Sistemele energetice moderne devin din ce în ce mai dependente de soluții eficiente de stocare, mai ales pentru marile companii care operează în industrie, logistică sau agricultură. Dacă gestionezi un parc fotovoltaic, dezvolți proiecte de real estate industrial sau administrezi o rețea complexă, probabil că investești mult și în sistemele de baterii. Un aspect esențial, deseori trecut cu vederea în România, îl reprezintă comportamentul diferitelor tipuri de baterii la temperaturi scăzute. Acest factor influențează atât performanța, cât și costurile de operare și mentenanță.
Cum afectează frigul procesele dintr-o baterie?
La temperaturi scăzute, reacțiile din interiorul bateriei încetinesc. Vâscozitatea electrolitului crește, iar ionii se deplasează cu dificultate între catod și anod. Mai exact:
- Scade conductivitatea ionică: Bateria livrează un curent mai mic, afectând eficiența alimentării echipamentelor.
- Apare polarizarea electrozilor: Diferența de potențial suplimentară reduce capacitatea disponibilă a bateriei.
- Transferul sarcinii devine instabil: Dacă încarci rapid la frig, riști deteriorarea componentelor interne.
Aceste efecte se întâlnesc la toate tipurile de baterii, dar intensitatea problemelor diferă în funcție de materialele și designul fiecărei celule.
Baterii Li-ion (NMC) în medii reci
Bateriile Li-ion, în special cele bazate pe combinatia nichel-mangan-cobalt (NMC), domină piața sistemelor de stocare pentru industria auto, centre logistice, rețele inteligente sau backup industrial. Principalele motive sunt densitatea energetică ridicată (ajungând la 230 Wh/kg) și costul tot mai competitiv, susținut de producția la scară largă.
Avantaje principale:
- Densitate de energie ridicată: cele mai compacte soluții pentru stocare.
- Eficiență bună la temperaturi moderate.
Limitări la frig:
- Capacitatea scade drastic sub 0°C. Spre exemplu, la -20°C, multe baterii Li-ion oferă sub jumătate din energia nominală.
- La încărcarea la temperaturi scăzute, se poate depune litiu metalic pe anod, ceea ce duce la scurtcircuite și distrugerea definitivă a celulelor.
- Multe BMS (battery management systems) restricționează curentul de încărcare sub 5°C tocmai pentru a evita acest risc.
În proiecte de anvergură, precum instalarea sistemului de stocare la Schitul Prodromu de pe Muntele Athos, echipele tehnice folosesc monitorizarea constantă a temperaturii pentru a preveni incidente și pentru a extinde durata de viață a bateriilor Li-ion.
Comportamentul bateriilor LFP (LiFePO4) la temperaturi scăzute
Tehnologia LFP (litiu-fier-fosfat) oferă un echilibru între siguranță, durabilitate și costuri. Se utilizează tot mai frecvent în aplicațiile de stocare fotovoltaică pentru companii mari, logistică și data centers.
Puncte tari:
- Asigură o stabilitate termică bună, ceea ce reduce riscul de incendiu.
- Păstrează peste 75% din capacitate la 0°C.
- Oferă o durată de viață lungă, adesea peste 3.500 de cicluri de descărcare/încărcare completă.
Limitări la rece:
- La temperaturi sub 0-5°C trebuie să reduceți ritmul de încărcare, altfel performanța scade rapid.
- La -10°C sau mai jos, capacitatea utilă se reduce la circa jumătate din cea nominală.
- În general, LFP are o conductivitate mai mică comparativ cu NMC, ceea ce limitează curentul maxim de descărcare la temperaturi foarte scăzute.
Anumiți producători propun baterii LFP cu sisteme interne de încălzire sau BMS avansat, ceea ce optimizează funcționarea chiar și în spații neîncălzite. Integrarea soluțiilor de stocare EPC de către companii specializate asigură controlul eficient al temperaturii.
Tehnologii Na-ion – O alternativă emergentă la stocarea energiei în context de frig
Bateriile cu sodiu (Na-ion) devin din ce în ce mai vizibile pe agenda dezvoltatorilor din energie, datorită costurilor mai mici și resursei abundente de sodiu. Momentan, tehnologia se află la început, iar testele în climate reci sunt în desfășurare.
Avantaje:
- Materia primă ieftină și disponibilă în cantități mari, ceea ce reduce prețul final al bateriilor.
- Oferă o stabilitate bună pentru depozitarea pe termen lung.
Limite specifice la temperaturi scăzute:
- Sodiul, fiind mai greu decât litiul, încetinește reacțiile la frig.
- La -10°C, unele baterii Na-ion pierd 60% sau mai mult din capacitate.
- Electrolitul poate îngheța mai devreme decât la sistemele Li-ion.
Tabel comparativ – Capacitatea și riscurile bateriilor la temperaturi scăzute
| Tip de baterie | Capacitate la 0°C (%) | -10°C (%) | -20°C (%) | Riscuri la frig | Aplicații uzuale |
|---|---|---|---|---|---|
| Li-ion NMC | 80-85 | 60-70 | 40-50 | Depuneri litiu, probleme la încărcare | Parcuri industriale, auto, UPS |
| LFP (LiFePO4) | 75-80 | 60 | 45-50 | Polarizare, rareori litiu metalic | Fotovoltaic, backup logistică |
| Na-ion | 65-70 | 40 | 25-30 | Electrolit cu permeabilitate scăzută | Proiecte-pilot, viitor energetic |
Valorile din tabel reprezintă medii, pot varia în funcție de configurație, datele provin din studii la nivel european și din testări recente ale proiectelor pilot integrate.
Cum să extinzi durata de viață a bateriilor în medii reci
Poți adopta o serie de măsuri pentru a menține fiabilitatea sistemelor bazate pe baterii în condiții de temperatură scăzută:
- Verifică permanent temperatura cu ajutorul unui BMS avansat. Pentru Li-ion NMC riscul de placare cu litiu crește la rece, LFP își reduce acceptanța de curent, iar Na-ion își păstrează mai bine performanța, dar are tot pierderi de capacitate. În proiectele de tip EPC Sisteme de stocare a energiei includem senzori pe fiecare modul și reguli de limitare a curentului sub 0–5 °C, iar prin serviciile de service și mentenanță actualizăm firmware-ul BMS și calibrăm periodic senzorii.
- Folosește preîncălzirea activă a celulelor. Înainte de încărcare rapidă adu pachetul spre 10–15 °C prin rezistențe PTC sau circuit lichid care poate funcționa și în mod de încălzire. Pentru flote și locații cu trafic intens, stațiile de încărcare configurate cu precondiționare reduc timpii de așteptare iarna și scad riscul de deteriorare la NMC, LFP și Na-ion.
- Reducerea curentului de încărcare la valori sigure sub 5 °C. Setează curbe sezoniere de C-rate și blochează încărcarea rapidă sub 0 °C până la încălzirea pachetului. În operarea agregată, programăm încărcarea atunci când bateriile au atins fereastra termică optimă, iar în Virtual Power Plant păstrăm o rezervă de energie pentru preîncălzire înainte de livrarea serviciilor.
- Alege locuri de montaj protejate pentru sistemele de stocare. Containere izolate, protecție la vânt și controlul condensului reduc consumul pentru încălzire și cresc disponibilitatea în vârfuri de iarnă. În proiectele EPC de stocare includem încă din faza de siting aceste soluții, iar prin Service și mentenanță efectuăm inspecții termografice și planuri de iernare cu liste clare de verificări.
- Optează pentru integrarea surselor regenerabile care compensează pierderea de capacitate la frig. Supradimensionarea moderată a PV pentru sezonul rece și prioritizarea încărcării diurne ajută la menținerea SOC în zona eficientă. Modelele noastre de Forecast și Market Access includ derating-ul termic, astfel că strategia de ofertare a BESS în piețe reflectă realist disponibilitatea din iarnă.
Întrebări frecvente despre utilizarea bateriilor la temperaturi scăzute
De ce scade bateriile eficiența la frig?
Mobilitatea ionilor scade, reacțiile chimice durează mai mult, iar energia disponibilă se reduce. Acest lucru încetinește atât încărcarea, cât și descărcarea.
Sunt sigure bateriile LFP sub -20°C?
Funcționează chiar și la temperaturi foarte scăzute, dar doar pentru descărcare, iar performanța scade. Încărcarea necesită limitări stricte ale curentului și, ideal, integrarea unui sistem de încălzire internă.
Ce riști încărcând Li-ion în frig?
Poate apărea depunerea de litiu metalic, ceea ce duce rapid la defectarea celulei și, uneori, la incidente grave. Utilizează sisteme automate de blocare sau reducere a curentului la temperaturi scăzute.
De ce nu se folosesc încă pe scară largă bateriile Na-ion la medii reci?
Structura chimică și tipul de electrolit limitează, pentru moment, viteza reacțiilor și capacitatea la frig. De aceea, companiile implementează proiecte pilot sau le folosesc doar în anumite condiții controlate.
Soluțiile SIMTEL pot transforma consumul energetic al companiei voastre. Contactează-ne pentru un audit energetic personalizat sau vezi proiectele implementate și discută cu un expert SIMTEL!
