Akustot

Verkosta irrallisen off-grid aurinkosähköjärjestelmän sähköenergia varastoidaan akustoon kemialliseksi energiaksi. Yleisimmät käytetyt akkutyypit ovat huoltovapaat vapaa-ajan akut, AGM-akut ja geeliakut, jotka kaikki ovat lyijyakkuja sekä uutuutena litiumrautafosfaattiakut, eli LiFePo4-akut tai LFP-akut. Käytettävän akkutyypin kannattaa olla ns. syväpurkausakku, eli akun on oltava suunniteltu kestämään toistuvaa syväpurkausta (esimerkiksi 50 % varaustilaan). Sen sijaan esimerkiksi tavanomainen auton käynnistysakku on tarkoitettu vain kevyeen purkamiseen ja hetkelliseen virranantoon. Tämän tyyppinen akku ei kestä syväpurkauskäyttöä pitkään.

Vapaa-ajan akut edustavat edullisinta tuoteryhmää, jonka odotettu käyttöikä ja ominaisuudet ovat vastaavasti kaikkein heikoimmat. Niiden käyttö on kuitenkin perusteltua tilanteissa, jossa ei tarvita isoa akkua ja sen käyttö on vähäistä, kuten riistakameroiden tai rantasaunan valojen kanssa.

AGM-akut (Absorbent Glass Mat) ja geeliakut/hyytelöakut ovat varsin saman tyyppisiä syväpurkausakkuja, joissa toisessa elektrolyytti on imeytetty lasikuitumattoon ja toisessa geeliin. Niiden ominaisuudet ovat varsin hyviä, sillä niillä on hyvä kyky antaa virtaa, pienet sisäiset resistanssit, kestävät kovempaa käyttöä (esim. veneilyssä) ja niiden odotettu elinikä on ns. normaalia vapaa-ajan akkua parempi.

Litiumakkuja on useita eri tyyppisiä, mutta litiumrautafostaattiakut eli LiFePo4-akut ovat soveltuvimpia aurinkosähköjärjestelmiin jännitetasonsa ja muiden ominaisuuksien puolesta. LiFePo4 akut edustavat uutta akkuteknologiaa, ja ovat ylivertaisia lyijyakkuihin verrattuina kaikkien ominaisuuksien puolesta.

Akuston jännite

Yleisimmät akustojen jännitteet vapaa-ajan kohteissa ovat 12V ja 24V. 12V jännitteen käyttö on perusteltua jos käytössäsi on sähkölaitteita, jotka käyttävät 12V jännitettä ja sähköjärjestelmän tehontarve on varsin pientä.

Jos käytössäsi on suurikokoinen invertteri (esim. yli 2000W) alkavat kaapelikoot olemaan jo niin suuria, että on käytettävä korkeampaa akustojännitettä, eli kytkettävä akkuja sarjaan tai valittava korkeamman jännitteen akku. Korkeammalla akustojännitteellä lataussäädin toimii paremmalla hyötysuhteella ja voidaan valita pienemmäksi koska virrat ovat pienempiä. Jos tarvitset esimerkiksi valaistusta varten 12V jännitettä, niin käytä muuntajaa (esimerkiksi Victron Orion DC-DC muuntaja), joka pudottaa jänniteen 12V tasolle. Internetin keskustelupalstoilla joskus suositellaan ottamaan sähköä vain toisesta akusta, mutta se voi aiheuttaa vääristymiä akkujen jännite-eroihin, jotka häiritsevät esimerkiksi lataussäätimen toimintaa. Tällöin ongelmaksi tulee epäsymmetrinen kuormitus, joka ennen pitkää johtaa toisen akun tyhjenemiseen, ja vastaavasti toisen akun ylijännitteeseen. Tämä lopulta vahingoittaa akkuja.

Akuston jännitettä pystyy muuttamaan kytkemällä 12V akkuja sarjaa, jolloin niiden jännite lasketaan yhteen. Esimerkiksi, jos kytketään 4 kpl 12V akkuja sarjaan, on akuston jännite siten 48V. Jos käytössäsi on useita akkuja, mutta haluat säilyttää 12V, niin voit kytkeä ne rinnan. Tällöin jännite ei muutu, mutta akuston kokoa kuvaavat ampeeritunnit (Ah) lasketaan yhteen.

Litiumin ylivoimaa

Me Eroaverkosta.comilla uskomme litiumin syrjäyttävän lyijyakkujen käytön vapaa-ajanakkuina lähivuosina. Niiden suurimmat hyödyt ovat niiden huomattava keveys ja erittäin pitkä käyttöikä.

Alla olevassa kuvassa nähdään kuinka testeissä olleiden LiFePo4-akustojen kapasiteetti heikkenee purkaussyklien myötä. Mitä syvempi purkausaste on, sitä nopeammin akun kapasiteetti ehtyy. Kuitenkin litiumakuilla puhutaan useista tuhansista purkaus- lataussykleistä, ennenkuin akuston kapasiteetti on merkittävästi heikentynyt.

Lyijyakustolla sen sijaan kapasiteetista ei tulisi koskaan käyttää yli 50%, sillä tuon rajan jälkeen akuston sulfidoituminen kiihtyy huomattavasti ja käyttöikä lyhenee nopeasti. Esimerkiksi Victron AGM syväpurkausakuissa odotettu syklikesto on 50 % purkausasteella 600 sykliä, joten vaikka suhtautuisi LiFePo4-akkujen syklikestoihin hieman kriittisesti, on LiFePo4:n syklikesto aivan eri luokkaa kuin lyijyakuissa (Jopa kymmenkertainen lyijyakkuihin verrattuna).

Kuvan lähde: Battery University

Näistä syistä uskomme että LiFePo4 akut ovat kokonaistaloudellisesti paras valinta aurinkosähköjärjestelmän akustoksi. Akkujen hinta on vielä korkeampi kuin syväpurkauslyijyakulla, mutta litiumakuston koko kapasiteetti on käytettävissä (vs. lyijyakkuja ei suositella purettavan yli 50 %), syklinkesto on aivan omaa luokkaansa, ja täten odotettavissa oleva elinikä on moninkertainen lyijyakkuihin verrattuna. Litiumakuston elinikä on moninkertainen verrattuna lyijyakkuun, ja siten koko akuston eliniän ajalta litium tulee edullisemmaksi valinnaksi.

Koska suurempi osa litiumakun kapasiteetista on käytettävissä, voidaan akkukokoa pienentää lyijyakkuun verrattuna ja tämä tasoittaa akkujen välistä hintaeroa.

Sylinteri vai prismaattinen kenno?

Litiumrautafosfaattiakkuja valmistetaan sylinterimallisilla ja prismaattisilla kennoilla. Molemmilla on omat hyvät ja huonot puolella, mutta me Eroaverkosta.com:lla olemme päätyneet prismaattisiin kennoihin pienemmän kennomäärän, suuremman virrankeston ja pienemmän sisäisen resistanssin vuoksi. Myös akuston paino on prismaattisilla kennoilla pienempi.

Prismaattiset kennot ovat parhaimmillaan, jos tulee käyttää suuria virtoja tai jos halutaan akku pieneen tilaan.Tyypillisesti 12,8V akku koostuu neljästä kennosta, jotka on kytketty sarjaan. Sylinterikennot sen sijaan ovat kytketty rinnan ja sarjaan.

Kuvan lähde: Exploring overland

Akunhallintajärjestelmä, BMS Battery Management System

Litiumakuissa on sisäänrakennettu BMS-yksikkö, jonka läpi kulkee kaikki latauksessa ja purkauksessa käytetty sähkö ja sen tarkoituksena on suojata akkua sille haitallisilta tilanteilta ja säädellä akuston latausta. BMS:n käyttö on erityisen tärkeää kennojen jännitteiden säätämisessä ja valvonnassa, sillä litiumakun kennot eivät kestä juuri ollenkaan yli- tai alilatausta. Tästä johtuen litiumakun kennojen välinen tasapainotus toteutetaan BMS:n avulla, toisinkuin lyijyakuilla, joita "yliladataan" tasapainotuslatausvaiheessa.

Akkuja ladattaessa BMS seuraa kunkin kennon jännitettä ja lähestyttäessä täyden akun tilaa se kykenee laskemaan korkeimmassa jännitteessä olevan kennon latausjännitettä, jolloin maksimirajaa ei vielä ylitetä ja siten muiden kennojen lataus voi vielä jatkua. Näin akun kaikki kennot saadaan ladattua täyteen ja kennot ovat tasapainossa. Vastaavasti akkua käytettäessä BMS seuraa ettei yhdenkään kennon jännite laske liian alas ja tarvittaessa se kytkee akuston irti järjestelmästä suojellakseen kennoja ylipurkautumiselta.

Kuvan lähde: Daly BMS