Việc kết hợp pin axit chì với pin lithium sắt photphat (LiFePO4) trong hệ thống lưu trữ năng lượng mặt trời cho phép tạo ra giải pháp lưu trữ lai. Cách tiếp cận này tận dụng vòng đời vượt trội của pin lithium đồng thời tận dụng hiệu quả chi phí của pin axit-chì làm bộ đệm. Tuy nhiên, nó làm tăng độ phức tạp của hệ thống và tiềm ẩn rủi ro về an toàn.
Thiết kế cấu hình
1. Kết nối điện
• Kết nối song song cách ly bằng điốt: Các cực dương của cả hai bộ pin được kết nối với điốt trước khi được nối song song ở đầu ra bộ điều khiển. Điều này ngăn cản việc sạc chéo (trong đó điện trở trong của pin axit chì thấp hơn có thể khiến chúng lấy dòng điện từ pin lithium) và nạp ngược (trong đó pin có điện áp cao hơn có thể phóng điện vào pin có điện áp thấp hơn).
• Quản lý bộ điều khiển độc lập: Nên sử dụng bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời đầu ra kép (chẳng hạn như kiểu MPPT kênh đôi) để áp dụng các thuật toán sạc cụ thể cho từng loại pin - dòng điện không đổi/điện áp không đổi/sạc nổi cho axit chì và dòng điện không đổi/điện áp không đổi cho lithium.
2. Tỷ lệ công suất
• Tỷ lệ điển hình của axit chì và dung lượng lithium (tính bằng Ah) là 1:2 đến 1:3. Ví dụ:
- 100Ah chì-axit (có công suất sử dụng hiệu quả là 30–50Ah) kết hợp với 200Ah LiFePO4 (có công suất sử dụng hiệu quả là 160–180Ah).
• Pin lithium xử lý tải theo chu kỳ sơ cấp (chu kỳ sạc/xả hàng ngày), trong khi pin axit chì đóng vai trò là bộ đệm hoặc dự phòng (giải quyết các tải cao điểm ngắn hạn hoặc cung cấp năng lượng khẩn cấp nếu hệ thống bảo vệ của pin lithium kích hoạt cắt điện).
3. Chiến lược kiểm soát
• Xả ưu tiên lithium: Bộ điều khiển được cấu hình để ưu tiên rút năng lượng từ pin lithium. Khi điện áp giảm xuống ngưỡng bảo vệ cụ thể (ví dụ: 12,8V), hệ thống sẽ chuyển sang sử dụng pin axit chì.
• Quản lý sạc theo giai đoạn: Đầu vào năng lượng mặt trời trước tiên được dẫn tới pin lithium để sạc nhanh; khi chúng được sạc đầy, hệ thống sẽ chuyển sang sạc pin axit chì. Trong thời gian ít ánh sáng mặt trời, pin axit chì có thể xử lý việc sạc nhỏ giọt.
Các tham số triển khai chính
• Phù hợp với điện áp: Cả hai bộ pin phải dùng chung điện áp danh định (ví dụ: cả hai hệ thống 12V hoặc 24V), với chênh lệch điện áp tĩnh Nhỏ hơn hoặc bằng 0,2V. • Thông số bảo vệ:
- Lithium Iron Phosphate (LiFePO4): Bảo vệ quá tải Lớn hơn hoặc bằng 14,6V; bảo vệ quá xả Nhỏ hơn hoặc bằng 10,0V (đối với hệ thống 12V).
- Ắc quy axit chì: Điện áp sạc nổi 13,8V; cân bằng điện áp sạc 14,4V (đối với pin gel 12V).
• Bù nhiệt độ: Pin axit chì yêu cầu điều chỉnh điện áp sạc dựa trên nhiệt độ môi trường xung quanh (-3mV/độ /2V); pin lithium không yêu cầu bồi thường như vậy.
Rủi ro và hạn chế
• Rủi ro về an toàn: Kết nối song song trực tiếp có thể dẫn đến thoát nhiệt (ví dụ, khí thoát ra từ pin axit chì phản ứng với tia lửa điện từ pin lithium); cách ly thông qua điốt hoặc rơle là bắt buộc.
• Tổn thất hiệu suất: Sự sụt giảm điện áp trên các điốt (0,4–0,7V) dẫn đến tổn thất năng lượng từ 5–8%.
• Sự phức tạp trong quản lý: Yêu cầu bộ điều khiển lai chuyên dụng (chẳng hạn như Victron MultiPlus-II), làm tăng chi phí từ 30–40%.
Kịch bản áp dụng
• Trang bị thêm các hệ thống hiện có: Bổ sung pin lithium để mở rộng công suất của các hệ thống axit chì cũ, từ đó giảm chi phí thay thế toàn bộ hệ thống.
• Tải dao động cao: Trong các tình huống liên quan đến dòng điện tức thời cao - chẳng hạn như trạm sạc xe điện (EV) - pin lithium có thể xử lý tải xung, trong khi pin axit chì quản lý tải cơ bản.
• Môi trường nhiệt độ thấp: Ở nhiệt độ dưới -20 độ, pin axit chì (gel) có thể dễ vận hành hơn pin lithium (cần sưởi ấm); một cấu hình kết hợp có thể có lợi ở đây.
Lưu ý: Các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành tham khảo tài liệu năm 2023 của Bộ Công nghiệp và Công nghệ thông tin (MIIT) "Yêu cầu an toàn đối với pin được sử dụng trong hệ thống lưu trữ năng lượng quang điện" (GB/T 36276-2023) và tiêu chuẩn ngành viễn thông YD/T 2344.1-2022.