは、10 年間の所有期間にわたって意味のある変化をもたらす、簡単な決定です。-

最後ではなく、最初にインストール場所を選択してください。空調設備の整った屋内スペース - の地下室、ユーティリティ ルーム、温度管理されたガレージ - - は、露出した屋外や換気のないガレージ設置よりも常に優れたパフォーマンスを発揮します。選択肢があるなら、それを選択してください。

ユニットの周囲に隙間を確保してください。箱、機器、その他のものをシステムに近づけて保管しないでください。メーカーのクリアランス要件は、冷却性能、ひいては寿命に直接影響します。

屋外に設置する場合は、IP 定格を確認し、すべての貫通部が密閉されていることを確認してください。 IP65以上。ケーブル エントリ ポイントの防水方法を設置業者に具体的に尋ねてください - ここは湿気が最も侵入しやすい場所です。

寒冷地では、BMS 低温充電保護が有効であることを確認してください。{0}システムが氷点下近くの温度を検出した場合に何が起こるかについては、サプライヤーに説明してもらってください。この機能の存在を口頭で確認することは、その実装方法を理解することと同じではありません。

温度監視アラートを設定します。ほとんどのシステムには、内部温度が動作限界に近づいたときに警告を発する監視アプリが含まれています。これらの - を有効にすると、問題が修理請求になる前に早期に警​​告が得られます。

年次検査のスケジュールを立てます。冷却ファンは時間の経過とともに埃を蓄積し、通気経路の遮断は熱関連のパフォーマンス問題の一般的な原因ですが、これは簡単に回避できます。-ファンの状態と換気のクリアランスを毎年チェックするのにかかる費用はほとんどかからず、システムの寿命を何年も延ばすことができます。

長期にわたる容量の傾向を追跡する.監視アプリでは、容量の履歴データが得られるはずです。徐々に減少するのは正常です。突然の低下または加速的な低下は、保証がまだ有効なうちにメーカーに報告する価値があります。
 

Q: 冬になるとバッテリーの容量が低下します。システムが故障しているのでしょうか？
A: ほぼ確実にそうではありません。寒冷地における容量の低下は、リチウム化学の通常の特性です。-設置場所が 10 度を下回る場合、実際の温度に応じて 5 ～ 25% の範囲で一時的に低下することが予想されます。温度が上昇すると最大容量が戻ります。温暖な気候になっても容量の低下が続く場合は、メーカーに問い合わせる価値があります。

Q: 家庭用ストレージ システムにとって熱すぎる温度とはどのくらいですか?
A: ほとんどの住宅用システムは、周囲温度が 45 ～ 50 度までと定格されています。ただし、35 度を超えて継続的に動作すると、劣化が大幅に加速されます。理想的な長期的な範囲は 15 ～ 30 度です。-設置予定場所が夏場に定期的に 35 度を超える場合は、設置前に熱管理オプションや代替場所について設置業者と話し合ってください。

Q: 寒さによって蓄電池システムに永久的なダメージが与えられますか?

A: 通常の低温 - は氷点下 - であっても、それ自体で永久的な損傷を引き起こすことはありません。具体的なリスクは 0 度以下での充電であり、リチウム メッキが発生する可能性があります。適切な BMS 保護を備えた高品質のシステムは、これを自動的に防ぎます。ご使用のシステムにこの保護機能があるかどうか不明な場合は、製造元に直接問い合わせてください。

Q: 雨や湿気の多い気候の屋外にストレージ システムを設置できますか?

A: はい、適切なシステムを使用すれば可能です。屋外の場所では IP65 以上を探し、設置中にケーブル入口ポイントが適切に密閉されていることを確認してください。湿気の多い環境の場合は、制御電子機器の絶縁保護コーティングについて特に問い合わせてください。

Q: 湿度はバッテリーセル自体に影響しますか、それとも電子機器だけに影響しますか?

A: 主に電子機器 - バッテリーセル自体が密閉されています。ただし、時間の経過とともに水分が制御基板や端子接続部に到達すると、たとえセルが正常であっても、故障や性能低下の原因となる可能性があります。このため、湿気の多い気候ではエンクロージャの品質と適切な設置が重要になります。

Q: システムの寿命を延ばすためにできる最も効果的なことは何ですか?

A: 適切な設置場所を選択してください。システムを適度な温度環境 - に保つこと - は、年間を通じて 15 ～ 25 度が理想的です- -。長期的な容量保持には、他のどの要素よりも効果的です。-。また、これはインストール直前に決定するのが最も簡単ですが、インストール後に修正するのは最も困難です。

地域の気象条件をストレージの決定にどのように考慮すべきか不明な場合は、-、または特定の設置場所が適切かどうかを知りたい場合は、-、Sunhingstones のチームが喜んでご案内いたします。プレッシャーはありません。実際の状況に基づいた実践的なアドバイスだけです。

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国立再生可能エネルギー研究所 (NREL)、「リチウムイオン電池の性能に対する温度の影響を理解する」、2022 年: https://www.nrel.gov/docs/fy22osti/80401.pdf

アルゴンヌ国立研究所、Battery500 コンソーシアム - LFP セルの低温性能試験: https://www.anl.gov/amd/battery-research

電力研究所 (EPRI)、「住宅用蓄電池の熱管理と長期劣化分析」、2022 年: https://www.epri.com

米国エネルギー省、「住宅所有者向け蓄電池ガイド-設置のベスト プラクティス」: https://www.energy.gov/eere/solar/homeowners-ガイド-太陽光発電-

IEC 62619 - リチウム二次電池および電池の安全要件: https://www.iec.ch